李云志(西部鉆探吐哈鉆井公司,新疆 鄯善 838200)
三塘湖馬朗區(qū)塊安全快速鉆井技術(shù)研究與應(yīng)用
李云志(西部鉆探吐哈鉆井公司,新疆 鄯善 838200)
2012年蘆1井發(fā)現(xiàn)P2t油層后,先后在蘆1、馬55、馬56獲得突破,條湖組凝灰?guī)r致密油藏已經(jīng)成為勘探開發(fā)的重要領(lǐng)域。本區(qū)塊地質(zhì)條件復(fù)雜,鉆井周期長,P2t地層破碎嚴(yán)重,多次發(fā)生井塌埋鉆等事故,嚴(yán)重影響鉆井進(jìn)度和經(jīng)濟(jì)效益,針對致密油開發(fā)的特點(diǎn),該區(qū)塊部署大量水平井,為實現(xiàn)安全快速鉆井,開展一系列技術(shù)研究。
2012-2013年完成井9口,平均井深3051.56m,平均周期67.76天,平均機(jī)速3.55m∕h,平均月速1350.59m∕臺月。鉆井過程中存在以下難點(diǎn):(1)鉆井周期長、機(jī)械鉆速低,PDC鉆頭使用受限。(2)下部二疊系、石炭系地層硬、研磨性強(qiáng),牙輪鉆頭平均使用時間80-100h,易發(fā)生掉牙輪事故,平均機(jī)速2.2m∕h,起出后磨損嚴(yán)重;普通PDC鉆頭抗研磨性差。(3)井身質(zhì)量控制困難、常規(guī)鉆具難以防斜(4)事故復(fù)雜時效高,小泉溝、條湖裂縫性發(fā)育,易發(fā)生井漏;條湖組凝灰?guī)r破碎、地層膠結(jié)不穩(wěn)易發(fā)生自下而上連續(xù)坍塌。(5)水平井開發(fā)增多,施工風(fēng)險高,完井工藝復(fù)雜,水平段長,摩阻大,特殊管串或工具下入困難。
根據(jù)地層分布,研究巖石可鉆性,優(yōu)選個性化PDC鉆頭,優(yōu)選配合螺桿鉆具。
(1)巖石可鉆性研究
采用取自馬朗凹陷巖芯進(jìn)行試驗測試,對于牙輪和PDC鉆頭,依據(jù)可鉆性與聲波時差的相關(guān)性,建立可以用來計算可鉆性極值的關(guān)系模型:
牙輪鉆頭計算模型:
PDC鉆頭計算模型:
其中:Kd-巖石可鉆性極值
Δtp-聲波時差
研磨性級值與可鉆性級值范圍
地層井段地層巖性地層性質(zhì)侏羅系三疊系二疊系石炭系1200-1900 1900-2100 2100-3300 3300以下砂礫巖、泥巖互層泥巖、砂礫巖凝灰?guī)r、玄武巖玄武巖軟、中硬中硬中硬、硬硬研磨性級值3-4 4-5 5-6 5-6可鉆性級值范圍4-5 4-5 5-6 6-7
(2)優(yōu)選PDC鉆頭
通過巖性分析以及可鉆性來優(yōu)選PDC鉆頭,重點(diǎn)從以下幾個方面攻關(guān),優(yōu)選個性化鉆頭。
a、采用抗高溫、抗沖擊復(fù)合片,降低掉齒斷齒幾率
b、提高鉆頭表面耐研磨性和硬化材料
c、或采用雙排齒提高整體穿夾層能力
根據(jù)上述地層特性,優(yōu)選以下兩種型號PDC鉆頭
216mm DM753鉆頭特性:
※采用大曲率半徑冠形,提高鉆頭的整體耐磨性;
※采用最新進(jìn)口、高抗研磨復(fù)合片DP-40,復(fù)合片耐磨性大大提高,更加適應(yīng)鉆進(jìn)高研磨性砂巖、含礫砂巖地層;
※輔助切削齒位置和高度的合理設(shè)計,提高鉆頭的穩(wěn)定性和抗研磨能力,有效提高鉆頭使用壽命。
216mm MD6645A鉆頭特性:
※碳化鎢燒結(jié)胎體,六刀翼設(shè)計,中高密度布齒,提高鉆頭的耐磨性;
※采用16mm復(fù)合片,適應(yīng)鉆進(jìn)高研磨性火成巖;
※聚晶金剛石保徑,提高鉆頭的穩(wěn)定性和抗研磨能力,有效提高鉆頭使用壽命。
(3)優(yōu)選螺桿鉆具
優(yōu)選大扭矩中速螺桿,配合個性化PDC鉆頭,采用“MWD”復(fù)合導(dǎo)向技術(shù)控制上部易斜井段,提高PDC鉆頭工定性,減少對復(fù)合片的沖擊,提高行程進(jìn)尺。
(4)應(yīng)用后效果
通過優(yōu)選PDC鉆頭配合7頭大扭矩螺桿復(fù)合鉆進(jìn),平均機(jī)械鉆速提高70.22%,平均鉆頭數(shù)量由每口井9.15只減少至3.5只,很大程度上減少了鉆頭入井次數(shù),取得良好效果。
(1)地層造斜規(guī)律研究
上部井段易斜,馬朗區(qū)塊巖性復(fù)雜,地層造斜力強(qiáng),且方位不變,常規(guī)鉆具鉆進(jìn)自然方位在340-30°左右。通過研究分析6口井井的井史資料,發(fā)現(xiàn)井斜的主要原因為:
