優(yōu)快鉆井技術介紹

優(yōu)快鉆井技術介紹眾所周知，提高鉆井速度是加快油氣勘探開發(fā)步伐的重要途徑。多年來，特別是重組分立以來，經(jīng)過甲乙雙方的積極投入和廣大鉆井工作者的努力，油田擁有了一系列加快鉆井速度的技術，鉆井速度也逐年提高，但與國外先進的鉆井速度指標相比，仍存在著很大的差距。一、大港油田采用的優(yōu)快鉆井技術目前，油田用于優(yōu)快鉆井的成熟配套技術有：1、高壓噴射鉆井與優(yōu)選鉆井參數(shù)鉆井?鉆頭：除鉆礫石、安山巖、玄武巖等硬質(zhì)巖性用町517或H517牙輪鉆頭外，其余地層如明化鎮(zhèn)、館陶中上部、不含礫的沙河街組、孔店組、中生界首選PDC鉆頭，也可選用HAT127牙輪鉆頭。?噴嘴：牙輪鉆頭組裝中長噴嘴或不等徑普通雙噴嘴或三噴嘴 （大小嘴徑比為1:0.68-0.72或1:0.68-0.72:0.68-0.72）。?鉆具組合：常規(guī)鐘擺鉆具（用于防斜和降斜）：鉆頭+短鉆鋌1-2根或鉆鋌1-3根+穩(wěn)定器+鉆鋌18-21根+加重鉆桿+鉆桿。常規(guī)滿眼鉆具（用于穩(wěn)斜和防斜）：鉆頭+穩(wěn)定器+短鉆鋌1根+穩(wěn)定器+鉆鋌1根+穩(wěn)定器+鉆鋌18-21根+加重鉆桿+鉆桿。常規(guī)增斜鉆具（用于增斜）：鉆頭+穩(wěn)定器+鉆鋌1-3根+穩(wěn)定器+鉆鋌單根+穩(wěn)定器+鉆鋌18-21根+加重鉆桿+鉆桿或鉆頭+穩(wěn)定器+鉆鋌18-21根+加重鉆桿+鉆桿或鉆頭+穩(wěn)定器+鉆鋌1-3根+穩(wěn)定器+鉆鋌18-21根+加重鉆桿+鉆桿。導向鉆具（可用于定向、造斜、穩(wěn)斜、降斜和糾偏）：鉆頭+導向馬達+無磁鉆鋌1根+MWD+穩(wěn)定器+鉆鋌18-21根+加重鉆桿+鉆桿。?鉆壓：對于牙輪鉆頭，除防斜吊打、定向、扭方位外，最大的安全鉆壓為每英吋20KN。對于PDC鉆頭，鉆壓一般在40-80KN。?轉速：對于機械鉆機，在上部地層采用II檔或III檔的轉速，在中深部地層采用I檔或II檔轉速。對于電動鉆機，采用適合牙輪鉆頭的95rpm。使用PDC鉆頭時，可采用動力鉆具+轉盤的復合鉆井方式或轉盤不低于II檔的轉速。?泵壓：牙輪鉆頭的泵壓達到17Mpa以上，PDC鉆頭的泵壓達到14Mpa以上。穿漏層、定向與扭方位可適當降低泵壓。?排量：屮311.1mm及以上尺寸井眼的排量三55L/S。屮244.5mm井眼的排量三30L/S。屮215.9mm井眼的排量228L/S。屮152mm井眼的排量三10L/S。2、 高效能PDC鉆頭和引進牙輪鉆頭鉆井在中深部地層中，選用進口的PDC鉆頭和牙輪鉆頭，可縮短起下鉆時間，提高鉆頭的行程鉆速。如：板深4井的①444.5mm井眼使用兩只進口牙輪鉆頭打完2500m的井深，平均機械鉆速達到了m/h,比板深7井的同類型井眼少用牙輪鉆頭__只，機械鉆速提高了%。3、 PDC鉆頭+動力鉆具鉆井直井采用PDC鉆頭+1°螺桿鉆具+螺旋鉆鋌1根+穩(wěn)定器+螺旋鉆鋌18-21根+鉆桿的鉆具組合；定向井采用PDC鉆頭+導向鉆具+無磁鉆鋌1根+MWD+穩(wěn)定器+鉆鋌18-21根+加重鉆桿+鉆桿的鉆具組合，均可加快鉆井速度。特別是在油氣層中鉆井速度的提高，有利于縮短鉆井液對油氣層的浸泡時間，減少對油氣層的污染。今年50528鉆井隊在官39-67井中應用該項技術，僅用15天21小時就打完井深2778米的直井。