准噶尔盆地中部1区钻井优化设计研究.pdf

l2 探矿工程( 岩土钻掘工程 ) 2 0 1 2年第 3 9卷第 5期 准噶尔盆地中部 1 区钻井优化设计研究 窦玉玲 ，陈 明， 徐 云龙 ( 胜利石油管理局钻井工艺研究院， 山东 东营 2 5 7 0 1 7 ) 摘要： 围绕钻井工程设计优化展开研究， 论述了准噶尔盆地中部 1区井身结构优化过程 ， 提出了井身结构优化方 案； 建立了该区岩石可钻性剖面， 结合钻头使用效果评价 ， 推荐了钻头选型方案； 介绍了该区钻井液体系优选及使 用情况。形成了准噶尔盆地中部 1区钻井设计优化方案， 提出了后续研究方向。 关键词： 钻井； 优化设计 ； 井身结构； 钻头选型； 钻井液体系； 准噶尔盆地 中图分类号： T E 2 4 9 文献标识码： A 文章编号： 1 6 7 2 7 4 2 8 ( 2 0 1 2 ) 0 5 0 0 1 2 0 3 S t u d y o n Op t i ma l Dr i ll in g De s ig n i n Bl o ck 1 o f Ce n t r a l J u n g g a r B a s i n DOU 一 li n g，C HE N ，XU Y u n l o n g ( S h e n g l i D rill i n g T e ch n o l o g y R e s e a r ch I n s t i t u t e ， D o n g y i n g S h a n d o n g 2 5 7 0 1 7 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ：Dr i ll i n g d e s ig n a n d o p t imi z a t i o n w e r e r e s e a r ch e d T h e d e v e l o p me n t o f ca s in g p r o g r a m in b lo ck 1 o f ce n t r a l J u n g g a r B a s in wa s d is cu s s e d w it h t h e ca s in g p r o g r a m o p t i miz a t io n s ch e me p u t f o r wa r d；a b i t s e l e ct io n s ch e me w a s r e co mme n d e d b a s e o n t h e r o ck d ri lla b ilit y p r o fi le a n d t h e e v a lu a t io n o f b it p e r f o r ma n ce ；a n d d r illin g fl u id s y s t e m o p t imiz a t io n a n d a p p lica - t io n w a s a l s o i n t r o d u ce d D r il li n g d e s i g n for b lo ck 1 o f ce n t r a l J u n g g a r B asi n w a s f o r me d a n d t h e f u t u r e r e s e a r ch d ir e ct i o n w a s p r e s e n t e d Ke y wo r d s：w e l l d ri ll in g ；o p t i mal d e s i g n；ca s i n g s t r u ct u r e ；b i t s e le ct i o n；d r il l in g fl u id s y s t e m；J u n g g a r B a s in 胜利油 田西部探区前期工作主要集中在准噶尔 盆地 ， 在多年的勘探过程 中， 钻井设计工作取得了一 些成功经验 ， 尚存在一定的问题 ， 笔者试将准噶尔 中 部 1区钻井设计及施工情况进行总结 ， 希望对后续 该区钻井设计提供借鉴。 1 区域地质简介 准噶尔盆地中部 1区块共部署实施探井 2 9口， 主要分布在莫西庄 、 沙窝地和征沙村 ， 主要储层为侏 罗系三工河组 ( 埋深 3 5 0 0 5 2 0 0 m) 及三叠 系地层 ( 埋深 5 5 0 0 6 5 0 0 1T I ) 。 