庙平9井大位移水平井钻井技术_图文

1、第5卷第2期2009年4月中国安全生产科学技术Journal of Safety Science and Technol ogy Vol .5No .2Ap r .2008文章编号:1673-193X (2009-02-0144-06庙平9井大位移水平井钻井技术曲生,孙宝铁,张大秋(吉林省安全科学技术研究院,长春130051摘要:庙平9井位于松辽盆地南部新庙油田庙22区块,区内大部分区域处于松花江内或江湾,由于环境因素的影响,直井无法实施,本区采用水平井整体开发。庙平9井水平井在钻井技术和安全管理方面精心组织,克服了水平井段(大斜度井段长,井眼轨迹控制困难、井壁易垮塌、携砂困难、起下钻摩阻大、

2、下油层套管困难、固井水泥环质量控制难、钻具事故几率大等困难,不仅避免和降低了井下事故的发生,且施工井满足开发要求,同时进行简化钻具结构和安全管理技术措施等方面取得了显著效果,为该区块水平井安全钻井工艺技术总结出几点结论及认识。关键词:大位移水平井;钻井技术;安全管理中图分类号:X936文献标识码:AD r illi n g techn i que of extended reach hor i zon t a l well for M i a op i n g W ell 9QU sheng,S UN Bao 2tie,Z HANG Da 2qiu(J ilin institute of sa

3、tety science and technol ogy,Changchun 130051,China Abstract:M iaop ingW ell 9is l ocated the 22th bl ock of Xin m iao Field in the s outh of Songliao Basin .Most of areas are situated the bay or inner p lace of Songhua R iver .The straight well is infeasible due t o the effect of envir on 2ment,s o

4、 we use horiz ontal well t o devel op this bl ock entirely .D rilling technique and safety manage ment f orM iaop 2ing 9horiz ontal well is organized elaborately .Overcome a series of difficultlies such as l ong horiz ontal secti on (high angle secti on ,well track contr olled hard,wall collap se,ca

5、rrying hard,large fricti on of tri p,running tubing diffi 2cultly,ce ment mantle quality contr olled hard,well string accident happened and s o on .Not only av oid and de 2crease downhole accident but als o constructi on work meets devel opment require .Mean while acquire noticeable effects in envir

6、 on ment p r otecti on and safety manage ment of Songhua R iver and su m up several conclusi ons and rec 2ogniti ons f or safety drilling technol ogy of horiz ontal well in this bl ock .Key words:extended reach horiz ontal well;drilling technique;safety technique收稿日期:2008210228庙平9井位于松辽盆地南部中央坳陷区扶新隆起带

7、北部,地层倾角在115°以内,地层岩性上部主要以砂岩为主,中部主要以灰色泥岩为主,下部四段储层岩性主要为粉砂岩,细砂岩次之,属于混合砂岩。岩石矿物成分主要由石英、长石、岩屑组成。岩石颗粒分选好,磨圆次棱角状。胶结物以泥质为主。粘土矿物种类有伊利石、伊/蒙混层、绿泥石等。砂岩胶结类型基本为孔隙式胶结,储层泉四段物性相对较好,孔隙度在1210%1810%之间,平均13%,渗透率主要在015×10-35510×10-3m 2之间,最大为11110×10-3m 2,平均215×10-3m 2;碳酸盐含量主要在210%1010%之间,最大3411%,平均

8、312%;泥质含量主要在510%1510%之间,最大19125%,平均815%,属低孔、特低渗透储集层。为进一步明确低渗透断块油藏水平井开发效果,同时深入探索东西向裂缝型油藏水平井井网模式及能量有效补充方式所钻的一口注水井。该井处于松花江内,由于环境因素的影响,直井无法实施。该区纵向上发育多套油层,且厚度较大,为充分动用并高效开发地下资源,本井采用水平井钻井工艺进行。1庙平9井钻井技术特点及难点(1本井钻井液密度是参考邻井庙平8井进行设计,庙平8井在9001300m之间掉块严重,所以,现场钻井液工程师要随时关注井口返出钻井液性能变化,并根据实际情况对钻井液密度及性能进行调整,又由于水平段易漏,