4、 防卡鉆具組合在定向井的鉆具組合中，采用螺旋鉆鋌、加重鉆桿和隨鉆震擊器。隨著井底位移和井下阻力的增加，為減輕鉆具上提的總噸位，可用加重鉆桿取代螺旋鉆鋌。水平井采用倒裝鉆具，即加重鉆桿靠近鉆頭，螺旋鉆鋌接在加重鉆桿的上面。5、 優(yōu)質(zhì)鉆井液與完井液一般情況下，在上部地層選用經(jīng)濟適用的聚合物鉆井液體系，中深部地層采用有機硅鉆井液體系。對于低壓油氣層來講，在井身結構設計合理，技術套管封固了復雜地層的情況下，可采用低密度低固相的鉆井液體系來保護油氣層，如：聚合醇鉆井液甲酸鹽鉆井液等。對于易塌地層，宜采用硅鹽鉆井液。在油氣層保護方面，進入油氣層前加入屏蔽暫堵劑，揭開油氣層后適當補充屏蔽暫堵劑。6、 井眼潤滑、穩(wěn)定與凈化?井眼潤滑：如果錄井允許，采用最經(jīng)濟適用的原油做鉆井液的潤滑劑，控制原油含量在6-8%，并加入磺化瀝青改善泥餅的質(zhì)量。如果錄井對螢光有要求，可在鉆井液中加入水基潤滑劑、膨化石墨、極壓潤滑劑、低螢光磺化瀝青等低螢光潤滑劑。完井時，為確保電測和下套管的順利進行，還可在封閉液中加入塑料微珠。目的是在直井中控制鉆井液的摩阻＜0.10，在定向井中控制鉆井液的摩阻W0.08。?井眼穩(wěn)定：主要依靠力學和化學作用維護井壁的穩(wěn)定，即鉆井液的靜態(tài)壓力能平衡地層的坍塌壓力或當量密度三地層坍塌壓力梯度，鉆井液的高溫高壓失水＜10ml,鉆井液中含有一定比例的防塌劑。工程上采取相應的措施，如：起下鉆中途開泵要避開易垮塌地層；起鉆及時灌滿鉆井液；鉆進中出現(xiàn)掉塊時，及時提高鉆井液的密度和粘切等。?井眼凈化：鉆進時保證排量，使用四級固控設備控制鉆井液的含砂量，及時短起下鉆清除井壁的巖屑床?？焖巽@進時，接單根前后做到晚停泵早開泵，并控制環(huán)空巖屑濃度W6%，必要時，中途循環(huán)除砂。起鉆前和下鉆到底充分循環(huán)除砂。7、 近平衡壓力鉆井在保證井下安全（不塌、不噴）的前提下，盡量將鉆井液的密度降低，一方面可避免壓差卡鉆，另一方面可加快鉆井速度，縮短鉆井液對油氣層的浸泡時間。8、 欠平衡鉆井可在地層穩(wěn)定的井眼中實施，該項技術有利于保護油氣層、提高鉆井速度、穿易漏失的地層。如：油田在板深7等口井中，應用液相欠平衡鉆井技術保護千米橋潛山油氣層并提高鉆井速度。9、 PDC可鉆式浮鞋浮箍技術套管的浮鞋浮箍采用可鉆式，有利于再次開鉆時，直接下入PDC鉆頭鉆進，減少一次起下鉆作業(yè)。如：泛華反承包市場，下表套用可鉆式浮鞋浮箍，二開直接下PDC鉆頭鉆進。10、 組合與隨鉆測井常規(guī)井的中完和完井采用大滿貫測井技術，可節(jié)省電測時間，縮短鉆井液對油氣層的浸泡時間。目前，測井公司正在推廣此項技術。大位移井和水平井在進入油氣層前，下入LWD,可實現(xiàn)隨鉆測井，節(jié)省鉆桿輸送法測井的時間，縮短完井時間。如：去年實施的五口水平井全部使用LWD鉆穿油氣層。11、 低密度早強水泥漿固井對于安全窗口窄的易漏失井和低壓井，使用低密度早強（24小時強度±14MPa）水泥漿體系固井，可防止固井過程中的井漏，減輕固井對油氣層的污染。目前，油田水泥漿的最低密度可達1.40g/cm3。二、國外先進的鉆井技術國外在加快鉆井速度方面的技術有高壓噴射鉆井、旋轉導向鉆井、閉環(huán)鉆井、大位移水平井鉆井、氣液相欠平衡鉆井、垂直鉆井、套管鉆井、連續(xù)油管鉆井、無侯凝固井、快速拆裝井口裝置、快速下套管工具等。