优快钻井技术介绍

优快钻井技术介绍众所周知，提高钻井速度是加快油气勘探开发步伐的重要途径。多年来，特别是重组分立以来，经过甲乙双方的积极投入和广大钻井工作者的努力，油田拥有了一系列加快钻井速度的技术，钻井速度也逐年提高，但与国外先进的钻井速度指标相比，仍存在着很大的差距。一、大港油田采用的优快钻井技术目前，油田用于优快钻井的成熟配套技术有：1、高压喷射钻井与优选钻井参数钻井•钻头：除钻砾石、安山岩、玄武岩等硬质岩性用町517或H517牙轮钻头外，其余地层如明化镇、馆陶中上部、不含砾的沙河街组、孔店组、中生界首选PDC钻头，也可选用HAT127牙轮钻头。•喷嘴：牙轮钻头组装中长喷嘴或不等径普通双喷嘴或三喷嘴 （大小嘴径比为1:0.68-0.72或1:0.68-0.72:0.68-0.72）。•钻具组合：常规钟摆钻具（用于防斜和降斜）：钻头+短钻铤1-2根或钻铤1-3根+稳定器+钻铤18-21根+加重钻杆+钻杆。常规满眼钻具（用于稳斜和防斜）：钻头+稳定器+短钻铤1根+稳定器+钻铤1根+稳定器+钻铤18-21根+加重钻杆+钻杆。常规增斜钻具（用于增斜）：钻头+稳定器+钻铤1-3根+稳定器+钻铤单根+稳定器+钻铤18-21根+加重钻杆+钻杆或钻头+稳定器+钻铤18-21根+加重钻杆+钻杆或钻头+稳定器+钻铤1-3根+稳定器+钻铤18-21根+加重钻杆+钻杆。导向钻具（可用于定向、造斜、稳斜、降斜和纠偏）：钻头+导向马达+无磁钻铤1根+MWD+稳定器+钻铤18-21根+加重钻杆+钻杆。•钻压：对于牙轮钻头，除防斜吊打、定向、扭方位外，最大的安全钻压为每英吋20KN。对于PDC钻头，钻压一般在40-80KN。•转速：对于机械钻机，在上部地层采用II档或III档的转速，在中深部地层采用I档或II档转速。对于电动钻机，采用适合牙轮钻头的95rpm。使用PDC钻头时，可采用动力钻具+转盘的复合钻井方式或转盘不低于II档的转速。•泵压：牙轮钻头的泵压达到17Mpa以上，PDC钻头的泵压达到14Mpa以上。穿漏层、定向与扭方位可适当降低泵压。•排量：屮311.1mm及以上尺寸井眼的排量三55L/S。屮244.5mm井眼的排量三30L/S。屮215.9mm井眼的排量228L/S。屮152mm井眼的排量三10L/S。2、 高效能PDC钻头和引进牙轮钻头钻井在中深部地层中，选用进口的PDC钻头和牙轮钻头，可缩短起下钻时间，提高钻头的行程钻速。如：板深4井的①444.5mm井眼使用两只进口牙轮钻头打完2500m的井深，平均机械钻速达到了m/h,比板深7井的同类型井眼少用牙轮钻头__只，机械钻速提高了%。3、 PDC钻头+动力钻具钻井直井采用PDC钻头+1°螺杆钻具+螺旋钻铤1根+稳定器+螺旋钻铤18-21根+钻杆的钻具组合；定向井采用PDC钻头+导向钻具+无磁钻铤1根+MWD+稳定器+钻铤18-21根+加重钻杆+钻杆的钻具组合，均可加快钻井速度。特别是在油气层中钻井速度的提高，有利于缩短钻井液对油气层的浸泡时间，减少对油气层的污染。今年50528钻井队在官39-67井中应用该项技术，仅用15天21小时就打完井深2778米的直井。4、 防卡钻具组合在定向井的钻具组合中，采用螺旋钻铤、加重钻杆和随钻震击器。随着井底位移和井下阻力的增加，为减轻钻具上提的总吨位，可用加重钻杆取代螺旋钻铤。水平井采用倒装钻具，即加重钻杆靠近钻头，螺旋钻铤接在加重钻杆的上面。5、 优质钻井液与完井液一般情况下，在上部地层选用经济适用的聚合物钻井液体系，中深部地层采用有机硅钻井液体系。对于低压油气层来讲，在井身结构设计合理，技术套管封固了复杂地层的情况下，可采用低密度低固相的钻井液体系来保护油气层，如：聚合醇钻井液甲酸盐钻井液等。对于易塌地层，宜采用硅盐钻井液。在油气层保护方面，进入油气层前加入屏蔽暂堵剂，揭开油气层后适当补充屏蔽暂堵剂。6、 井眼润滑、稳定与净化•井眼润滑：如果录井允许，采用最经济适用的原油做钻井液的润滑剂，控制原油含量在6-8%，并加入磺化沥青改善泥饼的质量。