蘇里格53區塊水平井綜合提速技術

張國海

(中國石油長城鉆探工程有限公司鉆井二公司,遼寧盤錦124010)

蘇里格53區塊水平井綜合提速技術

張國海

(中國石油長城鉆探工程有限公司鉆井二公司,遼寧盤錦124010)

蘇里格氣田53區塊屬于低壓、低滲區塊,油藏埋藏深、油層薄、單井產量低,利用水平井開發技術是提高該區塊單井產能及采收率的有效方法。長城鉆探工程有限公司在該區塊的鉆井過程中,通過實施井深結構的優化,鉆井液體系優化,鉆井參數的優選與優配,鉆具組合的合理選擇,鉆頭型號優選的一系列綜合提速技術措施,在水平井優快鉆井方面取得了顯著成效。總結了蘇里格53區塊鉆井技術的成功經驗,并提出了存在的問題。

蘇里格氣田;水平井鉆井;井身結構;鉆井參數

1 蘇里格53塊水平井提速技術難點

蘇里格氣田53區塊構造位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡北部中帶,儲層屬低滲低壓氣藏,采用常規井開采技術,采收率較低,開發成本居高不下。為此參與蘇里格氣田開發的各大鉆探公司先后嘗試水平井技術,其中長城鉆探2009年完成的蘇10-30-38H水平井,經過后期酸化壓裂改造,產量達到了臨近直井的4倍,增產效果顯著。2010年,蘇里格53區塊水平井大規模實施,但由于該區設計造斜點深(一般在2 850 m以下)、水平井段長(一般在800～1 200 m)、氣層深度不確定,完井工藝復雜,在施工過程中,石千峰、石盒子組地層坍塌、掉塊,施工速度慢,延長了施工周期,嚴重影響了水平井開發速度。通過對鄰井施工情況以及鉆井二公司長期在蘇里格地區施工的經驗分析,蘇53水平井施工的主要難點為:

(1)二開裸眼井段長,直羅組泥巖發育,易掉塊;石盒子組泥巖易水化膨脹,易縮徑、坍塌。

(2)本區塊安定及直羅組地層傾角大,防斜打直與提速的矛盾較突出。

(3)劉家溝、石千峰地層可能出現較大漏失現象,防漏任務較艱巨。

(4)定向造斜采用 PDC鉆頭導向,工具面不易控制,托壓嚴重,定向鉆進時必須頻繁活動鉆具,增加了軌跡控制難度。

(5)定向段施工中的巖屑攜帶、潤滑問題較嚴重。

(6)水平段長,施工后期鉆具拉力、扭矩大,易發生鉆具斷落事故。

2 鉆井工程設計簡況

2.1 井身結構設計

目前蘇53區塊在水平井井身結構設計與先導試驗井方面有所創新(表1),原二開φ311 mm井眼到A點下φ244.5 mm技術套管,現改為二開φ241 mm井眼到A點下φ177.8 mm技術套管。將原水平段φ215.9 mm井眼下入尾管完井水力壓裂單層開發,改為φ152.4 mm井眼裸眼完井下入壓裂管柱分段封隔壓裂同時開發。

表1 井身結構數據

2.2 井身剖面設計

(1)井身剖面設計基本原則:①由于地層比較致密,工具造斜能力必須滿足地層實際造斜率要求,因此采用中半徑造斜率進行井身剖面設計,設計靶前位移350 m;②設計剖面有利于鉆具組合簡化,更有利于軌跡控制;③優化造斜點,將造斜點設計在2 800～3 000 m之間,方便控制全角變化率;保持井眼軌跡圓滑,有利于下步完井施工作業;④優化設計剖面,縮短鉆井周期,減少投資成本。

2.3 鉆井液設計

2.3.1 鉆井液體系選擇

鉆井液體系是水平井是否順利施工的關鍵。選擇適合于蘇53區塊地層特點的聚合物有機硅高效防塌鉆井液體系,在鉆井液中加入瀝青、柴油、柱狀石墨、聚合醇、降失水劑,降低摩阻,預防坍塌,確保鉆井液性能穩定,解決蘇53區塊水平井施工時間長、裸眼井段長、井壁不規則、直羅和石盒子組井段易掉塊、易坍塌等問題。

