高压喷射钻井技术在塔河油田的应用

高压喷射钻井技术在塔河油田的应用

该喷射钻孔技术始于美国，20世纪60年代已被广泛使用。我国于20世纪60年代初期开始研究应用喷射钻井技术,经历了3个发展阶段之后,泵压由10~12MPa提高至18~20MPa,水功率、钻井速度也相应得到明显提高。为了进一步探索高压喷射钻井的提速潜力,2001年中原油田开展了35MPa地面高压喷射钻井试验。同等条件下地面超高压钻进比常压钻进平均机械钻速明显提高,但受当时装备条件的制约,试验时间及井段均较短。随着我国钻井装备水平的不断提高,深井钻机已普遍配备高性能的钻井泵,近几年在塔河油田二开上部井段开展了泵压为24~26MPa的喷射钻井提速试验,与泵压18~20MPa的喷射钻井相比,机械钻速提高约40%。2010年以来,再次深入开展了35MPa高压喷射钻井技术试验,一开钻进泵压为20~25MPa,二开钻进泵压为33~35MPa。截至2011年底,在塔河油田先后进行了5口井的现场试验,机械钻速平均提高85%以上,取得了显著的提速效果。1井泵不能完全满足激发井需求制约高压喷射钻井的关键因素是钻井装备,尤其是钻井泵。钻机配备的钻井泵基本以1300型和1600型为主,不能完全满足35MPa以上高压喷射钻井的需求。随着我国钻井装备技术的发展,目前已经具备了开展35MPa高压喷射钻井的条件,为此对现有装备进行了升级改造。1.1电动钻机筛选塔河油田的井深一般为6000~7000m,首先优选70D型电动钻机。中原塔里木钻井公司某井队2008年底新装备了全新70D型电动钻机,可满足高压喷射试验要求,因此选择该井队进行高压喷射钻井试验。1.2新型水龙带和管汇管结构该井队70D型钻机配备的是1600HP型钻井泵,最高输出压力为35MPa。为满足35MPa高压喷射钻井试验要求,新购置了2台额定压力为52MPa、额定功率为1618kW的国产F-2200HL型钻井泵,并配备了相应的钻井泵配件。配置了耐压70MPa的国产特制水龙带,备用1根国外生产的水龙带;购置了1个SL-450H型高压水龙头,最大负载为4500kN,最高工作压力为52MPa;配备了一套全新的地面高压管汇及高压阀门组,耐压达70MPa,其中高压立管改造为双立管。由于施工泵压很高,为防止钻具发生刺漏引发安全事故,购置了ue788127.0mm的S135型全新钻杆8000m。结合现场情况,其他钻具均采用一级钻具。2施工方案2.1水力参数优化设计高压喷射钻井过程中,一般采用高泵压、小喷嘴、适当排量进行钻进。由于塔河油田中上部地层极易发生阻卡,需要采用大排量冲刷,以减少阻卡。因此,在进行水力参数优化设计时,传统技术方法不适合塔河油田。针对塔河油田中上部地层极易发生阻卡的问题,结合目前现场采用大排量高压钻进的做法,充分发挥试验装备高压、大排量等优势,采用“强化水力参数+适当钻头压降”的方法进行水力参数优化设计。基于地面高压喷射钻井现有装备条件,泵压最高设计为35MPa(F-2200HL型钻井泵用ue788170.0mm缸套时额定泵压为35MPa),双泵的最大排量可达80L/s。基于上述水力参数优化原则,塔河油田一开和二开井段在用牙轮钻头结束钻进时,推荐钻头压降不低于整个循环压耗的30%(或10MPa);二开下部井段由于采用PDC钻头,钻进井段较长,且部分地层易发生阻卡,需要采用大排量钻进,推荐钻头压降为5~8MPa。2.2安装水龙带水水墙35MPa泵压为地面管线安全带来很大挑战,为了保证试验的安全,制定了一系列安全保障措施。配套设备按标准加工、验收和试验,并由专门的安全工程师把关。泵、立管及地面高压管汇按70MPa压力静压试验10min,按40MPa压力动压试验30min;水龙带出厂按70MPa静压试验10min,40MPa动压试验30min;水龙头按70MPa静压试验10min,按40MPa旋转动压试验30min,不刺不漏为合格。钻井泵之间安装防护墙,固定牢靠;地面高压管汇分段分点固定,消除震动,防止松脱。泵房四周设立警戒线,钻井泵高压运转期间严禁人员靠近。高压钻进过程中检查钻井泵或维修单个钻井泵时,须将运转钻井泵的泵压降至25MPa以下;泵压如有异常,司钻要迅速发出信号,同时停泵、上提钻具;及时给泵空气包充气,减少泵压波动和设备及管线疲劳造成的损坏。