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旋转导向钻井技术在泌页HF1水平井的应用_张海潮

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旋转 导向 钻井 技术 HF1 水平 应用 海潮
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2 0 1 3 年 月石 油 地 质 与 工程第 卷 第 期文章编号: 一旋转导向钻井技术在泌页 水平井旳应用张海潮,梁国进 ,黄国昌 ,张朝霞,金祥明 ,张远军中 国石化河南石油工程有限公司钻井工程公司 , 河南南阳摘要 : 针对泌页 井增斜水平段钻井难点 , 采用 了旋转导向钻井 、 高效 钻头 、 油基钻井液等钻井技术 , 并通过钻井参数、钻具结构优化 , 实现了一趟钻完成泌页 井定向増斜 、水平段的钻井施工。 其中 , 水平段长平均机械钻速 钻井周期 平均井径扩大率 钻出的井眼轨迹囷滑 。 该井经 级大型压裂试获最高日 产油 , 进一步证实 了泌阳凹陷陆相页岩油 良好的发展前景。关键词 泌阳 凹陷 ;泌页 水平井 ;旋转导向钻井技术 ; 页岩油水平井中图分类号文献标识码泌阳凹陷是我国东部一个典型的富油凹陷 ,深凹区页岩广泛分布,主要发育在 段,埋深。 纵向上累计厚度最大 ,单层最大厚度 ,一般。 估算页岩油气资源量,具有良好的勘探开发前景⑴ 。 为了解深凹区页岩纵横向分布及发育情况 , 为页岩油先导试验区的建立奠定基础 , 中石化在河南油田部署了首口陆相页岩油长水平段水平井泌页 井。泌页 井基本情况井身结构设计泌页井构造位置位于南襄盆地泌阳凹陷深凹区 ,钻探目的是了解深凹区页岩纵横向分布及发育情况 ,尤其是评价落实安深 井表 泌页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 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。 主要 目的层段核桃园组核三段 油组 小层 , 目 的层岩性为页岩, 设计井深 ,水平段长 。页岩油水平井大斜度及水平段存在大段泥页岩地层, 由于水平井定向钻井速度慢、起下钻次数多 、钻井液浸泡时间长等原因 ,泥页岩易水化膨胀、剥落掉块导致裸眼段稳定性变差,井下复杂情况出现概率增加 。 因此 , 井身结构设计以安全钻井为出发点 ,选择了三开井身结构 表 。水平段钻井难点页岩地层井壁易垮塌。 水平段粘土矿物含井设计井身结构钻序开次钻头直径井深 套管尺寸 备注—开二开三开水泥浆返至地面,封隔地表胶结松散易漏层, 为井口控制和后期测井创造条件 。从井深 处开始造斜, 进行斜井段施工 。 钻至靶 ,下技术套管, 固井水泥浆返至地面。下人 尾管 悬挂器位置 。量中伊利石含量高达以上 ,采用滑动导向施工周期较长 ,钻井液长时间浸泡井壁, 易造成井壁剥落掉块和垮塌 ,形成起下钻阻卡 井径扩大率会影响固井质量 ,增大钻井风险。水平段长, 摩阻扭矩大 ,钻压、扭矩传递困难,轨迹难以控制。泌页 井目的层埋藏深 , 水平段长,且水平段整体上倾,使得井下摩阻和扭矩大,采用滑动导向钻井方式工具面调整困难,而且测斜较长,不能及时调整轨迹,井眼轨迹控制难度大。收稿日期 : 改回日期 :作者简介 : 张海潮 ,工程师, 年生, 年毕业于华北石油职工大学,现从事钻井技术管理工作 。9 0石 油 地 质 与 工 程 年 第 期常规钻井方式效率低 ,施工周期长 。 目的层核三段机械钻速慢, 平均机械钻速 传统的钻井方式需要中途更换钻头、螺杆等 ,起下钻频繁,钻井效率低 ,施工周期长。旋转导向钻井技术应用一钻头优选泌页 井 目 的层地层岩性为页岩, 岩性均匀。 根据泌页 井地层硬度及可钻性选用了的 型号 钻头。系列钻头具有最新的切削齿技术 , 耐磨能力和抗冲击能力强 、稳定性好 ,水力效能高, 它可以减小钻头震动提高工具寿命,其保径长度及保径的几何特征可以提高井眼质量 。钻具组合优化根据井身剖面设计,结合水力参数、井下摩阻和扭矩 、钻具屈曲等模拟优化设计计算, 旋转导向钻井的底部钻具组合如下 : 丨 钻头旋转导向短节(近钻头井斜) 柔性短节(扶正器 令模块扶正器 双向通讯及发电短节 顶部断电短节 无磁扶正器 浮阀接头 无磁加重钻杆 根 加重钻杆 根 钻杆 根 令 钻杆 根 加重钻杆 根 钻杆。 该钻具组合设计造斜率最小 ,满足轨迹控制要求。 在造斜率达到 时 旋转导向头和 的弯矩达到 ,其它均低于 ,最大接触力在非磁扶正器上 ;在造斜率达到 时 ,旋转导向头的弯矩达到 ,超过此上限, 易造成工具疲劳损坏 ,增加落井风险 , 而 、 上的弯矩也接近,所以应控制狗腿度不大于°。