致密砂岩小井眼水平井安全钻井关键技术.pdf
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1、2023年第8期西部探矿工程*收稿日期:2022-08-15修回日期:2022-09-20作者简介:许翔舒(1985-),女(汉族),吉林松原人,助理工程师,现从事定向井井身质量、钻井工程技术相关工作。致密砂岩小井眼水平井安全钻井关键技术许翔舒*(大庆钻探钻井四公司,吉林 松原 138000)摘要:近年来,随着常规油气资源接替储量的日益减少和开发难度的不断增大,以致密砂岩油气藏、煤层气、天然气水合物和泥页岩油气藏为主的致密砂岩油气藏勘探开发已经引起人们的高度重视。目前国内钻井公司已经初步具备了相关技术能力,但仍需在小井眼长水平段水平井井眼轨迹高效控制、小井眼长水平段钻头优选、小井眼长水平段钻井
2、装备配套和致密砂岩油气藏钻井液技术等方面进行深入研究和现场实践,形成致密砂岩油气藏优快钻井配套技术,提高致密砂岩油气藏钻井施工技术水平,加快油田非常规油气藏开发进程。关键词:高陡地层;防斜打快;控斜钻具;复杂岩性;安全钻井中图分类号:TE243 文献标识码:A 文章编号:1004-5716(2023)08-0034-04本文以国内油田F区块为研究对象,该地区致密砂岩存在埋藏深、岩性致密、研磨性高、开采难度大等特点1-2,根据油田工作部署,致密砂岩油气藏的开发将成为下一步主力增产油气藏。根据致密砂岩开采过程中的特点及难点,保证致密砂岩钻井安全高效,开展了致密砂岩油藏安全钻井关键技术攻关。1致密砂
3、岩小井眼水平井钻机优选钻机是钻井工程中最重要的核心设备,钻机的选择直接影响钻井施工的效率和质量。一般来说,大部分钻井施工单位都将钻井的主参数设置为钻机公称钻深或最大钩载。这两个参数能够直接反映钻机能够钻深的能力和载荷能力3。1.1钻机选择主要原则最大钩载是钻井重要的参数,API(美国石油协会标准)也将80%套管破断强度或者是100%钻杆破断强度来计算最大钩载值。即:0.8Q断=Q套(1)Q套=q套L式中:Q套套管在空气中的重力,kN;q套套管柱单位长度,N/m;L套管柱长度,km。Qmax=0.8Q断=1.25q套L(2)1.1.1绞车(或起升系统)选择原则钻井设备中起升系统是重要的使用设备,
4、包括动力系统、辅助系统(刹车、安全等)、各类吊装工具等4。钩载储备系数尽量选大些(一般1.60)。井架高度hA,一般应满足hA1.7Ls(Ls为立柱长度,m)。大钩的起升速度直接影响起下钻速度,速度过高受立柱长度、快绳速度及操作安全的限制;速度过低,则起钻速度过慢,影响起下钻效率。一般要求将最低速度选在0.450.5m/s,最高速度可按经验公式(3)选取。VF=b/z(Ls)2(3)式中:Ls立柱长度,m;z游动系统有效绳数;b系数,取3或4,在机械化操作水平高的条件下选用4。绞车的排挡数越高,就越能合理的分配绞车动力,减少起钻时间,但是对现场操作人员的能力要求越高,建议根据现场优化选择。1.
