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        從AKONDO油田水平井鉆井談水平井施工提速提效措施

        2014-06-09 05:12:24劉純?nèi)?/span>華東石油工程公司六普鉆井分公司江蘇鎮(zhèn)江212003
        化工管理 2014年23期
        關(guān)鍵詞:機(jī)械鉆速井段井眼

        劉純?nèi)剩ㄈA東石油工程公司六普鉆井分公司 江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

        1 已鉆水平井簡(jiǎn)述

        加蓬A(yù)KONDO油田是中國(guó)石化國(guó)勘公司在海外自行投資,由油氣勘探轉(zhuǎn)為油田開發(fā)的典型項(xiàng)目。自2013年投入商業(yè)開發(fā)以來,已在WAKO-PAD-1平臺(tái)施工完成二口定向井、四口水平井。目前已完成施工的AKONDO油田WAKO-H1井、WAKO-H2井、WAKO-H3井及WAKO-H4井四口水平井均位于加蓬G4-188區(qū)塊WZ區(qū)東斷鼻帶,SAWZ-3斷塊構(gòu)造高部位上,且全部以UPC段為目的層。四口水平井均為中半徑水平井,最大造斜率均達(dá)到8-10°/30m。四口水平井的綜合指標(biāo)見表1。

        表1 四口水平井綜合指標(biāo)

        2 優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)、剖面和施工方案

        2.1 優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)

        由于該區(qū)塊水平井縱橫比很高,各開次可用于調(diào)整井斜、方位的井段短,而一開井段為松軟散砂堆積層,極易垮塌,二開井段存在異常高壓并常伴有井漏,加之叢式井井間距離僅5m,井間竄漏和防碰繞障問題十分嚴(yán)峻,因此各開次確定合理的套管下深和完井方式非常重要,經(jīng)過二口定向井與四口水平井的施工,套管程序和施工方案不斷得到優(yōu)化,井身結(jié)構(gòu)更加科學(xué)合理,設(shè)計(jì)與實(shí)鉆情況對(duì)比見表2。

        表2 四口水平井井身結(jié)構(gòu)和完井方式對(duì)比表

        2.2 優(yōu)化剖面和控制井眼軌跡

        在總結(jié)AKONDO油田前兩口定向井施工經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的基礎(chǔ)上,水平井的剖面設(shè)計(jì)和軌跡控制技術(shù)得到了進(jìn)一步優(yōu)化,導(dǎo)眼井和水平井的鉆進(jìn)主要采用PDC鉆頭+PowerDrive+LWD+MWD以旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方式進(jìn)行,極大提高了鉆井效率。采用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆進(jìn),能及時(shí)對(duì)井眼軌跡進(jìn)行微調(diào),保證實(shí)鉆井眼軌跡光滑,井下摩阻和扭矩大大降低,極大提高了鉆井的安全性。

        3 優(yōu)化鉆頭選型、鉆具組合、鉆井參數(shù)及水力參數(shù)等鉆井施工方案

        3.1 優(yōu)選鉆頭

        綜合考慮井型、剖面、巖性特點(diǎn)及可鉆性等因素,確定與地層相匹配的鉆頭類型。

        3.1.1 一開鉆頭選型

        一開淺層段地層主要為松散砂巖和含礫巖層,為了在定向造斜前保證井眼垂直,需采取輕壓吊打方式。一開使用江鉆生產(chǎn)的12-1/4"HJ437鑲齒鉆頭,配合塔式鉆具實(shí)施防斜打直快速鉆進(jìn),該鉆頭能獲得18m/h以上的高機(jī)械鉆速,且起出后新度很高,是有效提高機(jī)械鉆速的可行選擇。

        3.1.2 二開鉆頭選型

        二開井段800m之上存在易崩PDC齒的粗砂巖和含礫巖夾層,為避免頻繁起鉆影響作業(yè)效率,在四口井施工中分別嘗試使用了Best生產(chǎn)的M1665ss六刀翼13-16mm復(fù)合布齒的PDC鉆頭及Baker Hughes的六刀翼QD506X鉆頭,配合Power Drive旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)和LWD組合旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn),均一只鉆頭完成二開施工,不僅成功穿過了粗砂巖和含礫巖夾層,且對(duì)PDC齒損壞較小,而且與下部泥頁(yè)巖地層匹配性很好,在下部井段鉆進(jìn)時(shí)機(jī)械鉆速在18.26-29.38m/h之間。從起出鉆頭新度來看,鉆頭狀況較好,可繼續(xù)使用。