9、在水平段钻进时尽量按设计钻井液密度下限执行;(2本井在造斜过程中钻屑极细,给地质层位对比、确定带来很大困难;(3本井在施工过程中钻具磨损严重,摩阻、扭矩大,容易发生刺、断钻具等事故;(4本井要求目的层入靶点,水平段轨迹纵向距靶心偏差不超过±10m,指标要求很高;(5本井由于直井段短,套管下入重力小,而水平位移比较大,因此下套管困难,为减小套管下入阻力,要求井眼轨迹控制要平滑,水平段波动幅度尽可能小;(6本井选择的钻井液要综合考虑润滑、携岩、井壁稳定和油气层保护以及钻井成本等多项问题,给钻井液优选增加了难度;(7本次施工进行水平井简化井身结构探索,由于水平井钻井施工周期长,对钻具组合和

10、套管组合的安全性要求较高;(8本井附近庙22-4-1等井存在较严重的漏失(6号小层,在该层位本井的防漏措施方面提出高要求;(9本井位于松花江附近,属于水源保护区,对钻井过程中的安全环保要求较高;(10在钻井过程中,可能出现硫化氢、二氧化碳等有毒有害气体,对井下事故预防提出了更高的要求。2技术措施与对策(1本井采用了单圆弧井身剖面,尽可能降低造斜点,增加直井段长度。(2采用比设计造斜率高30%的螺杆钻具组合进行造斜,确保工具实际造斜率不低于设计造斜率,当实际造斜率高时,间断开动转盘进行复合钻进,以提高携岩效果及时破坏岩屑床,降低井眼摩阻。(3利用摩阻分析软件,进行浅层水平井井眼摩阻分析,同时设计

11、60°以下井段采用不同的倒装钻具组合,以增加可施加的钻压和降低钻柱摩阻。(4本井使用L WD(带伽玛和电阻率测井仪进行随钻监测。为确保井眼在油层内穿过,依据伽玛测井曲线显示结果,及时调整井眼轨迹,达到地质要求。钻进时根据井下情况确定合理的钻进参数,按要求进行短起下钻。必须按要求使用好固控设备、维护和处理好钻井液性能,达到保护油气层的要求,同时做好预防和处理井下复杂情况的物资准备。(5优化大斜段和水平段扶正器数量和扶正器类型,确保套管居中,同时在1300m以下斜井段安放刚性扶正器,降低下套管摩阻,增加完井套管下入重量。(6研究低固相、低摩阻、低成本携岩难力强的水基钻井液,降低裸眼段摩阻

12、,同时坚持短起钻制度,及时破坏岩屑床。(7采用两种壁厚的倒装套管结构,增加直井段套管重量;并且在完井下套管过程中,分段循环,降低循环阻力,并及时清除下套管过程中除下的泥饼,提高固井顶替效率。(8在钻井液方面,控制钻井液固相含量,降低钻井液失水,加强钻井液抑制地层水化膨胀和分散能力。(9根据工程设计事故风险提示作好风险预防和处理预案,加强对井口气体监测,采取有效的预警措施,并结合该井的实际情况,作好各类应急预案,并进行预案演练。(10加强对一开施工、二开施工、候凝、以及完井施工的监督。一开过程中:每钻进100150m测斜一次,在钻进过程中保证返砂时间,每钻进一个单根划眼2次,流砂层段不划眼,抢接

13、单根,穿过流砂层后循环5分钟,返好沙子,一开完钻后通井,保证表层套管下入顺利,采用内插管固井固表层套管,套管鞋和套管之间可点焊5处。下部3根套管丝扣上紧后点焊3处,按钻具内容积替量412方后,立即541第2期中国安全生产科学技术拔出钻杆,开泵循环至钻具内水泥返至井口。根据表层套管长度,确定一开完钻井深,表层套管坐到泥岩段固井。候凝:在候凝期间安装2FZ35221防喷器,并按照设计要求进行安装和试压,并使用244P2钻头扫塞。二开施工:直井段施工:每钻进100150m测斜一次,送钻均匀预防井斜,按照钻井液施工方案维护钻井液,确保井壁稳定,井眼畅通,控制起下钻速度,预防由于激动压力过大而造成井壁掉