2.3.2 分段性能設計

(1)一開井段:用土粉鉆井液,密度控制在1.05～1.08 g/cm3、粘度45～55 s,滿足攜砂要求和防漏要求。

(2)二開直井段:采用清水-聚合物體系,造斜點前100 m泥漿改型。

(3)造斜井段:采用低固相聚合物有機硅聚合醇防塌鉆井液體系,鉆井液綜合性能達到設計要求,密度 1.13～1.17 g/cm3、粘度 50～55 s、失水 ≤5 m L、含油量達到7%～8%,含砂量≤0.2%,泥餅光滑致密。

(4)三開水平段:采用低固相聚合物防塌完井液體系 ,密度 1.15～1.17 g/cm3,粘度 50～55 s,失水≤3 mL、含油量達到7%～8%,含砂量≤0.2%,泥餅光滑致密。

3 提高鉆井效率的措施[1-3]

3.1 全井推廣導向鉆井技術,確保優化井眼軌跡

根據該區塊的地質特點、地質設計要求、剖面設計、井身結構和完鉆井的鉆井情況,總結蘇53區塊軌跡控制經驗,在二開直井段便下MWD儀器控制,及時監測井眼軌跡,根據測斜情況及時調整鉆進參數,在900 m以下緩慢糾斜,確保鉆達造斜點無橫向位移,反向位移在30～40 m以內,減少定向段的工作量,減少井眼曲率,從而優化了軌跡。全井采用導向鉆井技術(PDC鉆頭+螺桿+MWD儀器),精確控制井眼軌跡 。這些措施為準確入靶提供了有效的技術保障,又大大縮短了直井段鉆井周期。

減少由于儀器和工具維修造成的停等維修等非生產時間,做好如下工作:

(1)每次下鉆前對儀器試運行,螺桿試運轉,準確丈量并記錄造斜工具角差,確保無誤,方可下鉆。

(2)嚴格按設計曲率施工,減少拐點,避免三維變化(水平段井斜控制在90±1.5°、全角變化率小于3°/30 m),確保井眼軌跡平滑,為電測和下套管創造條件,為長水平井段有效降低摩阻和扭矩打下基礎。

(3)做好待鉆井眼曲率預測工作,嚴格按設計軌跡施工,控制井眼曲率偏差在±1°～2°。

3.2 優選PDC鉆頭

總結已完井的鉆頭使用情況,對地層巖性、硬度和粒徑及可鉆性進行分析,優選出適合地層的 PDC型號,及時對每只使用的PDC進行分析,對比地層、鉆時、純鉆時間、單只總進尺,依據地層條件不斷改進PDC鉆頭個性化設計 PDC鉆頭,聯合鉆頭廠家共同研制高效、造斜專用短刀翼、螺旋刀翼 PDC鉆頭。擴大 PDC鉆頭的適應性,增加 PDC鉆頭的可鉆進井段,提高PDC鉆頭的單只進尺和平均機械鉆速。

3.3 優化鉆具組合優選井下工具

(1)鉆具組合設計的原則與依據:①鉆具組合必須滿足剖面設計及施工具體要求;②設計的鉆具組合應考慮剛性影響,應使摩阻達到最佳;③充分發揮復合鉆井技術的作用,即采用單彎螺桿定向鉆進同轉盤鉆進交替進行,一方面使得軌跡優化,一方面有利于充分攜砂。

(2)在實際應用中,直井段保直取得了良好的效果,造斜段按照設計要求組合鉆具,保證了軌跡入靶,三開水平段根據井下實際情況,倒裝上下鉆具,減小下部鉆具的摩阻,又保證水平段后期的扭矩傳遞。實踐證明,優化后的鉆具組合既保證了施工正常,又保證了井下安全,為提速工作提供了有利的保障。

(3)優選井下動力鉆具。結合地層及鉆定向曲率要求,優選出合適的井下動力鉆具,并且依據工具技術指標優選合適鉆井參數:φ172 mm以上的螺桿鉆具應選用立林生產的,使用時間保證在80～120 h;φ120 mm的螺桿采用德州生產的,使用時間60 h左右。

3.4 優化鉆井參數

依據每段地層巖性、可鉆性,結合鉆具組合要求制定出最優的鉆井參數。

(1)一開鉆井參數為:鉆壓30～50 kN,轉速60～70 r/min,排量 35 L/s,泵壓 8～10 M Pa。一開第一個單根必須用轉盤轉下去,且頭三個單根用單泵鉆進。每鉆完一單根認真劃眼兩遍,每鉆完6～8個單根循環8～10 min,每鉆進80～100 m測斜一次,根據測斜結果合理調整鉆井參數,確保一開打直(井斜控制在3°以內,否則填井),井眼光滑。

