大牛地地区水平井钻井完井综合配套技术应用研究

华北地区水平井钻井完井综合配套技术应用研究项目编号：2008Z017K承担单位：渤海钻探工程有限公司第五钻井工程分公司编 写 人：康锁柱起止时间：2008 年 1 月 1 日至 2008 年 12 月 31 日主管部门：渤海钻探工程有限公司科技开发处渤海钻探工程有限公司第五钻井工程分公司二九年十月2009 年度渤钻科技成果验 收 材 料- 1 -渤 海 钻 探 工 程 公 司科技项目验收申请表项目（课题）名称及编号华北地区水平井钻井完井综合配套技术应用研究2008Z017K承担单位 渤海钻探工程有限公司第五钻井工程分公司起止时间 2008 年 1 月 1 日至 2008 年 12 月 31 日联系人 康锁柱申请验收时间 2009 年 10 月 电 话供验收的技术文件清单申报资料含以下内容：1. 项目验收申请表 2. 研究大纲 3. 计划任务书 4. 研究报告 5. 现场试验报告 6. 经济及社会效益分析报告 7. 用户使用报告 8. 标准化审查报告 9. 知识产权报告 10. 自验收结论报告 承担单位科技管理部门意见“华北地区水平井钻井完井综合配套技术应用研究”项目，通过一年的工作，完成了计划任务书研究内容，取得了良好的应用效果。由于井深增加及设备老化等问题，机械钻速及钻井周期指标略低于任务书规定指标，其它指标都达到了规定指标。通过本单位组织的自验收，特申请公司项目验收。主管领导签字： （盖章）年 月 日- 2 -文 件 目 录（一）验收申请表（二）研究大纲 （三）计划任务书（四）研究报告（五）现场试验报告（六）经济及社会效益分析报告（七）用户使用报告（八）标准化审查报告（九）知识产权报告（十）自验收结论报告渤海钻探工程有限公司研 究 大 纲华北地区水平井钻井完井综合配套技术应用研究二九年九月八日填报- 1 -一 、 任 务 来 源 及 承 担 单 位“华 北 地 区 水 平 井 钻 井 完 井 综 合 配 套 技 术 应 用 研 究 ”（ 项 目 编 号 2008Z017K） 项目 来 源 于 渤 海 钻 探 科 技 计 划 ， 研 究 起 止 时 间 为 2008 年 1 月 至 2008 年 12 月 。 由 渤 海钻 探 工 程 有 限 公 司 第 五 钻 井 工 程 分 公 司 承 担 。二 、 主 要 研 究 内 容 及 技 术 指 标（ 一 ） 项 目 主 要 研 究 内 容1、华北地区水平井钻井技术研究；2、华北地区水平井钻具结构、钻头选型、钻井参数优选的研究；3、华北地区小井眼开窗侧钻水平井钻井技术研究；4、华北地区水平井固井工艺技术研究（主要是下套管前井眼准备、管串优化等） ；5、华北地区水平井事故和复杂预防措施的研究。（ 二 ） 技 术 指 标1、形成一套适合华北地区地层特点和井型特点的水平井钻井完井技术；形成各不同区块钻头优选系列、各井段钻具结构优化和钻进参数优化；机械钻速同比提高10，钻井周期同比缩短 15，井身质量合格率 100，固井合格率 100，优质率70，事故复杂时效控制在 5以下。2、形成一套适合华北地区小井眼开窗侧钻水平井的设备、钻具、工具配套方案及钻井工艺技术规范；总结出一套小井眼开窗侧钻、井眼准备、井口修复、完井工艺等施工方法和技术规范；总结出一套适合小井眼水平井的钻头优选系列、钻井技术参数、事故与复杂的预防措施；井身质量和固井质量合格率 100。三 、 完 成 的 主 要 工 作 及 取 得 成 果1、 华北地区水平井钻井技术研究通过对冀中地区完成水平井情况分析与研究，发现华北地区水平井施工中存在的主要问题：、井身质量的好坏直接影响钻井速度的提高。