14、块。造斜段施工:每次下钻双钳紧扣,上机扭距要达到标准,丈量角差,与随钻人员共同确认,循环读数时,钻头离井底不超过20c m,井斜超过45°以后,每钻进100150米短起或者长起钻,严格控制起下钻速度,掌握好开泵环节,杜绝且激动压力过大造成井涌或井壁掉块,下钻时,每个立柱都要灌泥浆,开泵前先罐好泥浆再开泵。杜绝钻具水眼气体进入环空影响钻井液性能,每次下完钻充分循环后,再用洗井液洗井一次。完井施工:油层套管按设计要求下,灌好钻井液,开泵缓慢,通井时充分洗井,加入适量的润滑剂,固井施工以防漏为主。3设计与施工情况311靶点设计表1庙平9井井口及目标点数据井口及目标纵N(X横E(Y海拔H(Z

15、目标半径井口5023855216338101300mp9a502395721634322-11641746×1mp9a1502403121634520-116512510×1mp9b1502407021634613-117017410×1mp9b502410921634713-118011410×1312工程设计31211井身剖面设计表2庙平9井井身剖面关键点设计数据站点测深/m井斜/°真方位/°垂深/m北坐标/m东坐标/m视平移/m闭合距/m闭合方位/°狗腿度/30m 井口0000000000造斜点106000106000

16、0000造斜完13821518679133127413437102196142199187199188791338稳斜完164214867913312921458510445112459112459114791330mp9a170516689186691511294174102512522106522106781735mp9a119171038918669151129512517671073017731149761080降斜完19501848614366158129613418816374113376319764196751724稳斜完20011068614366158129914720815

17、578713281219814147751160mp9b120181068568169130017421580382915383112875101415mp9b212518185681691310114254903935122938104741290井底2157181856816913121932651589321796616196917774111031212井身结构设计一开:39317mm钻头×502m+273mm表套×500m;二开:22816mm钻头×1060m+21519mm钻头×2157181m+13917mm油套×2155m。64

18、1中国安全生产科学技术第5卷 图1井身结构式意图313井眼轨迹控制31311直井段(0502m一开采用刚性比较大的塔式防斜钻具组合:346mmP2钻头+178mm无磁钻铤×1根+203mm钻铤×3根+178mm钻铤×3根+165mm钻铤×3根+127mm钻杆钻进中,通过低钻压5t,高转速120r/m in,控制井斜角,使造斜点处井斜角控制在4°以内(实际210°,从而为造斜段和水平段的施工创造了良好条件。346P2钻头钻至502m,循环起钻,下入500m273105的表层套管。31312二开直井段(5021060m二开设计直井段502

19、1060m,仍然采用了刚性比较大的塔式防斜钻具组合:22816mmP DC钻头+178mm无磁钻铤×1根+单流阀+178mm钻铤×3根+165mm钻铤×9根+127mm钻杆二开造斜段(10601225m:21519mm牙轮钻头+165mm单弯螺杆钻具(1125度+单流阀+165mm无磁钻铤×1根+MWD+165mm钻铤×3根+127mm加重钻杆×30根+127mm钻杆+133mm×133mm方钻杆二开稳斜段(12251735m:21519mm牙轮钻头+165mm单弯螺杆钻具(1125度+单流阀+LWD+165mm无磁钻铤&#

20、215;1根+127mm钻杆×36根+127mm加重钻杆×30根+165mm钻铤×6根+127mm钻杆+133mm ×133mm方钻杆。31313水平段控制(17352157m水平段采用的钻具组合如下:21519mmP DC钻头+165mm单弯螺杆钻具(0175度+单流阀+L WD+165mm无磁钻铤×1根+127mm钻杆×78根+127mm加重钻杆×30根+165mm钻铤×6根+127mm钻杆+133mm ×133mm方钻杆。根据井眼地质要求,设计井眼轨迹曲线投影图,如图2 。图2井眼轨迹投影图314钻

