2012年第39卷第8期 探矿工程(岩土钻掘工程) 5 苏里格气田苏77区块丛式井优快钻井配套技术 柯 学 ,冉照辉 ,陈 建 ,邢 建 (1.中国石油西部钻探钻井工程技术研究院,克拉玛依834000;2.中国石油西部钻探定向井技术服务公司,新 疆克拉玛依834000;3.中国石油西部钻探苏里格气田开发第一项目经理部,内蒙古乌审旗017300;4.中国石油 西部钻探克拉玛依钻井公司,克拉玛依834000) 摘要:苏77区块处于生态环境脆弱的半沙漠半草原地区,采用丛式井开发方式,不仅可以加快产能建设,而且可 以降低钻井成本,保护环境,便于气田维护管理。针对苏77区块钻井存在的技术难点,根据地层自然增降斜及方 位漂移规律,从平台部署、井身轨迹剖面、钻具组合、PDC钻头选型及钻井液体系及性能维护等方面进行优化,形成 了一套适应苏77区块的丛式井优快钻井配套技术,有效地提高了机械钻速,缩短了钻井周期及平台建井周期,加 快了产能建设。其中,苏77—6—5井完钻井深3167 m,钻井周期仅为9.98天,创造了整个苏里格气田定向井最短 钻井周期记录。 关键词:丛式井;井眼剖面;井眼轨迹控制;钻具组合;PDC钻头;钻井液;苏里格气田 中图分类号:TE243 文献标识码:A 文章编号:1672—7428(2012)08—0005—06 th Cluster Wells in Sulige Gas Field/KE .Matching Technology for Optimized and Fast Drilling RAN Zhao— hui ,CHEN Jian ,XING Jian (1.China Petroleum Western Drilling Engineering Institute,Karamay Xinjiang 834000. China;2.China Petroleum Western Directional Drilling Technology Services Company,Karamay Xinjiang 834000,China; 3.1 st Project Manager Department of China Petroleum Western Drilling Sulige Gas Field Development.Wushen Inner Mon— golia 017300,China;4.China Petroleum Karamay Drilling Company,Karamay Xinjiang 834000,China) Abstract:Su 77 block is located in a fragile ecological environment of half desert and half grassland,cluster wells can ac— celerate productivity construction,lower the drilling cost,protect environment and is convenient for gas field maintenance management.According to the drilling diiculfties in Su 77 block and based on the formation natural deflecting law and azi— muth drift pattern,optimization was made on platform deployment,well profile,bottom hole assembly,PDC bit selection, drilling fluid system and its performance maintenance,a set of matching technologies was formed for optimized and fast drilling with cluster wells suitable to Su 77 block,the penetration rate was effectively improved,drilling period and well construction