冀中高家堡油田家3断块钻井技术的探讨

来源 :中国科技博览 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zzy705664916
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  [摘 要]冀中高家堡油田家3断块是华北油田后期提能增产的主力产区之一,但该区块地质构造复杂,油气埋藏深,下部膏泥岩导致钻井事故频发等客观因素的存在,严重制约着家3区块油气田的高效开发。为此,本人通过对家3区块井组实钻技术的研究,分别从井位优化,轨道设计,钻具组合,泥浆性能等方面加以探讨,提出家3区块钻井的关键技术,对该区块高效快速钻井具有一定的现场指导意义。
  [关键词]高家堡 家3断块 轨道设计 钻具组合 泥浆性能
  中图分类号:TE242 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2014)42-0355-02
  随着华北油田中后期深度开发的到来,冀中高家堡油田家3断块是华北油田后期提能增产的主力产区之一,但该区地质风险大,开采难度高,钻井事故频发。严重影响着家3区块的产能建设。为此,本人通过对家3-20X、 家3-23X、家3-30X等井组实钻技术的研究分析,分别从井位优化,轨道设计,钻具组合,钻井参数以及泥浆性能等方面加以探讨,提出家3区块安全快速的钻井技术,为后续该区块安全高效的钻井提供一定的现场指导意义。
  1 家3断块简介
  家3断块井身构造家3断块位于高家堡背斜的西北部,东南方向由高家堡断层与家29断块相隔,高点埋深3660米,幅度300米,含油面积2.2Km2,该断块沙三上段为滨浅湖相沉积,砂层发育,岩性为长石细-粉砂岩为主。在井段(3300-3700m)的石膏层和灰色泥岩段,极易发生膏侵、垮塌、漏失等井下复杂事故,极大的增加了该区块的开采难度,影响着家3区块的产能建设。该区块的井身结构以家3-23X井为例,其井身结构示意图如图1所示,三开五段制井。
  2 技术难点
  家3区块地质构造复杂,目的层埋藏深(3600-4000m),下部膏岩极易导致井壁垮塌,井壁掉块卡、膏侵、井漏等风险,且目前都是丛式井组,防碰任务严重。二开井眼大(311.2mm),造斜率低等一些列问题,对于该区块的油气开采是一个不小的挑战。
  2.1 工程施工难点
  (1)目的层埋藏深,家3区块平均井深接近3850m,开发难度大。
  (2)二开造斜段造斜率低,稳斜段较长,后期降斜段降斜时托压严重,滑动定向困难。
  (3)下直段较长,在漏失层前甩掉MWD仪器,距离中靶距离较远,且下直段井斜易斜下直段轨迹控制难度大。
  (4)丛式井组布局,防碰工作难度不小。
  (5)后期电测,下套管作业风险大,容易出现井漏,井壁垮塌,井卡等事故。
  2.2 地质施工难点
  家3断块地质分层以家3-20X井为列,其地质设计如表1所示。
  由表1可以看出:
  (1)馆陶底砾岩存在漏失,螺泥岩,灰黑色炭质泥岩井段极易导致卡钻,井壁垮塌。
  (2) Es1段断层存在漏失,容易出现井壁坍塌事故。
  (3) Es2段含膏泥岩、膏岩、膏盐易垮,泥岩井眼缩径等井下事故。