21、井液技术31411钻井液配方一开:4%水化膨润土+014%纯碱+1%铵盐二开:4%水化膨润土+014%纯碱+013%KP A +1%铵盐+1%HA树脂+1%沥青粉+XC31412润滑技术(1采用低固相钻井液技术,维护钻井液的润滑性。在配浆时,采用适当的低般含或无般含原浆;钻进过程中,充分利用固控设备最大限度的清除钻屑,控制固相含量最低,满足设计要求。(2加入足量的大分子聚合物,配以适量的小741第2期中国安全生产科学技术分子聚合物,调整泥饼质量,保证泥饼润滑性。(3加入润滑剂,提高钻井液的润滑性能,控制全井段摩阻系数小于0108。31413携岩技术(1维持钻井液中3%左右的膨润土含量,保证当加

22、入聚合物时,钻井液形成足够的结构力。(2使用XC提高钻井液的动切力,提高其携岩能力。在大井眼段,适当的提高钻井液的动切力,特别是当井斜角在4560°时,动切力的提高梯度为3156101315Pa,满足了携岩要求。另外工程上利用开转盘,上下活动钻具、短起钻等措施,以及利用清洗液破坏岩屑床。31414井壁稳定技术(1保持合理的钻井液密度性能,维护井壁的力学稳定。(2大分子聚合物、小分子聚合物结合,形成高质量泥饼。(3维护钻井液的滤失性在设计范围内。(4利用抑制剂,保证钻井液的抑制能力。31415油层保护技术(1采用复合暂堵技术,控制固相颗粒进入油层。选用两种超细碳酸钙作为暂堵剂和加重剂。

23、一种为灰质碳酸钙可实现暂堵和降失水作用,另一种为颗粒碳酸钙,暂堵直径较大的孔隙。(2钻井液中加入非渗透处理剂进行油层保护,以控制钻井液和水泥浆液相进入油层。315固井完井技术31511固井水泥浆、隔离液及外加剂优选上部领浆为G级油井水泥原浆,下部尾浆为常规密度低温低失水水泥浆。上部G级油井水泥原浆能够携带残留泥饼和岩屑,下部常规密度低温低失水水泥浆在低温条件下具有高早强、零析水和低失水性能,能够防止水泥浆失水发生水窜。双凝结构避免水泥浆失重,防止层间窜流或高压地层水窜入井筒,保证油水层段封固良好;双密度结构减轻水泥浆液柱静压力和顶替动压力,防止水泥浆漏失,保证水泥浆返至地面,防止套损。3151

24、2下套管技术措施(1斜井段每两根套管安放一只扶正器,其中刚性扶正器和弹性扶正器交错使用。(2短起钻,并大排量洗井2周以上,以清除岩屑床,并用清扫液将井内岩屑携带干净。(3下套管通井后,加入一定量的油基润滑剂。(4如果下套管阻力大,在井口施加一定压力。316安全管理技术措施水平井钻井施工,确保井下施工安全是提高钻井速度、提高施工效益的关键。针对庙平9井采取如下安全管理技术措施。(1本井所用钻井技术方案、技术措施,经过了钻井专家小组的多次论证,为保证安全、顺利完成钻井任务,提供了理论上的支持。(2为保证本井施工安全,做好各施工环节的安全监督工作,确保本井顺利完工。(3充分利用班前、班后安全会议,班

25、前会议进行风险提示并提出防范措施,班后会议总结本班的工作完成情况、存在问题等,为下次工作提供参考,从而有效保障作业人员安全。(4安全施工严格执行水平井钻井操作规程,斜井段、钻井段采用倒装钻具并定期倒换钻具,定期探伤,井口工具、下井配合接头定期换新,操作平稳,优化钻具组合。(5根据井下摩阻、扭矩、岩性,控制好钻井参数,防止钻具事故的发生,选择优质钻井液,合理的泥浆排量,做好泥浆四级净化。(6做好井控工作,熟练“四七”动作,细致观察井口情况,并详细记录防喷、防漏等情况。(7控制好滑动钻进时钻压,掌握好活动钻具时间,遇卡上提不超过原悬重3040t,可采取控制转盘圈数下压解卡的办法。(8使用好牙轮钻头

