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泌页HF1页岩油井钻井技术_刘霞

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泌页HF1页岩油井钻井技术_刘霞

第 34 卷 第 4 期2012 年 7 月石油钻采工艺 34 42012基金项目 河南油田公司科研项目“泌阳凹陷页岩气水平井油基钻井液技术研究” ( 编号201 1。作者简介 刘 霞, 1981 年 生。2007 年 毕 业 于 长 江 大 学 石 油 工 程 学 院 油 气 井 工 程 专 业, 硕 士 研 究 生, 主 要 从 事 钻 井 液 科 研、 设 计 与 新 技 术推广工作, 工程师。电话03776373506章编号 1000 – 7393( 2012 ) 04 – 0004 – 03泌 页 岩 油 井 钻 井 技 术刘 霞1程 波1陈 平1刘 魁 威2吴 彩 丽1( 1. 中石化河南油田分公司工程技术研究院, 河南南阳 473132;2. 中石化河南石油勘探局钻井工程公司, 河南南阳 473132 )引用格式 刘霞, 程波, 陈平, 等 . 泌页 岩油井钻井技术[J]. 石油钻采工艺, 2012, 34( 4) 泌 页 是 河 南 油 田 第 1 口 页 岩 油 气 勘 探 井。 根 据 泌 页 邻 井 情 况 和 施 工 技 术 难 点, 对 井 身 结 构、 钻 井 液体 系 和 固 井 技 术 进 行 了 设 计。 该 井 先 钻 导 眼 井, 再 回 填 侧 钻, 三 开 结 构。 二 开 定 向 侧 钻 段 应 用 水 基 聚 合 物 钻 井 液, 钻 遇 大 段 泥、页 岩 地 层 时 发 生 严 重 井 壁 失 稳。 三 开 井 段 采 用 旋 转 导 向、 白 油 基 钻 井 液 体 系 和 尾 管 回 接 固 井 等 新 技 术, 保 证 了 井 下 钻 进 安 全、井 眼 质 量 及 固 井 质 量, 提 高 了 钻 井 速 度。 三 开 只 用 6 d 一 趟 钻 钻 完 进 尺 1 122 m, 水 平 段 长 1 044 m, 平 均 井 径 扩 大 率 起下钻正常, 完钻后, 通井电测一次成功, 下套管顺利到底, 固井质量合格。关键词泌页 ;页岩油;设计;井壁失稳中图分类号 文献标识码 A 1. He 73132, 2. He 73132, is in e on of is is in is of in 122 m is 044 m is 南 油 田 泌 阳 凹 陷 页 岩 油 气 资 源 较 为 丰 富( 页岩 油 资 源 量 t, 页 岩 气 资 源 量 3 132 亿 ,具 有 良 好 的 勘 探 开 发 前 景。 泌 页 是 河 南 油田 第 1 口 页 岩 油 气 勘 探 水 平 井, 位 于 南 襄 盆 地 泌 阳凹 陷 深 凹 区, 设 计 井 深 3 661 m, 主 要 目 的 层 段 为 古近 系 核 桃 园 组 核 三 段。 钻 探 目 的 是 了 解 深 凹 区 页 岩纵 横 向 分 布 及 发 育 情 况, 评 价 落 实 安 深 1 井 2 450 2 510 m 页 岩 平 面 展 布 范 围 及 储 量 规 模, 探 索 页 岩油 水 平 井 钻 井 及 压 裂 等 新 技 术 在 本 区 推 广 应 用 的 效果, 评 价 安 深 1 井 压 裂 层 段 页 岩 层 产 能 情 况, 为 页 岩油先导试验区的建立奠定基础。