下面以趙東平臺為例，介紹一些國外的先進技術。（一）基本情況趙東海上油田是CNPC與美國APACHE石油公司合作開發(fā)的第一個海上油田。平臺位于河北省黃驊市南排河鎮(zhèn)趙家堡村東南渤海灣海域，距陸地大約8公里，平均水深7米。平臺總重6800多噸，上下總共4層，是國內(nèi)最大的海上固定式綜合生產(chǎn)平臺，設計鉆井能力為60口。趙東平臺是由美國APACHE公司作為作業(yè)者，大港油田灘海工程公司以日費的方式提供鉆井服務，同時由Schumberger和BAKERINTEQ公司提供定向井技術服務，Schumberger公司提供固井、測井服務，Weatherford公司提供鉆井工具、套管鉆井和下套（油）管服務，南海MI提供泥漿技術服務，BAKER公司提供完井技術服務。該平臺于2003年2月25日開始施工，至2003年12月28日僅用283.5d就完成了第一期26口井（包括4口水資源井、13口生產(chǎn)井、9口注水井）的施工，鉆井總進尺達56655.8m,平均機械鉆速為48.47m/h。完成井（含4口水平井）基本采用兩開制，鉆井施工前將26〃導管砸至75m左右，入泥深度35m左右；一開有24口井采用了133/"68ppf-K55套管鉆井技術，另兩口井采用常規(guī)17】/"鉆頭開眼，下入13?/''82868ppf-K55-BTC扣型套管的方法；二開基本采用 121/'鉆頭開眼，下入95/'4847ppf-N80-BTC扣型套管作為完井套管；同時有4口井還進行了&/”井眼的施工（其2中2口井采用裸眼完井技術，2口井下入了7'尾管）。（二）采用的先進技術與工具在國外石油鉆井行業(yè)中，由于人員工資高、技術服務費昂貴，造成鉆井作業(yè)的的施工成本非常高，例如趙東平臺施工階段日成本基本保持在20萬美元左右，浪費1小時就是近萬美元的損失，所以促使作業(yè)者廣泛應用新工藝、新技術，大膽改進施工作業(yè)程序，來縮短鉆井作業(yè)的周期，達到節(jié)約施工成本的目的。1、套管鉆井技術趙東平臺在國內(nèi)首次大規(guī)模使用套管鉆井技術，用13.6d成功地完成24口井的表層套管鉆井作業(yè)，累計進尺6152.3m，平均機械鉆速62.64m/h，單井最高機械鉆速234.75m/h（詳見表1），刷新了世界記錄。同常規(guī)作業(yè)相比，總體效率提高一倍以上，比計劃提前23.7d，節(jié)約鉆井費用200余萬美元。鉆進組合：16"鉆鞋+133/'868ppf-K55-BTC扣型套管+套管撈矛。

表1趙東平臺表層套管鉆井統(tǒng)計一序號井號開鉆時間完鉆時間鉆進井段進尺純鉆時間機械鉆速1C10(HI)2003-2-2521:302003-2-2616:2539.34-300.69261.3511.522.732C13(HI)2003-2-273:502003-2-2715:4539.34-299.69260.357.4335.043C9(HI)2003-2-2723:302003-2-2810:0539.34-300.2260.866.3347.424WSW22003-2-2815:202003-2-2823:2039.34-274.64235.3458.535WSW42003-3-15:202003-3-113:3039.34-274.75235.414.6350.846D13(DI)2003-3-119:302003-3-24:2539.34-299.9260.564