26、防堵水眼、防掉牙轮;在高研磨地层选择长保径钻头,防止因钻头直径磨小造成卡钻事故。(9斜井段、水平段下钻遇阻严格遵守“一冲、二通、三划眼”的原则,防止小井眼造成卡钻。(10在满足设计井身轨迹要求的情况下,尽量以复合钻进保证井眼平滑,实现安全钻进的原则。4结论及认识(1庙平9井大位移水平井钻井的成功,为吉林油田高效开发地面受限位移达800m以上的油气841中国安全生产科学技术第5卷 2 期 国 安 全 生 产 科 学 技 术 第 中 资源 ,合理开发新庙油田庙 22 区块寻求了一条切实 可行的途径 。 ( 2 研究的低固相聚合物水基钻井液体系及其 配套技术成功地解决了大位移水平井的润滑 、 、 携

27、岩 破坏岩屑床等技术难题 。 ( 3 科学合理的井身剖面和钻具组合设计是实 现大位移水平井优化控制的关键 。 ( 4 每次起钻时采用 10m3 漏斗粘度大于 150 s 的钻井液和 XC 混合清扫液洗井一次 , 可有效清除 井眼中残留岩屑 。 ( 5 采用刚性扶正器即可满足水平段套管居中 的要求 ,又可减少套管下入阻力 ,是提高浅层水平井 固井与完井成功率的有效手段 。 ( 6 加强对钻井的各环节的安全监督是确保钻 井施工安全的保证 。 ( 7 斜井段 、 水平段采用倒装钻具并定期倒换 钻具 。定期探伤 , 井口工具 、 下井配合接头定期换 新 ,操作平稳 ,优化钻具组合 。 ( 8 根据井下

28、摩阻 、 扭矩 、 岩性控制好钻井参 数 。防止钻具事故的发生 ,选择优质钻井液 ,合理的 钻井液排量 ,做好钻井液四级净化 。 ( 9 坚持短起下制度 ,井斜角大于 50。以后 ,每 钻完单根划眼 , 钻进 40 60m 短起下钻一次 , 有效 清除下井壁岩屑床 。 ( 10 使用好牙轮钻头防堵水眼 、 防掉牙轮 , PDC 钻头防泥包 ,在高研磨地层选择长保径钻头 ,防止因 钻头直径磨小造成卡钻事故 。 ( 11 在满足设计井身轨迹要求的情况下 。尽 量以复合钻进保证井眼平滑 ,实现安全钻进的原则 , 加强钻柱的管理 ,钻柱的工作状态直接影响着钻头 的指向 ,从而控制着井孔的轨迹 。 参考

29、文献 1 高德利 . 井眼轨迹控制问题的力学分析方法 . 石油学 ·1 4 9 · 2 蔡宗熙 . 井壁变形对底部钻具组合静力分析的影响 . 天津大学学报 , 1994, 27 ( 4 : 391 397 CA I Zong2xi Effects of defor . mation of hole wall on stati2 2003 ( 4 2001, ( 4 2001, 4 XU Tian 2yong Analysis and countermeasure about com 2 . ing & Production Technology, 2001, 24

30、(5 : 22 25 cal analysis of bottom 2hole assemblies J . Journal of Tianjin University, 1994, 27 ( 4 : 391 397 and chem istry of the shale hole stabilization J . Petroleum Exp loration and Development, 2003, 30 ( 1 : 109111 formation J . Journal of Southwest Petroleum University, 1993, 14 (4 : 117 123 Acta Petrolei Sinica, 1993, 14 (4 : 117 123 ZHANG Yue 2an. App lication of enterp rise safety culture and safety adm inistration in drilling J . Gas, 2007, 12 ( 2 GUO Zong2hai An analysis of the lateral force betw een . casing str