巴麦地区钻井难点分析与提速关键技术

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第39卷第6期石油钻探技术Vol_39No．62011年11月PETR0IIUMDRIIIINGTECHNIQUESNOV．，2011．一深井超深井钻井提速专题doi：10．3969／j．issn．1001—0890．2011．06．003巴麦地区钻井难点分析与提速关键技术赵国顺，郭宝玉，蒋金宝(中国石化中原石油勘探局塔里木钻井公司，新疆库尔勒841000)摘要：巴麦地区是中国石化在西北地区的勘探开发新区，钻井过程中存在中上部地层阻卡严重，二叠系、石炭系井壁稳定性差，深部地层可钻性差、机械钻速低等技术难点。针对这些技术难点，进行了高压喷射钻井技术和优化水力参数的研究与现场试验，优选了钻头和螺杆类型，进行了涡轮复合钻井技术研究与现场试验，提出了微裂缝地层井壁稳定技术。结果表明：高压喷射钻井技术与常规钻井相比，平均机械钻速提高26．0～29．3；≠311．1和乒215．9mm井眼段采用优选的钻头，机械钻速分别提高29．0和43．0；二开和四开井段采用优选的螺杆，机械钻速提高27．0～100．0；高速涡轮复合钻井与常规钻井相比，机械钻速提高146．0，与螺杆复合钻井相比机械钻速提高20．0；中速涡轮复合钻井与螺杆复合钻井相比，机械钻速提高23．0；应用微裂缝地层井壁稳定技术后未出现井壁失稳问题，实现了微裂缝地层安全钻井。关键词：深井钻井高压喷射钻井螺杆钻具涡轮钻具机械钻速巴麦地区中图分类号：TE245文献标识码：A文章编号：1001—0890(2011)06—001卜O4DrillingDifficultyAnalysisandKeyTechnologyforIncreasingPenetrationRateinBamaiAreaZhaoGuoshun，GnoBaoyu，JiangJinbao(TarimDrillingCompany，ZhongyuanPetroleumEzplorationBureau，Kuerle，Xinjiang，841000，China)Abstract：BamaiAreaisanewexplorationareainNorthwestChina．Aseriesofdrillingproblemsoccurredduringdrilling，suchasdrillpipestuckinupperlayers，poorwellborestabilityinPermiansystemandCarboniferoussystem，lowpenetrationrateindeeplayersetc．Inordertosolvetheseproblems，highpressurejetdrillingandhy—draulicparametersoptimizationwereinvestigatedandtestedatwellsite．Drillingbitandscrewwereoptimized，compoundPDMdrillingtechnologywereinvestigatedandtestedandthewellborestabilitytechnologyformicro—cracksformationwasputforwarded．Thetestresultsshowedthathighpressurejetdrillingtechnolo—gyincreasedaveragepenetrationrateby26．0％一29．3comparedwithconventionaldrillingtechnology．Theoptimizeddrillbitimprovedaveragepenetrationrateby29．0and43．0for4311．1and4215．9mmholerespectively．OptimizedcompoundPDM(screw)drillingtechnologyincreaseddrillingrateby27．0一100．0duringsecondandfourthspud．High—speedturbinedrillingtechniqueincreasedpenetrationrateby146．0comparedwithconventionaldrilling，thepenetrationrateincreasedby20．0comparedwithcorn—poundPDM(screw)drillingtechnology．Theapplicationofwellborestabilitytechnologysolvedtheproblemofwellboreinstabilityandachievedsafedrillinginmicro—cracksformation．