(2)二開上部直井段鉆井參數為:鉆壓30～50 kN,轉速 50～60 r/min,排量 32～35 L/s,泵壓 10～11 M Pa。第一造斜段(0～50°)鉆井參數為:鉆壓60～100 kN,排量 32～35 L/s,泵壓 15～18 M Pa,且根據造斜率及井下情況多用轉盤鉆進(原則上每單根定進3～4 m)。第二造斜段(50°～90°)鉆井參數為:鉆壓60～120 kN,排量 30～32 L/s,泵壓 16～18 M Pa,采取滑動鉆進與旋轉鉆進交替進行的方式,確保沿著設計軌跡鉆進(原則上每單根定進4～5 m)。

(2)水平段采用鉆井參數為:鉆壓20～40 kN,轉速40～50 r/min,排量12 L/s,泵壓18～20 M Pa,鉆進時,根據井眼軌跡、螺桿壓差、摩阻及進尺合理確定鉆壓,送鉆均勻,保持鉆壓平穩。

3.5 優化鉆井液體系,維護好鉆井液性能

選用適合于該區塊地層特點的鉆井液體系。造斜井段采用低固相聚合物有機硅聚合醇防塌鉆井液體系,水平段采用低固相聚合物防塌完井液體系,有效預防上部井段掉塊和坍塌導致井下復雜情況的發生;為提高鉆井液攜巖能力,使井眼得到充分凈化,應采用合理的鉆井液密度,并結合實鉆情況,及時合理地調整鉆井液密度,實現近平衡鉆井,提高鉆井速度。

3.6 預防井下復雜情況和事故

(1)運用井壁穩定技術,預防井塌。選用適合于西北地層特點的聚合物有機硅高效防塌鉆井液體系,運用低軟化點瀝青與柴油相配伍的有效防塌作用,解決前期施工時間過長、裸眼井段長、井壁不規則的問題,有效防止了直羅和石盒子組井段繼續掉塊、坍塌。加大防塌封堵劑瀝青類產品的用量,進一步提高鉆井液的封堵能力;加大防塌降失水劑的用量,常規處理劑加量是普通井型的150%,嚴格控制鉆井液的濾失量,延緩泥頁巖坍塌周期。

(2)提高攜砂性能,充分凈化井眼,防止卡鉆。井斜角在40°～65°的斜井段為攜巖最困難的井段,因此依據巖屑運移理論,大膽嘗試使用三低一高(低般含、低粘度、低切力和高剪切稀釋特性)的聚合物鉆井液,合理控制鉆井液粘度,以達到提高泵壓、增大排量、提高環空返速、實現紊流攜巖的目的,保證井眼清潔。為了滿足水平井的鉆井施工,采取如下技術措施:①提高鉆井液的動塑比,大斜度井段施工時在鉆井液中加入流型調節劑,提高低剪切速率下的粘度,提高鉆井液的動塑比,適當提高鉆井液的漏斗粘度,達到提高鉆井液攜巖、懸巖的目的。②堅持短起下鉆作業。從定向開始短起下時間間隔不超過24 h或進尺不超過80 m,一旦出現異常(拉力上升、磨阻大、扭矩增加)應加密進行短起下,每次短起下不低于10柱,直至正常為止,每次短起下鉆前后都充分循環鉆井液。③在地面機泵條件許可的情況下,斜井段通過加大排量循環、鉆進,保證鉆井液有足夠上返速度及間隔一定時間或一定進尺打入用提粘劑配制的高粘高切的稠塞,清掃井眼,保證鉆屑及時返出地面。④強化凈化設備的使用,保證四級凈化,除沙器和除泥器使用率100%,二開后離心機100%使用,使鉆井液保持較低的固相含量和合適的般土含量,以有效降低鉆井液的含砂量,保證進入井內的鉆井液清潔。

(3)控制好摩阻,保證潤滑,防止卡鉆事故發生。水平井斜度大、井眼曲率高,滑動鉆進時間多,鉆具長時間得不到活動,極易發生粘卡。一旦發生卡鉆,就會帶來很多其它復雜情況,因此防卡是水平井施工中的重中之重。施工時要求做到:①堅持勤活動鉆具(特別是滑動鉆進尺慢,造斜困難時),活動幅度大于10 m,防止因鉆具在井內靜止時間過長而發生卡鉆事故。②鉆井液方面要保證的濾餅質量,鉆井液應保持性能良好、均勻、穩定,濾失量要小,泥餅要薄而堅韌致密,使其具有良好的流變性。③采取“定向鉆進與滑動鉆進”相結合的方法,根據井下實際情況隨時改變短起下鉆的頻率和幅度,保證井眼暢通;使用球形扶正器,減少托壓現象,有效減小摩阻和扭矩。④進入定向段前100 m鉆井液改型,定向后要及時調整鉆井液性能,加入極壓潤滑劑、聚合醇、柴油和防卡降阻劑,隨著井斜的增加逐步提高液體潤滑劑的含量,要求井斜超過40°后,含油量達到6%,固體潤滑劑含量達到2%。

