準(zhǔn)噶爾盆地南緣下組合超深井鉆井技術(shù)研究與應(yīng)用

石建剛 (中石油新疆油田分公司工程技術(shù)研究院,新疆克拉瑪依834000)

準(zhǔn)噶爾盆地南緣下組合超深井鉆井技術(shù)研究與應(yīng)用

石建剛 (中石油新疆油田分公司工程技術(shù)研究院,新疆克拉瑪依834000)

準(zhǔn)噶爾盆地南緣下組合勘探程度低,針對井身結(jié)構(gòu)設(shè)計難度大,鉆井液體系不完善,鉆井提速難度大等難點,為了確保獨山1井的順利實施,利用地震資料建立了地層壓力剖面并結(jié)合地層情況,確定了四開備五開的井身結(jié)構(gòu)方案;通過室內(nèi)試驗研究,形成了抗高溫高密度鉆井液體系;利用測井資料建立巖石力學(xué)特性剖面,優(yōu)選出高效鉆頭序列。實鉆結(jié)果表明,獨山子背斜縱向上存在多套異常高壓地層;抗高溫高密度鉆井液體系能夠滿足下組合安全鉆井的需要;PDC鉆頭提速顯著,全井平均機械鉆速達到2.28m/h。獨山1井的鉆探為準(zhǔn)噶爾盆地南緣下組合的勘探積累了寶貴的經(jīng)驗。

準(zhǔn)噶爾盆地南緣;下組合;超深井;鉆井技術(shù);壓力系統(tǒng);井身結(jié)構(gòu)

準(zhǔn)噶爾盆地南緣前陸沖斷帶油氣資源豐富,油氣資源探明程度低[1]。前期鉆探主要集中在以古近系紫泥泉子組和新近系沙灣組為主的中、上成藏組合上,而以侏羅系為主的下部成藏組合勘探程度低,是新疆油田尋找規(guī)模儲量的重要勘探領(lǐng)域[2]。

獨山1井是部署于準(zhǔn)噶爾盆地南緣獨山子背斜主探下組合侏羅系齊古組的一口風(fēng)險井。經(jīng)過多年的技術(shù)攻關(guān),新疆油田已初步形成了一套完整的針對中、上組合的鉆井配套技術(shù)。目前下組合的勘探還處于探索階段,僅在西湖背斜鉆探了西湖1井。針對下組合鉆井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計難度大,鉆井液體系不完善及深井鉆井提速難度大等難點,為確保獨山1井的快速安全鉆井,開展獨山1井鉆井技術(shù)研究具有重要的意義。

1 鉆井技術(shù)難點分析

1.1 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計難度大

獨山子背斜勘探程度比較低,前期鉆井主要集中在古近系安集海河組以上地層,下部多套地層未鉆遇。受地震資料品質(zhì)影響,下部地層壓力系統(tǒng)、地質(zhì)分層及完鉆井深難以準(zhǔn)確預(yù)測,井身結(jié)構(gòu)難以合理確定[3]。

1.2 鉆井液體系不完善

準(zhǔn)噶爾盆地南緣經(jīng)過多年技術(shù)攻關(guān),鉆井液體系不斷完善,由早期的聚合物體系到目前的PRT有機鹽體系,基本能夠滿足南緣中、上組合的鉆探需求。隨著勘探目標(biāo)層的逐漸加深,針對下組合高溫高壓地層,仍需進行抗高溫高密度鉆井液體系研究。

1.3 深井提速難度大

深井機械鉆速低一直是困擾鉆井速度的重要瓶頸。獨山1井上部地層傾角大 (45～50°),防斜與打快矛盾突出;大井眼受鉆頭選型局限,很難隨地層巖性變化選擇合適的鉆頭;下部地層壓實程度高,提速難度大,并且在鉆井參數(shù)選擇、新工具新工藝應(yīng)用方面也受到客觀條件的限制。

2 鉆井技術(shù)對策

2.1 合理井身結(jié)構(gòu)的確定

科學(xué)合理的井身結(jié)構(gòu)要根據(jù)地層情況和地層壓力信息來確定套管層次和各層套管的合理下深[4]。利用獨山子背斜地震資料建立了獨山1井地層孔隙壓力剖面,并結(jié)合地層特點及區(qū)域已鉆井情況,得出獨山1井井身結(jié)構(gòu)存在3個必封點和1個風(fēng)險點,具體見表1。

表1 獨山1井井身結(jié)構(gòu)必封點分析

圖1 獨山1井井身結(jié)構(gòu)方案示意圖

通過井身結(jié)構(gòu)必封點及風(fēng)險點分析,獨山1井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計為四開備五開(圖1)。備用方案因下部地層壓力高, ?177.8mm技術(shù)尾管選用鋼級VM140 HC,壁厚13.72mm的套管,因此五開先采用?146.1mm鉆頭鉆至設(shè)計完鉆井深,然后擴眼至?158.8mm,懸掛?127mm油層尾管,再回接?177.8mm技術(shù)尾管至井口。

2.2 鉆井液體系優(yōu)化

針對南緣下組合超深井鉆井面臨的高密度鉆井液抗高溫和抗污染的難題,在原有成熟的PRT鉆井液體系基礎(chǔ)上,引入新型全陽離子抗高溫材料,并優(yōu)選表面活性劑實現(xiàn)復(fù)配增效,最終形成適合南緣下組合鉆井的抗高溫高密度鉆井液體系。