  3.施工过程及技术分析
  家3断块由于地质原因,设计为三开井,本文主要从井位布局,井眼轨道优化,螺杆钻头选择,泥浆性能等方面加以分析研究。
  3.1 丛式井井位布局
  家3断块目前开始大规模的整装开采,丛式井组在规划布局时除了满足地质需求外,还要为后续的防碰留有余地,优化钻井次序,降低防碰难度。但在3-20X与整拖10m的家3-23X防碰设计中(如图所示),未充分考虑后续的防碰工作,两口井方位交叉,两口井的造斜点均为800m,导致该口井防碰难度加大。为了更好的做好这两口井的防碰,在家3-23X井施工中,扭方位控制上直段位移横向移动,但这样又导致下口井防碰任务加重。为此,丛式井规划布局时要考虑井位的钻井次序,根据方位优化井位,通过优选造斜点位置来优化防碰设计,降低现场施工风险。
  3.2 定向井剖面设计
  该区块井身结构由于地层原因设计为三开井,为了满足地质需求,井型设计为五段制。钻遇沙河街地层后,尤其是在垂深超过3100m以后还会遭遇漏层,石膏层和灰色泥岩段等多种复杂地层。根据目的层的位移来选择造斜点和稳斜井斜角。在目前的现场施工中,一般通过提高造斜点,降低稳斜段的井斜角来实现提高机械钻速,降低施工难度的目的,现场施工证明这种思路的轨道设计非常成功,目前完钻的家3-20X钻井周期29.83天,家3-11X钻井周期仅为21.88天,均比设计周期提前50%以上。但在设计时需要注意以下几方面:
  (1)造斜点太浅,前期造斜率无法满足现场施工要求,尤其是在二开311.2mm的大井眼中,设计造斜率不要超过3°/30m。
  (2) 五段制井最大井斜角最好不超过20°,降低后续降斜施工的难度,如果井斜过小不能满足地质要求,可以通过提高造斜点来增加水平位移,实现地质目的。
  (3)该地区在垂深3100m以后地层复杂,为了避免在复杂地层中施工,降斜工作必须在进入复杂地层前完成。
  3.2 钻具组合的优化
  该区块井深结构为三开五段制井,钻具组合的选择根据井深结构及轨迹控制的要求来合理选择,具体分析如下。
  3.2.2 一开钻具组合优化
  一开井深一般在160m左右,井深较浅,其钻具组合如下:
  φ444.5mm钻头+411*4A10+φ165mmNDC×2根+φ165mmDC×6根+4A11*410+φ127mmWDP×21根+φ127mmDP
  一备注:一开主要以防斜、悬浮携带钻屑作为重点,采用大排量40L/S钻进,钻完后充分洗井。
  3.2.3 二开钻具组合优化
  二开井段主要考虑到造斜段,稳斜段,其常用钻具组合如下:   φ311.2mm 钻头+φ172mm螺杆(1.5°)+φ203mmNDC×1根+MWD短节+φ203mmNDC×1根+φ165mmDC×5根+转换接头+φ127mm WDP×21根+φ127mmDP
  钻井参数:40-60 kN,转速60+DN,排量45~50L/S,泵压12~14Mpa
  备注:螺杆可以选择203mm或者197mm的1.5°单弯,详细分析见3.3螺杆的选择。二开由于井眼大,地层浅,钻时快等特点,为此必须使用大排量来携沙,由于二开井段垂深(1400~1600m)要钻遇砾岩,穿砾岩时起钻换牙轮钻头。穿砾岩的钻具组合要根据当前井眼轨迹测斜数据来确定。如家30-11X井为了降斜,穿砾岩下入大钟摆钻具,家3-23X井为了增斜,下入强增钻具组合。