1 主 要 技 术 难 点( 1) 定 向 造 斜 段 黏 土 矿 物 含 量 高( 1030) , 伊蒙 混 层 相 对 含 量 较 高( 3538) , 岩 屑 滚 动 回 收 率56, 16 h 膨 胀 率 达 30, 易 造 浆 使 钻 井 液 性 能 不 稳定, 井壁易垮塌、 缩径。( 2) 目 的 层 黏 土 矿 物 含 量 10, 黏 土 矿 物 中 伊 利刘 霞等 泌页 岩油井钻井技术 5石 相 对 含 量 高 达 80 以 上, 井 壁 易 剥 落 掉 块, 导 致井壁不稳定。( 3) 目的层岩性以页岩为主, 微裂缝发育, 钻井液滤液易进入裂缝, 导致井壁垮塌[ 1]。( 4) 泥 页 岩 水 平 段 长 超 过 1 000 m, 摩 阻 扭 矩 大,钻 压 传 递 困 难, 导 致 钻 井 方 式 的 选 择 以 及 井 眼 轨 迹控制难度大。( 5) 目 的 层 核 三 段 机 械 钻 速 慢( 平 均 钻 速 m/h) , 钻 井 周 期 长; 长 水 平 段 井 壁 浸 泡 时 间 长, 井 下安全风险大。( 6) 目 的 层 为 低 孔 低 渗 的 页 岩 气 储 层, 后 期 多 级分 段 压 裂 要 求 生 产 井 段 水 泥 浆 胶 结 质 量 良 好 且 水 泥石 具 有 高 强 的 弹 塑 性 以 及 耐 久 性; 三 开 水 平 段 采 用油 基 钻 井 液, 界 面 油 基 成 分 难 以 清 除[ 2], 且 封 固 段长, 套管居中困难, 顶替效率差, 影响固井质量。2 钻 井 设 质特征上 部 凤 凰 镇 组、 廖 庄 组 地 层 疏 松, 易 垮 易 漏; 核二、 三 段 黏 土 矿 物 含 量 高, 钻 进 中 易 坍 塌、 剥 落 掉 块;核 桃 园 组 核 三 段 主 要 为 灰 黑 色 页 岩、 泥 岩, 易 吸 水膨 胀 造 成 井 壁 垮 塌。 根 据 该 地 区 井 温 梯 度( /100 m) , 预 测 井 底 温 度 113 ℃ ; 据 邻 井 资 料 和 地质设计, 该井所钻遇地层均为正常压力地层。井 身 结 构 设 计 该 井 目 的 层 垂 深 2 2 459.5 m, 泥页岩水平段长度 1 000 m, 摩阻扭矩大,井 壁 稳 定 困 难。 综 合 考 虑 该 区 地 质 情 况、 已 钻 井 情况、 钻 完 井 难 度 以 及 后 期 多 级 分 段 压 裂 等 因 素, 采 用三开井身结构。( 1) 表 层 套 管 。 一 开 表 层 套 管 封 固 廖 庄 组 上 部成 岩 性 差 、 胶 结 疏 松 的 地 层 , 满 足 安 装 井 口 和 测 井要 求 。( 2) 直 井 导 眼。 取 全 取 准 地 层 资 料, 确 定 目 的层 位 置。 为 提 高 钻 井 速 度, 造 斜 点 之 前 井 段 采 用311.1 头, 下部采用 241.3 头。( 3) 技 术 套 管。 封 隔 A 靶 以 上 斜 井 段, 减 少 下 一开次水平裸眼段难度, 降低摩阻、 扭矩。( 4) 完井方式。采用套管射孔完井。计方案 ( 1) 一 开 采 用 444.5 头 钻 至 井 深 401 m,下 入 339.7 层 套 管, 水 泥 浆 返 至 地 面。 封 隔地 表 胶 结 松 散 易 漏 层, 并 为 井 口 控 制 和 后 期 测 井 创造条件。