        3.2 鉆具組合

        3.2.1 一開井段

        一開井段采用塔式鐘擺防斜打直鉆具組合,通過調(diào)整鉆井參數(shù),采用低鉆壓、高轉(zhuǎn)速鉆進(jìn),及時(shí)測(cè)斜,監(jiān)測(cè)井眼軌跡,一開井段最大井斜均在0.3°以下。

        鉆具組合如下:12-1/4"Tri-conebit(HJ437,nozzles:2×28/32+1×25/32)+Bit Sub w/Float Valve+Baffle+8"NMDC× 1joint+8"DC×11Joints+X/O+6-1/2"DC×6 joint+6-1/2"Drilling jar+5"HWDP×15 Joints+5"DP。

        3.2.2 二開井段

        AKONDO油田主要為大斜度定向井及水平井,經(jīng)過四口水平井施工的驗(yàn)證及優(yōu)選,摸索出了二開井段實(shí)鉆效果良好的鉆具組合,在不受意外因素影響時(shí),均可實(shí)現(xiàn)一開次只用一個(gè)PDC鉆頭、一趟鉆完成施工。

        1、Power Drive旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向倒裝鉆具組合

        該組合在導(dǎo)眼井和四口水平井鉆進(jìn)時(shí)取得了很好的效果,建議作為水平井的首選全剖面鉆具組合。鉆具組合如下:8-1/2"PDC bit+6-3/4"Xceed6758-3/8"Stabilizers+5-1/8"NM Flex Joint+6-3/4"EcoScopew/8-1/4"Stabilizers+6-3/4"MWD(Telescope675NF)+6-3/4"NM Pony+6-3/4"NMDC+5"HWDP×1jts+6-1/2"HydraulicJar+5"HWDP× 4jts+5"DP× 75jts+5"HWDP×15jts+5"DP。

        其優(yōu)點(diǎn)為:

        (1)可適時(shí)調(diào)控井眼軌跡,實(shí)鉆井眼軌跡圓滑,摩阻和扭矩小。

        (2)能有效防止高井斜和高造斜率井段鉆具托壓,獲得極高的機(jī)械鉆速。

        (3)能在0-5°/30m范圍適時(shí)調(diào)整造斜率,調(diào)控軌跡效果很好。

        (4)鉆具組合兼容性好,具有全剖面鉆進(jìn)能力,可實(shí)現(xiàn)一趟鉆鉆套管內(nèi)水泥塞、直井段和造斜點(diǎn)以后的其它所有井段,減少起下鉆時(shí)間,縮短鉆井周期。

        (5)能及時(shí)獲取井眼軌跡和地層資料,特別適用于加蓬薄油層小斷塊水平井尋找目的層,且能減少通井和測(cè)井作業(yè)時(shí)間,縮短建井周期。

        2、PDM+LWD導(dǎo)向強(qiáng)增鉆具組合

        在WAKO-H1井因?qū)嶋H鉆遇油層提前,需要短距離內(nèi)急速增斜,下入該組合滑動(dòng)鉆進(jìn)全力增斜,從1388m鉆至1426m,井斜從78.46°增加到92.27°,造斜率高達(dá)10.9°/30m,較好的滿足了勘探開發(fā)的需要,因此,在因地層提前而需要獲得超高造斜率時(shí),該鉆具可以作為強(qiáng)力增斜手段,以實(shí)現(xiàn)實(shí)鉆剖面的適時(shí)精確調(diào)控。鉆具組合如下:8-1/2"bit+6-3/4"PDM(A675M4570XP,1.83Deg)+Float Sub+EcoScope W/81/4"Stabilizer+MWD(Telescope 675 NF)+6-3/4"NMDC+5"HWDP×3jts+6-1/2"Hydraulic Jar+5"HWDP×3jts+5'DP×21jts+5"HWDP×30jts.