该区发育地层相近、 岩性相近， 主要差别是征字 号井地层相对埋藏较深 ， 庄字号井 、 沙字号井深部地 层存在异常高压 。 本 区钻井地质难点主要表现为 ： 新生界地层成 岩性差 、 松散 ， 地层易造浆、 易垮塌 ； 中生界东沟组地 层胶结疏松易渗漏； 吐谷鲁群大段棕色泥岩水敏性 强 ， 易缩径 、 掉块 、 垮塌 ； 西山窑组和三工河组地层稳 定性差， 易剥蚀、 掉块、 坍塌； 三工河组、 八道湾组垮 塌扩径严重。 2 井身结构优化 随着勘探开发的进行， 准噶尔中部 1区的井身 结构在不 断探 索完善 ， 从庄 1井 的 4层套 管到庄 1 0 1 井的 2层套管再至 目前 的 3层套管 ， 经历 了一 个不断优化的过程。 庄 1井位于准噶尔盆地腹部 中央坳陷马桥凸起 莫西庄背斜的西部， 是该区第一口预探井， 本井目的 层为侏罗系、 三叠系、 白垩系、 二叠 系。实际完钻层 位为侏罗系八道湾组 。井身结构如下 ： 导管： 0 6 6 0 m m X 1 0 2 m、 0 5 0 8 m m x 1 0 1 7 3 m； 一 开 ： 0 4 4 4 5 m m X 1 5 0 0 m、 0 3 3 9 7 mm x 1 4 9 8 03 i n； 二 开 ： 0 2 4 1 3 m m X 4 4 2 8 m、 0 1 7 7 8 mm x 4 4 2 5 0 4 m ； 三 开 ： 0 1 4 9 2 m i ll x 4 9 0 6 i n、0 1 2 7 mm 4 7 6 8 46 i n。 庄 1井侏罗 系八道湾组预测地层压力 系数 1 3 ， 实际钻进过程中八道湾组钻遇高压 ( 实际测试 的地层压力系数为 1 7 9 6 ) ， 提前完钻。庄 1井实钻 情况表明 ： ( 1 ) 二开采用 0 2 4 1 3 m m钻头下 01 7 7 8 mm套管 ， 三开只能采用 0 1 4 9 2 mm钻头 ， 一方面钻 速慢 ， 易引发复杂情况 ， 另一方面没有为地质不确定 性预留套管层次 ； ( 2 ) 地层压力预测误差较大 ， 很难 有效指导井身结构设计 。 庄 1 井完钻后在该区部署庄 1 0 1 井 ， 庄 1 井钻探 收稿 日期 ： 2 0 1 11 21 5 作者简介： 窦玉玲( 1 9 8 1 一) ， 女( 汉族) ， 山东青州人， 胜利石油管理局钻井工艺研究院工程师， 钻井工程专业， 硕士， 从事钻井技术研究与钻 井工程设计工作， 山东省东营市北一路8 2 7 号钻井工艺研究院设计所， d o u y u l i n g 9 5 2 s l y t s i n o p e c co l n 。 2 0 1 2年第 3 9卷第 5期 探矿工程( 岩土钻掘工程) 1 3 表明莫西庄构造三工河组以浅地层属正常压实， 地层 孔隙压力系数在 1 0 2 1 o 9 ， 庄 1 0 1 井简化为二开井 身结构 ， 下入 3 5 m导管 ， 一开用 0 3 1 1 m m钻头钻至 井深 1 5 0 0 m， 最后用 1 5 9 mm钻头完钻。施工中 发现， 表层仅埋人 3 5 m导管， 第四系流沙层未封住， 在一开钻井时经常发现第 四系流沙层垮塌 ， 井深 6 0 0 m 以浅地层扩径严重( 如图 1 所示) ， 一开 0 3 1 1 2 m I n 钻头钻至 1 5 0 0 m， 井 口安全难以保证 ， 施工风险很大。 4 0 姜 2 0 橄 0 2 0 一 升径 m m V m 图 1 庄 1 0 1井一开井径扩大翠 后续部署 的庄 1 0 2 、 庄 1 0 3等评价井综合庄 1 井和庄 1 0 1 井的经验 ， 井身结构优化为三开 ， 即一开 用 4 4 5 m m 钻 头钻 至井 深 1 0 01 2 0 m， 下入 0 3 3 9 7 mm套管封第 四系流沙层 ； 二开用 0 3 1 1 m m 钻头钻至井深 1 5 0 0 1 7 0 0 m， 下 0 2 4 4 5 m m套管封 第三系坍塌缩径泥 岩段； 三开 0 2 1 5 9 m m钻头 完 钻 。实践表明 ， 该三开井身结构既保障了钻井安全 ， 又提高了机械钻速 ( 见表 1 ) 。 表 1 莫西庄构 造各井机械钻速与钻井周期 统计 采用 三开井身结构的井。 准噶尔中部 1区开发侏罗系三工河组储层 ， 可 采用该三级井身结构 ， 第 四系的流沙层和第三系易 坍塌缩径泥岩段均为必封点。 