( 2) 导 眼 井 采 用 311.1 头 钻 至 2 100 m,用 241.3 头 钻 至 2 550 m, 取 全 取 准 地 质 资料, 注水泥回填至 2 000 m。( 3) 二开采用 311.1 头从造斜点 2 055 进行主井眼段施工。 钻至 A 靶 ( 井深 2 661 m) , 下 入 244.5 术 套 管 2 656 m, 固井水泥浆返至地面。( 4) 三 开 采 用 215.9 头 钻 至 完 钻 井 深 3 661 m 完钻, 下 139.7 管 2 0003 646 m( 悬挂器位置 2 000 m) , 水泥浆返至悬挂器位置;139.7 管回接至井口, 水泥浆返至地面[3]。井液设计( 1) 一开井段钻遇凤凰镇组、 廖庄组, 岩性为黏土与 浅 棕 黄 色 砂 砾 岩 互 层, 夹 少 量 粉 砂 岩, 地 层 疏 松、易 漏 易 垮。 为 了 保 证 表 层 套 管 的 顺 利 下 入 和 防 止 地层漏失采用聚合物钻井液体系。( 2) 二 开 导 眼 井 段 钻 遇 古 近 系 廖 庄 组、 核 桃 园 组 地 层。 该 井 段 钻 井 液浸 泡 时 间 长, 泥 岩 造 浆 性 强、 吸 水 膨 胀 造 成 缩 径; 粉砂 岩 地 层 易 垮 塌、 井 漏; 井 眼 较 大, 岩 屑 携 带、 井 眼净 化 难。 采 用 抑 制 性 强、 携 带 能 力 强 的 两 性 离 子 聚合物钻井液体系。( 3) 三 开 定 向 造 斜 井 段 钻 遇 古 近 系 核 桃 园 组 地 层, 岩 性 主 要 为 灰、 深 灰 色 泥岩、 黑 色 页 岩 与 灰、 灰 白 色 砂 岩、 粉 砂 岩 互 层, 泥 质 胶结。 泥 页 岩 易 水 化 膨 胀 缩 径、 垮 塌; 井 斜 较 大, 钻 井液 必 须 具 备 好 的 滤 失 造 壁 性、 抑 制 防 塌 能 力、 润 滑 防卡 和 悬 浮 携 带 能 力, 采 用 两 性 离 子 聚 合 物 混 油 钻 井液体系。( 4) 三 开 水 平 井 段 在 古 近 系 核 桃 园 组 泥、页 岩 中 水 平 钻 进, 水 平 段 长 达 1 000 m, 为 克 服 泥 页岩 段 地 层 容 易 吸 水 膨 胀、 垮 塌 造 成 井 壁 不 稳 定、 长 水平 段 岩 屑 携 带 困 难、 摩 阻 扭 矩 大 等 钻 井 技 术 难 点, 采用防塌润滑性能好的白油基钻井液体系。3 钻 井 施 开井段( 0m)一 开 采 用 头 钻 至 井 m, 339.7 层 套 管 下 至 m, 水 泥返 到 地 面, 主 要 封 固 上 部 胶 结 疏 松 地 层。 应 用 聚 合物 钻 井 液, 保 持 适 当 的 黏 度 与 切 力, 并 采 用 大 排 量 钻进 以 有 效 清 除 钻 屑, 保 持 井 壁 稳 定, 为 大 尺 寸 套 管 的安全下入创造条件。二开导眼井段( 4062 551 m)二 开 导 眼 井 段 采 用 311.1 轮 钻 头 , 钻 至井 深 2 100 m, 换 241.3 头 继 续 钻 进 , 钻 至石油钻采工艺 2012 年 7 月( 第 34 卷 ) 第 4 期6设 计 井 深 2 551 m, 完 成 取 心 进 尺 45.6 m。 回 填 水泥 至 2 000 m。设 计 钻 具 组 合 为 塔 式、 满 眼 和 钟 摆 钻 具, 现 场施 工 中 优 化 为 三 扶 满 眼 钻 具 组 合, 用“双 扶 小 度 数( 单弯螺杆钻具” 进行纠斜, 使直井段侧钻点位移仅 7 m, 实现了直井段优质、 快速、 高效地控制井眼轨迹和钻进。