  3.2.3 三开钻具组合优化
  (1)三开稳斜段、降斜段的常用钻具组合如下
  φ215.9mm钻头+φ172mm螺杆(1.25°)+钻具浮阀+φ165mmNDC×1根+MWD短节+φ165mmNDC×1根+ 转换接头+φ127mm WDP×21根+φ127mm DP。
  钻进参数:钻压40~60kN,转速60+DN,排量32~36L/S,泵压15~17Mpa
  备注:鉴于该地区下部地层的复杂性,井斜易斜等特点,应提前50~100m完成降斜施工。避免在复杂地层中定向施工作业,井斜控制在1°之内,同时预测中靶位移欠10m~15m较好。同时,在进入石膏层和灰色泥岩或漏层之前起钻甩掉MWD仪器,不仅能有效的降低埋仪器的风险,还能为后续的堵漏创造条件,由于MWD仪器不能通过大颗粒的堵漏材料,可能导致堵漏失败,进一步恶化井下事故。
  (2)三开下直段虽然钻遇膏岩会降斜,但一旦钻穿50m左右的膏岩层后,井斜增长率接近2°/100m,家3-11X由0.14°涨至6°,家3-20X下直段最大井斜达到7°.为了最大化降低施工风险,有效防斜,精简钻具组合,建议使用直螺杆配大钟摆钻具组合,即能有效提高机械钻速,又能较好的达到防斜的效果,其钻具组合如下:
  φ215.9mm钻头+φ172mm直螺杆+钻具浮阀+φ165mmNDC×1根+φ214mm螺旋扶正器+φ165mmLDC×1根+ 转换接头+φ127mm WDP×21根+φ127mm DP。
  钻进参数:钻压40~60kN,转速60+DN,排量32~36L/S,泵压15~17Mpa
  3.3 螺杆选择
  二开造斜段井眼(311.2mm)造斜段造斜率较低,在家3-30X井初期井斜小于10°时,造斜率仅为2.4~3.1°/30m,滑动钻进进尺多,转动百分比低,严重影响着钻井的机械钻速。通过分析发现主要由于以下两方面导致造斜率低。
  第一,造斜点浅,一般造斜点在800m左右,该段地层为明华镇组,地层松软,而且由于二开井眼大,钻时快,为了便于携沙,泵排量一般都在45l/s,松软地层遭遇大排量泥浆冲刷而导致造斜率低。
  第二,造斜初期,螺杆钻具造斜的侧向力的支撑点还没有完全形成,导致初期造斜率低。
  第三,该区块目前的三口井二开所用螺杆均为可调式197mm或者203mm1.5°单弯,其本体扶正器306mm,上扶305mm,由于可调螺杆造斜率低于同度数的固定螺杆的造斜率,况且197mm螺杆本身并不特别适合311.2mm井眼的造斜,同时,螺杆本体下扶正器可以提高至308mm,以便提高造斜率。
  通过以上分析,为了提高二开造斜段的造斜率,建议二开采用244.5mm1.5°单弯或者三瓣偏心直棱扶正器的固定203mm1.5°单弯,螺杆本体下扶正器最好308mm,螺杆上扶正器305mm,形成微增钻具结构,便于二开稳斜段钻进。同时,滑动钻进时可以降低排量至36L/S,减少大排量对松软地层的冲刷破坏力,以便提高造斜率。鉴于三开井眼215.9mm及稳斜的目的,螺杆选用172mm1.25°,螺杆上扶正器选用206mm,下扶正器选用210mm或者212mm,以便于稳斜。
  3.4 钻头选择