、钻具结构是否合理，直接关系到井身质量的好坏和钻井速度的提高。- 2 -、合理的钻头选型，关系到井身轨迹的控制和钻井速度的提高。、合理的钻井参数是提高钻井速度的有效途径。、钻井液性能的优劣直接关系到井壁稳定、携沙效果、井眼畅通、定向托压情况等施工安全和钻井速度。、合理的技术措施是施工安全的保证。、其它方面原因影响钻井速度（1）地质原因。（2）定向仪器的稳定性。（3）司钻的操作水平2、 华北地区水平井钻具结构、钻头选型、钻井参数优选的研究通过对近两年实际施工的各类水平井进行分析研究，总结经验，汲取教训，并结合近年来钻井提速的成功经验和钻井新技术，开展华北地区水平井钻具结构、钻头选型、钻井参数优选的研究，形成了适合华北地区不同井型、不同地层特点和不同井段的钻具结构、钻头选型和钻井参数。、上直段钻具结构、钻头选型、钻井参数优选在不易发生井斜的上直段采用全面钻进 PDC 钻头+1单弯螺杆复合钻具结构进行复合钻井方式，在易发生井斜的上直段采用全面钻进 PDC+1单弯螺杆+MWD 随钻测斜仪复合钻具结构进行复合钻井方式，参数:钻压 30-50KN，转盘转速 40-50 转/分，215.9mm 井眼，排量 35-32L/s，241.3mm 井眼，排量 45-40 L/s，泵压1318MPa，有利于提高钻井速度，保证井眼畅通，防止起钻拔活塞现象；钻头选型：沙二以上地层一般选用 4 刀翼 PDC 钻头；沙三地层一般选用 5 刀翼或6 刀翼 PDC 钻头，馆陶组砾岩较少时直接采用 PDC 钻头，含砾较多的地层选用牙轮钻头。、造斜段至水平段钻具结构、钻头选型、钻井参数优选216mm241.3mm 井眼钻具结构a、造斜 PDC 钻头+1.5马达（172mm 或 196mm）+165mm 无磁钻铤+165mmMWD 短接+127mm 无磁钻杆2 根+127mm18加重钻杆2130 根+159mm随钻震击器+127mm18加重钻杆6 根+127mm18斜坡钻杆。b、一般在井斜 30以后采用倒装钻具结构：造斜 PDC 钻头+1.5马达（172mm或 196mm）+165mm 无磁钻铤+165mmMWD 短接（或172LWD ）+127mm 无磁钻杆2 根+127mm18斜坡钻杆+127mm18加重钻杆21-30 根+159mm 随钻震击器+127mm18加重钻杆6 根+127mm18斜坡钻杆。下部钻杆数量根据斜井段长度确定，保证加重钻杆在井斜 20以上。152.4mm 井眼钻具结构152.4mm 钻头+120（1.25）马达+120mm 无磁钻铤1 根+MWD(LWD)短节- 3 -+88.9mm 无磁钻杆1 根+88.9mm18斜坡钻杆+88.9mm18加重钻杆24 根+120mm 随钻震击器+88.9mm18加重钻杆7 根+88.9mm18斜坡钻杆。钻头选型：明化镇组沙一地层造斜，选用四刀翼定向 PDC 钻头，如FX10ST、TH1954D；沙二沙三地层造斜，选用五刀翼定向 PDC 钻头，如FX12ST、TH1953D 等效果较好；如果因防碰绕障、上直段井斜大或地质导向原因造成井身轨迹不好，托压严重，定向困难时，使用适合高转速的 MD517X 或 MD437X 牙轮钻头效果较好。潜山雾迷山组地层和其它含砾岩地层不适合 PDC 和巴拉斯钻头，而保径好、牙齿耐磨性强的 HA637GH 牙轮钻头相比效果最好；青白口系景儿欲组、龙山组的砂泥岩地层使用 PDC 钻头效果较好。钻井参数优选：在施工过程中，定向钻进时钻压一般采用 2030KN 的小钻压，并要求送钻均匀、及时，确保工具面稳定，造斜率符合设计要求；在复合钻进时，根据钻速情况，钻压可控制在 30-80KN。