应 用 两 性 离 子 聚 合 物 钻 井 液, 密 度 g/漏斗黏度 4080 s, 塑性黏度 1424 s, 动切力 714 水 高 温 高 压 失 水 910 有 效 地 清 洗 了 井 眼, 抑 制 了 泥 页 岩 水 化 分 散、 膨胀, 防止了井壁垮塌。开定向井段( 1 9032 601 m)二 开 定 向 井 段 采 用 311.1 从 2 033 m 开始侧钻, 至井深 2 646 m 完钻, 井底 井 斜 85。 之 后 不 断 通 井 划 眼, 在 2 500 m 处 划 出新 眼, 填 井 至 1 903 m, 再 次 侧 钻, 选 用 头、 双弯螺杆 ( 1) 侧钻成功 ( 1 m) , 并 用 5 刀 翼 头 完 成 全 部 进尺 668.2 m, 钻至 2 601 m。应 用 两 性 离 子 聚 合 物 混 油 防 塌 钻 井 液, 多 次 发生 钻 头 泥 包、 井 壁 垮 塌, 在 2 601 m 处 发 生 较 严 重 的井壁垮塌, 提前下入技术套管固井。技 术 套 管 采 用 双 密 度 水 泥 浆 体 系 固 井。 上 部 地层 漏 失 压 力 较 低, 优 选 了 漂 珠 作 为 减 轻 剂, 并 优 选 了增 强 剂 和 降 失 水 剂, 形 成 了 低 密 度 水 泥 浆; 下 部 采用 正 常 密 度 低 失 水 增 韧 水 泥 浆 体 系。244.5 管 顺 利 下 至 井 深 2 m( 口 袋 m) , 以 便 为地 质 导 向 调 整 着 陆 点 预 留 井 段, 同 时 能 够 减 少 下 一开 次 水 平 裸 眼 段 难 度, 降 低 摩 阻、 扭 矩; 固 井 水 泥 返到地面。开井段( 2 6013 722 m)2011 年 11 月 11 日 三 开, 采 用 旋 转 导 向、 油 基 钻井液体系, 11 月 16 日钻至井深 3 722 m 完钻。顺利下 入 139.7 管, 悬 挂 位 置 在 直 井 段 1 850 m;139.7 管回接至井口, 固井水泥返到地面。优 选 215.9 头。 钻 井 参 数[4]转 速 120 r/钻 压 80100 排 量 3236 L/s, 纯钻时间 h, 平均机械钻速 m/h。现 场 施 工 使 用 白 油 基 钻 井 液 体 系[ 5 28 为 水 相 , 密 度 g/并 优 选 复 配 封堵 剂 2整 个 三 开 钻 进 过程 中 , 钻 井 液 密 度 g/漏 斗 黏 度 5067 s, 塑 性 黏 度 3855 s, 动 切 力 512 水 0, 高 温 高 压 失 水 .0 摩 阻 系 数 破乳 电 压 8391 200 V。 该 钻 井 液 封 堵 防 塌 能 力 强 , 仅在 井 深 3 000 m 左 右 有 少 量 掉 块 , 通 过 短 起 下 钻 携带 出 来 后 , 井 壁 一 直 较 稳 定 ; 钻 井 液 没 有 进 行 大 型的 处 理 , 维 持 正 常 的 损 耗 。 三 开 只 用 6 d 钻 完 进 尺 1 122 m, 水 平 段 长 1 044 m, 平 均 摩 阻 4050 平均 井 径 扩 大 率 钻 进 、 起 下 钻 、 通 井 电 测 、 下 套管 顺 利 。由 于 该 井 后 期 要 进 行 分 段 压 裂, 对 水 泥 石 的弹 塑 性 要 求 较 高, 尾 管 及 回 接 管 柱 采 用 弹 韧 性 水 泥浆 体 系。 