庄字号 、 沙字号井侏罗系以深地层存在异常高 压 ， 若勘探层位在高压层及 以深地层时， 必须对高压 层以上的常压井段进行 封固， 以保证上部井段 的安 全， 并为高压层打开提供条件。但为进一步完成高 压层及以下井段的钻进， 应使用常规尺寸钻头钻进， 井身结构应适当留有余地。推荐使用套管层次为 0 3 3 9 7 mm一0 2 44 5 m m 一01 3 9 7 mm， 技 术套 管 必封点高压层顶部。 3 钻头选型 目前钻头选型方法大致 可以分为 3类 ： 第一 类是钻头使用效果评价法； 第二类是岩石力学参数 法； 第三类是综合方法。这里采用综合方法， 首先借 助测井资料 ， 建立准噶尔中部 1区块的地层可钻性 极值 ， 然后结合现场使用情况 ， 给出准噶尔中部 1区 块全层位钻头选型推荐方案。 大量 的实验研究表明 ： 声波时差与岩石可钻性 有 良好的相关关 系 。利用 以下声 波时差与岩石 可钻性的相关关系 ， 分析 了准噶尔中部 1区 2 0余 口井的岩石可钻性剖面。 K d =0+b l n ( A t ) ( 1 ) 式 中： 0 、 6 经验系数。 对所有井的岩石可钴 陆剖面分层统计 ， 统计结果 见表2 。结果表明， 各井纵向上可钻性级值分布变化 不大， 白垩系东沟组 以浅、 吐谷鲁群上部基本属于粘 软、 软地层 ， 吐谷鲁群下部及以深属于软 中硬地层 ， 根据地层分类 ， 推荐各地层钻头 I A D C编码见表 2 。 表 2 准噶尔 中部 1区全层位钻头选型 l A D E编码 叠 卡拉玛依组 3 4 5 3 04 5 ， 夹层 2 03 0 系 百 口泉组 2 2 6 1 5 4 5 二叠系 上乌尔禾组 2 1 0 3 0-4 5 ， 夹层 2 03 0 4 47、 51 7、 M4 1、 M51 注 ： 地层厚度以莫西庄某井为例 ， 岩性均为砂泥岩。 收集实钻资料 ， 对 准噶尔盆地 中部 1区不 同尺 寸钻头使用情况进行 了统计 分析 J 。依据岩石 可 钻性 ， 结合钻井实践 ， 给出了准噶尔盆地 中部 1区全 层位钻头选型方案( 见表 3 ) 。 该区吐谷鲁群及以深地层适合使用 P D C钻头， 本 区块地层 岩性 相 当， 后续钻 井 中可 以继续推 广 P D C钻头的使用 ， 东沟组下 部有砾石层 ， 建议 钻穿 东沟组进吐谷鲁群 2 0 0 m后下入 P D C钻头 ， 避免 P D C钻头早期损坏。H J 5 3 7钻头不适合深部地层， 钻速较慢， H J 5 1 7 较适合。 4 钻井液体系优选 本区近期在征沙村 和沙窝地完钻的2 口井三开 1 4 探矿工程( 岩土钻掘工程) 2 0 1 2年第 3 9卷第 5期 均采用聚合物防塌钻井液和聚磺防塌钻井液体系。 这两种体系基本保证 了钻井过程 的顺利 ， 但井下坍 塌掉块仍然存在， 吐谷鲁群 、 西 山窑组 、 三工河组地 层井径不规则( 图2 、 图3 ) ， 常造成电测仪器阻卡。 井径扩大率 1 0 ( ) 20 3( ) 4 0 5 0 ) 00 5 0 0 _ ) ( ) 0 ； 00 ： ： ! ! 平 均 井 径 扩 1人 率 ： 1 3 004 J 5 0 0 一 E 一 三”平均井 径扩 大率： 1 0 图 2 沙窝地某井三开井径 升径扩 人率 ( ) 4 ( 1 9 0 图 3 征沙村某 井三开井径 5 认识与建议 ( 1 ) 实践表 明， 该 区借鉴 已钻井 经验针对侏罗 系三工河组地层、 深部高压地层形成的两套井身结构 合理可行 ( 见表 4 、 表 5 ) ， 本区块后续钻井可供借鉴。 表 4 中部 1区开发侏罗系三工河组储层井身结构方案 表 5 庄字号、 沙字号井勘探层位在高压层及以深地层井身结构方案 ( 2 ) 准噶尔盆地中部 l 区吐谷鲁群及 以深地层 适合使用 P D C钻头， 后续钻井中可以继续推广使用。 ( 3 ) 本区块下部地层测井过程中阻卡情况仍然 表现突出， 钻井液体系及性 能优化有待 于进一步研 究。 参考文献 ： 【 1 钟 卫， 张传进 准噶尔 盆地 中部 1区地 层孔 隙压力初 步分析 J 石油钻探技术 ， 2 0 0 5， 3 1 ( 6 ) ： 2 82 9 2 祖峰 ， 张宗林 ， 丰 全会， 准噶 尔盆地 中部 1区块 地层压 力研 究 J 小型油气藏 ， 2 0 0 5， 1 0 ( 4 )