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        塔河油田超深井的幾類鉆井復(fù)雜性分析

        2021-01-09 04:46:55寧宇祥中石化西北油田分公司石油工程監(jiān)督中心新疆輪臺841600
        化工管理 2021年3期
        關(guān)鍵詞:施工

        寧宇祥(中石化西北油田分公司石油工程監(jiān)督中心,新疆 輪臺 841600)

        0 引言

        伴隨我國社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,國內(nèi)對于石油的需求量持續(xù)增加。石油開采從陸地延伸至海洋、從淺井開發(fā)到超深井勘探,從追求效益、速度到如何確保綠色、安全。石油鉆井是一項高投入、高風(fēng)險作業(yè),施工過程中技術(shù)工藝不適應(yīng)、員工操作不當(dāng)或管理缺陷都可能引發(fā)鉆井復(fù)雜,處理不當(dāng)更會導(dǎo)致井下故障甚至事故。所以,需要結(jié)合施工過程的各類風(fēng)險,進(jìn)行JSA分析,制定相應(yīng)的預(yù)防和消減措施,確保施工本質(zhì)安全。

        1 塔河油田幾類不常見復(fù)雜

        塔河油田碳酸鹽巖儲集層主要為巖溶作用、多期構(gòu)造疊加及構(gòu)造變形作用形成的縫洞型儲集層,裂縫具有連通有效儲存空間的橋梁作用[1]。大于6000m的超深井井身結(jié)構(gòu)一般為3~4級(鹽下井為4~5級),具有油藏埋藏深,二開裸眼段長,地層溫度高,鉆遇多個壓力體系等特點。再者,隨著油田降低綜合開采成本開發(fā)和增儲上產(chǎn)的需要,超深側(cè)鉆短半徑水平井占比逐年增加,與常規(guī)中、長半徑水平井相比較除具有提高油氣采收率共性外,還具有成本低、周期短、見效快等特點[2]。超深井施工中存在各類井下、井控風(fēng)險,不同區(qū)塊差異性較大。部分施工單位技術(shù)管理薄弱,區(qū)塊調(diào)研和對地層研判不夠,應(yīng)對異常、復(fù)雜的措施針對性不強或無措施,導(dǎo)致施工中一些非常見的復(fù)雜發(fā)生后,處理不當(dāng)導(dǎo)致惡化,主要體現(xiàn)在:

        (1)溢流壓井后發(fā)生卡鉆處理;

        (2)目的層鉆進(jìn)過程出現(xiàn)同層溢、漏情況處理;

        (3)小井眼工具發(fā)生斷裂處理。因此,在單井施工和技術(shù)方案中,必須根據(jù)井型和地層特點制定針對性的應(yīng)急處置預(yù)案,確保井下、井控安全的同時,提高處理時效。

        2 超深井鉆井所遇問題分析及應(yīng)對措施

        2.1 溢流壓井后卡鉆處理

        2.1.1 出現(xiàn)的問題及應(yīng)對措施

        分析近兩年施工井,主體區(qū)塊A、B等2口井在目的層處理溢流后發(fā)生卡鉆。2019年施工的A井側(cè)鉆至一開中完井深6017m,因出稠油進(jìn)行平推壓井后井底打塞封隔,掃塞至井深6013m發(fā)生溢流,平推壓井完發(fā)生卡鉆,進(jìn)行常規(guī)處理無效,后強行倒開采用震擊器對扣成功,由于震擊無效,倒開震擊器對魚頂以下井段打水泥塞封固后完井。2020年施工的B井卡鉆原因分析準(zhǔn)確、處理及時,解卡成功。下面以B井為例,從卡鉆發(fā)生前后發(fā)生及處理進(jìn)行簡要分析:

        該井是部署在塔河十區(qū)的一口一開制側(cè)鉆井,側(cè)鉆點5947m,設(shè)計井深6723.25m,實際完鉆井深6649.36m,最大井斜91.46°,全井水平位移666.99m。故障發(fā)生情況:鉆至6649.36m發(fā)生井漏失返,簡化鉆具后下鉆到底準(zhǔn)備鉆進(jìn)時發(fā)生溢流,溢流速度13.2m3/h,關(guān)井套壓0.74MPa。先后采用密度1.45g/cm3、1.70g/cm3重漿進(jìn)行平推壓井三次,壓井過程存在井漏現(xiàn)象,套壓由0.74-1.90-1.30-0MPa。起鉆至6551.30m再次溢流,溢流速度由線性快速升至15m3/h,關(guān)井套壓2.1MPa,由于平推壓井地層未完全破裂吃入后進(jìn)行反吐,決定采用1.45g/cm3泥漿進(jìn)行節(jié)流循環(huán)壓井。壓井完后開井觀察,發(fā)現(xiàn)卡鉆,與此同時,井口開始線性溢流,觀察10min后溢流量升至10m3/h。

