刘 辉,文 涛,段飞飞 王海波,王 波,王军民

(长江大学石油工程学院,湖北荆州434023)

1 地质概况

东012井构造上位于准噶尔盆地西部隆起乌夏断裂带东1井区块二叠系风城组圈闭,乌夏断裂带是西北缘前陆冲断带中北面的一段,表现为逆冲断裂带有关的断裂带和断褶带,具体包括乌尔禾鼻隆带、夏子街鼻隆带和上盘断裂带。这些断裂的发育为油气运移和遮挡提供了有利的保证,是形成优质储层的主要区域。

1)钻探目的 主要目的在于落实东1井区块二叠系风城组风三段及风一段油藏储量规模,为储量计算提供资料。

2)预计钻遇地层 东012井设计井深4580m,预计该井钻遇地层从上到下依次为白垩系、侏罗系、三叠系和二叠系,二叠系细分为乌尔禾组、夏子街组、风城组、佳木河组,其中风城组 (P1f)分为3段,由上至下为风3段 (P1f3)、风2段 ((P1f2)和风1段 (P1f1)。该井主探目的层为二叠系风城组。

3)地层压力 根据邻井东1井钻井情况分析,预计该井在风2段中部存在异常高压地层,最高地层压力系数达到1.8。其上部地层为正常压力系统。

2 钻井工程技术难点

钻井过程中可能遇到的难点如下:①相邻井区东1井钻进至井深3624.73m,层位P1f,室内H 2S探头检测到样品气中H 2 S浓度最高达到10mg/L;②二叠系 (乌尔禾组、夏子街组)裂缝性地层大段地层井漏严重,防漏、堵漏困难;③风城组地层稳定性较差,裂缝较发育,易漏,且存在高压,钻井风险较大;④夏子街组以下地层钻井速度较慢,周期长;⑤低压长封固段固井难。

3 井身结构设计

井身结构设计主要目的是封隔不同压力体系的地层,封隔易塌、易漏地层。该井井深达4580m,参考准噶尔盆地深井井身结构状况[1],针对其地层压力情况以及可能出现的复杂情况,为了钻井施工的安全,设计的井身结构如下:表层采用∅444.5mm钻头钻至井深500m,下入∅339.7mm表层套管,水泥浆返至地面。封隔地表松散易塌地层,并为井口控制和后续安全钻井创造条件。二开采用∅311.2mm钻头钻至井深3350m(进入风城组30～50m左右),下入∅244.5mm技术套管,水泥浆返至井深1400m。封隔目的层以上复杂地层段,为下部地层油气发现和安全钻井创造条件。三开采用∅215.9mm钻头钻至设计完钻井深4580m,下入∅139.7mm油层尾管,悬挂器位置选择在井深3150m左右,回接∅177.8mm套管至井口,固井水泥浆返至井深1400m,封固最上部油气显示段。

表1 东012井井身结构数据表

4 下部钻具组合形式

钻具组合设计主要从防斜、提高机械钻速以及水力参数优化3个方面入手。表层钻进采用塔式钻具组合,保证上部尽量打直。二开、三开井段应用井下动力钻具与PDC钻头的配合提高机械钻速,在砾岩地层应用水力推进器,减少钻具和钻头的疲劳损坏。具体钻具组合形式如下:

1)一开井段 ∅444.5mm钻头+∅228.6mm钻铤3根+∅203.2mm钻铤6根+∅177.8mm钻铤9根+∅127mm钻杆。

2)二开井段 ①带水力推进器:∅311.2mm钻头+脉冲接头+∅228.6mm水力推进器+∅228.6mm钻铤2根+∅310mm稳定器+∅228.6mm钻铤1根+∅203.2mm钻铤6根+∅177.8mm钻铤12根+∅177.8mm随钻震击器+∅177.8mm钻铤2根+∅158.8mm钻铤3根+∅127mm钻杆。②带井下动力钻具:∅311.2mm钻头+5LZ210 7Y螺杆+∅228.6mm钻铤2根+∅310mm稳定器+∅228.6mm钻铤1根+∅310mm稳定器+∅228.6mm钻铤1根+∅203.2mm钻铤5根+∅177.8mm钻铤12根+∅177.8mm随钻震击器+∅177.8mm钻铤2根+∅158.8mm钻铤3根+∅127mm钻杆。

3)三开井段 ∅215.9mm钻头+脉冲接头+∅165mm水力推进器+∅158.8mm钻铤21根+∅158.8mm随钻震击器+∅158.8mm钻铤3根+∅127mm钻杆。