        其優(yōu)點(diǎn)為:

        (1)造斜率高,通過調(diào)節(jié)單彎螺桿的彎曲度數(shù),能獲得高達(dá)10°/30m的造斜率。

        (2)地層適應(yīng)性強(qiáng),由于造斜率主要由單彎螺桿度數(shù)決定,即使在松軟的砂巖油藏也能獲得所要求的造斜率,能快速實(shí)現(xiàn)剖面調(diào)控要求。

        其缺點(diǎn)為:

        (1)由于強(qiáng)力增斜時(shí)采用全力增斜滑動(dòng)鉆進(jìn)方式,狗腿度變化大,鉆具摩阻和扭矩大,鉆具負(fù)荷大,不利于防卡。

        (2)在稍微致密的泥巖段鉆進(jìn)時(shí)很容易產(chǎn)生托壓,不僅嚴(yán)重制約了機(jī)械鉆速的提高,甚至?xí)斐煽ㄣ@。

        (3)對(duì)泥漿潤(rùn)滑性要求高,潤(rùn)滑劑等高價(jià)值材料消耗較大。

        3.3 鉆井參數(shù)及水力參數(shù)

        3.3.1 鉆壓

        對(duì)于牙輪鉆頭,除防斜吊打、定向、扭方位外,最大的安全鉆壓為每英寸20KN。對(duì)于PDC鉆頭,鉆壓一般在40-80KN。

        對(duì)12-1/4"及以上井眼

        由于上部地層松軟,可鉆性好,加之上部井段防斜打直的需要,對(duì)450m以上井段,鉆壓控制在1-3T時(shí),機(jī)械鉆速也可達(dá)18m/h以上。

        對(duì)8-1/2"井眼

        在420m至800m含礫砂巖中鉆進(jìn)時(shí),應(yīng)根據(jù)鉆時(shí)變化和振動(dòng)篩返砂情況及時(shí)調(diào)整鉆壓,切不可在ROP變慢時(shí)盲目加大鉆壓片面追求短時(shí)的高機(jī)械鉆速,需嚴(yán)防PDC鉆頭崩齒而被迫起鉆換鉆頭。在420m至650m井段鉆進(jìn)時(shí),鉆壓宜控制在4T以下,以適當(dāng)高的轉(zhuǎn)速鉆過;在650m至800m井段鉆進(jìn)時(shí)鉆壓宜控制在6T以下。在遭遇嚴(yán)重蹩跳鉆時(shí)鉆壓宜降低到3T以下,轉(zhuǎn)速宜降低到70RPM以下。

        3.3.2 轉(zhuǎn)速

        對(duì)12-1/4"及以上井眼

        采用低鉆壓高轉(zhuǎn)速鉆進(jìn),轉(zhuǎn)速控制在80-120RPM.這樣既可以滿足上部直井段防斜打直的需要,也可獲得較高的機(jī)械鉆速。

        對(duì)8-1/2"井眼

        結(jié)合軌跡控制、地層巖性和扭矩情況,轉(zhuǎn)速在60-120RPM之間適時(shí)調(diào)整,可行時(shí),轉(zhuǎn)速控制以就高不就低為原則。在420m至800m井段遭遇嚴(yán)重蹩跳鉆時(shí)轉(zhuǎn)速降低到70RPM以下,以防PDC鉆頭崩齒。

        3.3.3 泵壓

        對(duì)12-1/4"及以上井眼

        由于上部井段地層松軟,可鉆性極好,450m以上逐漸以100-700psi的泵壓鉆進(jìn)即可滿足快速鉆進(jìn)要求,過高的泵壓反而會(huì)降低護(hù)壁效果。對(duì)450m至1500m的12-1/4"井眼,泵壓可控制在1500-2500psi之間,隨井深加深而逐步增加。

