冀东油田水平井钻井技术.doc

精品冀东油田水平井钻井技术摘要 本文针对冀东油田水平井钻井难点：井眼轨道的预测和控制难度大，钻具事故多，井眼的净化和携砂难度大，对钻井液性能要求高等特点，提出优化钻具组合、摩阻和扭矩受力分析、优选钻头、优化钻井液体系、井眼轨迹预测和控制技术，现场应用取得了显著效果。主题词 水平井 井眼轨迹控制 钻井液 冀东油田冀东油田水平井的钻井难点：(1)区块复杂，井眼轨道的预测和控制难度大，容易发生传压困难，不易调整井眼轨道的井斜、方位；(2) 井眼的净化和携砂难度大，导致钻进时扭矩大，钻具事故发生几率高；(3)要求钻井液有很强的润滑性、悬浮能力和携砂能力，并能保持井眼稳定；(4)对防喷、防漏和保护油气层、固井质量、完井技术的要求高；(6)井下恶劣条件与随钻测量仪器和动力钻具使用的矛盾十分突出。随着石油堪探开发的不断深入，水平井的数量、难度，在逐年提高。加大对水平井技术的研究，提高水平井钻井技术意义非常重大。1水平井概况一般采用三开井身结构，G104-5P83井井身结构和井眼轨迹见表1和表2。表1 G104-5P83井井身结构套管层次钻头尺寸井深套管尺寸下深水泥返高表层套管444.5mm353.0m339.7mm352m地面技术套管241.3mm2464.0m177.8mm2462.69m1400m油层套管152.4mm2789.0m挂101.6mm(2461-2786m)表2 G104-5P83井眼轨迹数据项目靶点井深(m)垂深(m)井斜(度)闭合方位(度)位移(m)横距(m)纵距(m)A靶2463.591876.6091.32347.9992.815B靶2593.821873.6091.32349.31120.215C靶2753.691877.6088.20350.61277.81102水平井快速钻进技术水平井的快速钻进在排除了地层可钻性差异后，前期准备工作的好坏对快速钻进起着不可忽视的作用。对需要入井的所有仪器和钻具进行全面、细致的检查，对钻具要掌握全部外形尺寸及连接扣型，全部入井工具要进行探伤。根据直井段的测斜情况及时对设计井眼轨道做必要的修改，修改后的井眼轨道要有利于快速钻进。2.1 合理的钻具组合设计通过分析冀东油田资料，总结了几套适合于水平井的钻具组合,其共性是：优选钻具，倒装钻具，简化钻具，尽量避免刚度和外径有较大差别的钻具组合在一起，保证正常施工的前提下，用刚度小、外径小的钻具。采用简化导向钻具组合：241.3mm钻头十197mm导向马达（1.251.5）十回压阀+178mmNDC1根十127mmNDp1根十127mm钻杆45根十127mmHWDP21根+158.8mm随钻震击器+127mmHWDP6根十127mm钻杆。2159mm钻头+172mm导向马达(15)+165mm无磁钻铤(或127mm无磁抗压缩钻杆)+MWD短节+165mm无磁钻铤(或127mm无磁抗压缩钻杆)+127mm斜坡钻杆+127mm加重钻杆+158mm随钻震击器+127mm加重钻杆+127mm钻杆。 该钻具组合常用于水平井第一靶窗前斜井段的施工，既能实现滑动钻进，又能转盘钻进；通过调整导向马达的角度，变换钻具的不同使用方法实现对井眼轨迹的调整。由于没有欠尺寸稳定器，既有利于钻压的传递，又便于摆放工具面，还可减少井下事故的发生。当井斜角大于40后使用无磁抗压缩钻杆替代无磁钻铤。采用地质导向钻具组合。2159mm钻头+165mm导向马达(15)+欠尺寸稳定器+LWD+127mm无磁抗压缩钻杆+127mm斜坡钻杆+127mm加重钻杆+158mm随钻震击器+127mm加重钻杆+127mm钻杆。152.4 mm钻头十1.5120mm导向马达十回压阀+欠尺寸扶正器+120mmLWD十89mmNDp1根十89mm钻杆60根+89mmHWDP15根十89 mmDP 该钻具组合，常用来探油层、钻进水平井段。