如果录井对萤光有要求，可在钻井液中加入水基润滑剂、膨化石墨、极压润滑剂、低萤光磺化沥青等低萤光润滑剂。完井时，为确保电测和下套管的顺利进行，还可在封闭液中加入塑料微珠。目的是在直井中控制钻井液的摩阻＜0.10，在定向井中控制钻井液的摩阻W0.08。•井眼稳定：主要依靠力学和化学作用维护井壁的稳定，即钻井液的静态压力能平衡地层的坍塌压力或当量密度三地层坍塌压力梯度，钻井液的高温高压失水＜10ml,钻井液中含有一定比例的防塌剂。工程上采取相应的措施，如：起下钻中途开泵要避开易垮塌地层；起钻及时灌满钻井液；钻进中出现掉块时，及时提高钻井液的密度和粘切等。•井眼净化：钻进时保证排量，使用四级固控设备控制钻井液的含砂量，及时短起下钻清除井壁的岩屑床。快速钻进时，接单根前后做到晚停泵早开泵，并控制环空岩屑浓度W6%，必要时，中途循环除砂。起钻前和下钻到底充分循环除砂。7、 近平衡压力钻井在保证井下安全（不塌、不喷）的前提下，尽量将钻井液的密度降低，一方面可避免压差卡钻，另一方面可加快钻井速度，缩短钻井液对油气层的浸泡时间。8、 欠平衡钻井可在地层稳定的井眼中实施，该项技术有利于保护油气层、提高钻井速度、穿易漏失的地层。如：油田在板深7等口井中，应用液相欠平衡钻井技术保护千米桥潜山油气层并提高钻井速度。9、 PDC可钻式浮鞋浮箍技术套管的浮鞋浮箍采用可钻式，有利于再次开钻时，直接下入PDC钻头钻进，减少一次起下钻作业。如：泛华反承包市场，下表套用可钻式浮鞋浮箍，二开直接下PDC钻头钻进。10、 组合与随钻测井常规井的中完和完井采用大满贯测井技术，可节省电测时间，缩短钻井液对油气层的浸泡时间。目前，测井公司正在推广此项技术。大位移井和水平井在进入油气层前，下入LWD,可实现随钻测井，节省钻杆输送法测井的时间，缩短完井时间。如：去年实施的五口水平井全部使用LWD钻穿油气层。11、 低密度早强水泥浆固井对于安全窗口窄的易漏失井和低压井，使用低密度早强（24小时强度±14MPa）水泥浆体系固井，可防止固井过程中的井漏，减轻固井对油气层的污染。目前，油田水泥浆的最低密度可达1.40g/cm3。二、国外先进的钻井技术国外在加快钻井速度方面的技术有高压喷射钻井、旋转导向钻井、闭环钻井、大位移水平井钻井、气液相欠平衡钻井、垂直钻井、套管钻井、连续油管钻井、无侯凝固井、快速拆装井口装置、快速下套管工具等。下面以赵东平台为例，介绍一些国外的先进技术。（一）基本情况赵东海上油田是CNPC与美国APACHE石油公司合作开发的第一个海上油田。平台位于河北省黄骅市南排河镇赵家堡村东南渤海湾海域，距陆地大约8公里，平均水深7米。平台总重6800多吨，上下总共4层，是国内最大的海上固定式综合生产平台，设计钻井能力为60口。赵东平台是由美国APACHE公司作为作业者，大港油田滩海工程公司以日费的方式提供钻井服务，同时由Schumberger和BAKERINTEQ公司提供定向井技术服务，Schumberger公司提供固井、测井服务，Weatherford公司提供钻井工具、套管钻井和下套（油）管服务，南海MI提供泥浆技术服务，BAKER公司提供完井技术服务。该平台于2003年2月25日开始施工，至2003年12月28日仅用283.5d就完成了第一期26口井（包括4口水资源井、13口生产井、9口注水井）的施工，钻井总进尺达56655.8m,平均机械钻速为48.47m/h。完成井（含4口水平井）基本采用两开制，钻井施工前将26〃导管砸至75m左右，入泥深度35m左右；一开有24口井采用了133/"68ppf-K55套管钻井技术，另两口井采用常规17】/"钻头开眼，下入13?/''82868ppf-K55-BTC扣型套管的方法；二开基本采用 121/'钻头开眼，下入95/'4847ppf-N80-BTC扣型套管作为完井套管；同时有4口井还进行了&/”井眼的施工（其2中2口井采用裸眼完井技术，2口井下入了7'尾管）。