        對(duì)8-1/2"井眼

        牙輪鉆頭的泵壓可達(dá)到17MPa以上,PDC鉆頭的泵壓可達(dá)到14MPa以上。鉆遇漏失層、定向與扭方位時(shí)需適當(dāng)降低泵壓。

        3.3.4 排量

        對(duì)12-1/4"及以上井眼

        對(duì)450m以上井段,施工時(shí)以保護(hù)井壁,避免重復(fù)鉆進(jìn)為第一要?jiǎng)?wù)。由于450m以上井段為松散的砂巖堆積層,可鉆性很好,但極易垮塌和沖蝕,因此在排量的控制上宜遵循從小排量起步開孔,每柱打完后以高粘坂土漿護(hù)壁,隨著井深增加逐漸加大排量,這樣既可以防止松散砂子滑落到新井眼造成重復(fù)鉆進(jìn),又可以避免因井壁大規(guī)模垮塌危及周邊井眼的風(fēng)險(xiǎn)。排量調(diào)控范圍為350-650GPM。

        對(duì)8-1/2"井眼

        由于本區(qū)塊水平井井深較淺,垂直段僅400至500m,在快速鉆進(jìn)時(shí),大斜度井段和水平段很容易形成巖屑床,不僅影響機(jī)械鉆速,還嚴(yán)重威脅井下安全,因此在下部井段中宜采用較高的排量鉆進(jìn),結(jié)合井眼狀況、軌跡控制需要和定向工具特點(diǎn),在450-600GPM的范圍內(nèi)適時(shí)調(diào)整排量,采用適當(dāng)高的排量鉆進(jìn),以保證及時(shí)攜帶出所鉆巖屑。

        3.3.5 噴嘴優(yōu)選

        對(duì)12-1/4"及以上井眼,宜使用帶中心噴嘴的鉆頭,按上述排量和泵壓安裝所需尺寸的不等徑噴嘴,以便及時(shí)清潔井底,改善井底流場(chǎng),減少壓持效應(yīng),提高機(jī)械鉆速。

        對(duì)8-1/2"井眼,視定向工具的不同進(jìn)行水力參數(shù)計(jì)算來確定合理的噴嘴尺寸,以發(fā)揮定向工具的最大效能。

        4 泥漿性能控制

        良好的泥漿性能是實(shí)現(xiàn)安全、快速、優(yōu)質(zhì)、低耗鉆井的基本保證。

        4.1 泥漿體系的優(yōu)選

        對(duì)450m以下井段

        采用坂土漿鉆表層。為提高綜合效率和確保安全,施工時(shí)以保護(hù)井壁,避免重復(fù)鉆進(jìn)為重點(diǎn),宜自始至終采用100s左右的高粘度泥漿鉆進(jìn)該井段,并堅(jiān)持每柱打150s左右的高粘泥漿強(qiáng)化護(hù)壁效果,以防松散砂巖垮塌。

        對(duì)450m以上井段

        采用Kla-Shield低固相泥漿體系,從幾口井的實(shí)鉆過程看,該體系具有良好的流變性和攜砂效果,性能穩(wěn)定,也具有較強(qiáng)的抑制性,較好的滿足了施工要求。但是其抗污染能力稍差,特別是當(dāng)機(jī)械鉆速過快或過慢時(shí),泥漿中低密度固含成分會(huì)急劇升高,從而嚴(yán)重影響其流變性能,因此鉆進(jìn)中要使用好固控設(shè)備。

        4.2 泥漿抑制性

        由于四口水平井主要采用泥漿馬達(dá)或旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向的鉆井方式,所鉆井眼較大,加之所鉆井段大部分以泥頁(yè)巖為主,地層易水化分散和失穩(wěn),因此為防止井壁垮塌、沖蝕和大肚子,需進(jìn)一步強(qiáng)化Kla-Shield泥漿體系的抑制性。

        4.3 泥漿潤(rùn)滑性

        對(duì)大斜度定向井,泥漿中加入總量約2-3%的液體潤(rùn)滑劑、膨化石墨粉、低螢光磺化瀝青等潤(rùn)滑劑可大幅度改善井下鉆柱工作條件,有效降低摩阻和扭矩,考慮到保護(hù)定向工具的要求,不宜加入塑料小球和玻璃微珠類的球狀顆粒潤(rùn)滑劑。

