鹽222難動(dòng)用區(qū)塊提速提效關(guān)鍵技術(shù)

魏 振,唐志軍

(中石化勝利石油工程有限公司 市場運(yùn)行管理處,山東 東營 257017)

1 勝利油田難動(dòng)用區(qū)塊概述

難動(dòng)用儲(chǔ)量是指在現(xiàn)有技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下,已探明但因儲(chǔ)層條件差難以投入開發(fā)或不具工業(yè)開采價(jià)值的儲(chǔ)量[1]。從儲(chǔ)量的品味和豐度來看,難動(dòng)用儲(chǔ)量屬于低品位儲(chǔ)量,其主要為低孔隙度、低滲透率、低豐度、低產(chǎn)量以及油品性質(zhì)差的儲(chǔ)量和一些特殊類型的石油儲(chǔ)量,勝利油田難動(dòng)用區(qū)塊基本情況如表1所示。

表1 難動(dòng)用區(qū)塊基本情況

勝利油田難動(dòng)用儲(chǔ)量區(qū)塊以砂礫巖、灘壩砂油藏為主,主要是低滲透油藏和超淺稠油油藏,目前篩選出探明未開發(fā)的地質(zhì)儲(chǔ)量為7 528萬t,控制未動(dòng)用地質(zhì)儲(chǔ)量為3 469萬t[2]。以鹽222區(qū)塊為例,該區(qū)塊位于東營凹陷北帶東段,區(qū)塊油藏埋藏中深4 000 m,壓力系數(shù)1.01,地層溫度152 ℃,孔隙度0%～16%,滲透率(0～32)×10-3μm2,屬于低孔低滲油藏。鹽222區(qū)塊自上而下鉆遇平原組、明化鎮(zhèn)組、館陶組、東營組、沙一段、沙二段、沙三段及沙四段,主要含油層段為沙四段砂礫巖體,巖性以礫巖、細(xì)礫巖、礫狀砂巖、含礫砂巖為主,夾泥質(zhì)砂巖和泥巖。

2 難動(dòng)用區(qū)塊開發(fā)技術(shù)難點(diǎn)

鹽222難動(dòng)用儲(chǔ)量區(qū)塊開發(fā)過程中面臨的鉆井工程技術(shù)難題主要有:

(1)儲(chǔ)層埋藏深,鉆井成本壓力大。難動(dòng)用儲(chǔ)量區(qū)塊采取勝利油田分公司與工程公司合作開發(fā)的新模式,鉆井投資較常規(guī)井減少30%以上,使難動(dòng)用儲(chǔ)量區(qū)塊鉆井過程中面臨著更大的提速降本壓力。

(2)鹽222區(qū)塊砂礫巖儲(chǔ)層巖性復(fù)雜,塊狀砂巖、含礫砂、粗、中、細(xì)礫巖摻雜,巖石可鉆性差、研磨性強(qiáng),單只鉆頭進(jìn)尺少,機(jī)械鉆速慢(鹽222區(qū)塊單只鉆頭進(jìn)尺僅為70～80 m,平均機(jī)械鉆速僅為0.60～1.25 m/h)。

(3)五段制井眼軌道設(shè)計(jì)穩(wěn)斜段長、水平位移大、地層造斜特征不規(guī)律、“S”型軌道后期滑動(dòng)降斜摩阻大、憋泵頻繁、鉆進(jìn)時(shí)效低(30～80 min/m)。鹽222區(qū)塊1#井組軌道設(shè)計(jì)參數(shù)如表2所示。

表2 鹽222區(qū)塊1#井組軌道設(shè)計(jì)參數(shù)

(4)難鉆地層巖性復(fù)雜,鉆井提速手段有限,部分提速工具及技術(shù)存在提速不提效的問題,制約著難動(dòng)用儲(chǔ)量的效益開發(fā)。

針對這一系列難題,開展了鉆井工程設(shè)計(jì)優(yōu)化、鉆頭優(yōu)選與優(yōu)化、軌跡高效控制、井筒綜合提速等技術(shù)的研究與現(xiàn)場應(yīng)用,取得了良好的使用效果,為勝利油田類似區(qū)塊的后續(xù)開發(fā)提供有效技術(shù)借鑒,對確保石油產(chǎn)量的穩(wěn)定和增長,緩解國內(nèi)石油資源的供需矛盾具有重要意義[3]。

3 鉆井工程優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)

通過采取井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化、井工廠開發(fā)模式、固完井工藝優(yōu)化、測錄井優(yōu)化等一系列鉆井工程優(yōu)化手段,有效降低難動(dòng)用儲(chǔ)量區(qū)塊的開發(fā)成本[4]。

3.1 井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化

通過地質(zhì)和鉆井工程對區(qū)塊長裸眼鉆進(jìn)條件的論證,用二開井身結(jié)構(gòu)代替原先的三開井身結(jié)構(gòu),一開采用Φ311.1 mm井眼,表層套管加深至600～1 000 m(水平位移超過1 000 m,表層套管下至1 000 m),有效降低鉆井成本,在鹽222區(qū)塊得到了成功的應(yīng)用。

