焦页91#平台施工经验浅谈

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  摘要:随着钻井技术的提高,页岩气藏得到了有效的经济开发。焦页91#平台是中石化重庆涪陵页岩气勘探开发有限公司部署在川东高陡褶皱带万县复向斜焦石坝背斜带乌江1号断背斜构造的一个钻井平台,共布置有五口评价水平井。在本平台施工的过程中主要克服了导管钻进过程中发生漏失且漏水不漏沙、一开钻遇失返性漏层、二开三维定向施工困难、轨迹控制难度大、摩阻大、扭矩大,三开地层与设计地层不符,地质导向施工难度大等困难,通过采取合理的技术手段,安全优质的完成了本平台三口井的施工任务。本文将以焦页91-3HF井为主,结合参与施工的另外两口井的相关资料,较为详细的分析在本平台施工过程中遇到的典型困难,并针对性的提出了相应的技术措施,为本区块钻井施工提供经验。
  关键词:钻井;页岩气;焦页91#平台;焦页91-3HF井;技术措施
  1前言
  焦页91平台位于位于重庆市涪陵区江东街道办铁场村2组,是中石化重庆涪陵页岩气勘探开发有限公司部署在川东高陡褶皱带万县复向斜焦石坝背斜带乌江1号断背斜构造的一个钻井平台,共布置有焦页91-1HF、焦页91-2HF、焦页91-3HF、焦页91-4HF、焦页91-5HF五口井,皆为评价水平井,设计井深在5500米至5900米范围内,目的层为上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组下部优质页岩气层段,完钻层位为志留系龙马溪组。参与施工焦页91-2HF井,焦页91-3HF井,焦页91-4HF井三口井的施工任务,率先完成了焦页91-2HF井,完成施工后,按井工厂模式进行了焦页91-3HF、焦页91-4HF井的施工任务。由于本平台为区块边缘井,针对地层不熟悉、井下情况复杂的特点,在钻进过程中根据实际情况及时总结、及时分析,克服了施工过程中出现的各种问题,安全、优质的完成了三口井的施工任务,获取了大量的技术资料和地质资料。本文将主要分析在焦页91-3HF井施工过程中遇到的技术难点,结合另外两口井的相关资料井进行分析、总结。焦页91-3HF井,导管1井深32.66m,导管2井深269.5m,一开井深1010m,二开井深3562m,三开井深5578m。钻井周期91.69天,建井周期97.71天,全井平均机械钻速7.88m/h,井底位移1948.65m,水平段长1615m,在钻进过程中克服了导管2漏水不漏沙,一开钻遇失返性漏失,二开三维定向施工困难,三开实际地层与设计地层相差较大等困难,通过采取合理的技术措施,通过使用MWD、斯伦贝谢旋转导向等技术,成功的完成了三开地质导向任务,油气层穿越率100%,井身结构见图1。
  2 各开次技术难点及分析
  2.1导管施工(0~269.5m)
  钻具结构:Ф609.6mm钻头+730*830+Ф279mm减震器+Ф279mm钻铤2根+831*730+Ф228.6mm无磁+Ф228.6mm钻铤5根+731*630+Ф203.2mm钻铤6根+631*520+Ф139.7mmDP
  钻井参数:钻压50~180KN,转速50-90r/min,排量55L/s,泵压3MPa。
  2.1.1施工难点。(1)上部海相地层,胶结致密、岩石硬度大,钻进过程中跳转严重,容易导致开眼不直,影响后部施工。(2)本平台在导管2施工过程中,会钻遇多套漏层,且漏失性质为漏水不漏沙,若不能及时采取有效的堵漏措施,随着漏速增大至泥浆失返,井底岩屑无法顺利带出井内,易导致井下复杂情况。在焦页91-2HF井的施工过程中,由于未及时采取堵漏措施,采取清水抢钻,泥浆失返后,井底沉沙导致无法正常打钻,处理复杂时间长达7.16天。
  2.1.2技术措施