.9252.957D10(DI)2003-3-210:052003-3-218:1539.34-299.82260.485.151.088D6(P)2003-3-318:152003-3-44:1539.34-301.9262.566.5839.899D9(P)2003-3-48:002003-3-415:2039.34-302.04262.74.558.3810D12(DI)2003-3-420:002003-3-51:3039.34-297.57258.233.280.6911C11(HP)2003-3-55:452003-3-511:1539.34-301.792562.453.477.1912D5(P)2003-3-515:302003-3-521:3539.34-303.32263.98465.9913C7(HP)2003-3-61:402003-3-68:0039.34-303.04263.74.558.5914C6(HP)2003-3-611:202003-3-617:1039.34-301.69262.35465.5915D7(P)2003-3-622:152003-3-74:4039.34-301.05261.714.558.1616C12(HP)2003-3-78:152003-3-713:3539.34-301.98262.643.477.2517D11(DI)2003-3-717:402003-3-723:0039.34-298.3258.963.476.1618C8(HP)2003-3-82:252003-3-87:4039.34-294.32254.982.987.9219D8(P)2003-3-811:252003-3-815:5539.34-305.64266.32.798.6320WSW12003-3-819:502003-3-823:1039.34-271.59232.351.6145.1621D4(DI)2003-3-92:402003-3-96:2039.34-296.94257.62128.822WSW32003-3-910:202003-3-913:4539.34-270.46231.121231.3223D14(DI)2003-5-174:002003-5-178:0039.34-297.57258.231.52169.8824D16(DI)2003-5-1711:402003-5-1715:0039.34-297.57258.231.1234.75合計6152.398.2162.642、先進的鉆井工具趙東平臺在26口井中，121/＂和81/＂井眼的鉆進全部采用LWD+MWD隨鉆測井42技術。鉆具組合:PDC鉆頭+導向馬達（Powerdrive或Autotrack）+浮閥+ARC+MWD+ADN+HWDP（7--10柱）。施工中旋轉鉆進保持頂驅(qū)的轉速在110rpm以上，有時達到150rpm以上，同時利用頂驅(qū)先進的倒劃眼功能，在鉆至目的層后，全井實現(xiàn)倒劃眼起鉆，在平均井深2000m的井（最深2725m,最淺922m）中，一口井只用一個馬達、一個PDC鉆頭，一次起鉆作業(yè)，一次下套管作業(yè)，即完成施工。?可調(diào)角度的彎馬達:在121/4＂井眼中，趙東平臺采用的馬達是地面可調(diào)節(jié)角度大功率動力馬達，馬達尺寸95/8＂，扶正器尺寸111/2＂，下井前根據(jù)井斜、方位及造斜率的要求，調(diào)節(jié)馬達的角度。