        2.1.2 卡鉆原因分析

        首先,井隊未對拉運泥漿進(jìn)行處理直接降密度后泵入壓井,地層出水后泥漿在水平段分層沉降。再者,多次壓井地層未完全破裂連通,返吐巖屑平鋪在水平段。其次,節(jié)流壓井時井隊長時間未活動鉆具,泥漿沉淀物和巖屑粘附在底部緊貼井壁的鉆具上。

        2.1.3 溢流卡鉆處理過程

        根據(jù)區(qū)塊地層研判,該區(qū)塊地層壓力常壓,鉆進(jìn)過程油氣顯示不活躍,綜合分析井控風(fēng)險較小,反復(fù)壓井效果不佳,多次壓井有可能進(jìn)一步導(dǎo)致故障惡化,決定先開井處理卡鉆再進(jìn)行壓井。精準(zhǔn)分析卡鉆原因后,由于灰?guī)r地層穩(wěn)定,采用稀膠液大排量沖洗水平段和底部鉆具,由于方案得當(dāng),沖洗完成后鉆具解卡。

        2.1.4 認(rèn)識與建議

        分析兩次卡鉆,均為鉆入“定容體”后發(fā)生溢流,反復(fù)處理時發(fā)生卡鉆。因此,針對在灰?guī)r或均質(zhì)性地層處理溢流時發(fā)生卡鉆,一定要詳細(xì)分析地層壓力系數(shù)、實鉆油氣活躍度,井控風(fēng)險大小。如無井控風(fēng)險,則可采取開井處理方式,邊大幅活動鉆具邊泵入膠液沖洗井底;若存在井控風(fēng)險,建議關(guān)井進(jìn)行處理,先節(jié)流循環(huán)給環(huán)空直井段泵入2000~3000m左右的“重漿帽”,再泵入輕質(zhì)泥漿進(jìn)行沖洗底部鉆具,“重漿帽”的量要大于沖洗輕質(zhì)泥漿的量。

        2.2 溢、漏同層井鉆進(jìn)

        2.2.1 出現(xiàn)的問題及應(yīng)對措施

        由于老井前期經(jīng)過酸壓、注水等多輪開采,地層形成縱向裂縫,鉆遇過程出現(xiàn)開泵漏失、停泵溢流,反復(fù)處理,效果均不佳甚至導(dǎo)致卡鉆等險兆。分析近兩年主體區(qū)塊施工井,C、D、E等井在實鉆中溢、漏同層,均造成一定的時效損失。2019年施工的C井是一口二開制水平井,二開采用1.18g/cm3泥漿鉆進(jìn)至6117.75m發(fā)現(xiàn)線性溢流,關(guān)井后套壓上漲較快(10min漲到7.4Mpa),現(xiàn)場先采用1.35g/cm3、1.40g/cm3共計90m3進(jìn)行平推壓井,后采用分段降密度至井筒當(dāng)量為1.31(再次溢流),累計處理7天,效果不佳,最終采用1.33g/cm3泥漿控制開泵漏速在2~3m3/h鉆進(jìn),起鉆和短起下時平推“重漿帽”確保井控安全,生產(chǎn)效率較低。2020年施工的D井因處理溢流卡鉆,解卡后提前完鉆;E井首次在塔河工區(qū)引進(jìn)旋轉(zhuǎn)控制頭控壓鉆進(jìn),取得效果十分良好,下面以該井為例,簡要分析前后發(fā)生原因分處理過程:

        E井是部署在塔河十二區(qū)的一口一開制側(cè)鉆井,側(cè)鉆點6366m,設(shè)計井深6837.67m,實際完鉆井深6836.34m,最大井斜68.6°,全井水平位移402.38m。該井采用1.19g/cm3泥漿鉆進(jìn)至井深6417.16m,發(fā)生溢流,用1.60g/cm3泥漿平推壓井,地層不破,后采用1.3g/cm3泥漿節(jié)流循環(huán)壓井成功,節(jié)流過程存在微漏失。繼續(xù)定向鉆進(jìn)至6422.52m、6423.58m分別發(fā)生兩次失返,失返鉆進(jìn)至6428.53m,發(fā)生第二次溢流,采用1.85g/cm3重漿平推困難,壓力越推越高,后再次采用1.35g/cm3泥漿節(jié)流壓井,停泵溢流,開泵漏失。

        2.2.2 溢、漏原因分析

        根據(jù)老井電測解釋,6397~6434m為水層,6423~6440m為漏層,6423~6434m為水、漏同層,該井鉆遇鹽水層且定容體特性造成壓井后溢流、井漏反復(fù)性發(fā)作,增加鉆井施工難度。

        2.2.3 旋轉(zhuǎn)控制頭處理過程

        由于地質(zhì)任務(wù)尚未完成,常規(guī)鉆井難以滿足施工要求,為解決地層窗口較窄的現(xiàn)狀,采用旋轉(zhuǎn)控制頭控壓鉆進(jìn)。使用1.17g/cm3泥漿在6428.53~6431m井段采用常規(guī)鉆具進(jìn)行控壓試鉆進(jìn)成功后,起鉆更換原定向鉆具組合鉆進(jìn),期間控壓在5MPa左右,施工正常,鉆至設(shè)計井深6836.34m順利完鉆,僅用7.76天就優(yōu)質(zhì)完成鉆井任務(wù)。

