胜利油田钻井新技术的研究与应用

胜利油田钻井新技术的研究与应用

20世纪90年代是盛利油田钻井技术快速发展的时期。采用定向井和水平井钻井技术，近平衡压力和低平衡压力钻井技术，超深井开挖技术、新井液固井固井固井技术的应用，对促进油田的勘探开发水平和整体效益发挥了重要作用。一、水平井以下简称“井”水平井技术的研究和应用为增加原油产量、提高油气采收率提供了有效的手段。胜利油田以1990年9月第一口水平井——埕科1井开钻为标志,经过近10年的发展,已形成了包括油藏地质设计、钻井工程设计、井眼轨迹测量与控制、井下专用工具研制、钻井液以及固井、完井技术在内的完善配套的水平井钻井技术。不仅能钻普通水平井,而且能根据油藏地质情况和开发部门的要求,设计并完成各种类型的特殊水平井,包括水平探井、砾石稠油油藏水平开发井、丛式水平井、海油陆采水平井、古潜山水平井、单井蒸汽驱重力泄油水平井、阶梯式水平井、井斜方位变化水平井、连通式水平井、巷道水平井、超深水平井、侧钻水平井等。水平井技术在油田的勘探开发中发挥了越来越大的作用,“水平井是增加原油产量、提高油气采收率和开发特殊油藏的最有效的手段之一”的观点,已经成为广大勘探开发工作者的共识。1999年是胜利油田历年中所钻水平井数量最多的一年,共完成水平井32口(仅指胜利油田范围内,下同),其中包括侧钻水平井5口。至1999年底胜利油田已累计完成水平井117口,取得了显著的经济效益。据1999年新投产的32口水平井统计,日产油814.4t,平均单井日产油28.1t,累计产油9.96万t,是普通单井产量的3倍以上。油田开发部门将水平井技术成功地应用于古潜山稠油油藏开发,在草古1区的北部、西边部、南边部和地面有障碍物的位置,设计水平井12口,年底投产10口。钻井施工中采用合理的设计和技术措施,使用低密度泡沫钻井液,防止或减少了易漏裂缝型油藏的污染,投产效果良好,平均日产油20~30t,是普通直井的2~3倍。水平井技术在油田高含水后期剩余油开采中得到了应用并收到了明显的效果,如纯41-平1井利用水平井技术控制底水锥进、改善开发效果,8月中旬投产到12月日产油66.3t,含水3.6%,是邻井平均产油量的10倍。利用水平井技术还可以完善油田开发井网,如营6-平1井水平段穿过3段油层,4月份投产时射开下面40m,到12月底日产油61.8t,含水12.5%,是邻井平均产量的10倍。目前,水平井技术正向大位移水平井、侧钻水平井、分支水平井和欠平衡压力水平井的方向发展,以适应各种类型油藏的要求,为提高油田的开发水平发挥更大的作用。大位移水平井能钻穿更长的油层井段,可以较大范围地探明和控制含油面积,大幅度地提高单井产量。中国石化集团已把大位移井列为攻关项目,第一口试验井——埕北21-平1井已于1999年11月13日开钻,并于2000年3月26日完钻。该井设计井深4833.16m,井底水平位移3161.34m,是我国目前陆上水平位移最大的一口大位移水平井,并创出我国陆上大位移延伸、水平位移最长等3项全国新纪录,标志着我国在这一领域的特殊钻井工艺技术又向国际先进水平迈进了一大步。侧钻水平井技术是侧钻井技术和水平井技术相结合的结晶,不仅使老井重钻焕发青春,而且可以大幅度提高单井产量和油气采收率。胜利油田1999年共完成侧钻井67口,投产45口,已产油4.2万t,平均单井产量12~13t/d。胜利油田在“九五”期间开展短半径侧钻水平井项目的科研攻关,使短半径侧钻水平井钻井技术有了新的突破,至1999年底,已完成短半径侧钻水平井12口,累计产油4.89万t,最高单井产量达55t/d。分支井也称多底井,即在一口主井眼中钻出两个或多个分支井眼,分支井眼是水平井的称作分支水平井。它可以更大地增加油层泄油面积,提高油气采收率,也有利于充分利用施工占地,减少环境污染,对降低原油生产成本有相当好的效果。胜利油田已将分支井钻井技术列入攻关计划,可以预言,分支水平井技术在新的世纪必定会有大的发展。与普通直井相比,钻水平井时由于产层裸露的面积大,钻井液与油气层接触的时间长,因而油气层污染的问题更加突出,解决这一问题的有效途径是采用欠平衡压力钻井技术。国外石油公司公认,水平井技术加欠平衡压力钻井技术是最有效的油田开发技术。