华池区块长9井快速钻井技术研究与应用.pdf

华池区块长9 井快速钻井技术研究与应用 马煜( 中国石油长庆油田分公司工程技术管理部，陕西西安7 1 0 0 1 8 ) 摘要：华池区块表层井漏严重；井组与老井防碰绕障施工 难度大；2 1 ) 1 5 年华池区块新开发目的层长9 井，延长组长6 一长 9 地层降斜率高，地层规律性差；长7 一长9 地层岩性可钻性差 制约了华池区块的快速钻井。经过一系列的技术改进，在优化 钻具组合，强化井眼轨迹控制的前提下，通过改良钻井液性能 和改进P D C 选型，解放机械钻速，试验新工具提高施工效率，实 现华池区块长9 并快速钻进 关键词：钻进工艺；P D C 钻具组合；轨迹控制 华池区块地处黄土塬区，区块沟谷纵横，地表起伏高差大， 地形十分复杂。地表黄土层结构松散，在表层钻进施工过程中 易出现井漏、漏出地表污染环境；长9 井属于加密井，有7 4 8 的井是在老井场施工，井组施工与老井防碰问题突出；在延长 组下部地层规律性、可钻性差。2 0 1 5 年通过对表层防漏治理， 井组采取三维空间防碰绕障，优化钻具组合强化轨迹控制，优 选P D C 钻头，优化钻井液性能，快速钻进技术取得重大突破。 2 0 1 5 年华池区块长9 井完井3 7 口，平均钻井周期7 9 8 天，比 2 0 1 4 年同区块长8 井缩短3 9 2 天；平均钻机月速度6 8 1 8 米台 月，比2 0 1 4 年同区块长8 井提高3 5 1 4 米台月，提速幅度 1 0 6 3 6 。 1 制约华池区块长9 井快速钻井的技术难点 1 1 地层因素表层易漏 华池区块黄土层黄土砂约3 0 5 0 米，地表黄土砂结构松散， 在表层钻进施工过程中易出现失返性井漏、漏出地表污染环 境，单一的采用堵漏浆堵漏效果不明显、堵漏时间长； 1 2P D C 钻头选型问题 原有P D C 钻头选型较难满足长9 井一趟钻的需要，通常钻 至延长组长7 一长8 时钻头磨损严重，P D C 钻头磨损主要表现为 P D C 钻头刀翼外侧主削复合片磨损成半月形，严重影响下部地 层机械钻速。 1 3 轨迹控制问题 华池区块长9 目的层井属于加密井，有7 4 8 的井是在老井 场施工，井组施工与老井防碰问题突出；长9 井设计中靶半径是 2 0 米，平均垂深2 4 0 0 米左右，相对较深，轨迹控制难度大。延安 中部、延长组下部具有较高的自然降斜率，轨迹控制的可预见性 差，导致下部井段滑动多，低效施工，直接影响钻井速度。 1 4 下部地层滑动施工效率低 下部地层微调轨迹，控制中靶半径滑动时，P D C 钻头工具 面不易到位，滑动效果差，施工效率低。 1 5 钻井液问题 华池区块钻井液成本不能满足快速钻进施工的需要，钻井 液的携砂、润滑不能跟上快速钻井的要求。 2 华池区块长9 井快速钻井的关键技术 2 1 表层防漏技术 一开采用的钻头是2 1 2 7 m m ，排量1 0 - 1 2 U S ，钻进控时2 - 3 分钟米，钻至表层的胶泥层后，起出钻具，将外径3 2 0 r a m 表层 扩眼器安放在原钻具结构距钻头约1 5 米左右，再次对原井眼 进行干扩眼，挤实原井眼井壁，钻至胶泥层后起钻，换常用的表 层钻具结构钻进。为保障胶泥层和石板层的岩屑能及时带出 井筒，采取提高排量，控时钻进，防止岩屑在井简内富集压漏地 表黄土层。参数是：排量3 0 U S ，钻进控时2 3 分钟米。 图1 ：表层扩眼器实物图 唪体外径t17 8 _ 大外径。3 2 h 表1 ：表层扩眼器应用防漏效果 表层扩眼器片1 1 数表层未f l 现井漏【J 数 防漏成功率 长9 井使用36 6 6 7 2 0 1 4 年未使用 3 9l l 2 8 2 1 在华池区块长9 井中试验3 口井，只有1 口井出现井漏，表 层扩眼器防漏成功率为6 6 6 7 ，相对于2 0 1 4 年常规井表层防 漏成功率2 8 2 l ，提高了3 8 4 6 个百分点，表层扩眼器防漏效果 较好。 2 2 优选P D C 钻头 2 2 1 简述P D C 钻头破岩原理 在钻压的作用下，钻头上的金刚石复合片吃入岩石而下面 的岩石处在极高的应力状态，同时在钻具旋转扭矩的作用下产 生切屑作用，从而达到破碎岩石的效果。软地层，P D C 钻头以 剪切效果为主，中硬地层，P D C 钻头以剪切、冲击、压碎综合作 用【l 】。