  (1)开孔打直是本口井直井段的关键,钻压控制在4吨以内,小钻压钻进,随着钻铤数量的增多,钻压逐渐增大,同时,在钻头后面加上双向减震器,可以起到很好的效果(2)针对本开次会钻遇多套漏层的情况,及时准确的判断漏失性质很重要,是否漏水不漏沙,漏水又漏沙我们可以采取清水抢钻的方式进行钻进,针对漏水不漏沙,我们准备了两套方案,一是采取充气钻井,通过向钻井液里注入空气的方式降低液柱压力,降低漏速,但是此方法需要在钻进过程中更换井口,工序较为繁琐,且在本工区有过类似情况,效果不好。二是发现漏失,在漏速增大至10m3/h时立即通过采取有效的堵漏措施进行堵漏,若常规堵漏无效,使用水泥浆堵漏,防止出现泥浆失返的情况。
  2.1.3实钻效果
  焦页91-3HF井在导眼2钻进过程中,在钻进至77m、210m、224m三次钻遇漏失,在漏速增大至10m3/h后通过注入常规堵漏浆静止堵漏的方式进行堵漏,都成功堵漏或者有效降低了漏速,未发生泥浆失返的情况,顺利钻至完钻井深,较焦页91-2HF井复杂时间减少了154.75小时,取得了较大的进步。
  2.1.4认识与建议
  在焦页91#平台施工的三口井在导眼2钻进过程中均钻遇了漏水不漏沙的漏失层。其中焦页91-3HF井采取常规堵漏浆即取得了较好的效果,焦页91-2HF井和焦页91-4HF井均在常规堵漏浆堵漏效果欠佳的情况下采用了水泥浆堵漏,焦页91-4HF井效果较好。有以下几点建议:(1)在本区块导眼钻进过程中,发生漏失的可能性较大,发生漏失后,不能盲目的采取清水抢钻,及时判断好漏失性质,是否漏沙是关键,若不漏沙,应及时采取有效的堵漏措施,达到堵漏或者降低漏速的目的,防止失返后因井底岩屑无法带出导致井下复杂情况,若常规堵漏无效,可以采取水泥浆堵漏,虽然会导致复杂时间增多,但可以有效避免随着漏速增加以后导致的井下复杂情况。(2)水泥浆堵漏后,由于无法有效的判断漏层,且水泥浆实际需要量与设计不符,可能导致水泥塞较长,在扫塞以及后期作业过程中,要防止水泥环脱落导致的卡钻事故。
  2.2一开施工(269.5~1010.0m)
  2.2.1施工难点。(1)由于焦页91-3HF井井口位于两口井之间,各相距10m,因此防碰是本开次钻进过程中的首要问题。(2)上部地层胶结致密、岩石硬度高,钻进过程中跳钻严重,不仅对钻头损伤较为严重,同时容易导致井斜,如何保证机械钻速在尽量高的情况下井斜控制在设计范围内,还能一趟钻完钻,是本开次钻进的一个难点。(3)由于一开过程中钻遇失返性漏失的可能性極大,考虑到环保因素,本区块采用的是清水钻进,因此,在长段清水钻进过程中如何保证清水钻进的连续性,尽量减少因等储水导致的复杂时间也是施工的一大难题。   2.2.2技术措施。(1)根据导眼2的多点测斜显示,若一开开钻不采取定向钻进纠斜纠方位,与焦页91-2HF井发生碰撞的可能性较大,因此,钻完水泥塞以后,我们起钻更换了牙轮钻头+1.5°单弯螺杆+MWD实时监控井斜的方式进行定向钻进。(2)为了保护钻头,我们选用了胜利钻井院的钻头扭冲工具,使用效果较好,单只钻头进尺666m,平均机械钻速14m/h,钻头起出新度在85%,起出钻头见图2。(3)为保证钻遇失返性漏层后清水钻进的连续性,我们提前储备了足量的清水,并且架设了更多的供水泵,保证供水排量在50L/s以上。在焦页91-4HF井钻进过程中钻至337m即发生失返,采取清水抢钻至1003m一开完钻,整个过程中复杂时间为0,有效提高了纯钻时效。
  2.2.3认识与建议
  本开次钻进是本工区提速提效的重点环节,一般能较设计提前3-4天左右,提速方面,本开次地层可钻性良好,常规PDC钻头+螺杆钻具组合都能取得较高的机械钻速,需要注意的是雷口坡下段到嘉陵江上段可能存在掉块,因此在起下钻过程中若遇阻,应尽量减少划眼时间,避免PDC钻头在长时间划眼过程中造成损坏。