cycle in platform were shortened and productivity constuctiron was accelerated.A drilled depth of 3167m for Su 77—6—5 wel1.drilling period was only 9.98 days.which is the shortest directional well drilling record in whole Sulige gas ifeld. Key words:cluster wells;well proifle;well trajectory control;bottom hole assembly;PDC bit;drilling lfuid;Sulige gas fie】d 1 概述 钻遇地层自下而上分为奥陶系马家沟组,石炭 系本溪组,二叠系太原组、山西组、石盒子组和石千 峰组,三叠系刘家沟组、和尚沟组、纸坊组和延长组, 2011年,苏77区块全面进入丛式井开发阶段, 为加快定向井钻井速度和丛式井开发步伐,尽早投 产,针对丛式井施工中地层研磨性强、井眼轨迹控制 难、钻井速度慢、钻井成本高的难题,从井身剖面优 侏罗系延安组、直罗组和安定组,白垩系洛河组。主 要目的层为石盒子组的盒8段、山1段及山2段。 化、钻头优选改进、井眼轨迹控制、钻井液体系应用 等方面开展技术攻关和现场试验,形成了一套成熟 的钻井技术路线和优快钻井配套技术。 2苏77区块基本简况 地层分层及岩性情况如表1所示。 2.2井身结构 一开用0311.2 mm钻头钻至井深500 m左右, 下0244.5 mm表层套管,封堵洛河组水层,水泥浆 返至地面。 2.1 钻遇地质分层及岩性描述 二开用0215.9 mm钻头钻至完钻井深,下入 收稿日期:2012—03—14 作者简介:柯学(1982一), (汉族),人,中国石油西部钻探钻井T程技术研究院,石油工程专业,从事钻井设计及研究_[作,克拉 玛依市鸿雁路80号,gslsdmgy@163・con。 6 探矿工程(岩土钻掘工程) 表1地质分层及岩性表 2012年第39卷第8期 界 139.7 mm技术套管,水泥浆返至气层以上300 m (2400 m左右),井口反挤水泥500 m。 2.3 片身剖面 4丛式井优快钻井技术 4.1 丛式井平台部署优化 苏77区块采用600 m X 800 m的井网,为达到 采用“直一增一稳一降”型井身剖面,造斜点选 择 表层套管以下50 IYI左右,减少上部直井段防 最大开发能力,一般钻井数量控制在7口井以内。 为减小防碰风险,各井口问距摔制在10 nl,避免 问交叉。由于定向井钻井周期较长,尤其足位移超 过800 m的钻井周期更长,为提高钻井效率、缩短建 斜,克服直井段防斜与打快的矛盾;定向、增斜、稳 斜、降斜施工上提到上部可钻性较好的地层,下部可 钻性差的地层,利用地层自然降斜,采用常规钻具组 合,最大程度释放钻压,提高钻速。 同时考虑后续采气、修井等作业因素,最大井斜 们控制在35。以内、造斜率控制在50/30 ITI以内。 3主要技术难点 (1)二叠系延长组至刘家沟组岩性变化大且含 砂砾岩,主要目的层石盒子组砂岩居多、含砾石,山西 井周期,尽快投产,一个平台一・台钻机井数控制住3 ~4口井,5 LI井以上采用一个平台、2台钻机同时 施工,如图1、图2所示 为缩短建井周期,采取钻 机整拖缩短搬安时间,完井搬安最短3灭,缩短 了建井周期。 4.2丛式定向井剖而优化及轨迹控制技术 通过实钻验证,逐步掌握了苏77 JX块复合钻进 组行英质砂岩,地层研磨性强,PDC钻头磨损严重。 (2)二开长裸眼井段中,延安组、延长组岩性以 泥岩为主,且延长组夹层多易出井壁失稳。 (3)刘家沟组底部为区域漏失层,地层承压能 力低,易发生压力诱导性漏失。 (4)石千峰底部、石盒子组上部泥岩易坍塌,同 时 盒子组上部泥岩易泥包钻头。 (5)山两组、太原组、本溪组煤层发育,单层厚1 ~: : r— 斗.. 1 ) 10 131,易坍塌。 (6)外日艮轨迹控制井段长,地层漂移规律不清 楚, 部常规钻具控制井眼轨迹所需钻具组合及钻 进参数难以满足轨迹控制的需求。 图1 一部钻机单排施工示意 2012年第39卷第8期 探矿工程(岩土钻掘工程) 表2地层增降斜及方位变化规律 7 始角设定100 m井段定向到10。