        2.2.4 認(rèn)識與建議

        旋轉(zhuǎn)控制頭能夠有效解決部分區(qū)塊地層窗口較窄的難題,能夠更好的實現(xiàn)地質(zhì)目的和保護(hù)油氣層,確保連續(xù)施工和井控安全,同時低密度泥漿鉆井,也能大大降低井下卡鉆的風(fēng)險,具有推廣價值。因此,在設(shè)計源頭,建議做好進(jìn)行地質(zhì)、工程調(diào)研工作,針對地層窗口較窄、施工風(fēng)險較大的短半徑側(cè)鉆水平井直接安裝旋轉(zhuǎn)控制頭。

        2.3 小井眼工具發(fā)生斷裂

        2.3.1 出現(xiàn)的問題及應(yīng)對措施

        目前主體區(qū)塊鹽下井一般設(shè)計為四開或五開制,五開井的目的層井眼尺寸為120.65mm,施工井段在200m左右,相應(yīng)螺桿等井下動力工具外徑為95mm,工具選擇單一,小尺寸動力工具穩(wěn)定性相對較差,相匹配的打撈工具較少,一旦發(fā)生故障,打撈和處理比較困難。因此,在主體區(qū)塊,個別施工單位在目的層小井眼鉆進(jìn)時僅為確保井下安全而摒棄動力工具,但是常規(guī)鉆具鉆進(jìn)又存在井身質(zhì)量難以控制和鉆井速率較低兩大問題。

        F井是部署在塔河十區(qū)的一口一開五開制井,設(shè)計井深6395m,實際完鉆井深6445m。自6209m底帶95mm螺桿開始進(jìn)行五開鉆進(jìn),鉆至6225.64m時,立壓由22.7↑23.9MPa,扭矩由9.8↑17.2kN.m,停泵后立壓未降,隨即起鉆檢查發(fā)現(xiàn)螺桿斷裂,斷裂部位在螺桿馬達(dá)與萬向軸連接處殼處,其萬向軸殼體公扣根部斷裂。

        2.3.2 斷裂原因分析

        該螺桿由原1.5°彎螺桿拆解更換殼體后配置為直螺桿,原螺紋處均用絲扣膠緊固,上卸扣過程中殼體本身強度較低,可能造成殼體損傷。鉆進(jìn)過程中,扭矩異常導(dǎo)致螺桿斷裂,螺桿外殼斷開后,防掉裝置起作用后堵塞流道造成停泵泵壓不回零。

        2.3.3 斷裂處理過程

        由于螺桿廠家2019年專門針對該螺桿尺寸定做了一只115mm卡瓦打撈筒,前期在塔里木油田打撈失敗,引鞋位置由于受壓已變形。由于無其他工具可用,現(xiàn)場技術(shù)人員對該工具進(jìn)行拆解,重新打磨引鞋、控制環(huán),擴(kuò)大其內(nèi)徑,最終一次撈獲成功。

        2.3.4 認(rèn)識與建議

        針對120mm小井眼鉆進(jìn),由于95mm螺桿抗扭能力較差(12kN·m),建議該尺寸螺桿使用原裝產(chǎn)品,避免在更換殼體時造成本體或螺紋損傷。鉆井公司應(yīng)加強司鉆等主要崗位應(yīng)急能力培訓(xùn),規(guī)范小工具使用參數(shù),避免盲目走上限或超限使用,小井眼鉆進(jìn)一旦出現(xiàn)工程參數(shù)異常情況,應(yīng)立即起鉆檢查,避免在嘗試過程中損壞魚頭造成打撈困難或無法打撈。

        根據(jù)該井使用螺桿前后對比,帶螺桿鉆具組合的鉆井機(jī)械鉆速要比不帶螺桿提高1m/h左右,提速34.27%;由于井眼較小,螺桿鉆具在控制井斜方面優(yōu)于常規(guī)鉆具。因此,在加強產(chǎn)品質(zhì)量把控和合理控制鉆井參數(shù)的條件下,在小井眼提速和控制井身質(zhì)量上建議還是優(yōu)選動力鉆具。

        3 結(jié)語

        綜上所述,超深井鉆井由于地層因素、技術(shù)方案、人員操作、應(yīng)急處理不當(dāng)?shù)惹闆r,可能會鉆遇各類問題,為盡量較少復(fù)雜(故障)的發(fā)生或提高處理時效,要“預(yù)防-方案-培訓(xùn)-處理”有機(jī)結(jié)合,即:首先,充分調(diào)研鄰井實鉆施工情況,制定相應(yīng)的預(yù)防和消減措施;再者,完善和細(xì)化技術(shù)方案并全員交底;其次,加強員工技能培訓(xùn),提升主要操作人員技能水平;最后,做好故障應(yīng)急處理方案,確保一旦發(fā)生故障,能夠快速反應(yīng)并及時處理。

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