通过选择导向马达角度的大小和不同弯曲点位置、调整欠尺寸稳定器外径、改变钻进方式等方法，控制造斜率，控制井斜方位的变化。 综上所述滑动方式钻进常用于方位井斜的调整，转盘方式钻进提高了钻进速度，调整井眼环境。增大转盘方式钻进的比例既能修整井壁减轻轴向摩阻，又能有效地提高钻进速度。简化的钻具结构，既有利于传压，又便于调整钻具工具面，更有利于携砂和井下安全。 导向马达配合MWD无线随钻测量仪跟踪监测，有效地提高了钻井速度和井眼轨迹的控制精度，而导向马达配合LWD无线随钻测量仪跟踪监测，配以PDC钻头，能一次完成着陆和水平段油层中的钻进。2.2 摩阻、扭矩和钻具组合的受力分析应用 根据摩阻、扭矩和钻具组合的受力分析，确定合理的钻具组合结构，有利于钻具、随钻设备的合理使用，有利于钻压的合理储备。 摩阻和扭矩是制约大位移近水平井施工的关键因素，根本的办法是在实际钻井作业中采取措施降低摩阻和扭矩。如：在油基钻井液中增加油水比例，在水基钻井液中使用润滑剂和玻璃微珠以增加钻井液的润滑性。2.3 钻头的优选和使用 由于冀东油田地层可钻性较好，上部采用廉价的四或五刀翼PDC钻头，如正益SMP114 等钻头，即可获得较高的机械钻速，价钱又便宜。对于馆陶组的砾岩可采用高效的硬质合金轴承的高速钻头，可大幅度地减少起下钻时间。冀东油田使用HJ517HJ517L、HJT517L均取得了理想的效果。穿过砾岩后，油层水平段仍可采用SMP114 等廉价钻头。2.4 优化钻井液体系 水平井钻井液必须满足水平井对井眼稳定、井底清洁净化、降低摩阻和保护油气层的要求。冀东油田二开水平井二开井段一般采用聚硅氟钻井液；三开井二开井段采用聚合物钻井液，三开水平段采用无固相甲酸盐聚合醇钻井液。在钻进到大斜度井段和水平井段时，由于各种原因，岩屑会沉降在下井壁形成岩屑床，可通过改善钻井液的流变性、增大钻井液排量，以较高的钻井液悬浮力，降低钻屑沉降速度；也可以通过使用加长喷嘴钻头以及采用定时间、定井段短程起下钻、分段循环、增加导向转盘钻进等机械的方法，清除岩屑。为清除大斜度井段和水平井段岩屑床提供有力的保证，保证了井眼清洁和钻进安全快速。2.5 精确的井眼轨迹预测 完钻井眼轨迹和设计井眼轨迹总是存在差异的，在实际施工中，由于具体条件的变化(如钻具组合，钻井参数，地层、岩性的变化等)，经常造成已完成的井眼轨道偏离设计轨道，因此需要及时地对下部井段进行预测，进行二次剖面设计，选择最佳的施工方案。3 井眼轨迹控制技术G104-5P83井是一口高难度三靶水平井，最大水平位移1315m，垂深1878m，最大井斜角92。根据导向马达的使用特性和钻井要求，确保马达的排量和使用要求。根据井斜的变化情况，合理确定加重钻杆的位置，尽量放在40-50井斜位置，以利于所加钻压能够传递给钻头，加快导向钻井速度，有效防止钻压加不到钻头上的情况。按照马达的水力推力和钻压平衡图，选择最优的钻压，以确保马达在平衡状态下工作，从而使上、下推力轴承的磨损量最小，在满足快速钻进的前提下，延长井下动力马达的使用寿命。选用高质量螺杆，提高其使用寿命，减少因螺杆质量原因而造成不必要的起下钻时间，保证单弯螺杆在复合钻井时能够安全使用，以便于造斜时，随时通过导向与复合钻井相结合来控制井斜的变化。 (1)在钻进过程中，通过随时注意观察扭矩、泵压的变化，发现问题及时分析、解决变换钻压，调整钻具受力情况；每钻进完单根划眼23次，以保证井眼平滑；及时清除井底岩屑；定期进行短起下钻等措施，保证了各井段的顺利钻进。在井斜040区间，岩屑清除方式和效果与直井相似，井斜4060区间，岩屑极易堆集到井眼低边形成岩屑床，岩屑易向下滑移；井斜6090区间，一般都存在不同厚度岩屑床，岩屑向下滑动能力较弱，岩屑床趋于稳定。井眼净化关键是控制和消除岩屑床，在钻井液方面 调整钻井液流变性，控制其流型，提高携砂能力。