5 钻井液设计

钻井液设计中存在的技术难点是:①侏罗系含煤层,岩石脆性大,易剥落、井塌。②乌尔禾组、夏子街组易水化膨胀缩径,地层渗透性好,漏失问题突出。③风城组地层裂缝较发育易漏,伊利石含量高易塌。针对以上技术难点设计的钻井液方案设计如表2所示。

表2 钻井液方案设计

钻井液维护要求如下:①二开井眼较大,裸眼井段长,特别注意钻井液的维护工作。钻进过程中应根据井下实际情况和钻井液性能,将所需加入的处理剂按比例配成胶液以细水常流的办法补充维护钻井液,避免钻井液性能波动过大。②三开钻进中以KCl加强抑制,并控制钻井液滤失量,以磺化沥青粉(天然沥青粉)改善滤饼质量,增强滤饼的防透性,加足低荧光润滑剂,注意防卡。③通过K+、Ca2+离子的复配使用以强化对井壁和钻屑的抑制作用。钻进中Cl-离子浓度控制在大于20000mg/L,Ca2+离子浓度控制在400～800mg/L之间。控制钻井液滤失量不大于5ml,HTHP滤失量不大于0.33ml/min。④实钻中要根据dc指数压力监测结果并结合钻井实际情况合理调整钻井液密度。在保证井下安全的前提下,尽可能使用密度的较低值,以利于油气层的发现与评价。⑤根据邻井乌35井地层水分析资料显示,在二叠系地层中含量较高;同时结合风城1井、风城011实钻情况在风城组出现了严重的污染,实钻过程中应加强监测,及时加入适量CaCl2(首先通过小型试验进行验证)清除污染。⑥保证固控设备运转良好,钻进中要求振动筛 (筛布使用60～120目)开动率100%,除泥器运转时率80%,离心机有效开动率应满足钻井液相关的性能要求,以 “净化”保 “优化”。

6 钻井提速方案

1)使用水力加压器和螺杆 水力加压装置在使用时连接在靠近钻头的下部钻具中,利用循环钻井液的钻头水眼节流压降,以及在活塞上下端面造成推力的差值给钻头加压,解决了不能靠下部钻铤的重量施加稳定钻压的技术难题[2]。能有效地改变下部钻具受力状态,起到减震防跳、实现自动送钻、改善钻头和钻具的工作条件,加快钻井速度,减少井下事故、保证井身质量[3]。

2)优选钻头 针对东012井下部地层可钻性较差,地层研磨性强的特性,须选用高抗研磨性,使用寿命长的牙轮钻头。除在P2w泥岩地层使用PDC钻头外,其他地层均使用牙轮钻头,由于风城组地层岩石研磨性强,选用抗研磨性好、钻头寿命长的江钻HF系列钻头,适合在坚硬地层、强研磨性地层中钻进,能够有效提高机械钻速。

3)实施近平衡控压钻井 在三开井段控制好钻井液密度,保证近平衡控压钻井。实施控压钻井具有如下优点:①可以及时发现油气层;②能提高机械钻速;③可以保护油气层。

4)优化钻井施工措施 ①在保证钻头及钻具安全的前提下,采用大钻压钻进,提高机械破岩的能力;②在现有机泵条件下,上部地层侧重于大排量钻进,保证井底清洁,减少重复破岩,下部地层侧重于高泵压钻进;③采用大水眼钻具 (∅139.7mm钻杆),减少循环压耗,增加水力破岩能力。

7 结论与建议

1)优化的井身结构避免了复杂事故如井漏的发生,该井在乌尔禾组和夏子街组基本上没有出现漏失情况。

2)三开井段实施控压钻井,有效避免了风城组地层压力异常及地层不稳定带来的风险,并且提高了机械钻速,降低了钻井成本。

3)钻头型号的优选对该井的快速安全钻进起到了很好的辅助作用。

4)钻井工程设计对钻井施工过程必须起到指导性作用,所以在进行设计时,应在对邻井资料进行透彻分析的基础上,采取有效措施对该井钻井中各种可能出现的情况进行预防和处理。

[1]卫怀忠.西部地区深井井身结构设计技术探讨[J].石油钻探技术,2006,3(2):29-31.

[2]林元华,黄万志,施太和,等.水力加压器研制及应用[J].石油钻采工艺,2003,25(3):1-3.

[3]张伟,马登宝,孙展利,等.水力加压器在准噶尔盆地西北缘地区探井中的应用[J].钻采工艺,2009,32(5):108-110.