水 泥 浆 选 纤 维 为 增 韧 剂, 对 常 规 性 能 无 影响, 且 提 高 水 泥 石 抗 冲 击 能 力, 降 低 弹 性 模 量。 水泥 浆 性 能 达 到 了 设 计 要 求, 封 固 长 度 为 03 646 m,139.7 管 及 回 接 固 井 质 量 合 格, 试 压 20 定 向 井 段 井 壁 失 稳 分 析二 开 定 向 井 段 井 眼 大, 且 为 大 段 泥 页 岩, 页 岩 层理、 裂 隙 发 育, 井 壁 稳 定 性 差, 采 用 两 性 离 子 聚 合 物混 油 防 塌 钻 井 液 未 能 较 好 地 满 足 钻 井 要 求。 两 次 侧钻接近水平井段时均发生了井壁垮塌。取 第 1 次 侧 钻 井 眼 钻 至 2 646 m 时 倒 划 眼 带 出的 垮 塌 物, 根 据 取 得 的 时 间 不 同, 将 垮 塌 物 分 成 3 组岩 样, 分 别 在 蒸 馏 水 和 二 开 现 场 井 浆 中 做 回 收 率 和膨胀率实验, 结果见表 1。表 1 页岩理化性能实验结果岩样回收率 / 膨胀率 /蒸馏水现场 井浆2 1 可 知, 清 水 和 井 浆 中 的 回 收 率 值 均 较 高,说 明 核 三 段 下 部 垮 塌 物 不 易 分 散, 垮 塌 的 原 因 是 伊利 石 含 量 高, 硬 脆 剥 落 掉 块 所 致。 而 垮 塌 物 清 水 膨胀 率 达 在 二 开 井 浆 中 的 膨 胀 率 最 大只 有 说 明 钻 井 液 抑 制 水 化 膨 胀 能 力 较 强。 因此, 定 向 井 段 井 壁 失 稳 是 因 为 ( 1) 钻 井 液 密 度 偏 低,不能平衡地层坍塌压力; ( 2) 封堵材料封堵能力不够,钻 井 液 及 其 滤 液 进 入 裂 缝, “水 力 切 割” 导 致 井 壁 失稳。 鉴 于 定 向 井 段 复 杂 情 况, 三 开 水 平 井 段 油 基 钻井 液 优 化 密 度, 优 选 复 配 封 堵 剂, 并 引 入 活 度 平 衡 理论 优 选 水 相, 减 少 钻 井 液 渗 透 入 裂 缝, 较 好 地 满 足 了页 岩 地 层 水 平 井 段 的 安 全 顺 利 钻 进, 解 决 了 二 开 井段暴露的泥页岩垮塌问题。( 下转第 11 页 ) 11刘小龙等冀东 3 号岛大斜度井钻井技术井的顺利完成。( 2) 大 斜 度 井 一 定 要 有 一 个 优 化 的 钻 井 工 程 设计, 特 别 是 要 有 合 理 的 井 身 结 构 设 计, 定 向 井 剖 面 要进行扭矩摩阻分析, 便于大幅度降低钻井施工难度。( 3) 合理的钻头选型和最优的钻进参数是提高钻井速度计的前题。( 4) 大 斜 度 井 的 特 点 决 定 了 其 较 大 的 施 工 风 险,绝 不 允 许 出 现 井 下 复 杂 和 事 故。 施 工 中 必 须 做 到 以下 几 点 一 是 必 须 保 障 机 泵 的 良 好 状 态 和 正 常 运行; 二 是 员 工 要 有 高 超 的 操 作 技 能, 能 够 正 确 处 理施 工 中 遇 到 的 异 常 情 况; 三 是 必 须 严 格 按 技 术 措 施执 行, 绝 不 能 逾 越 程 序; 四 是 加 大 钻 井 液 费 用 投 入,维持良好的钻井液性能, 保证井壁稳定。( 5) 井 控 安 全 始 终 是 钻 井 安 全 的 重 中 之 重, 在 具备 良 好、 齐 备 的 装 备 条 件 下, 提 高 井 控 意 识 和 井 控 技能, 是保证井控安全的关键。