①地層因素:易斜井段主要T2+3和P2t交界面以及整個二疊系地層,巖性多為凝灰?guī)r和玄武巖,該類地層巖石強(qiáng)度高,形成的地層傾角大,自然造斜力強(qiáng)。
②鉆具因素:鉆具導(dǎo)致井斜的主要因素是鉆具的偏斜和彎曲。底部鉆具影響最大:一是引起鉆頭傾斜,在井底形成不對稱切削,二是鉆頭受側(cè)向力。
(2)優(yōu)化鉆具組合,控制井身質(zhì)量
上部井段為增加鉆具剛性,更好的防斜穩(wěn)斜,采用“0-1-2”鉆具組合:
Ф216mmPDC+Ф172mm1.25°單彎螺桿(雙扶)+回壓凡爾+定向接頭+Ф159mm無磁DC*1根+Ф159mmDC*1根+Ф214mmF+ Ф159mmDC*8根+Ф127mmDP
評價:該鉆具組合在直井段有很好的防斜作用,實時跟蹤預(yù)測,中途一次糾斜即可控制上部直井段井身質(zhì)量。
下部造斜段鉆具:
Ф216mmPDC+Ф172mm1.25°單彎螺桿+回壓凡爾+定向接頭+Ф159mm無磁DC*1根+Ф159mmDC*9根+Ф127mmDP
下部直井段或穩(wěn)斜段鉆具:
Ф216mmPDC+Ф172mm1.25°單彎螺桿(雙扶)+回壓凡爾+定向接頭+Ф159mm無磁DC*1根+Ф159mmDC*9根+Ф 127mmDP
水平段鉆具:“0-1F”型微調(diào)整旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆具組合
Ф216mmPDC+Ф172mm1°單彎螺桿(雙扶)+回壓凡爾+電阻率+Ф159mm無磁DC*1根+MWD短節(jié)+Ф127mm加重DP*3根+ Ф127mm倒裝鉆柱+Ф127mm加重DP*27根+Ф127mmDP
(3)優(yōu)化后效果
通過優(yōu)化鉆具結(jié)構(gòu)實施9口井上部井身質(zhì)量得到很好的控制,1400-2200m最大井斜馬60H井3.0°∕2190m。平均機(jī)械鉆速7.41m∕h,相比提高了140%。
針對致密油藏全井段巖性特征,從鉆井液的井壁穩(wěn)定、井眼凈化、防卡潤滑等性能入手,形成了直井“三段制”、水平井“四段制”鉆井液技術(shù)模式。
直井:坂土漿體系 — 聚合物體系 — 聚磺體系
水平井:坂土漿體系 — 聚合物體系 — MEG體系 — 弱凝膠體系
(1)水平段應(yīng)用弱凝膠體系提升井眼凈化能力
弱凝膠主劑與常規(guī)提切劑以及其它弱凝膠劑對比實驗表明,主劑同時具有凝膠和提切劑的特點(diǎn),成膠時間短。
通過評價低剪切速率粘度,弱凝膠主劑低剪粘度高,為常規(guī)提切劑HV-CMC的45倍,其攜砂懸砂能力強(qiáng)。
通過評價觸變性,靜止1小時以后的切力值也無較大變化,同時10s、10min的切力值也較為合理,有利于懸浮巖屑。
(2)井壁穩(wěn)定性能提升技術(shù)
相同加量條件下,弱凝膠輔劑頁巖回收率高于MMH和FA-367,說明弱凝膠輔劑抑制能力強(qiáng)于MMH和FA-367。
弱凝膠輔劑加量2%時,其YP∕PV值達(dá)0.75,有利于充分發(fā)揮鉆頭水眼水馬力的作用,提高機(jī)械鉆速,同時具有較強(qiáng)的封堵能力。
弱凝膠鉆井液體系現(xiàn)場應(yīng)用
弱凝膠鉆井液體系在蘆101H等8口井水平段得到成功應(yīng)用,均無復(fù)雜事故發(fā)生,有效滿足了水平井?dāng)y巖降阻要求。
動塑比靜切力Pa長m 0.47井號井深m水平段PH值I濾失m l塑性粘度cm3粘度S 8 6 mpa .s動切力Pa 1.2 5 1100 101 3.8 60H 371 1 9.0終切 1 1 26 13 0.50 H蘆102蘆4.4 875 352 2 376 8 1.3 0 1.3 2 90 AP 9.0 17 30密度g / 14 H馬691 100初切4.0 9.0 5 5 4 12 33 19 0.57
(3)事故復(fù)雜預(yù)防技術(shù)
※控制起下鉆速度,杜絕壓力激動造成井壁失穩(wěn)坍塌。
※定向段、水平段堅持短拉措施,并執(zhí)行“兩短一長”的短拉方案,井下有異常情況時,要立即循環(huán)進(jìn)行短拉,清除井筒的巖屑。
※易塌井段禁止定點(diǎn)循環(huán),以免長時間沖刷造成井壁垮塌。
※水平井鉆進(jìn)或完鉆通井鉆具中采用球形穩(wěn)定器,球形穩(wěn)定器結(jié)構(gòu)短小緊湊、鉆井阻力小,適用于水平井安全鉆進(jìn)。
