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        欠平衡鉆井技術(shù)在元壩121H井的應(yīng)用

        2014-06-28 02:58:30張輝劉功威蘭凱肖冠琦
        斷塊油氣田 2014年4期
        關(guān)鍵詞:鉆速機(jī)械鉆速井段

        張輝 ,劉功威 ,蘭凱 ,肖冠琦

        (1.中國石油大學(xué)(北京)石油工程學(xué)院,北京 102249;2.中國石化中原石油工程有限公司鉆井工程技術(shù)研究院,河南 濮陽 457001)

        1 元壩121H井概況

        元壩121H井是中國石化西南油氣分公司部署的一口用于開發(fā)評價(jià)的超深水平井,位于四川盆地川東北巴中低緩構(gòu)造帶元壩Ⅰ塊長興—飛仙關(guān)組礁灘異常體南翼,設(shè)計(jì)垂深7 280.00 m,斜深8 158.00 m,目的層位為長興組灘相。

        元壩區(qū)塊地層壓力梯度高,氣層多,特別是鉆至千佛崖、自流井、須家河地層,采用常規(guī)鉆井技術(shù)機(jī)械鉆速低[1-3],從而影響了油氣勘探開發(fā)進(jìn)程,這就要求鉆井過程中需采用先進(jìn)的技術(shù)手段,提高鉆井效率和油氣勘探開發(fā)的成功率。欠平衡鉆井技術(shù)作為一種新興的鉆井技術(shù)[4],在提高鉆井效率上優(yōu)勢顯著,已廣泛應(yīng)用于四川地區(qū)的鉆井實(shí)踐,并取得了良好效益。根據(jù)元壩121H井所處地層的地質(zhì)特點(diǎn)和施工條件,利用元壩地區(qū)的實(shí)鉆資料[5-6],在不同井段采用相應(yīng)的欠平衡鉆井工藝,提高了鉆井速度,縮短了鉆井周期,為該地區(qū)的欠平衡鉆井施工提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

        2 欠平衡鉆井液體系設(shè)計(jì)

        在欠平衡鉆井過程中,鉆井液的井底壓力要低于地層孔隙壓力,這就要求欠平衡鉆井液體系的密度在一定范圍內(nèi)是可調(diào)的。特別需要注意的是,欠平衡鉆井液的最低密度要比給定的地層壓力系數(shù)低,以便實(shí)際地層壓力系數(shù)低于預(yù)測的地層壓力系數(shù)時(shí),能夠降低鉆井液密度,保證欠平衡鉆井的實(shí)施[7-9]。因此,根據(jù)預(yù)測地層壓力系數(shù)合理地選擇鉆井液密度和類型,是安全快速進(jìn)行欠平衡鉆井的前提(見表1)。

        表1 鉆井液類型選擇

        3 欠平衡鉆井施工工藝

        在研磨性較強(qiáng)的地層使用常規(guī)鉆井液鉆井時(shí),機(jī)械鉆速較低,鉆井周期較長。為了有效地提高元壩121H井的機(jī)械鉆速,縮短鉆井周期,降低鉆井成本,鉆進(jìn)過程中分別在一開、二開、三開井段使用了3種不同的欠平衡鉆井技術(shù),機(jī)械鉆速提高到原來的1.2~6.0倍。

        3.1 一開泡沫鉆井

        一開井段32.00~702.00 m采用泡沫鉆井技術(shù),分2趟進(jìn)行鉆進(jìn)。

        1)第1趟鉆,井深32.00~76.00 m,鉆壓30~180 kN,轉(zhuǎn)速25~60 r/min,空氣排量140 m3/min,注氣壓力1.8~2.4 MPa。先采用泡沫基液鉆透水泥塞,磨合鉆頭,輕壓試鉆,再逐步加壓鉆進(jìn)。本次泡沫鉆井累計(jì)純鉆時(shí)間35.50 h,累計(jì)進(jìn)尺44.00 m,平均機(jī)械鉆速1.24 m/h。

