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        巨厚礫石層空氣連續(xù)循環(huán)鉆井技術(shù)實(shí)踐與認(rèn)識(shí)

        2021-09-18 06:23:50蒲克勇李忠飛
        西部探礦工程 2021年8期
        關(guān)鍵詞:沉砂井區(qū)礫石

        蒲克勇,李忠飛,王 虎,2

        (1.川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院,四川德陽618300;2.油氣鉆井技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室欠平衡與氣體鉆井試驗(yàn)分基地,四川德陽618300)

        博孜區(qū)塊位于庫車坳陷克拉蘇構(gòu)造帶西部,天山南麓,其平面大致劃分為博孜1井區(qū)與博孜3井區(qū)兩個(gè)扇體控制區(qū),分別發(fā)育著平均厚度為4968m、2863m的巨厚礫石層,同時(shí)該區(qū)域又是山前高陡構(gòu)造,給鉆井帶來了諸多技術(shù)難點(diǎn),導(dǎo)致了該區(qū)塊內(nèi)鉆井機(jī)械鉆速過低、鉆井周期過長(zhǎng)[1]。

        1 巨厚礫石層鉆井技術(shù)難點(diǎn)

        博孜—大北區(qū)塊萬億方大氣區(qū)正在逐步形成,計(jì)劃到2025年實(shí)現(xiàn)博孜—大北區(qū)塊100×108m3產(chǎn)能建設(shè)目標(biāo)。巨厚礫石層在鉆進(jìn)過程中時(shí)常發(fā)生井漏、遇阻、憋跳鉆、掛卡、垮塌、斷鉆具等復(fù)雜情況,近年來,如何提升博孜區(qū)塊巨厚礫石層鉆井時(shí)效一直是困擾塔里木鉆井界的一個(gè)難題。見表1。

        表1 博孜1、博孜3井區(qū)礫石層平均鉆速統(tǒng)計(jì)表

        近年來,博孜區(qū)塊礫石層提速不斷嘗試,對(duì)比常規(guī)牙輪、垂鉆、渦輪+孕鑲、空氣連續(xù)循環(huán)鉆井,以及個(gè)性化鉆頭及提速工具組合等鉆井工藝、工具和技術(shù),發(fā)現(xiàn)空氣連續(xù)循環(huán)鉆井效果相對(duì)較好,見圖1。

        圖1 博孜1、博孜3井區(qū)礫石層提速工藝機(jī)械鉆速統(tǒng)計(jì)圖

        截止目前博孜區(qū)塊空氣連續(xù)循環(huán)鉆井集中在博孜1井區(qū)實(shí)施,從實(shí)施情況分析,井斜控制與沉砂清理仍然是目前技術(shù)條件下空氣連續(xù)循環(huán)鉆井難以避免的難點(diǎn)與重點(diǎn),但從現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果來看,空氣連續(xù)循環(huán)鉆井技術(shù)是巨厚礫石提速的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

        2 空氣連續(xù)循環(huán)鉆井工藝

        連續(xù)循環(huán)鉆井技術(shù)主要采用連續(xù)循環(huán)系統(tǒng)和連續(xù)循環(huán)閥兩種方式[2]。川慶空氣連續(xù)循環(huán)鉆井工藝采用連續(xù)循環(huán)閥控制方式(見圖2),預(yù)先將連續(xù)循環(huán)閥配在立柱(單根)頂端,鉆完上一個(gè)帶有連續(xù)循環(huán)閥的立柱(單根),連接側(cè)循環(huán)管線至連續(xù)循環(huán)閥側(cè)閥,進(jìn)行側(cè)向循環(huán)通道切換,待立柱(單根)接卸完畢后再進(jìn)行正向倒換,實(shí)現(xiàn)了在起下鉆、接立柱(單根)過程中循環(huán)介質(zhì)不中斷的鉆井工藝[3]。

        圖2 連續(xù)循環(huán)閥本體圖

        采用空氣連續(xù)循環(huán)鉆井技術(shù)在起下鉆、接卸立柱過程中,保持循環(huán)介質(zhì)連續(xù)循環(huán),持續(xù)懸浮巖屑,避免了因沉砂沉降引起的埋鉆具、卡鉆等復(fù)雜事故,同時(shí),這項(xiàng)工藝能有效延長(zhǎng)沉砂較多、微量出水地層空氣鉆井進(jìn)尺。

