賈 佳,夏忠躍,馮 雷,李明杰
(中海油能源發(fā)展股份有限公司 工程技術(shù)分公司,天津 300450)
神府致密氣區(qū)塊位于陜西省榆林市神木縣和府谷縣,地跨鄂爾多斯盆地伊陜斜坡東北段和晉西撓褶帶西北緣,區(qū)塊內(nèi)地表復(fù)雜,黃土厚度10~150 m,起伏劇烈,受后期河流侵蝕而支離破碎,形成了樹枝狀沖溝及塬、梁、峁、坡并存的地貌特征[1-3]。自上而下鉆遇地層有劉家溝組、石千峰組、上石盒子組、下石盒子組、山西組、太原組、本溪組、馬家溝組。由于自然產(chǎn)能很低,需要低成本高效的開發(fā)方式[4-6],以實(shí)現(xiàn)非常規(guī)油氣的快速發(fā)展。神府區(qū)塊早期鉆井采用的常規(guī)井身結(jié)構(gòu)為:Ф311.15 mm井眼×Ф244.5 mm套管+Ф215.9 mm井眼×Ф139.7 mm套管,存在鉆井工期長(zhǎng)、鉆速慢、巖屑量大等問題,尤其隨著環(huán)保要求的嚴(yán)格,廢棄物處理成本劇增,為了提速降本,需對(duì)常規(guī)井身結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。
以早期常規(guī)井身結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),進(jìn)行了逐步的改進(jìn),對(duì)不同井身結(jié)構(gòu)對(duì)懸重、扭矩、泵壓、側(cè)向力、固井ECD、成本的影響進(jìn)行了分析和研究。神府區(qū)塊井身結(jié)構(gòu)進(jìn)行了多次改進(jìn)研究,分別從井身結(jié)構(gòu)1、井身結(jié)構(gòu)2,調(diào)整至井身結(jié)構(gòu)3和井身結(jié)構(gòu)4,如圖1所示。
以神府區(qū)塊的定向井1D井為例,對(duì)不同井身結(jié)構(gòu)下懸重、扭矩、泵壓、側(cè)向力、固井ECD、成本等進(jìn)行比較分析[7-9],1D井軌跡情況為:造斜點(diǎn)300.0 m;造斜終點(diǎn)544.7 m;造斜終垂深537.3 m;造斜率3.0(°)/30 m;終點(diǎn)井斜角24.5(°);終點(diǎn)方位103.9(°);井底垂深2 270.0 m;井底斜深2 448.3 m;井底位移889.8 m。
鉆進(jìn)過程中,在同等條件下井身結(jié)構(gòu)1的鉆具受力最大,其中在井口受力68 t(見圖2),而井身結(jié)構(gòu)3和井身結(jié)構(gòu)4的受力情況相差不大,但兩者都小于井身結(jié)構(gòu)2的受力。所以,當(dāng)使用常規(guī)井身結(jié)構(gòu)即井身結(jié)構(gòu)1鉆井時(shí),使用的鉆機(jī)高于其他小井眼井身結(jié)構(gòu)的鉆機(jī)級(jí)別,當(dāng)使用ZJ20進(jìn)行小井眼井身結(jié)構(gòu)的鉆井時(shí),則需要使用ZJ30鉆機(jī)進(jìn)行井身結(jié)構(gòu)1鉆井作業(yè)[10-11]。
在同等條件下,下套管過程中,井身結(jié)構(gòu)1二開使用的是17磅的Ф139.7 mm生產(chǎn)套管,比其他井身結(jié)構(gòu)使用的11.6磅的Ф139.7 mm套管重,其受力最大,其中在井口受力達(dá)到86 t,而其他三種井身結(jié)構(gòu)的受力相差不大(見圖3)。
鉆進(jìn)過程中,在造斜段前扭矩保持定值,隨著井深加深,扭矩逐漸減??;同等條件下,井身結(jié)構(gòu)1的扭矩值比其他三種井身結(jié)構(gòu)都大;三種小井眼井身結(jié)構(gòu)中,扭矩值相差不大,但井身結(jié)構(gòu)4略大于其他兩種(見圖4)。
隨著井深逐漸加深,側(cè)向力呈現(xiàn)出不變、增大、減小、不變、增大、減小的總趨勢(shì)(見圖5)。其中,井身結(jié)構(gòu)1的側(cè)向力均明顯大于其他三種小井眼井身結(jié)構(gòu)的側(cè)向力,而其他三種井身結(jié)構(gòu)側(cè)向力基本相同[12-13]。
鉆進(jìn)過程中,隨著排量增大,泵壓逐漸增大,但實(shí)現(xiàn)井眼清潔的最小排量不盡相同[14-15],井身結(jié)構(gòu)1所需要的最小排量為1.5 m3/min,而其他三種小井眼井身結(jié)構(gòu)所需要的最小排量為0.8 m3/min。同時(shí),在相同排量下,采用小井眼井身結(jié)構(gòu),泵壓均比常規(guī)的井身結(jié)構(gòu)1泵壓高,其中,井身結(jié)構(gòu)2的泵壓最高,當(dāng)排量在1 m3/min,泵壓可以達(dá)到16.3 MPa,其他三種井身結(jié)構(gòu)的泵壓均不超過10 MPa(見圖6)。