另外馬達的質(zhì)量好，不需在淺層測試，一根馬達能保證1-2口井的正常使用，且能用馬達在套管內(nèi)劃眼或鉆套管附件，并能用馬達進行全井段的倒劃眼。?先進的閉環(huán)鉆井工具:在趙東平臺鉆井后半階段，由于井眼施工難度不斷增大在121/4＂井眼鉆進中采用了SchumbergerAnadrill公司的Powerdrive和BAKERINTEQ公司的Autotrack實現(xiàn)了閉環(huán)鉆井。SchumbergerAnadrill公司的Powerdrive在工具內(nèi)部有80種記憶模式，可通過地面控制泵排量來得到所需的的工作狀態(tài)，實現(xiàn)旋轉鉆進過程中調(diào)整井斜和方位，減少了起下鉆次數(shù)，提高了機械鉆速，同時增加了鉆井安全性。但是該工具在井眼過大時無法實現(xiàn)閉環(huán)鉆井。?質(zhì)量優(yōu)良的PDC鉆頭：趙東平臺采用的鉆頭全部為PDC鉆頭，多數(shù)采用美國產(chǎn)的Hycalog的DS系列鉆頭，外型全部為刀翼型鉆頭，噴嘴6-9個，一個PDC鉆頭可以鉆穿水泥塞、阻流環(huán)、套管鉆鞋、館陶地層，由于表層套管的固井采用的是無膠塞固井方法，水泥頂替不干凈，套管壁上可能有水泥環(huán)，因此，二次開鉆配完鉆具后，接頂驅(qū)在套管內(nèi)劃眼下鉆，鉆頭在大功率、高速旋轉的馬達下面接觸套管壁，鉆穿水泥環(huán)、水泥塞、阻流環(huán)、套管鉆鞋以后鉆頭幾乎沒有絲毫的損傷，這是我們國產(chǎn)的PDC鉆頭所不能及的。大功率動力馬達加上長壽命PDC鉆頭是提高鉆井速度的一個重要因素。采用專門設計的短規(guī)徑PDC鉆頭與馬達配合使用，解決了PDC鉆頭造斜困難的問題，趙東平臺使用的造斜PDC鉆頭規(guī)徑長度只有11cm左右，使用中此類鉆頭同牙輪鉆頭相比，機械鉆速得到了有效的提高。?性能穩(wěn)定的MWD、LWD：趙東平臺使用的MWD、LWD儀器都是提前在陸地上安裝調(diào)試好的，不需要在鉆臺安裝MWD、LWD儀器，只需半個小時的裝放射源的時間，節(jié)約了大量的配輔助鉆具的時間。高性能的MWD、LWD的儀器工作性能穩(wěn)定，對泵排量不過分要求，每次接單根后，開泵30s既能收到井斜、方位數(shù)據(jù)，節(jié)約了測斜、測井的時間，同時保證有效的控制井身軌跡，杜絕了井下復雜、事故的發(fā)生。尤其是Anadrill公司的MWD、LWD儀器的性能穩(wěn)定性非常突出，在趙東平臺鉆井施工期間，該公司的MWD、LWD儀器從未發(fā)生過儀器沒有信號造成起鉆的事故。3、優(yōu)化鉆具組合鉆井施工中采用加重鉆桿加壓，121/＂井眼鉆具組合中只有儀器和7--10柱加重4鉆桿，有時只有3柱加重鉆桿，所有下井儀器盡量調(diào)整成一柱，每次起鉆立于鉆臺，沒有鉆鋌，減少了井下復雜情況的發(fā)生，減少了配鉆具和起下鉆鋌的時間。甚至在一開171/＂井眼鉆進中，也只采用7柱加重鉆桿代替鉆鋌加壓，大量節(jié)省了配甩鉆鋌和2起下鉆鋌的時間。在大井斜、大位移定向井的鉆井施工中，一般采用鉆具倒裝的方法，即把加重鉆桿放到部分鉆桿的上面來克服水平段對鉆具的阻力，這是國外打水平井經(jīng)常用的方法。同時，應用先進的軟件對鉆具在井下的受力進行分析，從而決定各種鋼級鉆桿在井眼中的位置，使井中鉆具受力合理，有效避免了各類鉆具事故的發(fā)生。