  Nm段以上地层成岩性差,可钻性较好,使用HAT127钻头或PDC钻头较为合适;Ng段可钻性较好,下部含砾岩,使用JD437钻头;Ed段为软~中地层,适合JD437、H517、PDC钻头钻进;沙河街组为中软~中硬地层,以砂岩、泥岩为主,适合PDC钻头及保径效果好的H517、HJ517G钻头钻进。家3-23X井在三开时为了提高机械钻速下入四刀翼PDC,虽然前期钻时与5刀翼PDC钻时相差不多,但在井深超过3100m以后,即钻进至沙一地层后,四刀翼PDC钻时明显变慢,复合钻时仅为5.15m/h,而邻井家3-30X井在同井段使用5刀翼PDC复合钻时为8.57m/h,机械钻速明显优于四刀翼PDC,为此,在二开井段下入四刀翼PDC钻头(中途穿砾岩除外),三开建议下入5刀翼PDC钻头提高机械钻速。
  3.5 泥浆性能
  钻井液上部地层采用大分子包被剂IND-30为包被、絮凝、抑制造浆、控制膨润土含量上升的主处理剂,NH4-NPAN-作为降粘、降滤失剂;下部地层采用酚醛树脂SMP-1、SN树脂、SF降滤失剂及抗盐抗钙防塌剂WFT-108、白沥青NFA-25配合改善泥饼质量,降低钻井液失水,巩固和增加井壁稳定性,防止井壁垮塌,并严格控制高温高压失水,保证井壁稳定及井径规则;同时在滑动定向井段采用液体防卡润滑剂FTR-02;高效防粘卡润滑剂GFR-1和固体润滑剂石墨的使用,保证钻井液润滑性,采用有机盐钻井液体系,解决了膏岩钻进中的钻井液难题,以有利于顺利施工[2]。
  虽然泥浆性能在井漏方面起着决定性作用,但工程上的错误做法也会导致井漏。如在家3-23X在3210m起钻, 家3-30X在3286m起钻过程中均正常,但在下钻到底时都发生井漏事故,分析原因钻除了该段地层位于沙一下和沙二上段漏层段外,井队盲目提速,在技术套管(0~1600m)井段下钻速度极快,从而产生较大的激动压力,憋漏漏层,为此,钻遇漏层后,除了调整泥浆性能外,工程上要严格控制起下钻速度,防止次生危害的发生。
  4、结论与建议
  (1)家3断块都是整装台子丛式井组,井位布局要充分考虑防碰要求,优化井位钻井次序及造斜点位置,提前做好防碰工作。
  (2)简化剖面设计,采用五段制剖面设计,通过提高造斜点,在漏层之前完成降斜施工,避免在复杂地层中定向施工作业,最大化的降低井下施工风险。
  (3)轨迹控制中要根据不同井段,不同区地层走向、钻具飘逸等规律,优选并精简最佳井底钻具组合及钻井参数,提高转动百分比。下直段推荐大钟摆配合直螺杆的防斜复合钻具结构。
  (4)二开311.2mm的大井眼优选244.5mm或者203mm1.5°常规螺杆,选择三瓣直棱偏心扶正器,或滑动钻进时降低排量,减少大排量对松软地层的冲刷破坏作用,从而提高造斜率。
  (5)根据不同地层选择最佳的钻头类型,优化钻井参数,提高机械钻速和井眼清洁度。
  (6)根据不同井段及地层特性,调整好泥浆性能,在钻遇漏层后,除了调整泥浆性能外,起下钻要严格控制速度,防止下钻过快产生的激动压力憋漏漏层。
  参考文献
  [1] 吕传炳,余东合.冀中凹陷高家堡地区异常破裂压力储层压裂改造技术[J].石油钻采工艺,2009.06.
  [2] 唐继平,王书琪,陈勉.盐膏层钻井理论与实践[M].北京:石油工业出版社,2004:30-40.