参考文献[1] 钻井手册 ( 甲方 ) 编写组 . 钻井手册 ( 甲方 ) [M] . 北京石油工业出版社, 1990.[2] 石兴春 . 钻井监督手册 [M] . 北京中国石化出版社,20083] 张辉, 高德利 . 钻头选型通用方法研究[J]. 石油大学学报 自然科学版, 2005, 29( 6) 454] 张绍槐 . 深井、 超深井和复杂结构井垂直钻井技术 [J] 2005, 33( 5) 655] 韦 孝 忠 . 长 庆 气 井 水 平 井 斜 井 段 断 钻 具 事 故 剖 析[J]2002, 24( 4) 43 收稿日期 2012编辑 薛改珍〕( 上接第 6 页 )5 结 论 与 建 议( 1) 根据泌阳凹陷深凹区地层特点和施工具体情况, 建 议 适 当 调 整 技 术 套 管 下 至 井 斜 60 左 右 井 深处, 封 固 部 分 岩 屑 床 井 段, 为 三 开 施 工 创 造 条 件; 同时为调整地质着陆点预留一定段长。( 2) 实钻一开、 导眼段实钻密度比设计稍低, 二开斜 井 段 和 三 开 实 钻 密 度 比 设 计 偏 高, 其 他 性 能 基 本达 到 设 计 要 求。 建 议 进 一 步 优 化 二 开、 三 开 井 段 钻井液密度。( 3) 研 究 的 白 油 基 钻 井 液 体 系 乳 化 稳 定 性 好, 流变 性 好, 滤 失 量 低, 润 滑 性 好, 封 堵 防 塌 能 力 强, 在 1 044 m 的 页 岩 水 平 段 钻 进 没 有 发 生 钻 具 事 故 和 井下 复 杂 情 况, 井 壁 稳 定, 保 证 了 安 全 顺 利 钻 进, 解 决了二开井段暴露的泥页岩垮塌问题。( 4) 实 钻 表 层 套 管 采 用 常 规 水 泥 浆 体 系, 技 术 套管 采 用 双 密 度 水 泥 浆 体 系, 尾 管 及 回 接 采 用 弹 韧 性水 泥 浆 体 系。 水 泥 浆 性 能 达 到 了 设 计 要 求, 施 工 措施合理, 固井质量合格。( 5) 若继续用水基钻井液体系钻进后续页岩油气井, 建 议 进 一 步 优 选 封 堵 剂 和 制 定 合 理 的 钻 井 液 密度, 并优化钻井液活度, 协同作用来稳定井壁。参考文献[1] 杜 德 林, 樊 世 忠, . 水 基 流 体 中页 岩 的 渗 透 水 化[J] . 钻 井 液 与 完 井 液, 1996, 13( 3) 52] 岳 前 升, 向 兴 金, 舒 稿 昌. 水 平 井 裸 眼 完 井 条 件 下 的 油基 钻 井 液 滤 饼 解 除 技 术[J] . 钻 井 液 与 完 井 液, 2005,22( 3) 323] 张 宏 军 , 荆 延 亮 , 田 善 泽 , 等 . 胜 科 1 井 339.7 管 双 级 固 井 技 术 [ J] . 石 油 钻 探 技 术 , 2006, 34( 2) 694] 郭晓乐, 汪志明, 陈亮. 大位移井水力参数设计方法 [J] 2008, 30( 5) 614.[5] 岳 前 升, 向 兴 金, 李 中. 油 基 钻 井 液 的 封 堵 性 能 研 究 与应用[J] .钻井液与完井液, 2006, 23( 5) 406] 李 炎 军, 萧 林, 黄 熠. 井 壁 稳 定 技 术 在 涠 洲 11 田 的应用[J] .石油钻采工艺, 2007, 29( 6) 19 收稿日期 2012〔编辑 朱 伟〕

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