二、欠平衡压力钻井技术“欠平衡压力钻井技术”是20世纪末国外发达国家迅速发展起来的一项保护油气层的钻井新技术,它开辟了保护油气层的最佳途径,改变了用钻井液液柱压力来平衡地层压力的常规钻井方法。在钻井过程中,采用低密度钻井液体系,使钻井液液柱压力和循环回压低于正钻地层的孔隙压力,允许产层流体(油和天然气)流入井眼,并随钻井液一起循环到地面,在地面进行有效控制和分离,从而可以从根本上解放油气层,达到保护油气层的最佳效果。欠平衡压力钻井在提高勘探成功率和增加油井产量方面具有常规钻井不可比拟的优越性。胜利油田把“欠平衡压力钻井技术研究”列为胜利油田45143科技发展纲要中的一个重点攻关项目,引进了欠平衡钻井设备,组建项目组进行攻关,该项目于1999年列为中国石化集团“九五”后两年的重点研究项目。自1998年以来,在调研和引进设备的基础上,结合胜利油田的储层特点和工程条件,制定了欠平衡压力钻井设备配套方案并组织实施,研究了欠平衡钻井负压差设计与控制工艺技术措施,并在4口井中进行了试验应用,取得了明显的技术和经济效果,基本形成了适合胜利油田储层特点的欠平衡压力钻井技术,为保护油气层、提高勘探开发效果作出了贡献。其中史125-1井(新区直井)在三开井段实施欠平衡压力钻进,设计井底负压差2MPa,采用多元醇防塌钻井液,密度1.35kg/l(钻进中最低降到1.25kg/l),比同地区两口探井同井段钻井液密度降低0.3kg/l以上,满足了在地层不受污染的条件下获取地质录井资料的要求,为正确评价储层创造了条件,达到了保护油气层的预期效果。罗151-11井(火成岩储层)实测地层压力系数0.96,三开采用硬胶泡沫钻井液钻进,地面密度0.60~0.70kg/l,静液柱压力当量泥浆密度0.93kg/l,井底静负压值0.9MPa。完钻后静止25min外溢,试油产量18t/d,是同地区同期采用常规钻井方法完成的油井产量的2倍。王平1井是一口盐间非砂岩储层水平井,其水平段前段为中孔-特低渗透孔隙型储层,后段为整体裂缝型储层,采用饱和盐水混油乳化钻井液欠平衡钻进。在裂缝性井段实测地层压力系数1.62,采用密度为1.35~1.51kg/l的钻井液,井底静负压值1.43MPa,动负压值0.78MPa。该井投产后取得明显的效果,初产65t/d,稳产(↣φ4mm油嘴自喷)12.2t/d,为江汉油田盐间非砂岩储层上产作出了贡献。商741-平1井储层为火成岩,以往该地区钻井发生严重井漏,导致工程复杂,裂缝阻塞,油层污染。为解决这个问题,决定采用水平井钻进更多的垂直裂缝以提高产量,利用欠平衡压力钻井技术解决井漏和油层污染问题。该井地质预告地层压力系数小于1.0,用常规钻井液无法实现欠平衡,决定采用充气钻井液,借用采油厂的制氮增压设备,实施充氮气诱喷获得成功。水平段充气钻进期间,井底动负压值3.1MPa,投产后初产60t/d以上,取得明显的增产效果。1999年底,中国石化集团已经把“欠平衡压力钻井”列入攻关计划,可以预见,经过两三年的科研攻关,逐步配套完善充气(N2)钻井设备以及欠平衡压力钻井监控设备,可以形成与胜利油田各类储层相适应的欠平衡压力钻井工艺技术,将为提高油田开发效果发挥更大的作用。三、钻井液新技术的应用90年代末,胜利油田在深入开展钻井液损害油气层的机理研究的前提下,有针对性地进行了保护油气层的钻井液新技术的研究,并适时地将研究成果应用于生产实践,取得了良好的效果,并呈现出可喜的应用前景。1.井内温度设定这是一种以聚多元醇(PPG)为主处理剂的新型钻井液体系,在常温下(地面温度)具有水溶性,具有常规水基钻井液现场维护方便、便于固相控制(可使用细筛布清除岩屑)、不必加乳化剂以及毒性小、有利于环保等优点。而当井内温度超过其浊点温度时(其浊点温度在95℃以内可调),PPG从基液中析出,形成类似于油的亲油液体,具有润滑性好、能抑制页岩膨胀、稳定井壁及有利于施工的优点,而且易于吸附在岩石表面,形成憎水屏障,阻止钻井液滤液与储层岩石直接接触引起油层伤害,达到保护油层的目的。该钻井液体系已在胜利油田50多口井中进行了应用,取得了良好的油层保护效果,经检测评价,岩心渗透率恢复值达90%以上。2.增强了新型处理剂的应用效果黑色正电胶BPS是在正电胶MMH的基础上发展起来的一种高正电处理剂。