鉆井液體系配方:0.06t/m3膨潤土漿+0.03t/m3TX堿液(TX(流型調(diào)節(jié)劑)∶KOH(質(zhì)量比)=3∶1)+0.1t/m3PPL(防塌劑)+0.03t/m3RSTF(抗溫降濾失劑)+0.05t/m3CPF(降濾失劑)+0.01t/m3Redu200(降濾失劑)+0.02t/m3JNJS220(抗高溫抗鹽降濾失劑)+0.005t/m3SP-80(乳化劑)+0.02t/m3KH-n(防塌封堵劑)+0.03t/m3CPA(封堵劑)+0.03t/m3KCl+ 0.05t/m3RH-220(潤滑劑)+0.003t/m3CaO+重晶石。

鉆井液體系主體性能評價的試驗結(jié)果見表2。在鉆井液密度2.35g/cm3,實驗溫度200℃熱滾后鉆井液性能穩(wěn)定,流變性能良好,有較強的抑制性能,巖屑回收率達到92.26%。

表2 鉆井液體系性能評價結(jié)果

同時,該體系抗污染性能評價結(jié)果見圖2。初期NaCl、石膏對鉆井液體系的流變性影響較小,但隨著NaCl質(zhì)量濃度增加至0.15t/m3、石膏質(zhì)量濃度增加至0.02t/m3以上時鉆井液性能出現(xiàn)惡化現(xiàn)象,由此確定出該體系抗鹽、抗鈣污染能力分別為鹽的質(zhì)量濃度≤0.15t/m3,鈣的質(zhì)量濃度≤0.02t/m3。

圖2 鉆井液體系抗污染能力評價結(jié)果

2.3 優(yōu)選高效鉆頭

鉆井提速的關(guān)鍵工具是鉆頭[5]。利用西湖1井的測井資料建立了巖石力學(xué)特性剖面,根據(jù)巖石力學(xué)參數(shù)及PDC鉆頭匹配性,優(yōu)選出了適合獨山1井的鉆頭類型 (見表3)。針對古近系和新近系含礫地層,選擇5刀翼或6刀翼的PDC鉆頭;古近系以下地層抗壓強度適中,可鉆性好,設(shè)計多刀翼X3齒PDC鉆頭,該鉆頭流道面積大,易清洗和攜巖,減少重復(fù)切削,可有效提高破巖效率。同時該鉆頭有較強的耐研磨性和抗沖擊性,穿越夾層能力強[6]。

表3 獨山1井鉆頭選型推薦

3 應(yīng)用效果評價

1)獨山1井實鉆井身結(jié)構(gòu)嚴格按照方案制定的套管下深原則執(zhí)行,四開鉆至井深6185m后,發(fā)現(xiàn)齊古組地層加厚,按原設(shè)計完鉆原則不能鉆至儲層發(fā)育的齊古組一段。因此,在原設(shè)計井深 (6185m)基礎(chǔ)上加深鉆至井深6529m完鉆。

2)三開鉆進中,安集海河組出現(xiàn)異常高壓,鉆井液密度由1.77g/cm3逐步提高至2.22g/cm3。四開鉆進至井深5349m(層位呼圖壁河組)發(fā)生溢流,鉆井液密度提高至2.35g/cm3后恢復(fù)正常;繼續(xù)鉆進至井深5844m(層位侏羅系齊古組)再次發(fā)生溢流,鉆井液密度提高至2.52g/cm3后恢復(fù)正常鉆進,并順利鉆至完鉆井深6529m?，F(xiàn)場對鉆井液性能進行實時評價 (見表4),表明該體系能夠滿足獨山1井高溫條件下(井深6450m處實測井底溫度139℃)安全鉆進的需要。

表4 現(xiàn)場實測鉆井液性能

3)二開安集海河組以上實測地層傾角在40～50°之間,采用Power-V+PDC鉆頭防斜效果明顯,全井段井斜角最大0.38°;下部井段使用PDC鉆頭,提速效果顯著。PDC鉆頭進尺5214m,占總進尺的79.86%,全井平均機械鉆速達到2.28m/h。

4 結(jié)論與建議

1)優(yōu)化后的抗高溫高密度鉆井液體系能夠滿足獨山1井下組合安全鉆井的需求,為今后準(zhǔn)噶爾盆地南緣下組合超深井的鉆探提供了技術(shù)保障。

2)個性化X3齒多刀翼PDC鉆頭對含礫及軟硬夾層發(fā)育的地層具有很好的適應(yīng)性,鉆井提速效果顯著。

[1]雷德文,張健,陳能貴,等.準(zhǔn)噶爾盆地南緣下組合成藏條件與大油氣田勘探前景[J].天然氣工業(yè),2012,32(2):16～22.

[2]劉穎彪,朱忠喜,劉彪,等.西湖1井井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究[J].鉆采工藝,2013,36(2):124～127.

[3]曾武強,鄭基煊,馮才立,等.準(zhǔn)噶爾盆地南緣山前構(gòu)造高難度深井鉆井工藝技術(shù)[J].天然氣工業(yè),2000,20(1),44～47.

[4]鄒靈戰(zhàn),葛云華,張軍,等.龍崗地區(qū)復(fù)雜壓力層系下非常規(guī)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與應(yīng)用[J].石油學(xué)報,2012,33(S2):189～196.

[5]蔣祖軍,肖國益,李群生.川西深井提高鉆井速度配套技術(shù)[J].石油鉆探技術(shù),2010,38(4):30～34.

[6]文乾彬,楊虎,謝禮科,等.準(zhǔn)噶爾盆地阜東探區(qū)鉆井提速技術(shù)[J].石油鉆采工藝,2013,35(6):29～31.

[編輯] 黃鸝

TE245

A

1000-9752(2014)12-0127-04

2014-05-16

石建剛(1982-),男,2005年中國石油大學(xué) (華東)畢業(yè),碩士,工程師,現(xiàn)從事鉆井設(shè)計及科研工作。