钻井参数优化旋转导向工具转速上限,最大钻压最大工作扭矩 , 标准排量在。 在转速的选择上, 转速越高对井眼轨迹控制越为有利, 转速过低不利于工具达到设计造斜率 ; 由于井深增加,循环压耗增大 , 排量的上限选择应以地面设备的额定排量为准, 在机械钻速, 转速 的情况下,至少需要的排量 , 才能保证井眼的清洁; 在排量时 ,泵压为 ,套管鞋当量循环密度,井底循环当量密度 。 由此选定泌页井水平段钻进参数:钻压,排量,转速,泵压扭矩 。油基钻井液配制泌页 水平井水平段主要钻遇地层岩性为灰黑色页岩 ,层理发育易剥落掉块 ,造成井眼垮塌 ,同时裸眼段长 ,摩阻扭矩大,对钻井液润滑性能要求高。 为此采用了油基钻井液体系 ,具体钻井液配方为 : 油水比 白油 : 水溶液 :主乳化剂辅乳化剂润湿剂 碱度调节剂 有机土 降滤失剂提切剂重晶石 。钻井过程中控制油水比 : ,高温高压滤失量在以下 破乳电压大于,碱度 。开钻钻井液密度为 , 完钻密度,钻进中返砂正常,平均摩阻, 完钻后通井、 电测、下套管顺利。 油基钻井液性能稳定 ,满足了维护井壁稳定、携砂等要求,具体性能见表 。旋转导向工具现场施工简况表 三开油基钻井液性能密度 粘度塑粘 屈服值下钻时起钻前泥讲 初 终切年 月 日 : 立即开始测量工具、测试、接气管线 、接泵压传感器和接 等施工前准备工作 。:组合旋转导向工具进行井口测试,正常后开始下钻, 每 柱灌浆一次。 日 :下钻到底开泵循环,仪器工作正常后三开钻进,钻进过程中 ,充分发挥旋转导向工具的近钻头测量优势,随时发出指令改变工具造斜能力 ,根据目标井斜自动定向,保持井斜在目标井斜的 ±°范围内浮动, 同时通过伽玛及电阻率的变化跟踪地层,对井眼轨迹进行实时调整。 着陆前按照 °稳斜钻进,张海潮等 旋转导向钻井技术在泌页 水平井的应用钻进到 增斜钻进 , 由于增斜段造斜率不够稳定 ,根据近钻头井斜角跟踪计算,增斜力提高至。 钻至 ,近钻头井斜 °开始水平段施工,期间毎钻进 短起下一次, 破坏岩屑床 ,短起下钻顺利 , 日 : 钻进至井深完钻,循环后倒划至套管鞋处, 下钻至井底循环处理泥浆后起钻, 日钻头、工具起出后更换随钻测井仪器下钻测井日 油层套管顺利下至固井。现场应用页岩油水平井施工顺利泌页 井于年 月 日开钻 , 月表 三开水平测深 井斜 方位 狗腿度。) (。)日钻进至井深 ,二开中完 ; 月 日技术套管下至井深 固井; 月 日三开,月 日钻至井深 完钻 , 水平段长。 日完成第一级固井 , 日完成第二级固井,月 日测声幅完井, 固井质量合格。 经 级大型压裂试获最高日产油 。实现了水平段井眼轨迹精确控制水平段共对井眼轨迹进行 次调整,储层钻遇率 实现了井眼轨迹精确控制(表 ,从中可以看出水平段的全角变化率较小, 最大°,确保了井眼轨迹平滑 。钻井效率大幅度提高实现了旋转导向钻具组合一趟钻定向增斜 、水测深 井斜 方位 狗腿度。)平段的钻井任务 ,旋转导向钻进进尺 其中水平段长 ,平均机械钻速 三开钻井周期 工具工作时间 , 纯钻时间占仪器入井时间 , 生产时效 。 钻井周期提前 ,钻井效率大幅度提高。结论与认识优选的贝 克休斯高效 钻头适合在长段页岩地层钻进 ,大大提高了机械钻速,单只钻头进尺,钻头起出后无磨损。旋转导向工具能根据实钻地质情况适时调整轨迹 , 中靶精度高 ,并保证井眼轨迹平滑, 实现了水平段井眼轨迹精确控制。选用的油基钻井液性能稳定, 润滑、 防塌能力强,配合旋转导向工具能提高携砂能力 ,减少岩屑床的形成 ,确保了水平段安全钻进。旋转导向钻井工具的应用保障了首口陆相页岩油水平泌页 并钻探成功 , 一趟钻完成了水平段施工 ,钻井效率较高 ,钻井时间仅 ,水平段长 ,该井创 年陆相页岩油水平井水平段最长纪录 。参考文献吕明久 ,付代国,何斌 等 泌阳凹陷深凹区页岩油勘探实践 石油地质与工程 ,田平 , 薛建国 ,蒋建宁, 等 河南油田泌页 水平井钻井技术 石油地质与工程,顾战宇,熊伟 ,杨仕会,等 旋转导向钻井技术在井的应用 西部探矿工程 :张进双 , 胡金艳 现代井下钻井工具及旋转导向闭环钻井系统 石油大学学报 , :苏义脑 , 窦修荣 ,王家进 旋转导向钻井系统的功能 、特性和典型结构 石油钻采工艺 ,赵金海 , 唐代绪 , 朱全塔, 等 国外典型的旋转导向钻井系统 国外油田工程何振奎泌页 井油基钻井液技术 石油钻探技术 ,编辑 : 刘洪树
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