鄂尔多斯盆地白豹油田快速钻井技术

1 基本情况

白豹油田位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡白豹鼻隆, 是2003年投入开发的新油田。油层以三叠系延长组长4+5、长6、长8为主, 根据开发的目的层不同可分为三个井区:白157井区、白155井区和白168井区。

间, 靶半径小于30m, 井眼轨迹控制难度大。

2 钻井提速中所面临的技术难题

(1) 中靶垂深在2000m~到2300m之间。

(2) 富县组富含高研磨性石英砂岩, 对钻头、稳定器磨损严重, PDC无法钻穿, 起下钻换钻头频繁。

(3) 黄土层疏松, 易斜易漏, 堵漏困难。

(4) 直罗组蒙脱石含量高, 遇水易水化、膨胀、分散, 引起井壁垮塌, 形成大肚子井眼, 如果长时间滑动, 造成起下钻遇阻, 电测一次成功率。

(5) 井下事故与复杂较多, 主要表现在志丹统渗漏严重, 部分井和井区发生失返性漏失, 堵漏时间长。富县组石英砂岩段, 起钻遇阻卡严重, 事故多发。

(6) 长4+5、长6、长8油层滚动开发, 同一靶点垂深接近的井增多, 全井段防碰绕障困难。

(7) 井筒内岩屑堆积, 石英砂岩比重大, 上返不及造成蹩钻。

(8) 白155井区和白168井区开发的目的层分别为长6和长8, 延长组井段长, 可钻性差, 钻时慢, 轨迹调整极为困难。

3 提速技术思路

由于富县石英砂岩的高研磨性, 2005年以来试验多种PDC均不能钻穿富县, 直到2007年底使用改进的BTM115A实现了一趟钻零的突破。因此该区块的提速思路是:优化改进双级切削结构PDC, 优化钻具结构和剖面控制思路, 强化钻井液携砂防塌性能, 提高一趟钻比例, 力争两趟钻, 确保三趟钻。

4 关键技术

4.1 钻头优选

PDC钻头作为“四合一”钻具的核心, 直接影响着“四合一”钻具功效的发挥。由于PDC钻头与地层的适应性和现场操作水平高低都将影响到机械钻速和钻头进尺。白豹区块特殊地质岩性致使PDC钻头在选型和使用上受到很大限制。为了做到针对不同井区选择适应不同层位的PDC, 近两年来分别在试验优选8 3/4〞和8 1/2〞PDC上做了大量的工作。

4.1.18 3/4″PDC钻头的选型和改进

白豹区块近几年使用PDC在上部及中部地层获得了较高的机械钻速, 单只钻头较牙轮平均进尺增加了1000m, 有效的缩短了钻井周期, 为提速工作做出了极大的贡献, 但这些型号的PDC均无法穿越富县, 下部井段起钻频繁。

2008年后在辖区井队试验了改型后的“双排齿”PDC钻头, 性能有了较大提高, 试验3只, 两只成功穿越富县并历史性地实现了长4+5的“一趟钻”工程, 达到了白豹区块进一步提速的目的。

该试验钻头和2007年的钻头相比有以下特点:增加肩部复合片量, 增加了后排齿, 改变钻头冠部设计, 与以前相比更平, 受力更均匀, 增加了冠部参与切削齿的数量, “双排齿”加强了保径作用, 较以往的钻头在耐磨方面得到了加强, 钻头底部更平, 使钻头在相同钻压下, 牙齿吃入地层深度较浅, 钻头受力更加均匀, 定向滑动扭方位时反扭角取值小, 工具面稳定, 提高了深井段的定向滑动效率和精度。

4.1.28 1/2″PDC钻头的选型和改进

为解决长8油层延长组较长、机械钻速较低的问题, 2008年在白168井区试验不同厂家8 1/2″PDC钻头, 3只取得了显著的效果, 基本上解决了延长组钻时慢的问题, 实现了延长组不起钻完钻。平均机械钻速达28.27m/h, 日进尺保持在500m左右, 增幅明显。

