羅 曼,和鵬飛,宋峙潮
(中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司,天津 300452)
鉆井是油氣開(kāi)發(fā)的主要工程過(guò)程,面臨卡、漏、噴等諸多風(fēng)險(xiǎn),隨著國(guó)家油氣勘探開(kāi)發(fā)形勢(shì)的發(fā)展,各大油田鉆井工程呈現(xiàn)向縱深發(fā)展的趨勢(shì)[1-4]。為了提高效率、降低成本,采用科學(xué)化、信息化、數(shù)字化鉆井是新的方向,以提高鉆井效率為例,從傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)法鉆井向科學(xué)選型鉆頭、科學(xué)選擇鉆井參數(shù)邁進(jìn)[5-8]。針對(duì)川中東某油田的鉆井提速問(wèn)題,進(jìn)行了研究與相關(guān)應(yīng)用。
井身結(jié)構(gòu):該區(qū)塊位于川中東部。以探明須家河油氣為主,完鉆層位雷口坡或須一,垂直井深2 300 m 左右。某129井用時(shí)28.25 d 鉆進(jìn)至井深2 328 m 順利完鉆,平均機(jī)械鉆速5.94 m/h,見(jiàn)表1。某131 井用時(shí)50.54 d 鉆進(jìn)至井深2 803 m 順利完鉆,井斜73.89°,位移733.5 m,平均機(jī)械鉆速4.20 m/h,見(jiàn)表2。某140 井用時(shí)21.62 d 鉆進(jìn)至井深2 440 m 順利完鉆,平均機(jī)械鉆速7.37 m/h,見(jiàn)表3。
表1 某129 井井身結(jié)構(gòu)實(shí)際數(shù)據(jù)表
表2 某131 井井身結(jié)構(gòu)實(shí)際數(shù)據(jù)表
表3 某140 井井身結(jié)構(gòu)實(shí)際數(shù)據(jù)表
(1) 地層夾層多。沙溪廟、涼高山和自流井組地層為泥巖、頁(yè)巖砂巖夾層,均質(zhì)段短,軟硬交錯(cuò)明顯、鉆頭繃齒嚴(yán)重,不利于鉆頭選型和判斷。
(2) 須家河地層可鉆性極差。須家河地層以砂巖泥頁(yè)巖為主,砂巖巖性致密,可鉆性差,厚度在450 m~600 m 左右,同時(shí)該段油氣顯示活躍,鉆井液密度相對(duì)較高,仍是制約本區(qū)塊提高鉆速的一個(gè)瓶頸,起鉆換鉆頭頻繁。目前還沒(méi)有優(yōu)選出成熟的適合該地層的PDC 鉆頭。
(3) 油氣顯示頻繁。從沙一、涼高山、大安寨、東岳廟到須六、須五、須四、須二都能見(jiàn)油氣顯示。井控風(fēng)險(xiǎn)大,如鉆遇高壓層因頻繁壓井影響時(shí)效。
(4) 本區(qū)塊上部地層坍塌嚴(yán)重,造成機(jī)械鉆速較低,起下鉆遇阻嚴(yán)重等問(wèn)題。若同時(shí)出現(xiàn)大井眼,鉆井設(shè)備能力不足,將導(dǎo)致井下攜砂困難,發(fā)生鉆頭憋跳和起下鉆遇阻頻繁,嚴(yán)重影響鉆井周期。
(5) 軌跡控制上經(jīng)驗(yàn)不夠成熟,四合一鉆具穩(wěn)定性不高,須家河滑動(dòng)鉆進(jìn)效率很低。
為了確定最優(yōu)鉆井參數(shù),在現(xiàn)場(chǎng)做了如下實(shí)驗(yàn),首先要選擇可鉆性比較均勻的地層。根據(jù)鉆井經(jīng)驗(yàn),分別記錄了某 -24-X4 和某-55-X1 井在沙一段的鉆時(shí),見(jiàn)表4??梢钥闯錾骋欢蔚目摄@性比較均勻,所以選擇某-55-X2 井沙一段地層進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。確定實(shí)驗(yàn)井段:由表4 的鉆時(shí)記錄得,實(shí)驗(yàn)可以選擇1 150~1 180 m 和1 180~1 202 m兩個(gè)井段。