3.2 井工廠開發(fā)模式

鹽222區(qū)塊利用老井場部署兩部網(wǎng)電鉆機(jī),同時(shí)施工2個(gè)井臺、12口井,節(jié)省征地面積,縮短搬家時(shí)間,提高生產(chǎn)運(yùn)行效率;部分鉆井液循環(huán)使用,節(jié)省鉆井液成本;充分總結(jié)地層造斜特性,合理優(yōu)化底部鉆具組合,減少滑動(dòng)鉆進(jìn)比例,提高機(jī)械鉆速。鹽222區(qū)塊井位分布圖如圖1所示。

3.3 固完井工藝優(yōu)化

針對不同地層、不同井段固井質(zhì)量要求對水泥漿添加劑、固井附件進(jìn)行個(gè)性化設(shè)計(jì)。鹽222區(qū)塊3 500 m以上地層采用粉煤灰水泥固井替代以前的漂珠、泡沫固井技術(shù),單井節(jié)約成本20萬元;使用性價(jià)比更高的樹脂扶正器替代液壓扶正器,單井扶正器成本由20萬元降至1～2萬元。

圖1 鹽222區(qū)塊井位分布

3.4 測錄井項(xiàng)目優(yōu)化

針對區(qū)塊油藏開發(fā)要求,采取先鉆井測全測準(zhǔn),后鉆井測少測精的優(yōu)化方針,優(yōu)化測井項(xiàng)目,只測必須測的項(xiàng)目,縮短測井所需時(shí)間,降低復(fù)雜工況概率,大大提高生產(chǎn)運(yùn)行效率[5-6]。

3.5 鉆井裝備配套優(yōu)化

從設(shè)備類別及設(shè)備類型兩方面著手,結(jié)合難動(dòng)用現(xiàn)場鉆井開發(fā)需要,以減少生活設(shè)施、井場用房等輔助設(shè)施為主,同時(shí)優(yōu)化鉆井液循環(huán)系統(tǒng)、井控設(shè)備,制定設(shè)備優(yōu)化配置規(guī)范,達(dá)到優(yōu)化設(shè)備配置、提升設(shè)備運(yùn)行效率、降低運(yùn)行成本的目的。

4 個(gè)性化PDC鉆頭設(shè)計(jì)技術(shù)

勝利油田砂礫巖難鉆地層PDC鉆頭的失效主要表現(xiàn)為切削齒崩、碎、磨損嚴(yán)重,單只鉆頭進(jìn)尺少、機(jī)械鉆速低。根據(jù)難動(dòng)用儲(chǔ)量區(qū)塊利567區(qū)塊、鹽222沙四段砂礫巖巖石力學(xué)特性及義176灘壩砂沙四段巖石力學(xué)特性, 優(yōu)化PDC鉆頭冠部形狀、減小切削齒工作角,提高切削效率;優(yōu)選高性能復(fù)合片,根據(jù)抗沖擊、抗磨損要求進(jìn)行復(fù)合布齒設(shè)計(jì),提高鉆頭使用壽命。上部地層使用一體式定向鉆頭,提高滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)工具面的穩(wěn)定性,提高定向效率;下部含礫地層采用耐磨混合PDC鉆頭,提高鉆頭單趟進(jìn)尺和機(jī)械鉆速[7-8]。

通過個(gè)性化PDC鉆頭設(shè)計(jì)技術(shù),鹽222砂礫巖區(qū)塊的鹽222-斜9、斜7井實(shí)現(xiàn)了使用PDC鉆頭完成全部二開進(jìn)尺的目標(biāo),二開鉆頭的使用數(shù)量由最初的9只(7只PDC和2只牙輪)縮減到4只,其中鹽222-斜7井實(shí)現(xiàn)4只PDC鉆頭完成全部二開進(jìn)尺的目標(biāo),第3只PDC鉆頭沙四段進(jìn)尺656.2 m,機(jī)械鉆速5.07 m/h,創(chuàng)區(qū)塊同井段最高進(jìn)尺和最快機(jī)械鉆速兩項(xiàng)記錄。

5 井眼軌跡高效控制技術(shù)

鹽222難動(dòng)用儲(chǔ)量區(qū)塊2個(gè)井臺,12口井全部采用“S”型、五段式井眼軌道設(shè)計(jì),鹽222-斜12井的最大位移1 149.31 m,完鉆井深4 428.32 m,定向段+穩(wěn)斜段超過3 300 m,井眼軌跡控制難度大。通過利用地層自然造斜率、和漂移規(guī)律,優(yōu)化底部鉆具組合和鉆井參數(shù)等方式,降低滑動(dòng)鉆進(jìn)比例,提高機(jī)械鉆速,取得了良好的效果。[9-10]