其他文献
[摘 要]随着我国经济的发展,油田作为我国重要的产业,为我国的可持续发展做出了巨大的贡献。然而随着石油资源在逐渐的减少,能源的浪费现象也普遍的存在,如何才能将这种现状得到一个合理的控制,笔者在本文中介绍了热泵技术一些相关的原理和知识,并且探讨了热泵技术在我国油田地面工程领域的利用情况,详细的分析了热泵技术在油田地面工程应用中存在的问题,提出了一些具体的建议和措施,具有一定的现实意义。  [关键词]
期刊
[摘 要]研究了信息化技术在机械制造过程管理中的推广应用,包括某集团机械制造业现状分析,对信息化的需求分析,信息化在该集团推广应用的过程,并描述信息化在机械制造过程管理中的应用情况和效果,说明信息技术的重要性和机械制造企业应用信息化的意义及作用。  [关键词]信息化;机械制造过程;推广应用  中图分类号:TH16-4 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2014)42-0399-02  
期刊
[摘 要]本文分析了红外检测技术的原理,并且谈了谈红外热像检测技术在建筑工程中的应用。  [关键词]建筑工程 红外热象检测技术 应用  中图分类号:TU746.2 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2014)42-0192-01  1.引言  目前,红外热成像无损检测技术是一门新兴的科学,由于它具有无损、非接触、快速实时、远距离等优点,所以发展非常迅速。尤其是在高速运动、高温、高电压等
期刊
[摘 要]在大型粮仓,储煤场等各种散装场所,皮带机的装载被广泛运用,皮带机的装载相对于传统的人力机械装载具有省时省力的特点,随着工业水平的提高,对于装载效率的要求也随之加剧,皮带的传统的起停方式对电网冲击比较大,对电网水平要求高,频繁启动还会影响到设备本身的寿命等缺点日益暴露。对于新型的皮带散装系统设计越来越迫切。在本文中,笔者简单的从设计过程及特点上对新型皮带系统设计做一下讲解。  [关键词]变
期刊
[摘 要]压裂技术自l947年在美国堪萨斯州试验成功,至今已经成为低渗透油气藏改造以及油气田高含水后期增产增效的主要措施之一。随着其它各项技术的发展,油气藏压裂改造技术在压裂设计施工、压裂设备以及工艺技术等方面已经取得了很大的进展。经过多年的发展,油气藏压裂改造技术已经日渐成熟。随着基础研究的深化以及单项技术的发展,压裂技术在油田改造以及高含水后期增产增效中发挥着越来越重要的作用。  [关键词]压
期刊
[摘 要]有效的接地,是工业与民用安全供电的有效措施,主要目的是在运行中,保证人身和设备的安全。当相线与电气装置外露导电部分、相线与大地等之间短路时,就会山现接地故障,不但引起身电击身故,还会产生接地电弧,进而发生弧火灾,给个人和国家造成损失。因此,做好低压电气装置的安全接地,意义十分重要。  [关键词]工业建筑;民用建筑;电气系统;接地  中图分类号:TU27 文献标识码:A 文章编号:1009
期刊
[摘 要]API是美国石油协会(American Petroleum Institute)的英文缩写,建于1919年,是美国第一家国家级的商业协会。API标准广泛应用于世界各国。API标准主要包括三大方面,第一方面是关于石油设备设计及制造规范的标准;第二方面是关于石油设备使用及维护推荐做法的标准;第三方面是关于钻井及采油作业推荐做法的标准。PDC钻头是地质钻探行业常用的一种钻井工具,它是聚晶金刚石
期刊
[摘 要]本文首先概述了水利工程水闸设计的重要作用,然后分析了水闸施工中水凝土开裂的原因并进行温控措施分析,最后论述了设计与施工质量管理的主要内容。本文在此提出了自己的观点和看法,可供参考。  [关键词]水闸 设计施工 混凝土裂缝 控制措施  中图分类号:TV66;TV51 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2014)42-0196-01  一、前言  在水利工程中水闸设计对于施工环节
期刊
[摘 要]纤维艺术运用最具亲和力的材料创作的纤维艺术作品融入到人们的居室环境当中,使原先冷漠、缺乏情感的室内空间、建筑墙面充满了温暖感,纤维艺术作为一种象征温暖、柔和且具亲切的符号装饰于室内空间当中备受人们的青睐。  [关键词]室内空间;纤维材料;纤维艺术  中图分类号:Q539.+3 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2014)40-0265-01  一、室内空间环境分析  室内空间
期刊
[摘 要]近几年来,工业与民用建筑混凝土实际施工过程中,不能完全按照书本上及图纸上的要求来施工,必须紧密联系生产施工中实际经验,综合运用建筑结构、施工中材料、设备等方面的科学技术成果,对于公工业与民用工程来讲,土方施工方面的工程量较大,同时对施工的质量要求也特别严格。文中详细介绍了混凝土,解决了混凝土的质量通病。  [关键词]工业建筑;民用建筑;混凝土;混凝土施工  中图分类号:TU37 文献标识
期刊