左右,复合钻进至 图2两部钻机双排施工排列示意 900 m左右井斜控制在21。左右,设计稳斜至延长中 部1650 m左右开始降斜,至井深2200 m井斜降至 7。左右。下部井段利用常规光钻铤钻具组合,降斜 率0.5 ̄/30 m以内。位移600 m定向井优化后的井 眼轨迹如表3所示。 过程中地层增降斜以及方位变化的规律(见表2)。 4.2.1 位移600 m定向井井身轨迹的优化 根据苏77区块地层增降斜和方位漂移轨迹, 600 m以内定向井位移相对较小,控制段较短。初 表3位移600 m定向井优化后的井眼轨迹 4.2.2位移800 m定向井井眼轨道优化 井斜控制在27。左右,设计稳斜至延长中部1800 m 根据苏77区块地层增降斜和方位漂移轨迹,800 开始降斜,至井深2200 m井斜降至18。。下部井段 m定向井位移相对较大,控制段较长。初始角设定 100 m井段定向到15。左右,复合钻进至900 m左右 利用常规光钻铤钻具组合,降斜率0.6 ̄/30 m。位 移800 m定向井优化后的井眼轨迹如表4所示。 表4位移800 m定向井优化后的并眼轨迹表 4.3井身轨迹控制技术 4.3.1 钻具组合(见表5) 苏77区块地层研磨性较强,引用低速螺杆缓解 (1)一开直井段主要是防斜打直打快。设备安 装时天车、大钩、井口三点一线轴线偏差<10 mm; 在钻进过程,采用大排量(45 L/s以上)、高转速 (100 r/min以上)、低钻压(40~60 kN)吊打钻进, 确保一开井段打直,防止起步井斜,控制井斜角在 1。以内。 钻头快速磨损问题,减小对PDC的磨损,提高PDC 钻头+螺杆钻具的使用效率。 4.3.2井身轨迹控制技术 8 探矿工程(岩土钻掘工程) 2012年第39卷第8期 王_ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0哪哪 州 … ㈣ _三-三 懈 哪哪哪旧旧圮 ∞;; (2)二开直井段采用低钻压(40~50 kN)轻压 复合钻进,严格控制井斜在1。内。 (3)造斜段滑动钻进井斜增至设计初始井斜角 后,采用40~60 kN钻压复合钻进,因延安组降井 (5)复合钻进至井深2200 m左右开始下入光钻 铤钻具,因纸坊组、和尚沟组和刘家沟组增方位,井深 2200 m以前滑动钻进调整方位比设计方位小2。。 4.4 PDC钻头优选 斜、降方位,若井斜、方位降得过多,及时滑动钻进调 整对准靶心,同时增大井斜角至设计井斜角。 (4)钻至延长组中部左右利用滑动钻进全力降 由岩石力学特性剖面(图3)可以看出,总体上 区块三叠系延长组至刘家沟组岩性变化大且含砂砾 ~ 如} {喜; 专车 } 叠善 专童 该区纵向上钻遇地层的抗钻特性均较高,结合苏77 岩,石盒子组砂岩居多、含砾石,地层研磨性强等特 点,考虑定向时工具面的稳定性,选用5刀翼、双排 齿(主副齿)的PDC钻头,以提高钻头的抗冲击性和 井斜,待整个井眼形成降斜趋势后使用复合钻进提 高钻进效率。因延长组降方位,调整方位比设计方 位大2。,若复合钻进井斜不降或增加,应及时滑动 钻进调整。 耐磨性,减少边齿的磨损,同时提高钻头的稳定性。 飘 一 _。Et . .. lI 。, _1j{ ㈣…川…川…m l㈤ ∽ …… 三 H 捌 ¨H 嬲 蜊 ¨¨¨ 捌Ⅲ “H 三_F}jI【 牟 一言与 署一T_ 厂L 童 {【.r1雩 童 图3岩石力学特性剖面 针对研磨性强地层,PDC钻头采用较高钻压、 较低转速,钻压控制在80~120 kN,转速60~80 r/ arin,排量30 L/s,充分清洗井底,快速携带岩屑,减 PAM+1%~2%润滑剂。 4.5.1.2钻井液配制及维护 (1)采用大池地面循环,充分沉降钻井液中的 固相,密度控制在1.02~1.08 g/cm ,粘度控制在 28~55 S。 少重复破碎对钻头的磨损。在延长组等含砾石易憋 跳的层位,适当降低转速及钻压以防止冲击造成 PDC钻头切削齿破坏。 (2)采用K—PAM处理剂保持钻井液有足够的 抑制和絮凝能力,有效预防延安组、延长组泥岩缩 径、钻头泥包。 (3)井深1500 m左右随着井斜角的增大,托压 4.5钻井液技术 4.5.1 二开至石千峰组顶部井段 4.5.1.1钻井液体系 清水+聚合物体系。