与MMH相比,黑胶BPS具有更强的正电特性(正电性比MMH高出一倍),能够被水润湿,具有油溶性,是一种稳定井壁能力强、润滑防卡性能好、配伍性更广泛、保护油层效果更好的新型泥浆处理剂。BPS在完成中试以后,在胜利油田永921-斜7井、临2-平6井、孤东7-平3井等十几口井中进行了现场应用。其中永921-斜7井采用普通泥浆钻至井深2194m时起钻困难,下钻遇阻划眼,井壁坍塌掉块严重。加入BPS并进行维护后,摩阻下降,起下钻顺利,防塌效果明显。与邻井永921-15井(直井)相比,平均井径扩大率下降12.3%,并创出钻井周期14.9d,平均机械钻速16.12m/h的好成绩,泥浆浸泡油气层的时间大大缩短。临2-平6井应用BPS黑色正电胶钻井液钻进,取得了明显的增产效果,与邻近的三靶点水平井临2-平5井相比,平均产量提高25.1t/d。3.钻井液地面施工为了解决低压漏失层钻井过程中钻井液漏失造成施工困难、污染油层的问题,胜利油田研究开发了可循环泡沫钻井液。该钻井液不需要特殊的地面设备,成本低、便于推广,其地面密度可达0.60kg/l左右,利用井队原循环系统即可施工。至1999年底,已在胜利油田的草桥、滨南、孤岛等地区48口井中进行了应用,成功地解决了以往古潜山地层钻井液漏失的问题,平均单井增产油10t以上,并且提高了勘探成功率,使过去无法开采的油层得以有效地开发。四、开发后期固井质量技术的研究为了解决油区开发后期以及特殊油气层、特殊工艺井固井中遇到的诸多难题,胜利油田开展了提高老区开发后期固井质量的技术研究,经过二年的攻关,在固井工艺、固井工具以及水泥浆体系的研究方面均取得新的进展,为提高固井质量,防止油层污染作出了新的贡献。1.大套管、伞-分级菌双级注水泥技术1999年,胜利油田在草古100断块利用水平井开采潜山油藏,采用水平段筛管完井,为解决打开油藏进行上部技术套管固井时水泥浆漏失,造成油层严重污染的问题,研究采用了大套管水泥伞-分级箍双级注水泥技术,取得了良好的效果。草古100断块共完钻10口水平井,投产8口,前2口井(CG100-P1井、CG100-平2井)是采用改进水泥浆体系用常规注水泥的方法进行固井,后8口井采用了水泥伞-分级箍双级注水泥防漏技术,大大减少固井水泥浆对潜山油藏的污染,平均单井日产量提高一倍多。2.水泥井漏失油层试空樊10-15井是一口生产井,设计井深2920m,在钻至井深2810m时发生井漏,被迫提前完钻,采用双封隔器-分级箍注水泥工艺,成功地解决了水泥浆漏失污染油层的问题,施工顺利,固井质量优质,试油日产30m3,达到了保护油气层的目的。3.封隔器完井工艺高压低渗透油藏油层孔隙压力高,但渗透率低,油层孔隙度较小,固井时稍有漏失,水泥颗粒进入地层就会造成永久性堵塞,固井后往往不能出油。由于该类井都是高压井,固井作业时为防水泥浆失重,多采取压稳候凝(例如加入混浆、环空憋压等),而这些措施更加剧了水泥浆滤液侵入油层,造成油层污染。为解决这个问题,胜利油田研究应用了封隔器完井或封隔器辅助固井工艺,即在油层上下用封隔器封隔,油层段不固井,或整个井段固井但油层段用封隔器封隔,以减小水泥浆对油层的污染。同时采用低失水高密度水泥浆体系,减少水泥浆浆失水,提高水泥石强度和胶结强度,既能有效封隔油气层又能减少水泥浆滤液及水泥颗粒进入油气层。据坨庄地区采用管外封隔器完井和封隔器辅助固井的5口井统计,与采用常规固井方式固井的油井相比,产量提高10倍以上。4.筛管顶部管注水泥封隔工艺筛管顶部固井技术在水平井中使用较多,一般是在油层以上下技术套管,打开油层后,在油层段下入筛管,只将筛管顶部的套管注水泥封固,保证油层与其它层位的有效封隔。该工艺在塔里木油田塔中水平1井、水平4井、JF128井等井中应用,取得日产油千吨的效果。1999年在胜利油田郑408-17井首次进行了直井长裸眼井段筛管顶部注水泥施工,并获得了成功,为老区开发井(不下技术套管)保护油气层固井开辟了有效途径。5.无砂胶结充填上分层充填为解决长封固段固井水泥浆液柱压力高,易压漏地层的问题,胜利油田研究了泡沫水泥浆填充式固井技术。该技术采用双级注水泥工艺,首先用高密度水泥浆封好下部主力油层,再打开分级箍,用泡沫