確定實(shí)驗(yàn)參數(shù):在1 150~1 180 m 井段保持鉆壓80 KN不變,轉(zhuǎn)速的變化區(qū)間為30~90 rpm;在1 180~1 202 m 井段保持轉(zhuǎn)速60 rpm 不變,鉆壓的變化區(qū)間為20~120 KN,依次在兩個(gè)井段選擇7 個(gè)點(diǎn)和11 個(gè)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。根據(jù)表5 的鉆時(shí)記錄數(shù)據(jù)分別作圖1 和圖2。
表4 沙一段鉆時(shí)記錄表
表5 某-55-X2 沙一段鉆時(shí)記錄表
分析圖1 得:
圖1 轉(zhuǎn)速-鉆速曲線(W=80 KN)
(1) 機(jī)械鉆速與轉(zhuǎn)速的關(guān)系為指數(shù)關(guān)系,且指數(shù)小于1??捎萌缦滦问奖硎荆?/p>
式中:vpc-鉆速,m/h;n-轉(zhuǎn)速,rpm;λ-轉(zhuǎn)速指數(shù),一般小于1。
(2) 隨轉(zhuǎn)速的增大,轉(zhuǎn)速指數(shù)是逐漸變小的,并且鉆速存在最大值。
分析圖2 得:
圖2 鉆壓-鉆速曲線(n=60 rpm)
(1) 本試驗(yàn)鉆壓在20 KN 之前基本是沒(méi)有進(jìn)尺的,也就是說(shuō)該鉆頭在本地層的門限鉆壓等于20 KN。
(2) 機(jī)械鉆速在一定限度內(nèi)與鉆頭壓力的增大成比例地增長(zhǎng),圖中的區(qū)間為40~90 KN 的范圍。由圖可得鉆壓與鉆速可表示為:
式中:W-鉆壓,kN;M-門限鉆壓,kN。
(3) 當(dāng)鉆壓高于某一數(shù)值時(shí),鉆壓的增加不會(huì)使鉆速變快,反而有變慢的趨勢(shì),然后趨于一個(gè)穩(wěn)定值。
為了確定鉆頭選型的最優(yōu)化,在現(xiàn)場(chǎng)做了如下對(duì)比實(shí)驗(yàn),根據(jù)實(shí)鉆記錄同井場(chǎng)不同兩口井?dāng)?shù)據(jù)對(duì)比。如某-55-X2 井和某-55-X3 井?dāng)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表(表6)。由統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)合PDC 鉆頭現(xiàn)場(chǎng)使用情況,并依據(jù)PDC鉆頭的特性,分析總結(jié)得出以下結(jié)論:
表6 某-55-X2 和某-55-X3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表
(1) 表層鉆進(jìn)和二開(kāi)鉆進(jìn)沙西廟東岳廟地層,地層可鉆性比較穩(wěn)定,選擇19 mm 復(fù)合片的PDC 鉆頭鉆進(jìn)是比較成熟的方式,19 mm 復(fù)合片的PDC 鉆頭選型應(yīng)注重刀翼部齒攻擊性較強(qiáng),同時(shí)也減弱了抗磨損的能力,所以在使用中應(yīng)注意保持穩(wěn)定的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速和送鉆的均勻性。在前期鉆壓使用上保證鉆壓維持在4~8 t 合理范圍之內(nèi),轉(zhuǎn)速控制在55~60 +L 左右,防止鉆頭出現(xiàn)前期磨損過(guò)大。尤其在涼高山含有灰黑色頁(yè)巖和泥質(zhì)細(xì)沙巖不等互層鉆時(shí)波動(dòng)較大,為防止泥包現(xiàn)象卡鉆,適當(dāng)上調(diào)轉(zhuǎn)速,調(diào)整泥漿性能。