图2 为P D C 复合片与地层接触的模型图： 图2 ：P D G 复合片与地层接触的模型图 2 _ 2 2 长9 井P D C 钻头分析 华池区块长6 一长9 地层岩性多为灰色泥岩，可钻性较差， P D C 钻头磨损主要表现为P D C 钻头的冠部和刀翼外侧的复合 片磨损，复合片磨损主要是磨成半月形。原有5 刀翼1 9 m m 复 合片P D C 钻头在上部地层机械钻速较高，但到延长组机械钻明 9 4l 化工彳鳕2 0 1 6 年9 月 显降低，不能满足一趟钻需要；6 刀翼1 6 m m 复合片P D C 钻头比 5 刀翼1 9 r a m 复合片P D C 钻头在延长组的机械钻速高，但在上 部地层机械钻速较低，整口井的机械钻速仍然较低。结合二者 的优点，改进钻头选型，试验6 刀翼1 9 r a m 复合片P D C 钻头。 2 2 3 改进钻头特点 ( 1 ) 胎体短，滑动工具面易到位 ( 2 ) 主力削齿1 9 m m 复合片，机械钻速高 ( 3 ) 刀翼副齿提高钻头耐磨性 ( 4 ) 水眼分布个性化设计有利于防泥包 图3 ：6 刀翼1 9 m m 复合片钻头 2 2 4 优选P D C 钻头应用效果 表2 ：6 刀翼1 9 m m 复合片P D C 钻头试验数据对比情况 数滑动机械钻复合机械钻 二开平均机 J 家类趔械钻速( m 磕 速( m h )速( m h ) h ) 6 刀翼1 9 r a m 四I I 私l - 技 2 6 1 4 3 5 8 9 3 2 3 l P D C 6 刀冀1 6 m m 意通 ， 3 4 72 9 7 l2 8 0 4 P D C 一 对比 2 6 76 1 84 2 7 备注：6 刀翼1 9 r a m 与6 刀翼1 6 m mP D C 在钻头卡片里型号 都是Y T M1 6 6 5 A S 2 0 1 5 年华池区块长9 井试验的6 刀翼1 9 r a m 复合片P D C 钻 头2 只，二开平均机械钻速3 2 3 l 米I J , 时。与6 刀翼1 6 r a m 复合 片P D C 对比，滑动机械钻速高2 6 7 米小时，复合机械钻速高 6 1 8 米I , 时，整体提高4 2 7 米小时。 2 3 优化钻具组合强化轨迹控制 2 3 I 优化钻具组合 钻具组合是2 0 1 4 年使用的四合一钻具，钻具组合是 2 0 1 5 年改进的四合一钻具组合。改进的钻具组合是依据水 平井二开的钻具组合的优点。 ( 1 ) 钻具组合：P 2 1 2 7 m m P D C + P 1 6 5 m m 单弯螺杆8 1 5 。 ( s t a b q ) 2 0 4 m m ) + 1 6 5 m m S D C 8 2 5 3 m + q ) 2 0 4 m m 刚性扶正器+ p 卜 、 f - 1 6 5 r a m + 无磁钻铤1 根+ p 1 6 5 r a m 钻铤8 根+ P 1 2 7 r a m 钻杆 ( 2 ) 钻具组合：p 2 1 2 7 m m P D C + p 1 6 5 m m 单弯螺杆8 1 5 。 ( s t a b q ) 2 0 4 m m ) + 1 6 5 m m S D C * 2 5 3 n 1 + q ) 2 0 4 m m 刚性扶正器+ p 1 6 5 m m + 无磁钻铤1 根+ q 0 1 6 5 m m 钻铤4 根+ p 1 2 7 m m 厚壁钻杆5 柱+ p 1 2 7 r a m 钻杆 选用改进钻具组合，其原因为：长9 井在下部地层延长组 滑动过程中，钻铤较多摆工具面困难，常出现“工具面摆不到 位”的现象。因此，钻具组合减少钻铤数量，新增厚壁钻杆，钻 压主体是厚壁钻杆的重量，在滑动过程中减少钻具在井壁上的 摩阻。 2 3 2 强化轨迹控制 2 3 2 1 三维空间防碰绕障技术 根据老井钻井资料，使用水平井软伴校正老井与施工井的 地面海拔，使其测斜数据在相对同一水平面高度，减小防碰距 离相对误差。输入数据在防碰计算程序里绘出轨迹水平投影 和三维空间分布图，计算不绕障施工轨迹与老井的防碰情况， 标记防碰最近井段或点的距离。在保证井身质量合格的前提 下，通过在防碰段或点以上地层提前调整井斜、或方位或井斜 方位都调整，重新设计轨迹空间分布，使绕障时防碰安全，如图 4 和图5 所示。 2 3 2 2 施工轨迹剖面分析 积极走位移的井与施工前期消极走位移的井，做出井身剖 面图对比分析： 从轨迹剖面图、水平投影图上可以明显的看到，在垂深A 点时，积极走位移b 井水平投影已经进入靶区，而消极走位移a 井还在靶区之外，还需要继续增斜。根据地层变化规律，积极 走位移的井在下部井段井眼轨迹的控制也相对较容易。 