根据冀东油田的地层岩性特点，低粘低切有利于井眼净化和减缓砂床的形成；平时加强短起下或倒划眼作业，破坏岩屑床 ；必要时把螺杆、LWD仪器起出来，下常规钻具结构，增大循环排量或配制“稀稠”段塞携砂一周。(2) 短起下清砂前要循环一周以上，确保泥浆中的砂子循环出来，坚决杜绝短起下前盲目节约时间，采用少循环，直接短起下，反正下到底后还得循环的错误思想，给井队行政干部讲清起下前不循环或少循环的害处，不循环或少循环环空中的砂子造成钻具内外泥浆的密度不一样，导致起钻反喷泥浆，耽误时间。环空中的砂子不循环出来，在起钻过程中砂子下沉，当下钻到底开泵循环时环空的砂子下沉，井底的砂子上行，两部分的砂子易形成砂桥堵塞泥浆通道，造成井底压力过大，遇到脆弱地层发生井漏影响生产时效。因此短起下清砂前要大排量循环泥浆。为了节约时间，每次短起下的井段要长短结合，并起到安全井段。(3)水平井在井斜角达到60O左右时经常出现托压问题，通过调整钻井液性能、调整钻井参数和钻进方式，加强短起下作业钻进情况可以得到改善。(4)及时测斜、准确计算、跟踪作图，保证井身轨迹的优质。使用精度高、适应性强，传输速度快、操作简单的无线随钻测斜仪(MWD或LWD)，能够及时准确掌握井身轨迹的变化趋势，以此为依据及时准确地制定合理的施工方案，配合以导向钻具组合，确保了井眼轨迹地控制和快速钻进，提高了剖面符合率及中靶精度。(5)全井使用柔性钻具组合，用无磁抗压缩钻杆替代无磁钻铤，用加重钻杆替代钻铤，用斜坡钻杆替代普通钻杆，在大斜度井段采用了倒装钻具组合，使钻具与井壁的接触面积减少，避免了大斜度井段易出现的粘附及键槽卡钻的井下事故。3.1轨迹控制措施（1） 造斜段长，要选用侧切能力强、高速旋转性能好的钻头和扭矩大、寿命长的导向马达。（2） 滑动钻进每钻进一单根应大幅活动钻具一次，清除井壁上的岩屑，防止粘卡。（3） 上部地层要注意控制好钻速，搞好短起下，井斜达到30以后，每钻进一立柱要充分循环清洗井眼，每钻进150200m左右短起下钻一次，使新井眼得到修整，保证井壁稳定和井眼规则。（4） 在造斜率满足设计要求的前提下，尽量采用转盘钻进，减少岩屑床的形成。（5） 随时注意监测钻柱悬重和扭矩，根据悬重和扭矩变化判断井下情况。钻进中如发现扭矩悬重等钻井参数有变化时，要立即停钻及时处理。如扭矩突然增大，要立即采取措施降低扭矩，防止断钻具事故发生。根据上部井眼监测到的扭矩，分析计算井眼的摩阻系数，为制定下部井眼钻进措施提供依据。（6） 打水平段前投测多点。（7） 钻进中如发现井斜和方位有较大变化，应立即调整钻井参数或钻具结构，使用导向钻具组合微增斜钻具探油顶，减少伽玛信息滞后性。时刻观察伽玛显示情况，并随时捞取砂样，一旦发现油层立即停止钻进。（8） 发现油层后确定油层垂深，计算着陆剩余垂深所需工具造斜率。用短螺杆组成强力增斜钻具着陆，减少垂深损失，为准确在油层内着陆和水平段施工打下良好基础。3.2井眼清洁(1) 使用大排量循环，排量应达到和尽力大于设计要求，必要时降低泵压来满足排量要求，以满足井眼净化和携岩所需的环空返速。(2) 充分利用固控设备，清除钻井液中的有害固相，降低含沙量，含沙小于0.3%，使钻井液保持良好的性能。(3) 提高钻井液携岩能力。钻井液保持适当的粘度和切力（初切大于5Pa、终切大于10Pa、屈服值大于15Pa），以利于岩屑的携带：241.3mm、152.4mm井段每钻进150-200m泵入10m3左右的稀浆，然后再泵入15m3左右的稠浆循环一周，通过前面的稀浆扰动，破坏岩屑床，然后通过稠浆托举提升作用携带岩屑，提高井眼的清洁程度。(4) 每钻进一单根划眼1-2次，接单根做到晚停泵早开泵，大幅度活动钻具。(5) 尽量采用复合钻进，在设备能力允许的前提下，使用高转速钻进，搅动岩屑，阻止岩屑床的形成。