使用牙轮钻头时，钻压可控制在 120KN。受螺杆钻具本身压降和钻具压耗的影响，深水平井突出的问题是泵压较高，在目前钻具一定的情况下，泵压控制在 16-18Mpa 比较适宜。泵压太高，在托压时容易蹩泵；泵压太低，钻井液排量太小影响携砂效果。钻井液排量在泵压允许的前提下，215.9mm 井眼，尽量保持在 28 l/s 以上，241.3mm 井眼，尽量保持在 35 l/s 以上，152.4mm 井眼，尽量保持在 13 l/s 以上，确保井眼畅通。在定向钻进时，刹把操作者应送钻均匀平稳，少放勤放，有利于工具面的稳定，提高定向的准确性，从而，提高井身质量，加快定向速度。3、 华北地区小井眼开窗侧钻水平井钻井技术研究、前期准备：该类型井由于各种原因可能造成井口损坏、套管变形、井内落物、套管腐蚀承压能力降低，不能满足后续施工要求等，需进行井口修复、井内落物打捞、套管试压修复等作业。通过研究，形成了一套前期准备的技术措施。、开窗侧钻技术:通过研究，形成了开窗侧钻点的选择、开窗方式选择、开窗工具的选择、斜向器坐挂、开窗侧钻作业、窗口修复等一套技术规范，特别是采用下压可循环式斜向器，解决了大斜度井段开窗侧钻技术难题，并形成了该种斜向器坐挂操作技术规范。、钻具优化与井身轨迹控制技术（139.7mm 套管内为主）：（1）造斜段和增斜段钻具组合：118mm 单牙轮钻头+95mm1.5-1.75单弯螺杆+ 89mm 无磁抗压缩钻杆 1 根+MWD +89mm 无磁抗压缩钻杆 1 根+73mm18 度斜坡钻杆 40m+73mm 加重钻杆 150m+73mm 斜坡钻杆。钻进参数：钻压 20- 4 -50KN，排量 12-14L/s,钻进方式:滑动钻进。（ 2） 稳斜段和水平段钻具组合：118mm 单牙轮钻头(或 PDC 钻头)+95mm1-1.25单弯螺杆+89mm 无磁抗压缩钻杆 1 根+MWD +89mm 无磁抗压缩钻杆 1 根+73mm18 度斜坡钻杆 60-200m+73mm 加重钻杆 150m+73mm 斜坡钻杆。钻进参数：钻压 20-50KN，排量 12-14L/s,钻进方式：滑动 +复合钻进。、钻头优选： 华北地区开窗侧钻井，地层主要以东营组和沙河街组为主，东营组为软中软地层，适合 PDC 钻头及 YC437、YC517 钻头钻进、 ；沙河街组地层硬度为中软中，适合 PDC 钻头及保径效果好的 HJT517、HJ517G、YC517 钻头钻进。由于小钻具刚性差，选用牙轮钻头有利于滑动钻进时工具面的稳定。、完井技术：分析了小井眼水平井完井技术难点，并针对难点研究制定了相应的技术措施：（1） 加大钻井液投入，保证良好的防塌性能，确保井壁稳定和井眼质量。（2） 尾管悬挂器工具必须可靠，既要保证正常悬挂，又要具有碰压、回收密封套、免通井功能。（3） 下套管前认真做好井眼准备，对上层套管下刮壁器刮洗套管内壁；通井下钻到底后，在泵压允许的情况下，尽量提高泵排量循环洗井，如果井径不规则，应采用高粘度钻井液和低粘度钻井液交替洗井 2-3 周，确保井眼清洁；30以上井段应进行短程起下钻，清除井壁岩屑床，保证井眼畅通；配制封闭钻井液封闭裸眼井段。（4） 做好输送钻具的通径，保证固井施工的顺利进行。（5） 管串适当加放刚性扶正器，尽量使套管居中。（6） 下尾管过程中应控制下放速度，防止悬挂器提前坐挂或压漏地层。（7） 固井替钻井液时要用计量罐准确计量，防止胶塞损坏不能碰压时替空或尾管内留水泥塞。（ 8） 101.6mm 尾管内通井时，可将 60.3mm 钻杆接头直径车小 5-6mm，配合73mm 螺杆通井。