（二）采用的先进技术与工具在国外石油钻井行业中，由于人员工资高、技术服务费昂贵，造成钻井作业的的施工成本非常高，例如赵东平台施工阶段日成本基本保持在20万美元左右，浪费1小时就是近万美元的损失，所以促使作业者广泛应用新工艺、新技术，大胆改进施工作业程序，来缩短钻井作业的周期，达到节约施工成本的目的。1、套管钻井技术赵东平台在国内首次大规模使用套管钻井技术，用13.6d成功地完成24口井的表层套管钻井作业，累计进尺6152.3m，平均机械钻速62.64m/h，单井最高机械钻速234.75m/h（详见表1），刷新了世界记录。同常规作业相比，总体效率提高一倍以上，比计划提前23.7d，节约钻井费用200余万美元。钻进组合：16"钻鞋+133/'868ppf-K55-BTC扣型套管+套管捞矛。

表1赵东平台表层套管钻井统计一序号井号开钻时间完钻时间钻进井段进尺纯钻时间机械钻速1C10(HI)2003-2-2521:302003-2-2616:2539.34-300.69261.3511.522.732C13(HI)2003-2-273:502003-2-2715:4539.34-299.69260.357.4335.043C9(HI)2003-2-2723:302003-2-2810:0539.34-300.2260.866.3347.424WSW22003-2-2815:202003-2-2823:2039.34-274.64235.3458.535WSW42003-3-15:202003-3-113:3039.34-274.75235.414.6350.846D13(DI)2003-3-119:302003-3-24:2539.34-299.9260.564.9252.957D10(DI)2003-3-210:052003-3-218:1539.34-299.82260.485.151.088D6(P)2003-3-318:152003-3-44:1539.34-301.9262.566.5839.899D9(P)2003-3-48:002003-3-415:2039.34-302.04262.74.558.3810D12(DI)2003-3-420:002003-3-51:3039.34-297.57258.233.280.6911C11(HP)2003-3-55:452003-3-511:1539.34-301.792562.453.477.1912D5(P)2003-3-515:302003-3-521:3539.34-303.32263.98465.9913C7(HP)2003-3-61:402003-3-68:0039.34-303.04263.74.558.5914C6(HP)2003-3-611:202003-3-617:1039.34-301.69262.35465.5915D7(P)2003-3-622:152003-3-74:4039.34-301.05261.714.558.1616C12(HP)2003-3-78:152003-3-713:3539.34-301.98262.643.477.2517D11(DI)2003-3-717:402003-3-723:0039.34-298.3258.963.476.1618C8(HP)2003-3-82:252003-3-87:4039.34-294.32254.982.987.9219D8(P)2003-3-811:252003-3-815:5539.34-305.64266.32.798.6320WSW12003-3-819:502003-3-823:1039.34-271.59232.351.6145.1621D4(DI)2003-3-92:402003-3-96:2039.34-296.94257.62128.822WSW32003-3-910:202003-3-913:4539.34-270.46231.121231.3223D14(DI)2003-5-174:002003-5-178:0039.34-297.57258.231.52169.8824D16(DI)2003-5-1711:402003-5-1715:0039.34-297.57258.231.1234.75合计6152.398.2162.642、先进的钻井工具赵东平台在26口井中，121/＂和81/＂井眼的钻进全部采用LWD+MWD随钻测井42技术。