(6) 坚持短起下钻破坏岩屑床。根据井口返出岩屑情况，确定短起下钻的井段长度，随着井深的增加，缩短短起下钻井段的长度。(7) 起钻前充分循环钻井液，采取分段循环、划眼和常规钻具下钻通井、控制钻井速度等办法清楚岩屑床。3.3井眼稳定（1） 认真做好压力预测和监测，及时调整钻井液密度，以保证井壁稳定所需的液柱压力。（2） 维护好钻井液性能，使用优质钻井液材料，加入足量的强抑制剂、防塌剂，改善泥饼质量，控制失水，二开中压失水小于4 ml，三开中压失水小于6ml，保持井眼化学稳定。进入易塌井段，钻井液性能要保持相对稳定，避免大起大落。（3） 大排量循环，及时将塌块带出地面。（4） 裸眼段，特别是易塌井段，要控制起下钻速度，以防压力机动导致井塌。（5） 禁止长时间在一个位置、特别是在易塌易漏井段大排量循环。3.4降低摩阻和扭矩钻井液中必须加入足量的润滑材料、原油，提高泥饼质量，降低摩阻，使摩阻系数小于0.08。满足钻进参数和井眼轨迹控制的条件下，简化井下钻具结构。减少钻铤数量，增加加重钻杆数量。（1） 搞好井眼轨迹控制，使井眼轨迹圆滑，以降低摩阻和扭矩。（2） 使用高强度大尺寸钻杆和大功率转盘来克服井下阻力。（3） 搞好井眼净化和钻井液清洁工作，减少有害固相所增加的摩擦阻力。（4） 三开后加入降摩减阻接头。通过上述技术的实施，G104-5P83井直井段井斜角控制在1以内，钻进至造斜点前50m采用吊打钻进的方式,保证造斜点井眼基本垂直，为下步定向作业打下良好基础。钻井参数:钻压60-120kN，转速60-120 r/min，排量40 L/s 泵压 8-17 MPa钻完本井段后测多点，为下部钻进提供准确的井眼轨迹数据。施工一直按照预计的井眼轨迹进行，准确中靶。4钻井液的配置和维护处理4.1上部直井段钻井夜维护处理在MBT为2025g/l的膨润土浆中加入0.30.4%PMHA和0.51.0%NPAN后开钻，钻进中用PMHA、NPAN维护，保持钻井液的低粘度和低切力（粘度3035s），适当失水量（58ml），使用好四级净化设备，使泥浆密度控制在1.12g/cm3以下。深水平井钻入玄武岩地层前加入GT-98 1.0%，并在钻进中逐步增至2.0%，加入YL-1 0.5%。 钻至造斜点前，控制钻井液中的固相含量和膨润土含量分别低于8%和45g/1。4.2斜井段钻井夜维护处理1、钻至造斜点起钻前，将钻井液转型为聚磺硅氟乳化原油钻井液体系，方法为：起钻前50100m，先用离心机降低固相含量和膨润土含量，控制MBT45g/l，通过小型试验在钻进中均匀加入JGWJ、JGYJ、GXJ各1.01.5%、0.71.0%和0.71.0%；使用PMHA（或KPAM）、NPAN、GT-98、KJ-1 、QSAM-K 等配成胶液维护钻井液，根据性能变化不断调整配比；钻进过程中将JGWJ、JGYJ、GXJ的有效含量逐步增加至1.02.0%、11.5%和0.51.0%，钻入水平井段前将YL-1的有效含量增至1.52.0%，使钻井液具有较强的抑制性、优质的泥饼、尽量低的失水量。2、施工中可添加0.10.3%MMH，也可加入少量的生物聚合物改善钻井液的流变性，满足井眼清洁的需要。3、当井斜达30O前加入原油57%，当井斜达45O以上时将原油的有效含量增加至810%，并用0.1%乳化剂使原油充分乳化，维持其含量到完钻。随井斜角的增加，逐步增大液体润滑剂（中深井采用极压润滑剂）和石墨类润滑剂的用量，进一步提高泥浆的润滑性，降低摩阻系数至0.040.07，确保施工顺利。4.3水平段钻井夜维护处理放掉地面全部钻井液并清洗循环罐,然后用清水提出井筒内泥浆放掉,通过漏斗依次加入NaOH、PAC141、PAC-HV，抗盐抗高温降滤失剂、SAS、腐钾、原油、乳化剂，用甲酸盐调整密度，达到三开设计密度后开钻，着陆前加入1.5%极压润滑