※J2x鉆遇煤層,采用進(jìn)一退二,穩(wěn)扎穩(wěn)打,保證塌塊能及時破碎并帶出井筒。
※P2t易出現(xiàn)接單根頻繁遇阻卡、放不到底或泵壓不正常,遇到此情形須停止鉆進(jìn),循環(huán)處理泥漿,若還不能恢復(fù)正常,起鉆簡化鉆具結(jié)構(gòu)通井。
※附加合適的泥漿密度平衡坍塌應(yīng)力。
(4)優(yōu)化后效果
通過井下復(fù)雜預(yù)防技術(shù)、弱凝膠鉆井液體系的應(yīng)用,大大降低了本區(qū)塊的復(fù)雜事故率,相比2010-2012年,復(fù)雜損失率降低65.34%,事故損失率降低92.81%。
井眼準(zhǔn)備
★電測前通井鉆具組合:
Φ216mm3A+Φ159mmDC×2根+Φ127mm倒裝鉆桿串+Φ 127mm加重DP×30根+Φ127mmDP
★下套管前通井鉆具組合:
Φ216mm3A+Φ159mmDC×2根+210mm球扶+Φ127mm倒裝鉆桿串+Φ127mm加重DP×30根+Φ127mmDP
★下鉆至斜井段、水平段分段循環(huán),排量由小到大,清除斜井段及水平段底部巖屑,返出巖屑量大則分段短拉。
★倒裝鉆具組合保證全部加重鉆桿在直井段。
完成水平井8口,平均水平段長727.14m,安全無事故,其中蘆101H井水平段長1100m,水平段鉆進(jìn)周期17天,完井套管下入精準(zhǔn)到位,創(chuàng)吐哈油田水平井鉆井及固井記錄。
(1)馬朗區(qū)塊安全快速鉆井技術(shù)應(yīng)用12口井,其中水平井8口;平均井深3066.17m,平均機(jī)速6.13m∕h,平均鉆井周期
47.29 天,復(fù)雜損失率0.61%(蘆3井井漏),事故損失率0.24%(馬61H井井壁取芯工具遇卡)。
(2)通過安全快速鉆井技術(shù)的應(yīng)用,各項技術(shù)指標(biāo)大幅提高,2014年完成井相比以前平均井深增加了14.61m,平均鉆井周期縮短了20.47天,平均機(jī)械鉆速提高2.58m∕h,提高幅度72.68%,平均月速提高589.66m∕臺月,提高幅度43.65%。
(1)三塘湖致密油開發(fā)取得重大突破,P2t儲層加大開發(fā)力度,該層位事故復(fù)雜多,多發(fā)生井漏、井塌等復(fù)雜,影響生產(chǎn)進(jìn)度,今后將完善技術(shù)措施,加強(qiáng)該井段的事故復(fù)雜預(yù)防。
(2)加大鉆井液的科研力度,若凝膠體系的應(yīng)用成功證明了該鉆井液體系非常適應(yīng)本區(qū)塊的安全鉆進(jìn)。
(3)研究地層特性,拓展PDC鉆頭的使用空間,加大復(fù)合鉆進(jìn)力度,提高機(jī)械鉆速,縮短鉆井周期。
(4)針對三塘湖水平多,施工工藝復(fù)雜的難題,加強(qiáng)水平段的安全鉆進(jìn),制定一套行之有效的安全措施,并廣泛推廣。
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表4 樣品重復(fù)性測量數(shù)據(jù)表
依據(jù)貝塞爾公式,10次重復(fù)測量釩電解液中磷含量的標(biāo)準(zhǔn)差,即標(biāo)準(zhǔn)不確定度為
在實際操作中,每批樣品做三次平行測定后取結(jié)果平均值,故n=3,故磷的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為
從而得到測量重復(fù)性的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為
3.7 合成不確定度
合成相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度
合成測量不確定度
3.8 計算擴(kuò)展不確定度
取包括因子k=2(置信概率近95%)
3.9 本次測量釩電解液中磷含量的最后結(jié)果
k=2,置信概率95%
3.10 結(jié)論
鉍磷鉬藍(lán)分光光度法測定全釩液流電池釩電解液中的磷含量,其測定結(jié)果為0.234mol∕L,擴(kuò)展不確定度為0.004mol∕L(k= 2)。
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李云志(1977-),鉆井工程師,2001年7月畢業(yè)于重慶石油高等??茖W(xué)校,現(xiàn)從事石油鉆井定向工作。