5.1 利用地層特性,減小滑動(dòng)鉆進(jìn)比例,提高機(jī)械鉆速

鹽222區(qū)塊采用五段式井眼軌道設(shè)計(jì),穩(wěn)斜段長、水平位移大、降斜施工難度大。在施工中,針對地層造斜特點(diǎn),結(jié)合軌道設(shè)計(jì)特點(diǎn),充分利用地層自然降斜特征和方位漂移規(guī)律,減小滑動(dòng)鉆進(jìn)比例,提高機(jī)械鉆速。鹽222區(qū)塊的滑動(dòng)鉆進(jìn)比例降至5%～7%。鹽222區(qū)塊井眼軌跡優(yōu)化控制思路、方位漂移控制思路,如圖2、3所示,該區(qū)塊方位均為左漂,定向段先向設(shè)計(jì)軌道右側(cè)打出一段位移,再利用地層漂移規(guī)律,復(fù)合鉆進(jìn),準(zhǔn)確中靶,能夠大幅降低滑動(dòng)鉆進(jìn)比例,有效提高機(jī)械鉆速。

圖2 鹽222區(qū)塊井眼軌跡優(yōu)化控制思路

圖3 鹽222區(qū)塊方位漂移控制思路

5.2 優(yōu)化鉆具組合和鉆井參數(shù),減少滑動(dòng)進(jìn)尺比例

根據(jù)地層特點(diǎn),優(yōu)化底部鉆具組合,減少滑動(dòng)進(jìn)尺比例。增斜段、穩(wěn)斜段采用單彎單穩(wěn)鉆具組合;降斜段采用彎螺桿(小扶正塊)鐘擺鉆具組合,盡量利用自然特性進(jìn)行降斜,同時(shí)配置水力振蕩器減少鉆進(jìn)摩阻,提高滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)效;垂直段采用螺桿鐘擺鉆具組合,有利于穩(wěn)斜,也可隨時(shí)監(jiān)測和控制軌跡狀況。

5.3 利用實(shí)時(shí)摩阻扭矩監(jiān)測技術(shù)優(yōu)化鉆井參數(shù)

鉆井過程中,摩阻扭矩受地層巖性、鉆井液性能、鉆具組合、機(jī)械鉆速等多種因素的影響。針對難動(dòng)用施工井特點(diǎn),制定了摩阻扭矩處理與控制方法:當(dāng)摩阻扭矩超出控制目標(biāo)時(shí),根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行摩阻系數(shù)反算;若摩阻系數(shù)在正常范圍內(nèi),從井身軌跡、鉆具組合、鉆井參數(shù)優(yōu)化方面著手,如減小鉆壓、更換鉆具組合;若摩阻系數(shù)超出正常范圍,從地層巖性、鉆井液性能優(yōu)化、井眼清潔優(yōu)化方面著手,采取提高鉆井液潤滑、攜巖性能,優(yōu)化鉆井參數(shù),避免大幅度調(diào)整井眼軌跡、盡量減少滑動(dòng)鉆進(jìn)等措施。

5.4 提速工具配套應(yīng)用技術(shù)

利用水力振蕩器通過軸向振動(dòng),產(chǎn)生鉆柱壓力波動(dòng)脈沖,使鉆柱與井壁間的靜摩擦力變?yōu)閯?dòng)摩擦力,改善井下鉆壓傳遞效果、減少托壓頻率、提高鉆進(jìn)工具面穩(wěn)定性、延長鉆頭使用壽命。

6 井筒綜合提速模式應(yīng)用

針對勝利油田難動(dòng)用區(qū)塊油藏地質(zhì)特點(diǎn)和開發(fā)需要,探索井筒綜合提速模式,將鉆頭、軌跡控制和提速工具配套整體分包,編制整體提速提效方案,實(shí)現(xiàn)技術(shù)方案的全過程整體優(yōu)化和落地實(shí)施,達(dá)到開發(fā)效益的最大化。

從現(xiàn)場應(yīng)用效果來看,井筒綜合提速模式有效提高了鹽222區(qū)塊的機(jī)械鉆速,平均鉆井周期由初期60.21 d降低至36.08 d,其中鹽222-斜7井鉆井周期僅為24.7 d,創(chuàng)區(qū)塊鉆井周期最短紀(jì)錄,推動(dòng)了難動(dòng)用儲(chǔ)量油藏的效益開發(fā),也為勝利油田類似區(qū)塊的后續(xù)開發(fā)提供了有效技術(shù)借鑒。

7 結(jié) 論

(1)鉆井工程技術(shù)方案的優(yōu)化從源頭上降低了難動(dòng)用區(qū)塊的開發(fā)運(yùn)行成本。

(2)個(gè)性化鉆頭設(shè)計(jì)技術(shù)能夠針對不同的地層使用不同特征的鉆頭,上部地層使用一體式定向鉆頭,下部含礫地層采用耐磨混合PDC鉆頭,有效地提高定向效率、單趟進(jìn)尺和機(jī)械鉆速。

(3)充分利用地層造斜特征和底部鉆具組合的力學(xué)特征,降低滑動(dòng)鉆進(jìn)的比例是解決長定向段和穩(wěn)斜段提速提效的關(guān)鍵。

(4)井筒綜合提速模式能夠整合各種提速方案和提速工具,達(dá)到開發(fā)效益最大化。