5、1.2转盘(旋转系统)选择原则转盘开口直径应留有足够大的安全直径,通常情况下应该比钻井最大使用钻头大1cm。转盘转速可调范围大。转盘最大静载荷应与钻机最大钩载匹配。转盘(顶驱)额定功率应满足最大工作扭矩。1.1.3钻井泵(循环系统)选择原则根据设计井井身结构、钻柱组合及钻井液性能,342023年第8期西部探矿工程确定满足钻井中携带钻屑的最小流量。满足钻至设计井深允许的最高泵压和携带钻屑的最小流量。满足钻井水力参数优选中,最高泵压和最优流量的选择。泵压和流量是一对相互制约的参数,现场施工时应该在满足钻井水力参数优选中优化选择。能承受高泵压且流量可调范围大。1.2F区块致密砂岩小井眼水平井钻机设备
6、优选结果针对F区块致密砂岩小井眼水平井钻井施工技术特点及难点5,通过以上技术分析,优选钻机类型、优化设备配置。设计使用了三台设备参与了F-1区块的致密砂岩试验井(表1),其中一台70型钻机,两台50型钻机,均配备顶驱,全面提升了处理各种复杂工况的能力;并采用先进的固控设备,包括三联振动筛,中、高速离心机等,保证钻井液经过四级固控设备,确保钻井液净化能力。通过钻机优选和设备优化配置,极大地提升了处理复杂情况的能力,最大限度地保证了施工安全,为致密砂岩试验井的成功奠定了强有力的设备保证。2小径钻杆优选与应用针对常规152.4mm井眼钻井过程中存在机械钻速慢、钻井效率低、钻井事故率高等特点,项目组在
7、充分分析影响因素的基础上,寻找现有技术的瓶颈。分析认为当前152.4mm井眼钻井所使用的88.9mm钻杆存在循环压耗高、抗扭强度小、钻压传递困难、复合钻进稳斜效果差、滑动钻井工具面调整困难等多方面不利因素,借鉴国外先进经验并结合F区块致密砂岩油气藏钻井的自身特点,决定使用101.6mm双台肩非标准钻杆,因此需对101.6mm钻具的使用工艺进行研究及其配套的实用工具进行改进。2.1工艺改进措施2.1.1螺纹参数优选螺纹牙型角、牙高、锥度、台肩长度等螺纹参数的优选,以及螺纹有限元模拟分析计算,其中螺纹锥度的确定和螺纹台肩长度的控制是螺纹技术的关键6。国外以及国内其他地区钻井作业使用的101.6mm
8、双台肩非标准钻杆接头型号多为NC40,其抗扭强度为31884Nm,管体的抗扭强度为56800Nm,接头的抗扭强度低于管体的抗扭强度。针对深层致密砂岩油气藏的钻井特点,项目组设计了新型双台肩接头的结构尺寸和螺纹牙型,经改进后的新型接头抗扭性能和管体抗扭性能得到平衡,接头台肩和螺纹的自身抗扭能力得到提高,整体抗扭屈服极限超过50000Nm。并且新型接头的内径经过增大后能基本实现钻杆内径平滑过渡,使得钻具的水力性能明显提高。2.1.2井口工具、钻井工具和井下防磨工具等配套工具的研制研制开发了与新型接头配套使用的钻井工具,经多口井使用表明,配套的井口及井下工具设计合理,安全可靠。2.2.3确定了配合1
9、01.6mm钻具的钻井施工工艺经过多口井的试验及改进,取得了良好的效果,综合应用了双台肩连接、螺纹牙型优化和增大钻杆内径的改进方案,确定了该型号钻具使用时的钻井参数,解决了提高扭矩和提高水力效率的矛盾。2.2现场应用情况在 F 区块已完钻的 9 口试验井中全部使用了101.6mm 钻具,取得了良好效果。以XXX-1井为例,对相同井深、相同钻井条件下,使用两种不同钻具进行软件模拟,对岩屑床厚度进行对比。模拟条件:井深4916m,泥浆密度1.25g/cm3,177.8mm套管下深2900m,摩擦系数0.250.3,机械钻速6m/h,顶驱转速90r/min。随着钻井排量的提高,岩屑床厚度逐渐降低,在
10、完全清除岩屑床之前,相同排量下88.9mm钻具产生的岩屑床始终高于101.6mm钻具。101.6mm钻具在排量达到15L/s时,岩屑床可完全清除;88.9mm钻具在排量需达到18.3L/s时,岩屑床可完全清除(图1)。现场根据模拟结果及设备条件优选14L/s排量进行钻进施工,配合定期短起下作业,保证了钻井效率和井下风险。多口井的使用结果表明,101.6mm钻具与88.9mm钻具相比提高了水力功率,增加钻头压降,提高钻头水力破岩能量,提高钻井效率;采取的双台肩密封技术避表1F-1区块钻机选型统计表井号XXX-2HFXXX-3HFXXX-4HFXXX-5HFXXX-6HFXXX-7HFXXX-8H
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