Keywords：deepwelldrilling；highpressurejetdrilling；screwdrilltool；turbinetool；penetrationrate；BamaiArea巴麦地区是中国石化在西北地区的主要勘探开收稿日期：2Oll—O9—10；改回日期：2Oll—l1一O8。发新区，位于塔克拉玛干沙漠西南部(新疆和田和喀作者简介：赵国顺(1963一)，男，1985年毕业于华东石油学院钻井什境内)，包括巴士托、小海子和麦盖提3个区块，面工程专业，副经理，高级工程师，主要从事钻井技术管理与推广应用工作。联系方式：(0996)2210708，jsfzb666@sohu．corn。积近5×10km。该地区钻遇地层从上至下依次基金项目：中国石化集团石油工程技术先导试验项目“巴麦地区为第四系、第三系、三叠系、二叠系、石炭系、泥盆系深井钻井提速技术先导试验”(编号：SG10098)部分研究内容。 石油钻探技术和奥陶系等地层，岩性和压力系统较为复杂。复杂2．1强化水力参数优快钻井技术的地质环境严重制约了该地区的钻探速度，急需开2．1．124～26MPa高压喷射钻井技术展技术攻关与现场试验。2010年，塔河油田进行了35MPa高压喷射钻1钻井难点井试验，取得了较好的提速效果，但35MPa高压喷射钻井对设备要求较高。采用2O～22MPa喷射钻由于巴麦地区地质条件极为复杂，给该地区钻井技术在钻进该地区中上部地层时因阻卡严重导致井施工带来了一系列的技术难题，严重制约了巴麦钻井时效较低(纯钻时效低于40)，钻进中下部地地区的勘探开发进程。层时水力破岩能量不足(钻头压降在3MPa以下)。为此，针对巴麦地区的地质特点，利用现有设备(701．1新近系地层阻卡严重型钻机，1600型钻井泵)，通过优化钻井参数，在新近系以上地层可钻性较好(可钻性级值YB1—1井、YB1—2X井和Y2井进行了24～26MPa3～5)，机械钻速高(40m／h)，环空岩屑浓度高，在高压喷射钻井试验。钻柱旋转作用下易粘附在井壁上造成人工缩径；该常规喷射钻井是采用最小排量，通过降低循环地层的砂岩层段易形成虚厚泥饼，泥岩层段水化膨压耗，利用小喷嘴提高钻头压降和钻头水功率_2]。胀性强，易发生缩径卡钻事故。在已完钻或正钻的而巴麦地区中上部地层极易发生阻卡，需要采用大9口开发评价井中，有5口井在新近系发生阻卡，其排量来降低环空中的岩屑浓度，从而减少阻卡，因此中BK2井处理阻卡事故用时27d，占总复杂时间的在进行水力参数优化设计时，采用“强化水力参数+47；BK4H井处理阻卡用时4d，占总复杂时间的适当钻头压降”的方法进行水力参数优化设计。图551为水力参数优化设计框图，表1为巴麦地区高压喷射钻井水力参数优化设计结果。1．2二叠系、石炭系井壁稳定性差r_j钻杆二叠系和石炭系小海子组、卡拉沙依组为硬脆流量Oll钻具组合性地层，易垮塌掉块，卡钻频繁。在已完钻或正钻的钻铤15口井中，有7口井在钻进二叠系、石炭系地层时发生井壁失稳，其中BK2井、BK6井、BK8井和是YB1井因井壁失稳，造成卡钻；BK3井因发生掉块，堡霉篓I压造成测井时间延长；YB1—1井和Y4井因二叠系地+丽钻头压降小于预期值层井壁失稳造成填井侧钻。喷嘴直径1．3石英砂岩发育，深部地层机械钻速低巴麦地区深部地层石英砂岩发育，地层可钻性射流速度小于预期值差(可钻性级值7．5～8．5)，机械钻速低，钻头使用寿命短。单只PDC钻头平均寿命为58．46h(与常图1水力参数优化设计框图规地层的牙轮钻头寿命相当)，单只钻头平均进尺仅n昏1Calculationprocessdiagramforhydraulicparameters54．59m，平均机械钻速1．05m／h。高压喷射钻井与牙轮钻头配合在YB1—1井10071873m井段和YB卜2X井1500～2578m2巴麦地区钻井提速关键技术井段进行了试验，平均机械钻速28．24m／h，与常规钻井技术(22．42m／h)相比提高了25．96。高压喷针对以上钻井技术难点，开展了强化水力参数射钻井与PDC钻头配合在Y2井1053~3047m井优快钻井技术、难钻地层复合钻井技术和微裂缝地段和YB1—2X井1873~3200m井段进行了试验，平层井壁稳定技术研究，并在该地区进行了试验应用，均机械钻速l1．82m／h，与常规钻井技术(9．14m／h)取得了较好的提速效果。相比提高了29．32。 第39卷第6期赵国顺等．巴麦地区钻井难点分析与提速关键技术表1巴麦地区高压喷射钻井水力参数优化设计结果Table1ResultofhydraulicparametersoptimizinganddesignforhighpressurejetdrillinginBamaiArea杆事故，通过理论分析并根据不同地层物性特征、井眼2．