（ 9） 一般 177.8mm 和 139.7mm 套管开窗侧钻水平井，尽量采用筛管顶部固井完井方式，规避施工风险，提高工程质量。、钻井事故与复杂情况预防：针对小井眼水平井施工难点，研究制定了相应的技术措施：（1（ 应使用相应尺寸的 S135 高强度钻杆，尽量简化钻具结构，并加装随钻震击器，及时处理掉块或各种复杂情况。（2（ 认真检查入井钻具，把好钻具入井关，定期对钻具和各种配合接头进行探伤检查，防止不合格钻具入井造成事故。 （3（ 钻进过程中要认真记录泵压变化情况，如有泵压下降，在确认地面设备完好时应立即起钻检查钻具。- 5 -（4（ 有顶驱的钻机，钻进时应将扭矩设定在最小钻具抗扭强度的 70%以内。（5（ 钻进过程中送钻要均匀平稳，防止顿钻和溜钻发生。（6（ 在泵压允许的情况下尽量提高钻井液排量，提高环空返速，防止岩屑床形成。（7（ 井斜 30以后每钻进 50-100 米或钻进时间 24 小时应进行一次短起下钻，破坏岩屑床、修整井壁，保证井壁光滑、井眼畅通。每次短起下钻应起至窗口以上。（8（ 起下钻至窗口时应控制速度，防止速度过快损坏窗口。4、 华北地区水平井固井工艺技术研究（主要是下套管前井眼准备、管串优化等） ；针 对 华北地区水平井固井技术难点，制定了相应的技术措施、加大钻井液投入，降低钻井液失水，增强钻井液的抑制性，保证良好的钻井液性能，确保井眼稳定和良好的井眼条件。、避免定点循环钻井液形成大肚子井眼。、下套管前使用单扶正器常规钻具通井，结合井径情况，在小井眼处划眼，在大井眼处放扶正器循环，到底后用大排量循环洗井，将井内岩屑清洗干净，确保井眼畅通。通井钻具结构：215.9mmPDC+210-212mm 扶正器+127mm18加重钻杆15 根+159mm 随钻震击器+127mm18加重钻杆6-15 根+127mm18斜坡钻杆。、封固段刚性扶正器与弹性扶正器合理安放，确保套管居中和下套管安全。水平段：从 2 号套管开始每四根套管安放一个刚性扶正器。造斜点以下增斜段：每四根套管安放一个弹性扶正器和一个刚性扶正器，并隔根安放（弹性+单根+钢性+单根） 。造斜点以上封固段：弹性扶正器隔根安放。优化管串结构后的水平井下套管安全、顺利，固井质量合格。5、 华北地区水平井事故和复杂预防措施的研究。针对华北地区水平井施工难点，研究制定了相应的技术措施、做好井身轨迹的控制工作。根据井身轨迹的变化，及时调整井斜或方位，避免大幅度调整造成狗腿度过大，给下步施工造成不利影响。、加大钻井液投入，用好钻井液净化设备，保证良好的钻井液性能，满足携岩、润滑、防塌要求，确保井壁稳定、井眼畅通。、钻井过程中，井斜30以后，每钻进一个单根或一个立柱技术划眼 1-2 次，正常情况下，每钻进 100-150 米左右或纯钻时间 24 小时短起下钻一次；有时钻进托压现象严重，要及时停钻进行短期下钻，清除井壁上的岩屑，防止岩屑床形成，保证井眼畅通，防止粘卡事故。在短起下钻时，有顶驱的钻机进行正倒划眼各一次，有效清除岩屑床。、对于深水平井，由于井下马达和 MWD 仪器压降以及管内压耗的影响，泵压较- 6 -高，钻井液排量受到影响，从而影响携砂效果，可根据井下实际情况，下常规钻具带扶正器通井，破坏岩屑床，修整井壁，保证井眼畅通。、对于潜山水平井，进入潜山前要加强地层对比工作，控制钻进速度，加强短起下钻，破坏岩屑床，确保井眼畅通，防止在发生井漏时岩屑床下滑造成卡钻。、下钻遇阻时，要避免盲目划眼而出现新井眼。、下套管前做好井眼准备，调整好钻井液性能，适当开大排量循环洗井，起钻前在斜井段和水平段打入塑料球，确保下套管安全。、在进入易塌井段之前，钻具上加装随钻震击器，及