在固井過程中,隨著井深增加,ECD值逐漸增大[16-18];不同井身結(jié)構(gòu),ECD值不同,表現(xiàn)出的規(guī)律是:井身結(jié)構(gòu)2的ECD值>井身結(jié)構(gòu)4的ECD值>井身結(jié)構(gòu)3的ECD值>井身結(jié)構(gòu)1的ECD值。其中,井身結(jié)構(gòu)2進(jìn)行固井時(shí),現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生過因井底ECD過大壓漏地層的情況(見圖7)。所以,為了避免井底ECD過大,需要控制ECD值在1.88 g/cm3以下。
1)鉆井液用量。對(duì)不同井身結(jié)構(gòu)的鉆井液用量進(jìn)行計(jì)算,小井眼井身結(jié)構(gòu)使用的鉆井液用量比井身結(jié)構(gòu)1的用量少,井身結(jié)構(gòu)1共使用鉆井液113.9 m3(一開16 m3、二開97.9 m3),井身結(jié)構(gòu)2使用鉆井液57.9 m3(一開7.7 m3、二開50.2 m3),減少了57.9%;井身結(jié)構(gòu)3使用鉆井液79.8 m3(一開16 m3、二開63.8 m3),減少了29.94%;井身結(jié)構(gòu)4使用鉆井液67.1 m3(一開9.6 m3、二開57.5 m3),減少了41.09%。
2)套管用量。井身結(jié)構(gòu)1的套管用量最多,共使用套管68.66 t(一開11.34 t、二開57.32 t),井身結(jié)構(gòu)2使用45.42 t(一開6.30 t、二開39.12 t),減少了33.86%;井身結(jié)構(gòu)3使用50.46 t(一開11.34 t、二開39.12 t),減少了26.52%;井身結(jié)構(gòu)4使用47.4 3t(一開8.32 t、二開39.12 t),減少了30.92%。
從管柱受力、扭矩、側(cè)向力、泵壓、固井井底ECD、成本等幾個(gè)因素,對(duì)4種井身結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合對(duì)比(見表1),井身結(jié)構(gòu)4具有比較好的優(yōu)勢(shì)。在滿足降低作業(yè)難度和作業(yè)風(fēng)險(xiǎn),提高作業(yè)效率的情況下,可以有效地實(shí)現(xiàn)降本的目的[19-20]。
表1 不同井身結(jié)構(gòu)綜合對(duì)比分析表
注:√號(hào)表示該種井身結(jié)構(gòu)更具有優(yōu)勢(shì)。
4種不同井身結(jié)構(gòu)鉆井工期對(duì)比如圖8所示。結(jié)果表明,使用井身結(jié)構(gòu)1,折算2 000 m平均當(dāng)量鉆井工期23.92 d;使用井身結(jié)構(gòu)2,平均當(dāng)量鉆井工期22.21 d;使用井身結(jié)構(gòu)3,平均當(dāng)量鉆井工期19.49 d;使用井身結(jié)構(gòu)4,平均當(dāng)量鉆井工期17.46 d;井身結(jié)構(gòu)4相對(duì)于井身結(jié)構(gòu)1,工期縮短了27%,說(shuō)明井身結(jié)構(gòu)4具有比較大的優(yōu)勢(shì)。
隨著井身結(jié)構(gòu)的不斷改進(jìn),鉆進(jìn)時(shí)的機(jī)械鉆速也呈現(xiàn)逐漸加快的趨勢(shì)(見圖9)。使用井身結(jié)構(gòu)1,平均機(jī)械鉆速7.4 m/h;使用井身結(jié)構(gòu)2,平均機(jī)械鉆速8.5 m/h;使用井身結(jié)構(gòu)3,平均機(jī)械鉆速9.8 m/h;使用井身結(jié)構(gòu)4,平均機(jī)械鉆速10.1 m/h;井身結(jié)構(gòu)4相對(duì)于井身結(jié)構(gòu)1,機(jī)械鉆速提高26%,說(shuō)明井身結(jié)構(gòu)4更利于實(shí)現(xiàn)增效目的。
現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)表明,使用井身結(jié)構(gòu)4進(jìn)行鉆進(jìn),可以有效減少鉆井液用量,巖屑產(chǎn)生數(shù)量減少40%以上;使用的鉆具和套管尺寸小,可以節(jié)省30%鋼材;對(duì)鉆機(jī)的要求降低,鉆井作業(yè)費(fèi)得到了減少;對(duì)井場(chǎng)面積要求減少,更利于山區(qū)等土地匱乏地區(qū)的作業(yè)。
經(jīng)過改進(jìn)的井身結(jié)構(gòu)Ф311.15 mm×Ф244.5 mm+Ф215.9 mm×Ф139.7 mm,更適合目前神府區(qū)塊的致密氣鉆井作業(yè)。使用改進(jìn)后的井身結(jié)構(gòu),可以有效提高機(jī)械鉆速26%,縮短工期27%;可以減少40%鉆井液用量,減少30%管材用量,達(dá)到實(shí)現(xiàn)降本的目的;可以有效解決固井中ECD較高產(chǎn)生的井漏問題?,F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明,改進(jìn)后的井身結(jié)構(gòu)可以在神府致密氣區(qū)塊推廣使用。