在开发长8油层延长组使用PDC钻头, 机械钻速明显比使用牙轮钻头要高的多, 减少一次起下钻, 可以避免掉牙轮事故发生。

4.2 钻具结构

“四合一”模式把PDC钻头、单弯螺杆、短钻铤和稳定器四种工具结合, 不但发挥PDC的快速钻进优势, 同时又能够满足轨迹控制要求, 达到了减少起下钻、解放机械钻速、降低井下风险的使用效果。当然这种结构并不是一成不变的, 从提出到确定经历了不断地摸索和实践。

4.2.1 短钻铤长度的确定

2008年改变了以往根据不同的位移选择不同长度短钻铤的思路, 缩短短钻铤的长度, 仅靠调整初始井斜来完成不同位移的井, 这样做一方面规律性比较强, 易于总结和提高, 另一方面短钻铤过长时井斜不易控制, 往往会因增斜过快而轨迹失控, 因此, 确定并缩短短钻铤长度成为优化结构的一大亮点。“四合一”结构从而更加紧凑, 稳方位、稳井斜的能力变得更强。

4.2.2 大功率螺杆的推广应用

7LZ172螺杆在大排量条件下能更好地发挥其优势, 所以得到了进一步的推广。

4.2.3 稳定器的匹配

在现场使用中, 上稳定器外径一般在206~2 1 5 m m之间, 下稳定器外径一般在211~213mm之间。特别要强调当螺杆稳定器小于204mm时禁止入井。

4.3 剖面优化

4.3.1 优化剖面设计, 提高造斜点

根据白豹区块的地层特性, 结合“四合一”钻具强稳方位和小井斜下稳斜的特点, 逐步提高造斜点, 降低了施工难度。具体方案:以环河和华池地层为造斜地层, 以洛河底和直罗下部为主要调整井段, 尽量沿设计轨迹运行, 及时微调, 尽最大可能降低最大井斜角。

优点如下几点。

(1) 在井较浅的时候定向滑动, 工具面容易到位, 提高了定向滑动的施工效率。保证了施工的连续性。

(2) 有利于二开后的防碰绕障, 减少了因直井段过长两井相碰的机率。

(3) 斜井段的井斜较小, 有利于轨迹控制过程中的微调, 降低了施工难度。

(4) 增大下部井段轨迹控制中靶范围, 从而增加了复合钻进井段, 提高钻速。

(5) 避免了某些区块洛河井易斜造成直井段井斜超标的现象, 从而可以完全解放参数。

4.3.2“四合一”钻具组合

“四合一”钻具选择原则:二开以后防碰困难、急需绕障的井, 先下入螺杆带牙轮钻头绕障至安全井段, 再下入“四合一”钻具施工。白豹不同的井区目的层不同, 完钻垂深从2000m~2300m不等, 所以应该有针对性的选择适应不同井区的施工思路。

(1) 目的层在长6及长8的白155井区和白168井区。

(1) 第一趟钻钻具组合选择方案。

φ215mmPDC钻头+φ172mm (1°) 螺杆+φ165mm短钻铤×6m+φ215mm稳定器+φ178mm钻铤×9~12根。

该钻具组合在洛河层复合微增斜, 增斜率1~2°/100m, 安定地层微降, 直罗、延安微降、稳斜。

(2) 第二趟钻钻具组合选择方案。

第二趟钻为穿富县组钻具组合, 经过多年实验, 归纳为选择222牙轮钻头复合钻井钻具组合:

φ215mm钻头+φ172mm (1.2°) 螺杆+φ1 6 5 m m短钻铤×4 m+φ2 1 4 m m稳定器+φ178mm钻铤×9~12根。

(3) 第三趟钻钻具组合选择方案。

第三趟钻钻具组合为延长组完钻组合:

φ216mmPDC钻头+φ172mm (1.2°) 螺杆+φ1 6 5 m m短钻铤×3 m+φ2 1 5 m m稳定器+φ178mm钻铤×9~12根。

(2) 目的层在长4+5的白157井区

该区块钻穿富县后距离完钻还有300m的斜井段, 这就为改良PDC钻头, 实现穿富县后不起钻完钻提供了可能。因此, 选择钻具组合:φ222mmPDC钻头+φ172mm (1°) 螺杆+φ1 6 5 m m短钻铤×5 m+φ2 1 5 m m稳定器+φ178mm钻铤×9~12根, 轨迹及时微调, 依据钻时情况, “确保两趟钻, 力争一趟钻”完钻。