  2.3二开施工(1010.00~3562.00m)
  在本工区二开施工是本工区面对的一大难点,由于钻穿地层较多,包括飞仙关、长兴组、龙潭组、茅口组、栖霞组、梁山组、韩家店组、小河坝组、龙马溪组,井下情况复杂,同时,大井眼的三维定向造斜也会给施工带来很大的困难。
  2.3.1施工难点。(1)直井段的防斜打直,本井至3262m开始定向造斜,长达2252m的直井段,防斜打直难度很大。(2)本区块浅层气发育良好,由于上部井段采用清水钻进,静液柱压力低,钻遇浅层气若不能及时发现,很可能造成井控事故。(3)龙潭组至茅口组地层致密,可钻性较差,本区块一般采用起钻更换牙轮钻头进行钻进,钻时相对较慢,影响机械钻速。(4)进入韩家店泥岩造浆严重,若固控设备不能及时清除有害固相,可能导致泥浆性能变差,影响钻进。(5)进入韩家店地层以后开始定向造斜,由于本井为三维定向井,井身轨迹复杂,导致在定向钻进过程中存在托压、易憋泵、工具面不稳定等情况,影响纯钻时效及机械钻速,24小时的进尺时间,纯钻时间仅能保证在17小时。
  2.3.2技术措施。(1)针对长直井段,我们从二开开始即加入随钻测斜,实时监控。发现井斜出现增长趋势,立即纠斜。(2)针对浅层气,我们主要采取了加强坐岗即在二开钻进阶段24h保持在缓冲罐有人坐岗,发现缓冲罐液面异常上升,第一时间汇报,第一时间关井,在三口井的施工过程中,未发生一起溢流。(3)针对龙潭组至茅口组可钻性差的地层,我们加强与钻头厂家的交流,设计出一款抗磨性较好的钻头,试图打穿本地层。(4)针对进入韩家店泥岩层后,我们加强了对固控设备的使用,及时监测和调整泥浆性能,保证泥浆性能良好。(5)针对大井眼定向施工困难的问题,我们通过提前优化井身轨迹,选择合理的钻具结构取得了一定的效果。
  2.3.3认识与建议
  (1)我们试图使用PDC钻头打穿龙潭至茅口组地层,虽然已经对钻头的抗磨性等进行了加强,实际效果较差,单只钻头进尺20m,平均机械钻速2.96m/h,钻头磨损报废,起出钻头,可见本地层依旧是提速的一大难题,应该采取常规的牙轮钻头进行钻进。(2)加强浅层气的预防非常重要,本工区发生了多次浅层气的溢流甚至井喷事故,应十分重视。(3)进入韩家店地层以后开始定向造斜,施工难度非常大,通过资料对比,可以在钻具结构中添加水力振荡器,可以有效缓解定向托压憋泵的问题,由于泵压相对高导致设备负荷重的难题,本井未能成功使用水力振荡器。同时,可以通过加强与甲方的交流,优化井身轨迹,征得同意后将部分定向施工放在三开进行,能有效降低施工难度。
  2.4三开施工(3562.00~5578.00m)
  由于本井为本区块边缘井,地层情况不明,较设计有较大差距,因此在本平台施工的三口井在三开地质导向过程中,都面对了极大的困难,由于频繁的改变井身轨迹,造成了摩阻大、扭矩大、定向困难的难题。
  2.4.1施工难点
  (1)本井在打至新地层后,即需进行定向造斜,由于地层原因,导致造斜率较大,到A靶点平均造斜率在20°/100m左右,同时,由于需在浊积砂地层进行定向,钻时较慢,滑动钻进平均钻时在120min/m-150min/m。(2)浊积砂是本区块施工的一大难题,可钻性极差,对钻头损伤大,若钻头选型不对,接近100m 的浊积砂段可能需要2-3趟钻。(3)打穿浊积砂进入龙马溪下段,特别是主力气层后,需进行地质导向,由于实际地层与设计相差较大,钻进过程中频繁的下达导向指令,随着井身轨迹的频繁更改不仅影响机械钻速,同时对后期施工也造成了较大的影响。
  2.4.2技术措施
  (1)针对浊积砂地层选用江汉的混合钻头,效果较好。混合钻头不仅具有PDC钻头钻速较快的优点同时兼具牙轮钻头抗磨性强、定向工具面稳定的优点,在浊积砂地层钻进具有相当好的效果。单只钻头进尺101m,平均机械钻速2.47m/h,成功一趟钻打穿浊积砂,起出钻头见.