钻具组合:PDC钻头+导向马达（Powerdrive或Autotrack）+浮阀+ARC+MWD+ADN+HWDP（7--10柱）。施工中旋转钻进保持顶驱的转速在110rpm以上，有时达到150rpm以上，同时利用顶驱先进的倒划眼功能，在钻至目的层后，全井实现倒划眼起钻，在平均井深2000m的井（最深2725m,最浅922m）中，一口井只用一个马达、一个PDC钻头，一次起钻作业，一次下套管作业，即完成施工。•可调角度的弯马达:在121/4＂井眼中，赵东平台采用的马达是地面可调节角度大功率动力马达，马达尺寸95/8＂，扶正器尺寸111/2＂，下井前根据井斜、方位及造斜率的要求，调节马达的角度。另外马达的质量好，不需在浅层测试，一根马达能保证1-2口井的正常使用，且能用马达在套管内划眼或钻套管附件，并能用马达进行全井段的倒划眼。•先进的闭环钻井工具:在赵东平台钻井后半阶段，由于井眼施工难度不断增大在121/4＂井眼钻进中采用了SchumbergerAnadrill公司的Powerdrive和BAKERINTEQ公司的Autotrack实现了闭环钻井。SchumbergerAnadrill公司的Powerdrive在工具内部有80种记忆模式，可通过地面控制泵排量来得到所需的的工作状态，实现旋转钻进过程中调整井斜和方位，减少了起下钻次数，提高了机械钻速，同时增加了钻井安全性。但是该工具在井眼过大时无法实现闭环钻井。•质量优良的PDC钻头：赵东平台采用的钻头全部为PDC钻头，多数采用美国产的Hycalog的DS系列钻头，外型全部为刀翼型钻头，喷嘴6-9个，一个PDC钻头可以钻穿水泥塞、阻流环、套管钻鞋、馆陶地层，由于表层套管的固井采用的是无胶塞固井方法，水泥顶替不干净，套管壁上可能有水泥环，因此，二次开钻配完钻具后，接顶驱在套管内划眼下钻，钻头在大功率、高速旋转的马达下面接触套管壁，钻穿水泥环、水泥塞、阻流环、套管钻鞋以后钻头几乎没有丝毫的损伤，这是我们国产的PDC钻头所不能及的。大功率动力马达加上长寿命PDC钻头是提高钻井速度的一个重要因素。采用专门设计的短规径PDC钻头与马达配合使用，解决了PDC钻头造斜困难的问题，赵东平台使用的造斜PDC钻头规径长度只有11cm左右，使用中此类钻头同牙轮钻头相比，机械钻速得到了有效的提高。•性能稳定的MWD、LWD：赵东平台使用的MWD、LWD仪器都是提前在陆地上安装调试好的，不需要在钻台安装MWD、LWD仪器，只需半个小时的装放射源的时间，节约了大量的配辅助钻具的时间。高性能的MWD、LWD的仪器工作性能稳定，对泵排量不过分要求，每次接单根后，开泵30s既能收到井斜、方位数据，节约了测斜、测井的时间，同时保证有效的控制井身轨迹，杜绝了井下复杂、事故的发生。尤其是Anadrill公司的MWD、LWD仪器的性能稳定性非常突出，在赵东平台钻井施工期间，该公司的MWD、LWD仪器从未发生过仪器没有信号造成起钻的事故。3、优化钻具组合钻井施工中采用加重钻杆加压，121/＂井眼钻具组合中只有仪器和7--10柱加重4钻杆，有时只有3柱加重钻杆，所有下井仪器尽量调整成一柱，每次起钻立于钻台，没有钻铤，减少了井下复杂情况的发生，减少了配钻具和起下钻铤的时间。甚至在一开171/＂井眼钻进中，也只采用7柱加重钻杆代替钻铤加压，大量节省了配甩钻铤和2起下钻铤的时间。在大井斜、大位移定向井的钻井施工中，一般采用钻具倒装的方法，即把加重钻杆放到部分钻杆的上面来克服水平段对钻具的阻力，这是国外打水平井经常用的方法。同时，应用先进的软件对钻具在井下的受力进行分析，从而决定各种钢级钻杆在井眼中的位置，使井中钻具受力合理，有效避免了各类钻具事故的发生。