(2) 二開(kāi)鉆進(jìn)至完鉆選擇16 mm 復(fù)合片的PDC 鉆頭主要注重在鉆頭的抗磨性,同時(shí)保證較快的機(jī)械鉆速。由于珍珠沖以后的地層可鉆性差,主要以中沙巖和細(xì)沙巖為主。16 mm 復(fù)合片的PDC鉆頭布齒較密接觸地層點(diǎn)多、吃入地層深度較淺,在鉆進(jìn)過(guò)程與中硬地層之間沖擊力較小,不容易出現(xiàn)斷齒和掰齒現(xiàn)象,從而保持以較穩(wěn)定的鉆時(shí)鉆進(jìn),減少了起下鉆次數(shù)。19 mm 復(fù)合片的PDC 鉆頭使用不理想,鉆頭鉆進(jìn)至珍珠沖地層易出現(xiàn)泥包且磨損劇烈,單只鉆頭進(jìn)尺只有20~30 m 就出現(xiàn)錐形磨損(如某-55-X2 在珍珠沖1 681~1 901 m 處)。主要原因在鉆頭刀翼排屑槽過(guò)深,泥巖容易隨鉆頭慢慢擠入刀翼之間形成泥包,PDC 布齒較希接觸地層點(diǎn)少、冠部突出復(fù)合片吃入地層較深,鉆進(jìn)中與中硬地層之間的剪切沖擊力過(guò)大而出現(xiàn)掰齒和斷齒現(xiàn)象,在冠部突出復(fù)合片出現(xiàn)缺失,從而使鉆頭刀翼出現(xiàn)磨損加劇現(xiàn)象。
(3) 三開(kāi)須家河- 完鉆選擇13 mm 復(fù)合片的PDC 鉆頭。三開(kāi)鉆頭尺寸主要以6″和5-7/8″為主,19 mm 復(fù)合片和16 mm 復(fù)合片布齒過(guò)于稀疏不能保證接觸地層點(diǎn)多、吃入地層深度較深,不能保證鉆頭的抗磨性。此段使用13 mm 復(fù)合片的PDC 鉆頭是為保證單只鉆頭較快的機(jī)械鉆速,同時(shí)保證單只鉆頭的進(jìn)尺。注意PDC 和螺桿的合理使用,在須六和須四段主要以細(xì)沙巖和頁(yè)巖為主,地層研磨性強(qiáng),PDC 轉(zhuǎn)速不宜過(guò)高,主要以常規(guī)鉆具加PDC 或牙輪鉆頭。
以實(shí)驗(yàn)-對(duì)比-總結(jié)-調(diào)整參數(shù)的模式對(duì)各個(gè)地層進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化,同時(shí)結(jié)合了牙輪鉆頭的使用。在該地區(qū)PDC 鉆頭使用情況起到較好的應(yīng)用效果。某129 井創(chuàng)下在該區(qū)塊三開(kāi)探井鉆井周期最短紀(jì)錄。其中二開(kāi)用時(shí)9.47 d,機(jī)械鉆速7.82 m/h,創(chuàng)造了該隊(duì)在該區(qū)塊二開(kāi)一趟鉆、二開(kāi)完鉆周期最短、機(jī)械鉆速最快、純鉆時(shí)率最高四項(xiàng)紀(jì)錄。某131 井是在該區(qū)首口大尺寸、大斜度、大位移氣探井。某140 井再次刷新該區(qū)塊三開(kāi)探井鉆井周期最短紀(jì)錄。其中單只鉆頭進(jìn)尺達(dá)到1 166 m,成功地完成了“二開(kāi)沙二至須六單只鉆頭一趟鉆試驗(yàn)”,創(chuàng)造了該區(qū)塊三開(kāi)探井單只鉆頭進(jìn)尺最高新紀(jì)錄。
(1) PDC 鉆頭在現(xiàn)場(chǎng)使用效果證明,在不同的地層中,PDC 鉆頭的鉆壓和轉(zhuǎn)速存在最佳參數(shù)組合。該地區(qū)地層差異性大,同層之間夾層較多,現(xiàn)場(chǎng)須經(jīng)常實(shí)驗(yàn)對(duì)比及時(shí)調(diào)整鉆井參數(shù),實(shí)現(xiàn)快速鉆進(jìn)。
(2) PDC 鉆頭選型優(yōu)化需針對(duì)地層的可鉆性,泥巖的含量,以及設(shè)計(jì)井眼的大小選擇不同大小的復(fù)合片,同時(shí)注意使用過(guò)程利用鉆頭的優(yōu)勢(shì)和弱點(diǎn)合理調(diào)整技術(shù)參數(shù)。