萍 图6 ：简易井身剖面分析图 2 3 2 2 优化施工轨迹控制思路 图5 ：元5 5 8 5 8 井组防碰绕障三维立体图 2 0 1 6 年9 月化，虿理19 5 四合一钻具的精髓是钻具结构要体现稳一微降的特性，提 高下部全井段的可预见性。在施工前，全井段进行轨迹预算， 预算细化到各地层。 垂直鲥嘲m 一 、i镪 匹 “ * 羹亿毫方娃亿 睢 豫 I ，t Y l ，r _ 嘟圈彤时圈 瞳 量 r - t t * 1 ，I 纛l 曲l n l e M 一 、 弱0 出生室井曩曩iT 呻2 耵m 瓢矗位- t5 L 、 出I ，井晒一嚏l 呼膏 l 口 ，口毫；湖1 1 1 1 1 1 卫 啦t 室芥神- 嚏l s 数，。 lS IO - 耵m 麓施- 5 矗- 出辩曩 覃5 量l l ，m 慧方蛐蠢一 n 量长屿 曩”s 宴 ，唯5 ， ，I 鼍方雠 t n I 长。井旧 一卜I 曩1 。 p 唯r 卜s “一5 ，l - k 方巍瞄I t 一 长i IS I f l - 1呻_ E ，叠 槲一- 中蠢d S 素焖 图7 ：元4 5 7 6 1 地层规律与轨迹控制剖面图 上图体现了剖面控制的思路与四合一钻具“稳一微降斜” 的思路统一。上部井段井斜富余，剖面控制走设计上线，下部 井段依靠钻具自身的特性微降，达到减少滑动的目的。 2 3 3 轨迹控制效果对比 表3 ：轨迹控制前期与改进后对比 U l aU 华池厌块长9 井 年数 平均滑动进平均滑动机械钻滑动进尺比例一趟钻比 尺( m ) 速( m h )( )例( ) 改进 3 01 1 81 1 2 9 4 7 2 4 0 后 改进 一 71 6 49 1 36 5 8 1 8 5 6 刖 对比 一4 62 1 6 1 8 6 1 1 4 4 通过优化钻具组合减少钻铤增加厚壁钻杆、强化分地层分 井段轨迹控制，使滑动进尺比例减少1 8 6 个百分点，滑动机械 钻速提高2 1 6 米，J 、时，一趟钻比例提高1 1 4 4 个百分点，轨迹控 制得较好的效果。 24 新工具水力振荡器试验，提高下部井段施工效率 华池区块长9 井较深，垂深一般在2 4 0 0 米左右，设计中靶 半径只有2 0 米，为确保井身质量，必须严格控制单点中靶半径 小于1 0 米。在下部地层微调控制中靶过程中，微调P D C 钻头滑 动工具面不易到位，有托压现象，滑动效率低。水力振荡器是 滑动钻进降摩阻的工具，安放位置距离钻头9 5 米左右。 表4 ：水力振荡器试验情况 长6 一长9 井段 水力振荡器井口数 平均滑动进平均滑动纯钻平均滑动机械钻 尺( m )时间( h ) 速( m h ) 同井组使用 l3 75 8 66 3 l 同井组未使 24 11 2 8 93 1 8 用 对比 3 1 3 长9 井在长6 一长9 井段进行水力振荡器试验，水力振荡器 能有效解决滑动托压、P D C 滑动工具面波动问题。滑动机械钻 速由3 1 8 米小时提高到63 l 米，J 、时，大幅度提高了施工效率。 2 5 改良钻井液性能 在目前快速钻进的情况下，优化钻井液性能是保证快速钻 井的前提。P D C 钻头破岩机理不同于矛轮钻头，P D C 钻头对钻 井液性能的反应比牙轮钻头更敏感，这对钻井液性能提出了更 高的要求。针对华池区块长9 地层的地质特性，对钻井液的性 能从以下几个方面进行优化。 2 5 1 优化钻井液性能，及时维护处理 2 5 1 1 直罗防塌预处理 在快速钻进条件下，对直罗组塌层的维护处理提前着手， 在进入直罗层前1 0 0 米开始防塌处理。进入直罗组时，钻井液 粘度控制在3 1 秒一3 2 秒之间，稳定井壁，预防井下复杂。 2 5 1 2 提高钻井液携砂性能 针对P D C 钻头在延长组钻速慢的现象，在长6 以下地层，粘 度控制在3 3 秒一3 4 秒，使岩屑及时被带离井底，减轻岩屑重复 切削对P D C 钻头造成的磨损。 2 5 2 建立及时清扫制度 在进入长4 + 5 地层后将预先配制好的聚合物稠浆，每隔 1 0 0 米对井筒进行一次清扫，这样保持井底清洁，尽可能的减少 井底岩屑富积对钻头的磨损。 3 应用效果对比分析 3 1 整体提速效果显著 截止2 0 1 5 年1 0 月2 6 日，长9 井完井3 71 3 ，完成进尺9 4 3 万 米；平均钻井周期7 9 8 天，同比2 0 1 4 年长8 井缩短3 9 8 天；平均 钻机月速度6 8 1 8 米台月，同比2 0 1 4 年长8 井提高