4、随钻测井技术26口井钻井施工中全部采用LWD随钻测井技术，并且随钻测井数据直接传送到北京和美国的休斯顿，Apache公司的地质专家在北京的办公室根据实测的数据，可以马上决定加深、提前完钻和下套管数据，不但节省了常规的测井时间，同时不会发生等短套管数据和加深设计的时间。CBL测井也从不占用钻机作业时间，而是用吊机吊着滑轮进行测井作业。5、先进的固井工艺技术•安全、快速的下套管工具：Weatherford公司为Apache公司提供下套管技术服务，提供了包括液压套管钳在内的一整套的气控下套管工具，包括C型盘；上、下卡盘；单根吊卡和机械手。全套气控装置，操作安全、快捷、方便，通过机械手扶正对扣，加快了接单根的速度，接单根时间只需l-2min，平均每小时下套管20-30根。最为实用的是下套管时顶驱上装有一套循环、灌泥浆装置（灌泥浆管线上装有一个单流阀），每根套管在接单根或下入过程中，根据计算好的泵冲灌泥浆，避免了灌泥浆过程中卡套管的风险，并且该装置可随时建立循环，循环时只要下放顶驱，将喇叭口套在套管接箍上（喇叭口与套管之间靠橡胶密封），卡住卡盘，就可以开泵循环，特别是在下套管遇阻、井涌等复杂发生时，能够及时地建立循环，进行处理。另外，赵东平台采用的是充气式套管护丝，拆卸方便、快捷，从而节约了一定的卸护丝的时间。同时上卡盘与单根吊卡配合使用，将套管放在坡道既可，减少了套管进鼠洞的时间，缩短了下套管时间，提高了下套管施工的安全性。•高质量的浮鞋、浮箍和快速拆装耐高压水泥头：在95/＂套管下入过程中采用8了weatherford公司生产的浮鞋、浮箍，下井之前外方监督进行认真的测试，在施工完的26口井中，每次固井完直接拆掉水泥头，未发生过水泥倒返事故。同时采用快速装卸水泥头，每次拆装在20min以内，同时能够承受3000psi的高压。•高科技、自动化固井泵：赵东平台采用Schlumberger（dowell）公司最先进的固井泵，该固井泵有一套自动化程序控制系统，可提前将固井水灰比、药水比例和灰量等数据输入到电脑内，固井过程中电脑控制整个固井过程，整套固井设备的操作只需两个人，该装置还配有一块固井灰流量表，固井时，保持固井灰流量在一定的范围内，保证固井施工中水泥浆密度的均匀。•固井施工工艺：为赵东平台提供固井技术服务的Schlumberger-Dowell公司提供的前置液是经过专门研究配制，根据不同的泥浆体系、不同的地层条件、不同的井眼直径、井斜情况配制的，能有效的清除井壁的虚泥饼、油性物质以及影响固井质量的的物质。根据地层破裂压力，可随意调整水泥浆比重最低可调至1.0g/cm3，与清水的密度相同。赵东平台经地层破裂压力试验，测得133/＂套管鞋处地层破裂压力为812.5ppg左右，在固井施工中控制水泥浆比重12.5ppg（1.50g/cm3左右），有效避免了固井施工的漏失问题，同时水泥凝固后强度能达到常规密度1.90g/cm3左右的水泥浆凝固后的强度，经过对完成的26口井95/"套管固井质量进行CBL检测，固井质量均为8优质。固井时，上下活动套管，保证了顶替效率，提高了下井壁与套管之间的固井质量，并且每两分钟记录一下泵压、泵冲、总泵冲、上提、下放拉力、泥浆返出量情况根据情况调整排量，保证了固井质量。再者在每口井固井结束后，直接拆掉水泥头，从而节约了陆地上6-8小时的候凝时间；赵东平台的套管采用专用的套管挂挂在套管头上，固井施工后期，将套管直接座在套管头上，因此又节约了拆井口、装卡瓦的时间，同时增加了施工安全性；赵东平台套管的试压是固井完碰压后，继续用固井泵在95/"套管打压至3000Psi、稳压85min，简化了陆地上繁琐的试压程序。6、 井口快速拆装工艺由于海上钻井施工不存在陆地上搬家大规模拆装封井器的问题，每次移底座只需将连接封井器和套管头的升高短节拆开，然后将封井器和升高短节吊起，移动底座至下一井口安装。为了节省拆装封井器时间，套管头服务公司KVAERNER为Apache公司专门设计的快速连接的升高短节，大大缩短了拆装封井器时间，在施工中，有时拆装一次封井器和移底座只需要