4.4 钻井参数

4.4.1 表层快速钻井的配套参数

黄土层钻进是表层施工的关键, 把它分成小于50m的浅表层和大于50m的深表层两个井段施工, 石板层钻进是影响整个表层钻井速度的主要因素, 用通常的施工方法, 钻进一个单根时间在1h~2h。整个表层参数的确定以速度最大化和排量最优化为原则。

4.4.2 二开后各井段施工参数的优化

(1) 上部地层“四合一”组合钻井参数优选。

滑动:钻压40 kN~120 kN;泵压:4 MPa~6 MPa

排量:26L/S~30L/S

复合:钻压80kN~160kN;转数:50N/分~70N/分;泵压:1MPa~15MPa;排量:34L/S~38L/S。

(2) 下部地层钻具组合钻井参数。

钻压:120kN~160kN;转数:50N/分~70N/分;泵压:8MPa~12MPa排量:34L/S~38L/S。

4.5 轨迹控制过程中抓住三个关键点

要提高钻井速度, 井眼轨迹必须始终在可控的范围内, 轨迹控制过程中, 抓住洛河底、直罗底和富县底三个点的井斜成为能否完成高效施工的关键。洛河底是整口井井斜最大的一个点, 进入安定组后井斜就不再继续增了, 将会稳斜至直罗底部, 进入延安组后会呈现出一个微降斜的趋势, 直至进入富县组井斜开始微增, 出富县后在整个延长组都是降斜的, 因此, 轨迹控制中应抓住三个拐点, 要求出洛河时井斜大于靶心3°, 出直罗时井斜大于靶心3°左右, 出富县时井斜大于靶心4°左右, 在这其中, 洛河底和富县底都属于砂岩, 钻时较快, 滑动施工起来效果显著, 可充分利用这一特点在这两个关键点前滑动施工做一次调整, 而直罗组这一个关键点不易寄希望于一次集中调整, 可利用复合滑动相结合的方式达到这一目的。

5 应用效果分析

一趟钻完成井的各项技术指标均高于非一趟钻。一趟钻完成井的机械钻速较非一趟钻提高了10.33%, 钻井周期和建井周期分别缩短了25.75%和16.11%。

在本区块完成“一趟钻”施工, 各项技术指标取得了很大的提高。机械钻速提高了18.10%, 钻机月速提高了27.07%, 钻井周期节约了2.32天。

6 结论和认识

(1) 白豹区块的技术提速推动各项钻井指标提高。

(2) 白豹通过PDC钻头改型, 解决了穿富县难的问题, 实现了钻井大提速, 特别是一趟钻比例提高, 主要在长4+5、长6地层实现了一趟钻。

(3) 良好的泥浆性能是杜绝井下事故, 避免PDC钻头重复切削而造成先期破坏的保障, 是白豹提速的前提。

(4) 固定短钻铤长度, 下入稳斜结构, 小井斜施工, 把握好剖面中的三个拐点, 是轨迹控制技术的关键。

摘要：近几年, 随着白豹油田的开发, 钻井步伐逐年加快, 但是由于该油田地层可钻性差, 富县含有高研磨性石英砂岩等因素, 严重制约着油田的开发速度。自2006年钻井提速以来, 经过技术探索, 逐步完善、成熟白豹钻井特色技术, 因地制宜、合理配套、扩大应用, 使得油田钻井速度连续4年大幅度提高。找到了制约钻井提速的技术瓶颈。本文着重总结近4年的技术实践, 全面介绍具有白豹特色的快速钻井技术。

关键词：白豹油田,复合钻具,PDC钻头,钻井,提速

参考文献

[1] 陈景奎, 熊战, 赵云飞, 等.二连地区钻井提速配套措施及效果[M].石油工业出版社, 2007.