        截止目前,空氣連續(xù)循環(huán)鉆井技術(shù)已在博孜巨厚礫石層應(yīng)用10井次,如表2所示,在微出水礫石層已實(shí)現(xiàn)單開空氣鉆井最長(zhǎng)進(jìn)尺2180m,有效延長(zhǎng)了空氣鉆井進(jìn)尺,提升了鉆井時(shí)效。

        表2 博孜1井區(qū)空氣連續(xù)循環(huán)鉆井井次統(tǒng)計(jì)表

        3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)踐與認(rèn)識(shí)

        博孜1井區(qū)上部礫石層厚度平均厚度5000m左右,礫石硬度高,常規(guī)鉆壓高、憋跳鉆嚴(yán)重,采用空氣連續(xù)循環(huán)鉆井,鉆壓低,機(jī)械鉆速快,但在2500m以前井段,地層水分布較多,地層出水后浸泡易引起井壁失穩(wěn)現(xiàn)象,影響空氣鉆井井下安全,因此,空氣連續(xù)循環(huán)鉆井井段多選擇在2500~5000m井段。

        在2500~5000m井段,地層壓實(shí)程度較高,成巖性較上部地層好,對(duì)比分析泥漿鉆井與空氣連續(xù)循環(huán)鉆井,發(fā)現(xiàn)采用空氣連續(xù)循環(huán)鉆井技術(shù)大大縮短了礫石層鉆井周期,提升了鉆井時(shí)效,如圖3所示。

        圖3 博孜1井區(qū)空氣連續(xù)循環(huán)鉆井、泥漿鉆井周期對(duì)比圖

        博孜區(qū)塊構(gòu)造地層傾角較大,在目前技術(shù)條件下,空氣連續(xù)循環(huán)鉆井無有效的實(shí)時(shí)糾斜方式,只有通過調(diào)整鉆具組合、控制鉆時(shí)被動(dòng)防斜,同時(shí),在鉆井過程中,沉砂較多,這些都極大地限制了空氣連續(xù)循環(huán)鉆井的時(shí)效提升。通過對(duì)空氣連續(xù)循環(huán)鉆井技術(shù)在博孜區(qū)塊的應(yīng)用實(shí)踐,分析了井斜控制與沉砂清理的影響因素,并提出了建議。

        3.1 井斜控制

        在山前構(gòu)造地層,若不采取工藝措施對(duì)井斜進(jìn)行控制,極易造成井斜超標(biāo),嚴(yán)重則造成井眼報(bào)廢。通過對(duì)博孜區(qū)塊空氣連續(xù)循環(huán)鉆井井斜統(tǒng)計(jì)分析,發(fā)現(xiàn)庫車組地層井斜隨著井深增漲規(guī)律大致相同,當(dāng)鉆至康村組地層后,由于地層傾角變化,井斜增漲規(guī)律發(fā)生變化,如圖4所示,分析認(rèn)為,影響礫石層空氣連續(xù)循環(huán)鉆井井斜控制的主要因素為地層傾角大小。

        圖4 博孜1井區(qū)空氣連續(xù)循環(huán)鉆井井斜統(tǒng)計(jì)圖

        從力學(xué)角度分析,礫石層空氣鉆井鉆壓較小,鉆柱不會(huì)發(fā)生一次彎曲與二次彎曲[4],鉆頭側(cè)向力主要受地層與鉆頭交界面所影響,也就是地層傾角影響。同時(shí),由于空氣鉆井環(huán)空返速高,對(duì)井壁沖刷較大,井眼擴(kuò)大率較常規(guī)鉆井偏大,因此,鉆具組合中扶正器大小等影響因素相對(duì)較小。

        空氣鉆井目前在博孜區(qū)塊主要防斜方式是控時(shí)鉆進(jìn),其原理是減小地層對(duì)鉆頭的側(cè)向力,從而控制井斜的增漲,因此,井斜控制與機(jī)械鉆速提升是一個(gè)矛盾的復(fù)合體。建議在鉆井過程中,若要提升空氣連續(xù)循環(huán)鉆井機(jī)械鉆速,應(yīng)在不影響后期技術(shù)套管下入以及完井改造工藝實(shí)施的前提下,適當(dāng)放寬井斜控制范圍,以提升機(jī)械鉆速。