  (2)在完成焦页91-2HF井以及焦页91-4HF井的三开施工后发现,由于实际地层与设计地层相差较大,在地质导向的过程中,需频繁的更改井身轨迹,导致三开钻进过程中滑动钻进较多,同时,由于大幅度的上调下调井斜,井身轨迹呈现W乃至波浪型,因此,后期钻进过程中,扭矩大,定向钻进困难成了制约机械钻速的主要原因,因此,在焦页91-3HF井的三开钻进过程中,使用了斯伦贝谢旋转导向过程中,取得了非常好的效果,单趟钻完成进尺1775m,其中水平段1512m,最高日進尺226m,纯钻201.25h,平均机械钻速8.82m/h。,具体使用情况见2.4.3。
  2.4.3认识与建议   由于旋轉导向采用的日费,成本较高,因此在使用前应尽量做好使用准备,减少使用时间,提高使用效率,才能取得更好的效益,以下是我们再使用后的一些经验:
  (1)保证泥浆性能良好,特别是泥浆中的有害固相及杂物。由于旋转导向仪器相对精密,很容易因泥浆中的有害固相致使信号传递不稳定,很容易导致需起钻检查,因此,控制好泥浆中的有害固相尤其重要,由于焦页91#平台采用的井工厂模式,焦页91-3HF井使用的油基泥浆已经在焦页91-4HF井使用,其中的有害固相相对较少,同时在焦页91-3HF井的使用过程中,通过检查返砂情况,准确有效的判断井下情况,每个班离心机至少开2个循环周,有效减少泥浆中的有害固相,对提高旋转导向单次使用寿命起到了很好的重要。(2)保证地层可钻性良好,对钻头磨损较轻,在焦页91-3HF井的钻井过程中,旋转导向单趟钻进尺1775m,其中在龙马溪下段(9号层-2号层)钻进1661m,五峰组钻进114m,由于龙马溪下段地层可钻性较好,也保证了钻头的寿命,同时由于五峰组地层有硅质发育,对钻头磨损较重,因此,前后两次钻遇五峰组也导致了钻头磨损严重,未一趟钻打至完钻井深。(3)使用效果,由于本区块地层倾角实际与设计相差较大,在钻进过程中需频繁的更改井斜,因此若采用常规定向钻具组合需要大量的滑动钻进,同时,井身轨迹的频繁调整也会导致扭矩增大、定向困难等难题,极大的影响纯钻时效及机械钻速。在焦页91-3HF井的钻进过程中,合理的采用旋转导向取得了非常好的效果,在钻进过程中,井身轨迹频繁调整,钻至A靶点井斜94.23°,随后井身轨迹大致如下:94.23°↑96.8°↓90.7°↑101.73°↓90.00°↑95.52°↓86.59°↑92.4°,可以看出井身轨迹调整相当频繁,变化幅度非常大,若采用常规的螺杆定向钻具组合,很难实现,甚至不能实现,因此在地层倾角不明的情况下选用旋转导向具有非常好的效果。同时使用旋转导向技术,因为不需要进行滑动钻进,24小时纯钻时间能保证在19小时左右,相同情况下螺杆钻具组合仅能保证在17小时左右,后期需进行大量滑动钻进情况下,纯钻仅能保证15小时左右。另外平均机械钻速焦页91-3HF井较焦页91-4HF井也提高了67.42%,较焦页91-2HF井提高了61.62%。(4)其它因素的影响。泥浆密度及设备性能要求。泥浆密度越高,后期钻进过程中泵压越高,对设备的性能要求越高,维修泵、顶驱等易损件的时间也会随之增多。但根据焦页91-3HF井的经验来看,在泥浆密度1.54g/cm3的情况下,排量在29L/S,井深5500m左右,不带井下工具的泵压为20-21MPa,使用旋转导向(不带动力涡轮)的泵压为26-27MPa,使用螺杆泵压为30-32MPa。使用旋转导向对设备负荷的压力较螺杆钻具组合要小,但是由于使用旋转导向需靠顶驱高速转动,在施工后期保证转速在90r/min情况下扭矩为17-32KN.M,对顶驱的负荷较大,相对使用螺杆顶驱转速为45r/min情况下扭矩为10-25KN.m。使用结论:(1)使用旋转导向之前,应尽量搜集临井资料,就地层倾角、地层岩性有大致的了解,同时提前与旋转导向提供方加强交流,就设备性能等方面达成一致,是否能很好的满足旋转导向的使用,综合考虑,让旋转导向的使用能取得较高的经济效益。(2)为保证旋转导向的寿命,必须保证泥浆中有害固相的控制,加强与泥浆服务方的交流,加大使用离心机等固控设备的使用,配浆、倒重浆尽量选择性能较好的新浆,若需使用老浆,需走振动筛经过筛除较大有害固相。(3)加强与地质方面的交流,尽量根据地震波以及临井资料判断好地层倾角的下步走向,减少下发指令的次数以及保证井身轨迹尽量平滑。
  3结论
  涪陵区块页岩气开发一般采用的井工厂模式进行施工,具有十分巨大的优势,钻进、总结、钻进、总结,通过不断的进行技术分析,对井下情况的判断也越来越成熟,井身质量、钻井周期也能越来越优秀。
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