东海X区块钻井提速研究与应用.pdf
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1、收稿日期:;修订日期:。作者简介:孙乾坤(),男,工程师,现从事海洋石油天然气钻井工作。:。文章编号:()东海 区块钻井提速研究与应用孙乾坤(中海油能源发展股份有限公司工程技术上海分公司,上海 )摘要:东海 区块地层可钻性较差,导致机械钻速低、钻头进尺短、井眼浸泡时间长、钻具遇阻遇卡,钻井效率低下,在对区内历史井地层特性、岩石抗压强度及钻头使用情况等分析的基础上,开展了钻井提速研究。结果表明,钻头优化、使用复合冲击器、井身结构优化的配套系统性提速方案可提高钻井效率、缩短钻井周期、降低复杂情况、加快油气勘探进程。其中,根据复合冲击器的工作原理和寿命优化井眼轨迹,对钻头设计时使用中等抛物线、加强肩
2、部布齿密度,可解决区内钻头磨损严重、单个钻头进尺少需 趟钻完成一个井段作业、深部地层平均机械钻速低于 等一系列难题。该提速方案现场应用,减少了卡钻、井眼垮塌等井下复杂情况,实现了各开次井眼一趟钻工程,缩短钻井周期 ,并在该区块创下了单只钻头进尺和机械钻速等多项新记录,钻井效率明显提高,为东海油气勘探提速增效探索了一条可行的技术路线。关键词:东海 区块;钻井提速;钻头优化设计;复合冲击器中图分类号:文献标识码:(,):,:;近年来,海洋石油钻探提出了“向深海求发展,向深层要资源”的战略目标,这使得东海海域油气钻 年 月石 油 地 质 与 工 程 第 卷第 期探深度进一步加大。东海 区块深部地层以
3、致密砂岩为主,局部含砾,从花港组下部开始,地层可钻性变差;钻至主要目的层平湖组后,砂岩孔隙度进一步降低,偶见硬质夹层,使得钻头的可钻性进一步削弱。由于深部地层可钻性差,钻头机械钻速偏低、钻头易损坏、单只钻头进尺短,需要频繁起钻更换钻头,使得钻井周期进一步延长 。钻井周期延长又使得井眼浸泡时间增加,引发了一系列井壁稳定问题,导致钻具遇阻和卡钻等情况的出现,严重制约了油气勘探进度,因而钻井提速势在必行 。目前整个行业钻井提速的技术主要有冲击钻井技术、钻头优化技术、脉冲射流提速技术等 。针对 钻头在硬地层中使用效果较差的问题,国内外在 钻头的切削齿、结构设计、水力设计等方面不断改进创新,一定程度上提
4、升了 钻头在硬地层中的表现,但当地层岩性非均质性强以及局部存在特殊岩性时,一款 钻头很难做到同时兼顾。如何实现较高机械钻速的同时又能保证钻头不被过早损坏是一大技术难题。复合冲击器将钻头与提速工具合二为一,作为冲击钻井技术的主要工具,可将水力能量转化为脉冲能量,为钻头提供一个均匀的机械冲击力,既能提高钻头的破岩效果,又能延长钻头的使用寿命 ,特别适合东海深部致密砂岩地层,可作为东海钻井作业提速提效的重要工具,具有广阔的运用前景。项目概况?东海 区块地层软硬交错频繁、断层发育,地质构造十分复杂,致使钻井周期长。其中,花港组中部以上为软 中硬地层,地层岩石抗压强度 ,可钻性好;花港组下部至平湖组上部
5、地层岩石硬度大、研磨性高,该层位岩石抗压强度达 ,局部含硬夹层,抗压强度超过 ,可钻性变差。此外,花港组中下部地层局部含砾,砾径可达 ,最大 ,易造成钻头冲击损坏,导致单只钻头进尺短。平湖组顶部盖层为泥质胶结,局部含灰,钻头“吃入”困难,机械钻速进一步降低;平湖组底部地层抗压强度继续增大,可钻性进一步恶化。?历史资料表明,在 区块,井眼直径为 时,平均每口井需 趟钻钻至中完井深,大多数钻头磨损严重;井眼直径为 时,井眼每口井需 趟钻钻至完钻井深。其中,井眼均从玉泉组开始,井在花港组地层使用钻头较多,磨损严重,故在花港组中部中完;井和 井 井眼均钻穿花港组中完。井眼 井仅在花港组下段就造成 只钻