(4)提前準備,預防井漏。劉家溝層段地層壓力低且滲透性好,易發生滲漏,對此施工中應高度重視。①揭開易漏層前10～15 m對鉆井液進行一次綜合性調整,以適當的粘度和切力來滿足井下要求,并且采取一次長程短起下鉆,以刮掉沉積在井壁上的浮泥餅和細巖屑,防止接單根后開泵蹩漏地層;②揭開易漏層后起鉆前及下鉆都要充分循環洗井,每次開泵均采用小排量循環一周后再加大排量循環,防止下鉆到底后開泵蹩漏地層;③易漏層井段在鉆井液中加入1.5%～2%超低滲透劑,提高地層的承壓能力,預防井漏的發生,同時在氣層段還可以有效保護油氣層,提高產氣量。

4 取得的效果

提速工作開展前后蘇53區塊施工綜合鉆井指標對比見表2、表3。從蘇53區塊兩階段完成水平井指標對比可以看出:其中完鉆井深平均加深43.6 m(同比1.02%);平均水平段增長63.6 m(7.8%);平均鉆井周期縮短了16天(22.9%);平均完井周期縮短了14.7天(19.1%);機械鉆速提高0.12 m/h,約1.6%。提速工作取得了一定成效。

5 成功經驗和存在問題

(1)成功經驗:①井身結構優化有利于鉆井提速,可大幅度降低水平井鉆井成本,水平段6″井眼能提高鉆井速度,并大大提高單井采收率;②井眼軌跡控制技術和優化鉆具組合減小了摩阻、扭矩。③全程使用國產MWD+r曲線跟蹤,既降低儀器使用成本,又能高效快速卡準層位;④鉆井液體系的選擇,為鉆井安全施工提供了可靠的技術保障;⑤水平井事故和復雜情況的預防減少了提速的各種障礙;⑥各專業公司各負其責,通力合作、密切配合,為鉆井提速創造條件;⑦推廣完井新工藝,裸眼完井分段壓裂,對多段儲層同時進行壓裂開發,能夠提高產能效果。

表2 鉆井提速措施前施工技術指標

表3 鉆井提速措施后施工技術指標

(2)存在問題:①地質導向對地層判斷和預測能力有待加強;②水平段螺桿鉆具使用壽命與PDC鉆頭使用壽命不匹配,影響和鉆井速度,螺桿鉆具有待于進一步優選;③PDC鉆頭的個性化設計及優選工作有待于進一步研究;④國產MWD儀器的測量盲區較長,有效穿較薄氣層存在很大難度;⑤MWD+r儀器使用維護有待進一步加強,減小故障率,增加有效使用時間;⑥水平井測井施工難度大、風險大,易發生斷、掉儀器事故;⑦小井眼事故預防,配套打撈工具有待完善;⑧井口完井壓裂管柱經濟性差,而國產管柱成功率仍有待加強;⑨設備整體狀況差,維修損失時間較多,影響安全提速。

[1] 楊志彬,胡永章,鐘敬敏,等.工程地質因素對鉆井提速的影響[J].斷塊油氣田,2010,17(3):363-365.

[2] 黃松偉,張獻豐,劉伍廣,等.希望油田優愉鉆進綜合配套技術應用研究[J].斷塊油氣田,2010,17(3):379-381.

[3] 黃松偉,丁向京.汪深平1井軌跡控制技術[J].斷塊油氣田,2010,17(4):480-482.

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92 Horizontal well synthetic speed increase technology in Sulige 53 block

Zhang Guohai(Great Wall D rilling Engineering Limited Company No.2 Drilling Company,PetroChina,Panjing,Liaoning 124010)

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TE243

A

1673-8217(2011)05-0092-04

2011-05-30

張國海,工程師,1960年生,1985年畢業于遼河石油學校石油工程工程專業,現從事鉆井技術研究。

編輯:李金華