配方为:清水+0.2% Na,CO +0.1%~0.3%NaOH+0.3%~0.5%K— 明显,加大润滑剂的含量至2%,减小托压。 (4)刘家沟组为区域漏层,地层承压能力较低, 2012年第39卷第8期 探矿工程(岩土钻掘工程) 9 适当降低钻井液密度,提高钻井液粘度。同时钻进 (5)认真使用好四级固控设备,将固相颗粒对 过程中开泵平稳,控制起下钻速度,避免因压力“激 气层的污染减少到最低程度。 动”压漏地层。 (5)确保起下钻顺利,每次起钻前用稠胶液或 5丛式井实施效果 膨润土浆清扫井底。 通过对PDC钻头的优选,钻具组合及井眼轨迹 4.5.2石干峰组至完井井段 剖面的优化,2011年苏77区块完钻50口定向井, 4.5.2.1钻井液体系 平均井深3213.50 m,平均钻井周期16.92天,其 聚磺钻井液体系。配方为:3%~5%坂土+ 中,22口井钻井周期在15天以内,平均全井机械钻 0.2%Na2CO3+0.1%~0.3%NaOH+0.4%~0.6% 速13.94 m/h,与2010年相比钻井周期缩短了4.25 MAN101+1.5%~2%SMP一1粉+1%~3%磺化 天,完井周期缩短了4.24天,平均机械钻速提高了 沥青干粉+1%~2%润滑剂。 12.44%。其中苏77—6—5井完钻井深3167 m,钻 4.5.2.2钻井液配制及维护 井周期仅为9.98天,创造了整个苏里格气田的最短 (1)石千峰组的大段硬脆性泥页岩易垮塌掉 钻井周期记录。从式井实施效果见表6。 块,可逐渐加入充分预水化的膨润土浆,转化为低固 通过优选PDC钻头及低速螺杆、优化钻进参 相、低失水聚磺钻井完井液体系。 数,2011年完钻的5O口定向井中有20口井实现了 (2)采用地面罐循环,钻井液中加入足量的膨 二开两趟钻完钻(见表7),减少了提下钻次数,缩短 润土、CMC和抑制防塌剂等,密度控制在1.08 了钻井周期。 cm 以内,粘度控制在32~50 s。 (3)因山西组存在多套煤系地层,进入煤层前 6结论与认识 30 m,加大抑制防塌剂的含量,确保顺利钻穿煤层。 (1)通过对丛式井优快钻井技术的研究与应 (4)钻进过程中按比例配制胶液以细水常流的 用,苏77区块钻井周期有了明显提高,加快了丛式 办法补充维护钻井液,避免钻井液性能波动过大。 井投产步伐。 表6定向井钻井技术经济指标情况 166.33 21.17 25.49 4354.00 238.76 13.26 511.57 20.28 10 探矿丁程(岩土钻掘工程) 2012年第39卷第8期 (2)根据苏77区块地层自然增降斜及方位漂 参考文献: 移规律,优化后的井身轨迹剖面及控制技术,满足1r [1]徐波.螺杆钻具和PDC钻头组合在鄂尔多斯工区定向井中的 苏77区优快钻进的需求。 应用[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2008,35(10):16—17, 35. (3)“四合一”钻具在上部地层可以实现防斜打 [2] 高明亮.鄂北工区PDC钻头泥包特征分析及预防措施[J].探 、定向、增斜、稳斜钻进,大大提高了施工效率。下 矿工程(岩土钻掘工程),2009,36(9):21—23,27. 部采用常规光钻铤钻具能够满足降斜,同时有效地 [3]何自新,付金华,等.苏里格大气Ⅲ成藏地质特征[J].石油学 报,2003,24(2). 了钻压,提高了机械钻速。 [4]欧阳勇,吴学升,等.苏里格气田PDC钻头的优选与应用[J]. (4)五刀翼、双排齿PDC钻头配合低速螺杆适 钻采工艺,2008,31(2). 合苏77区块研磨性较强地层,二开“两趟钻”技术, [5] 王希勇,张艺瀚,熊继有.PDC钻头与动力钻具的优化匹配和 钻进特性研究[J].石油矿场机械,2005,34(1):27—29. 减少了提下钻次数,有效地缩短了钻井周期。 [6]侯庆勇.PDC钻头在鄂尔多斯盆地大牛地气田的应用[J].河 (5)卜-部采用清水聚合物钻井液体系,下部采 南石油.2006.5(20):2—3. 用聚磺钻井液体系,能够满足井壁稳定的需求,有效 [7]霍色.鄂尔多斯盆地气井优选PDC钻头技术[J].科技咨 导 地抑制泥岩垮塌,同时降低了钻井液成本。 报,2007,5(24):185—187. 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