        2)第2趟鉆,井深 76.00~702.00 m,鉆壓160~260 kN,轉(zhuǎn)速50~60 r/min,空氣排量140 m3/min,注氣壓力2.0~3.8 MPa。在第1次泡沫鉆井結(jié)束后更換鉆頭,下入組合鉆具,進(jìn)行循環(huán)、劃眼,繼續(xù)泡沫鉆進(jìn)。當(dāng)鉆壓加到196 kN以上時(shí),鉆速明顯提高。本次泡沫鉆井累計(jì)純鉆時(shí)間144.50 h,累計(jì)進(jìn)尺626.00 m,平均機(jī)械鉆速4.33 m/h。

        3.2 二開空氣鉆井

        二開井段702.00~3 066.70 m采用空氣鉆井[10-12],分3趟進(jìn)行鉆進(jìn)。

        1)第 1趟鉆,井深 702.00~1 644.02 m,鉆壓 60~130 kN,轉(zhuǎn)速 40~65 r/min,空氣排量 100~260 m3/min,注氣壓力1.6~2.2 MPa。本趟累計(jì)純鉆時(shí)間119.33 h,累計(jì)進(jìn)尺942.02 m,平均機(jī)械鉆速7.89 m/h。

        2)第2趟鉆,井深1 644.02~2 756.87 m,鉆壓110~130 kN,轉(zhuǎn)速 65 r/min,空氣排量 240~300 m3/min,注氣壓力1.8~2.8 MPa。井底約有一根單根的沉砂,于是加大氣體排量,由275 m3/min加至300 m3/min,繼續(xù)空氣鉆進(jìn),恢復(fù)正常。本趟累計(jì)純鉆時(shí)間90.50 h,累計(jì)進(jìn)尺1 112.85 m,平均機(jī)械鉆速12.30 m/h。

        3)第3趟鉆,井深2 756.87~3 054.50 m,鉆壓 80~110 kN,轉(zhuǎn)速 65 r/min,空氣排量 300~320 m3/min,注氣壓力2.8~3.2 MPa。組合鉆具下鉆至2 686.82 m沉砂遇阻(井深2 756.87 m,沉砂29.95 m),于是加強(qiáng)循環(huán)繼續(xù)鉆進(jìn),但是在接單根時(shí)仍有沉砂,故結(jié)束空氣鉆井,轉(zhuǎn)為鉆井液鉆進(jìn)。本趟累計(jì)純鉆時(shí)間40.08 h,累計(jì)進(jìn)尺297.63 m,平均機(jī)械鉆速7.43 m/h。

        在本次二開空氣鉆井過程中,出現(xiàn)了幾次沉砂現(xiàn)象,分析認(rèn)為:當(dāng)使用空氣鉆井時(shí),鉆速會(huì)比較快,稍一停泵,懸浮的巖屑就會(huì)下沉,堵死環(huán)空,埋住鉆頭與部分鉆具,形成卡鉆。

        3.3 三開液相欠平衡鉆井

        三開井段3 066.70~4 543.30 m采用鉆井液欠平衡鉆井技術(shù)。在鉆進(jìn)期間遇到自流井組井漏情況,隨即配重漿壓井作業(yè),經(jīng)多次壓井在保證井控安全的前提下,繼續(xù)三開欠平衡鉆進(jìn)。在鉆遇地層交界破碎帶和礫巖層段時(shí),均發(fā)生嚴(yán)重蹩跳鉆,提速效果不明顯,因此終止欠平衡鉆進(jìn),轉(zhuǎn)為常規(guī)鉆井液鉆進(jìn)。本次鉆井過程累計(jì)純鉆時(shí)間1 318.39 h,累計(jì)進(jìn)尺1 476.60 m,平均機(jī)械鉆速為1.12 m/h。

        4 效果分析

        元壩121H井采用欠平衡鉆井技術(shù)后的分井段提速效果對比如表2所示。

        表2 提速效果對比

        由表2可知:

        1)一開鉆井過程中,井很淺,使用泡沫鉆井技術(shù)可以有效提高鉆速。根據(jù)元壩地區(qū)實(shí)鉆資料統(tǒng)計(jì),一開井眼尺寸大,常規(guī)鉆井液機(jī)械鉆速慢,平均鉆速只有0.76 m/h,本次一開泡沫鉆井的平均鉆速為3.72 m/h,是常規(guī)鉆井液鉆速的4.9倍。泡沫鉆井結(jié)果表明:元壩區(qū)塊屬于地質(zhì)圈閉構(gòu)造,一開階段利用泡沫鉆井井斜小,且地層穩(wěn)定,提速效果明顯,適合欠平衡泡沫鉆井。