        3.2 沉砂清理

        在博孜區(qū)塊2500~5000m地層,存在礫石層準(zhǔn)成巖與成巖地層,準(zhǔn)成巖地層膠結(jié)較為疏松,經(jīng)過空氣大排量沖刷井徑擴(kuò)大率偏大,成巖地層稍好,但在鉆井過程中,沉砂厚度也時(shí)常超過30m,甚至達(dá)到80m,如圖5所示。分析發(fā)現(xiàn),在空氣連續(xù)循環(huán)鉆井過程中,沉砂厚度有一個(gè)先增加再減少的過程。

        圖5 博孜1井區(qū)空氣連續(xù)循環(huán)鉆井沉砂厚度統(tǒng)計(jì)圖

        從理論分析角度發(fā)現(xiàn),在井眼擴(kuò)大率一定的情況下,巖屑粒徑越大,所需要的舉升空氣排量就越大,同樣也可以得出結(jié)論,在空氣連續(xù)循環(huán)鉆井過程中,巖屑按粒徑大小在環(huán)空中分布,如圖6所示。因此,在空氣排量一定的情況下,只有當(dāng)巖屑粒徑碰撞到足夠小的尺寸才能返出井筒。

        圖6 空氣鉆井巖屑直徑與循環(huán)排量關(guān)系圖

        分析認(rèn)為,礫石層鉆井沉砂厚度之所以有一個(gè)先增加再減少的過程,是由于博孜區(qū)塊巨厚礫石層成巖性隨井深增加而逐漸變好,也就是說,隨著井深增加,井筒被空氣沖刷擴(kuò)大率越來越小,而同時(shí),隨著井深增加,巖屑粒徑在環(huán)空中分布逐步下移,在上部擴(kuò)大率較大井段,巖屑粒徑已經(jīng)足夠小到返出井筒。因此,可以說隨著井深增加,平均井眼擴(kuò)大率變小,沉砂厚度就逐漸減小了,這與在實(shí)鉆中后期返出粉末較多、巖屑粒徑變小的實(shí)際相符合。

        同時(shí),沉砂厚度也受巖屑在環(huán)空中循環(huán)碰撞時(shí)間長(zhǎng)短、排量大小變化影響,碰撞時(shí)間越長(zhǎng),巖屑平均粒徑越小,沉砂厚度會(huì)有一個(gè)相應(yīng)的減少;排量大小變化會(huì)改變環(huán)空巖屑粒徑分布,再次形成新的碰撞條件,從而影響改變沉砂厚度。

        因此,建議在空氣連續(xù)循環(huán)鉆井起下鉆、測(cè)斜過程中,適當(dāng)延長(zhǎng)循環(huán)碰撞時(shí)間,改變排量大小,可以有效地將沉砂厚度控制在一定范圍內(nèi)。

        4 結(jié)論與建議

        (1)通過對(duì)比分析,認(rèn)為在目前技術(shù)條件下,空氣連續(xù)鉆井技術(shù)是巨厚礫石層提速一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

        (2)采用空氣連續(xù)循環(huán)鉆井技術(shù)能有效延長(zhǎng)了微出水礫石層鉆井進(jìn)尺,提升巨厚礫石層鉆井時(shí)效。

        (3)礫石層空氣連續(xù)循環(huán)鉆井影響井斜控制的主要因素是地層傾角,建議在不影響后期技術(shù)套管下入以及完井改造工藝實(shí)施的前提下,適當(dāng)放寬井斜控制范圍可以提升機(jī)械鉆速。

        (4)空氣連續(xù)循環(huán)鉆井沉砂厚度主要受成巖性影響,循環(huán)碰撞時(shí)間長(zhǎng)短與排量大小變化也會(huì)影響沉砂厚度,建議在起下鉆、測(cè)斜過程中,適當(dāng)延長(zhǎng)循環(huán)碰撞時(shí)間,改變排量大小,可以有效控制沉砂厚度。

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