1．2强化水力参数高效钻井技术尺寸、所用钻具组合，结合螺杆钻具转速和扭矩，优选巴麦地区中上部地层可钻性好，机械钻速高，环出适合不同地层、不同井眼尺寸的螺杆类型，优选结空岩屑浓度较高，易发生阻卡，需要强化水力参数来果为：≠311．1mm井眼选用5LZ244X7．0型螺杆，防止阻卡。为此，该地区在钻进中上部地层时，采用215．9mm井眼选用5LZ172X7．0型和5LZ165X7．0≠139．7mm钻杆降压增排技术和大排量高压高效型螺杆，149．2mm井眼选用5LZ120X7．0型螺杆。钻井技术来解决中上部地层因排量不足引起的阻卡YB1—1井和YB1—2井在二开井段根据上述结果问题[。选用螺杆，平均机械钻速6．04m／h，与邻井相比提高BK9H井在井深2800．00m以浅井段使用了近1倍。BT7井四开井段根据上述结果选用螺杆，127．0mm钻杆，多次出现接单根困难问题，在钻至机械钻速(0．97m／h)与邻井BT6井(0．76m／h)相井深3071．00m时更换为f5139．7mm钻杆并将排量比提高了27．63。由38L／s提高至45L／s，问题得到根本解决。BK72．2．3涡轮复合钻井技术井在钻进311．1mm井段时，使用了j5139．7mm钻杆，钻进过程中接单根正常，短起下钻井眼通畅。为提高巴麦地区高研磨性地层的钻井速度，针2011年，在巴麦地区的YB1—1井、YB1—2X井对巴麦地区的石炭系、奥陶系高研磨性地层，开展了和Y2井开展了大排量高压高效钻井试验，二开短高速涡轮和中速涡轮复合钻井试验。起下时间(47．0h)较邻井(20～22MPa)同井段由于涡轮钻具自身压耗比较高，在优化钻具组(64．5h)缩短27．13。合时，采用复合钻具组合]。为了充分发挥涡轮钻具水功率，对钻井液排量进行了优化。在排量一定2．2难钻地层复合钻井技术条件下，涡轮钻具的扭矩与钻压密切相关，为了获得2．2．1钻头优选最大扭矩，对钻压进行了优化设计[3]。利用优化结利用灰色关联方法建立地层特性参数与钻头果在BT5井进行了“高速涡轮+孕镶金刚钻头”复类型匹配关系，同时借鉴邻井实钻资料，对钻头进合钻井试验，在BT7井进行了“中速涡轮+孕镶金行了优选，结果为：二叠系、石炭系小海子组及卡刚石钻头”复合钻井试验。拉沙依组地层掉块严重，用牙轮钻头作为过渡，其BT5井的试验井段为3140．10～3197．50和他层段均可使用PDC钻头；上部软一中硬地层使3254．OO～3573．50m，层位为奥陶系鹰山组。钻用j519mm大复合片5刀翼PDC钻头；硬地层使用井参数：钻压60～8OkN，转盘转速45r／min，排量13～声16mm复合片5～6刀翼PDC钻头；特硬地50L／s，泵压24MPa。钻井液密度1．20kg／L，黏度层或含细石英砂层使用8～j513mm复合片6～747s，试验总进尺376．90m，纯钻时间168h，平均钻刀翼PDC钻头。速2．24m／h，与牙轮钻头钻进的邻井段(0．91m／h)BT7井、YB1—1井、YB1-2井和BT6井在钻井相比，机械钻速提高了146，与螺杆复合钻进的邻时，根据钻头优选结果选用钻头，声311．1mm井段平井段(1．86m／h)相比，机械钻速提高了20。均机械钻速5．4m／h，与邻井同井段(4．2m／h)相比BT7井的试验井段为4682．50～48OO．50m，提高了28．57；215．9mm井段平均机械钻速1．3O钻遇地层为石炭系巴楚组泥岩地层。钻井参数：钻m／h，与邻井同井段(0．91m／h)相比提高了43。压30~40kN，转速50r／min，排量23～25L／s，泵压22MPa。试验井段的机械钻速1．34m／h，与BT62．2．2螺杆复合钻井技术井同井段“螺杆+PDC钻头”复合钻井(1．08m／h)相针对钻井过程中由于螺杆选型不合理引起的断螺比，机械钻速提高了24．1。 石油钻探技术射钻井技术、难钻地层复合钻井技术(钻头优选、螺2．3微裂缝地层井壁稳定技术杆复合钻井技术和涡轮复合钻井技术)和微裂缝地巴麦地区二叠系玄武岩地层含有微裂缝，在钻层井壁稳定技术的研究与现场试验，提速明显。井液液柱与地层压力差作用下，钻井液滤液侵入微3)巴麦地区钻井地质环境复杂，建议加大地质裂缝，造成岩石有效应力降低，坍塌压力升高，导致环境认识，为钻井提速技术优选提供依据；引进其他井壁失稳_7]。地区成熟钻井技术，最大程度地实现巴麦地区提速；利用室内模拟的方法，分析了微裂缝对孑L隙压建立技术、安全和管理一体化的提速理念，实现综合力、流体运移速度及岩石强度的影响。结果表明：微提速。裂缝会加速压力和流体的传递速率(与孔隙相比可提参考文献高数十倍)，且随着含水率的上升，微裂缝岩石强度急References剧下降，岩石的最终强度仅为干燥岩石的10。而近井壁孔隙压力、流体浓度上升和岩石强度下降，都E1]王兴武，赵国顺，孙雪，等．