        2)二開鉆井過程中,使用空氣鉆井技術(shù)可以極大地提高鉆速。二開井段常規(guī)鉆井液鉆井平均鉆速1.57 m/h,使用空氣鉆井后鉆速可提升至9.41 m/h,是常規(guī)鉆井液鉆速的6.0倍。空氣鉆井結(jié)果表明:空氣鉆井能夠強(qiáng)化鉆進(jìn)參數(shù),明顯提高了機(jī)械鉆速,縮短了鉆井周期。對于易漏地層,它能很好地避免井下復(fù)雜情況。

        3)三開鉆井過程中,在沙溪廟組、自流井組、須家河組使用鉆井液欠平衡鉆井技術(shù)并沒有有效地提高鉆速,常規(guī)鉆井液三開鉆速為0.92 m/h,而使用欠平衡技術(shù)中的鉆井液鉆速為1.12 m/h,鉆速僅為常規(guī)鉆井液鉆速的1.2倍,遠(yuǎn)沒有達(dá)到高效提速的效果。

        由于三開井段為高壓低滲裂縫性氣層,地層壓力當(dāng)量密度窗口窄,沙溪廟組地層不穩(wěn)定,自流井組為地層高壓氣層,須家河組地層井壁不穩(wěn)定,容易垮塌,從而導(dǎo)致無法實(shí)施氣相欠平衡鉆井。當(dāng)使用液體欠平衡鉆井技術(shù)時(shí),不僅鉆穿須家河組難度比較大,而且提速效果并不明顯。因此,實(shí)施液體欠平衡鉆井雖然是自流井組和須家河組地層提速的重要技術(shù)手段,可以通過優(yōu)化鉆井液性能從而提高鉆井液抑制井壁垮塌的能力,來實(shí)現(xiàn)欠平衡鉆進(jìn);但是,綜合考慮欠平衡鉆井成本、井控風(fēng)險(xiǎn)、井壁穩(wěn)定等因素,一旦提速效果不明顯或出現(xiàn)其他復(fù)雜情況,就應(yīng)該終止欠平衡鉆井,轉(zhuǎn)為常規(guī)鉆井液鉆井。

        由本井三開井段的地層參數(shù)(見表3)可知,自流井組和須家河組大部分地層壓力系數(shù)都超過了1.30。根據(jù)表1,當(dāng)?shù)貙訅毫ο禂?shù)超過1.30時(shí),應(yīng)該選擇常規(guī)水基鉆井液。

        表3 元壩121H井三開地層參數(shù)

        而本井三開階段實(shí)際選擇了鉆井液欠平衡鉆井體系,提速效果并不明顯,也從側(cè)面證明了計(jì)算結(jié)果的合理性,同時(shí)表明當(dāng)?shù)貙訅毫ο禂?shù)過高時(shí)不宜使用欠平衡鉆井技術(shù)。

        5 結(jié)論

        1)元壩地區(qū)地層條件相對穩(wěn)定,在保證其他技術(shù)條件可靠的前提下,在某些層段實(shí)施欠平衡鉆井技術(shù),并配合復(fù)合鉆井等技術(shù),合理匹配鉆井液和鉆進(jìn)參數(shù),優(yōu)選鉆頭,可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)快鉆進(jìn)的目標(biāo)。

        2)當(dāng)使用空氣鉆井技術(shù)時(shí),要縮短接單根時(shí)間,停泵前要將鉆具提離井底并隨時(shí)活動(dòng)鉆具,避免發(fā)生沉砂卡鉆。

        3)在欠平衡鉆井過程中,應(yīng)詳細(xì)研究、評估所測數(shù)據(jù)和相關(guān)資料,準(zhǔn)確預(yù)測各階段地層的壓力系數(shù),優(yōu)選鉆井液類型。當(dāng)鉆遇高壓和井壁不穩(wěn)定地層,提速效果不明顯時(shí),綜合考慮欠平衡鉆井成本、井控風(fēng)險(xiǎn)、井壁穩(wěn)定等因素,應(yīng)當(dāng)終止欠平衡鉆井,改為安全風(fēng)險(xiǎn)較小的鉆井液鉆井。

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