        鉆進(jìn)過程中,當(dāng)摩阻增加到15T以上或托壓嚴(yán)重,或扭矩增加到9kft-bls時(shí),可配制少量以液體潤(rùn)滑劑、膨化石墨粉、塑料小球?yàn)橹鞯母哒碀?rùn)滑漿(有塑料小球時(shí)不加玻璃微珠),接立柱前低排量頂過鉆頭,既能獲得良好的潤(rùn)滑效果,也能最大限度的保護(hù)定向工具。

        4.4 井眼凈化

        現(xiàn)場(chǎng)固控裝置為四級(jí)凈化系統(tǒng),基本能滿足對(duì)含砂及固相含量控制要求。除做好設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)外,使用時(shí)還需注意如下細(xì)節(jié):

        (1)根據(jù)排量和返漿情況適時(shí)調(diào)整振動(dòng)篩開口高度,使巖屑及時(shí)從振動(dòng)篩排出,以防開口高度過高造成巖屑因反復(fù)高頻震動(dòng)細(xì)化而進(jìn)入泥漿。

        (2)鉆完一個(gè)立柱后劃眼2-3次,既能維護(hù)新鉆井眼,又能保證井底清潔并使新鉆巖屑能及時(shí)返出,減小巖屑二次擠壓破碎。

        (3)及時(shí)短起下鉆清除井壁的巖屑床,防止巖屑因滯留井底過久造成進(jìn)一步破碎和水化。

        (4)接立柱時(shí)做到晚停泵早開泵,控制環(huán)空巖屑濃度在5%以下。

        (5)起鉆前打高粘充分循環(huán)干凈,下鉆時(shí)提前一柱接頂驅(qū)劃眼到底,使滯留井底的巖屑盡快上返。

        5 采用近平衡壓力鉆井

        5.1 準(zhǔn)確預(yù)測(cè)地層壓力

        結(jié)合工程和地質(zhì)設(shè)計(jì)的地層壓力數(shù)據(jù),施工中嚴(yán)密監(jiān)測(cè)氣測(cè)值、溢流、泥漿性能變化、油氣顯示和返砂情況,精確確定地層孔隙壓力、地層坍塌壓力和地層破裂壓力,為適時(shí)調(diào)整泥漿密度提供依據(jù)。

        5.2 以合理的泥漿密度進(jìn)行近平衡壓力鉆井

        經(jīng)過四口水平井的鉆探施工,結(jié)合前期已鉆井臨井資料,已能較為準(zhǔn)確的確定個(gè)開次的泥漿密度,鉆井過程中,在有效控制地層壓力和維持井壁穩(wěn)定的前提下,盡可能降低泥漿密度,以提高機(jī)械鉆速,加快鉆井速度,并保護(hù)油氣層。同時(shí)以合理的泥漿密度進(jìn)行近平衡鉆井還能有效防止壓差卡鉆,避免復(fù)雜情況(井噴、井塌、井漏等)等各類井下事故復(fù)雜的發(fā)生,為實(shí)現(xiàn)安全、優(yōu)質(zhì)、高效、快速鉆井奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

        6 結(jié)論

        (1)不斷優(yōu)化井身結(jié)構(gòu),同時(shí)堅(jiān)持使用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆進(jìn),確保井眼軌跡光滑,降低井下摩阻和扭矩,提高鉆井的安全性。

        (2)優(yōu)選與實(shí)鉆地層相匹配的鉆頭,提高機(jī)械鉆速的同時(shí),減少鉆頭磨損程度。

        (3)通過優(yōu)化鉆頭、鉆具組合、鉆井參數(shù)及水力參數(shù)等鉆井施工方案,確保生產(chǎn)高效順利完成。

        (4)通過對(duì)泥漿體系的優(yōu)選、泥漿抑制性、潤(rùn)滑性及凈化方面的分析與控制,確保井下安全。

        (5)以合理的泥漿密度進(jìn)行近平衡壓力鉆井,以減少井下復(fù)雜情況發(fā)生。

        [1]陳庭根,管志川.鉆井工程理論與技術(shù)[M]

        [2]韓志勇.定向井技術(shù)與理論[M]

        [3]趙金洲,張桂林.鉆井工程技術(shù)手冊(cè)[M]

        [4]高德利,劉希圣,徐秉業(yè).井眼軌跡控制[M]

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