3高压喷射钻井塔河油田中上部地层主要为第四系、新近系、古近系、白垩系和侏罗系地层,多为砂泥岩互层、含砾砂岩,胶结疏松,可钻性较好,可以充分发挥高压喷射钻井优势,实施快速钻井;下部包括三叠系、石炭系、泥盆系和志留系等地层,埋深一般浅于5000m,多为砂泥岩互层,以泥岩为主,可钻性差,钻速较慢。为了进一步提高塔河油田的钻井速度,先后在塔河12区和托普台区块的5口井上进行了35MPa高压喷射钻井现场试验。3.1高压喷射钻井第一次试验是在塔河12区的TH12233井进行的,该井是一口三开结构井,在一开、二开井段进行了高压喷射钻井现场试验,钻进地层为第四系至泥盆系地层,二开中完井深6031m。一开采用ue788346.1mmSKG124型牙轮钻头钻进,排量80L/s,较常规钻井排量提高了10L/s左右,泵压20~25MPa,钻头压降8~10MPa;钻进井段50~1202m,纯钻时间15.1h,平均机械钻速76.34m/h,与邻井相同井段(平均机械钻速26.29m/h)相比,提高了190%(见表1)。二开全井段(1202~6031m)采用高压喷射钻井,排量40~80L/s,较常规钻井排量提高了5~10L/s,钻头压降3~10MPa,泵压33~35MPa,平均机械钻速11.95m/h,与邻井相同井段(平均钻速6.46m/h)相比,提高了85%(见表2)。另外,该井二开尽管钻压较常规钻井大,但最大井斜角仅1.19°,平均井径扩大率仅为3.32%,说明35MPa高压喷射钻井在提高钻速的同时,还能有效控制井斜角和井径扩大率,提高井身质量。其中,5366~5937m井段采用35MPa高压喷射钻井,机械钻速比邻井相同井段采用“PDC钻头+螺杆”复合钻井平均提高了40%,且单只钻头进尺增长了216m(见表3)。试验结果表明,即使在5000m以深地层中钻进,高压喷射钻井的提速效果也明显优于“PDC钻头+螺杆”复合钻井技术。该井高压喷射钻井试验总进尺6031m,实际用时38.73d,比设计周期(58d)缩短近20d,与常规钻井工艺钻至相同井深的平均周期(63.36d)相比,缩短了24.63d。3.2钻头压降和地层优化在第一口井试验的基础上,35MPa高压喷射钻井技术在塔河12区及相邻区块托普台区块共4口四开结构井的一开、二开井段进行了试验与推广(其中TP146X井一开钻进时由于钻井泵故障,未采用高压喷射钻进)。塔河油田四开结构井一开ue788444.5mm井眼中完井深500~800m,钻进地层为第四系和新近系库车组地层;二开ue788311.1mm井眼中完井深4500~5000m,钻进地层一般为新近系至侏罗系地层。一开钻进泵压20~25MPa,排量70~80L/s,钻头压降高达15MPa,平均进尺552m,平均机械钻速83.69m/h,与邻井相同井段(平均钻速40.75m/h)相比,提高了105.4%(见表4)。二开钻进泵压33~35MPa,排量40~80L/s,平均进尺4078m,平均机械钻速31.19m/h,与邻井相同井段(平均钻速14.95m/h)相比,提高了108.6%,对比情况见表5。其中,TP308X井二开所用首只ue788311.1mm牙轮钻头的压降高达18MPa,输出泵功率仅为常规钻井的2倍左右,该只牙轮钻头进尺1730m,平均机械钻速高达200.88m/h,与邻井相比提高6倍,并在678~2028m井段创塔河油田ue788311.1mm井眼日进尺(1350m)最高纪录;这再次说明,优化参数、提高钻头水功率对于中上部地层具有十分显著的提速效果。该井钻至二开中完井深用时15.33d,与设计周期相比缩短了30.79d,与常规钻井工艺钻至相同井深平均钻井周期(44.5d)相比,缩短了18.7d。3.3正常磨损效果在5口井的35MPa高压喷射钻井试验过程中,除泵密封和水龙头冲管密封正常磨损失效外,仅在第一口井的试验中发生了一次新钻杆本体刺漏情况,未发生其他非正常高压密封失效问题。升级改造后的设备和钻具都经受住了高泵压、高负荷条件下的密封考验,说明35MPa高压喷射钻井配套设备是安全可靠的。4超地层力量喷射钻井技术1)经过设备配套与改造,完成了满足35MPa高压喷射钻井安全需求的70D型钻机升级改造,为高压喷射钻井试验的实施提供了硬件保障。2)通过优化钻井施工方案,最大程度地发挥了钻机和钻井泵的功率,提高了钻头水功率,初步形成了适合塔河油田软—中硬地层的大排量、适当钻头压降的35MPa高压喷射钻井技术。3)采用35MPa高压喷射钻井技术在钻进上部