巴楚探区深井钻井难点分析与技术会加剧近井壁岩石失稳。因此，要强化对微裂缝的对策[J]．石油钻采工艺，2011，33(3)：1-4．WangXingwu，ZhaoGuoshun，SunXue，eta1．Technicalcoun—封堵，以保持井壁稳定。termeasuresandanalysisondeepwelldrillingdifficultiesinBa—根据上述分析结果，提出了“强化裂缝封堵+合chuexplorationblock[J]．OilDrilling＆ProductionTeehnolo—理密度支撑+降低滤液活度”的稳定微裂缝地层井gY，2011，33(3)：1-4．壁的基本思路。依据上述思路，探索出了适用于微E2]张广峰，易灿，闫振来．基于水力能量利用效率的超深井钻井提裂缝地层的钻井液基本配方及封堵材料。钻井液基速技术[J]．石油钻采工艺，2009，31(5)：33-35．ZhangGuangfeng，YiCan，YanZhenlai．R0Pincreasingmeth本配方为3．5～4．5膨润土+0．1～0．30dbasedontheutilizatioefficiencyofhydraulicpowerfortheNaOH+0．5～1．0LV—CMC／LP+0．1～ultra—deepwells[J]．OilDrilling8LProductionTechnology，0．3KPAM／p+2．0％～4．0SMP一1+2．0～2009，31(5)：33-35．4．0SPNH+3．0～5．0KC1+0．5～1．0[3]董明键，肖新磊，边培明．复合钻井技术在元坝地区陆相地层中DS一302+2．0～3．0SY—A01+1．0～2．0的应用[J]．石油钻探技术，2010，38(4)：38—40．FD一1+0．5～1．0非渗透处理剂+19／5QS一2+DongMingjian，XiaoXinlei，BianPeiming．Applicationofcorn—pounddrillingtechniquesinterrestrialformationinYuanba2．0～5．0原油。合理控制钻井液密度：鹰山组Area[J]．PetroleumDrillingTechniques，2010，38(4)：38-40．1．30kg／L左右，开派兹雷克组1．45kg／L左右。[4]李伟廷．元坝1井超深井钻井技术[J]．石油钻探技术，2009，37强化对地层微裂缝的封堵：加入足量低荧光乳化沥(2)：94—99．青，控制滤失量；加强对钻井液膨润土含量的测定，LiWeiting．Ultra—deepdrillingtechnologiesusedonWell使用抗温性能好的处理剂。同时制订了稳定微裂缝Yuanba一1EJ]．PetroleumDrillingTechniques，2009，37(2)：94—地层井壁的技术措施：钻至易塌井段前，甩掉稳定99．器，装上震击器；避免在易垮塌井段进行定点循环；[5]蒋祖军，肖国益，李群生．川西深井提高钻井速度配套技术[J]．石油钻探技术，2010，38(4)：30—34．选用合适的钻压与转速；遇到异常情况停钻分析。JiangZujun，XiaoGuoyi，LiQunsheng．TechnologytoincreaseYB1—2X井直井段、YBI-1井定向段、BT6井和BT7deepwelldrillingspeedinWesternSichuan[J]．Petroleum井奥陶系火成岩段应用了微裂缝地层井壁稳定技DrillingTechniques，2010，38(4)：30—34．术，未出现井壁失稳问题。[6]高航献，瞿佳，曾鹏珲．元坝地区钻井提速探索与实践[J]．石油钻探技术，2010，38(4)：26-29．3结论与建议GaoHangxian，QuJia，ZengPenghui．ResearchandpracticetOimprovedrillingspeedinYuanbaArea[J]．PetroleumDrillingTechniques，2010，38(4)：26-29．1)巴麦地区是勘探开发新区，钻井地质环境较[7]蒋金宝．西部深层钻井提速关键技术研究[D]．濮阳：中原石油为复杂，需要针对上第三系以上地层阻卡严重、二叠勘探局博士后工作站，2011．系和石炭系井壁稳定性差、深部地层机械钻速低等JiangJinbao．Keydrillingspeedenhancementtechnologyfor主要钻井技术难点开展技术攻关与现场试验。deeplayerinWestArea[D]．Puyang：ZhongyuanPetroleum2)针对巴麦地区钻井技术难点，开展了高压喷ExplorationBureau．PostdoctoralWorkstation，201l_