6、头磨损,在平湖组则使用了 只钻头,整体使用钻头数量最多;井和 井 井眼在平湖组地层钻进,只钻头即完成了进尺任务,但机械钻速较低。对钻头使用情况整体分析可知,井使用钻头数量最多,整井钻井效率最低;井使用钻头数量最少,整井钻井效率最高。?结合地层抗压强度数据及邻井钻头的整体表现来看,提速主要面临以下几个问题:)玉泉组及以上地层属于松软地层,地层岩石抗压强度普遍小于 ,整体可钻性好,为提高钻井作业效率,钻头需具有较强攻击性,且要保证一趟钻钻至设计井深。)龙井组、花港组地层抗压强度高,地层岩石抗压强度普遍大于 ,尤其是花港组地层抗压强度明显变大,且含砾,可钻性变差,易造成钻头冲击损坏,常规钻头纯钻时间
7、超过 磨损严重,机械钻速持续低于 。攻击性强的钻头不能适应该地层,攻击性弱的钻头机械钻速偏低,影响作业时效,钻头对上下地层有效兼顾难度大。)平湖组地层硬夹层较多,地层岩石抗压强度普遍大于 ,局部硬夹层岩石抗压强度超过 ,泥岩致密,部分井段为灰质胶结,可钻性差,常规钻头“吃入”困难,纯钻时间超过 ,机械钻速持续低于 ,钻进效率大大降低。技术对策研究针对项目实际情况,制定的提速技术思路为:根据区域地层岩性特点对 钻头进行针对性设计改进,配合复合冲击器提速工具,根据复合冲击器的使用寿命优化井身结构。?常规钻具在可钻性差的地层中钻进时,上部钻具的转速相对稳定,不断积蓄扭矩,而下部钻具在 钻头“吃入”地
8、层时转速降低,破碎岩石时转速突增,扭矩瞬间释放,从而出现“黏滑”现象。复合冲击器通过内部能量转换装置将钻井液的水力能量转孙乾坤东海 区块钻井提速研究与应用化为脉冲冲击能量,而后通过能量分配装置将部分流体能量转换成一定频率、周向扭转、冲击型的机械能 ,工具的内部结构为纯金属机械结构,无电子元器件和橡胶密封件,通过换向机构将泥浆水力能量转化为高频、稳定的周向冲击和轴向冲击能量,可以提供 的冲击频率,总能量可达到 。此外,给钻头施加高频稳定的周向和轴向冲击力,扭矩波动幅度较小。该工具除具备传统扭冲工具扭力冲击的特点和优势外,还开创性集成了轴向冲击功能,减轻近钻头位置的托压和黏滑,让钻头受到的应力更均
9、匀更平稳,配合专用 钻头独有的锥形冲击齿在高硬度地层形成预破碎作用,提高了穿透硬夹层的能力,延长了 钻头的使用寿命,从而增加单只钻头的工作进尺。复合冲击器在设计时,为了使轴向脉冲和扭转反冲两个模块有效工作,使用测井方法,结合邻井测井数据和钻井参数,获取地层岩性数据,以判断地层岩石的软硬强度,比较地层岩性与钻井的动态变化,并结合有效信息,实时判断和启动复合冲击钻具的轴向脉冲模块或扭转反冲模块。钻进中硬、高研磨地层时,通过增大泵注排量、提高钻压等作业指令启动复合冲击钻具的轴向脉冲模块。当钻入软到中硬且相对均匀的地层时,启动复合冲击钻具的扭转反冲模块,以实现 钻头的高效扭转切削功能 。?一般情况下,
10、在地层质地较软且研磨性较低的地层中,常采用具有较长的锥形剖面钻头,这有利于提高钻头的机械钻速并极大的改善钻头的稳定性。钻头的外锥越长,可布齿量越多,钻头在“吃入”地层时,内外齿磨损会更加均匀,有利于提高钻头的使用寿命。在硬质地层或者研磨性较强的地层中,常采用具有较平缓剖面的钻头,有利于提高钻头的稳定性,从而提高钻速。此外,切削齿的加速磨损和冲击碎裂是影响 钻头在强研磨性硬地层中钻进效果的主要因素。采用高密度布齿,可以提高 钻头的耐磨性,但较大的接触面积会影响钻进速度,所以高密度布齿的钻头应考虑其单个齿的地层“吃入”效果,为提高钻进速度,高密度布齿的钻头要严格考虑切削齿后倾角的设计。在钻进硬地层
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