4、隨鉆測井技術26口井鉆井施工中全部采用LWD隨鉆測井技術，并且隨鉆測井數(shù)據(jù)直接傳送到北京和美國的休斯頓，Apache公司的地質(zhì)專家在北京的辦公室根據(jù)實測的數(shù)據(jù)，可以馬上決定加深、提前完鉆和下套管數(shù)據(jù)，不但節(jié)省了常規(guī)的測井時間，同時不會發(fā)生等短套管數(shù)據(jù)和加深設計的時間。CBL測井也從不占用鉆機作業(yè)時間，而是用吊機吊著滑輪進行測井作業(yè)。5、先進的固井工藝技術?安全、快速的下套管工具：Weatherford公司為Apache公司提供下套管技術服務，提供了包括液壓套管鉗在內(nèi)的一整套的氣控下套管工具，包括C型盤；上、下卡盤；單根吊卡和機械手。全套氣控裝置，操作安全、快捷、方便，通過機械手扶正對扣，加快了接單根的速度，接單根時間只需l-2min，平均每小時下套管20-30根。最為實用的是下套管時頂驅(qū)上裝有一套循環(huán)、灌泥漿裝置（灌泥漿管線上裝有一個單流閥），每根套管在接單根或下入過程中，根據(jù)計算好的泵沖灌泥漿，避免了灌泥漿過程中卡套管的風險，并且該裝置可隨時建立循環(huán)，循環(huán)時只要下放頂驅(qū)，將喇叭口套在套管接箍上（喇叭口與套管之間靠橡膠密封），卡住卡盤，就可以開泵循環(huán)，特別是在下套管遇阻、井涌等復雜發(fā)生時，能夠及時地建立循環(huán)，進行處理。另外，趙東平臺采用的是充氣式套管護絲，拆卸方便、快捷，從而節(jié)約了一定的卸護絲的時間。同時上卡盤與單根吊卡配合使用，將套管放在坡道既可，減少了套管進鼠洞的時間，縮短了下套管時間，提高了下套管施工的安全性。?高質(zhì)量的浮鞋、浮箍和快速拆裝耐高壓水泥頭：在95/＂套管下入過程中采用8了weatherford公司生產(chǎn)的浮鞋、浮箍，下井之前外方監(jiān)督進行認真的測試，在施工完的26口井中，每次固井完直接拆掉水泥頭，未發(fā)生過水泥倒返事故。同時采用快速裝卸水泥頭，每次拆裝在20min以內(nèi)，同時能夠承受3000psi的高壓。?高科技、自動化固井泵：趙東平臺采用Schlumberger（dowell）公司最先進的固井泵，該固井泵有一套自動化程序控制系統(tǒng)，可提前將固井水灰比、藥水比例和灰量等數(shù)據(jù)輸入到電腦內(nèi)，固井過程中電腦控制整個固井過程，整套固井設備的操作只需兩個人，該裝置還配有一塊固井灰流量表，固井時，保持固井灰流量在一定的范圍內(nèi)，保證固井施工中水泥漿密度的均勻。?固井施工工藝：為趙東平臺提供固井技術服務的Schlumberger-Dowell公司提供的前置液是經(jīng)過專門研究配制，根據(jù)不同的泥漿體系、不同的地層條件、不同的井眼直徑、井斜情況配制的，能有效的清除井壁的虛泥餅、油性物質(zhì)以及影響固井質(zhì)量的的物質(zhì)。根據(jù)地層破裂壓力，可隨意調(diào)整水泥漿比重最低可調(diào)至1.0g/cm3，與清水的密度相同。趙東平臺經(jīng)地層破裂壓力試驗，測得133/＂套管鞋處地層破裂壓力為812.5ppg左右，在固井施工中控制水泥漿比重12.5ppg（1.50g/cm3左右），有效避免了固井施工的漏失問題，同時水泥凝固后強度能達到常規(guī)密度1.90g/cm3左右的水泥漿凝固后的強度，經(jīng)過對完成的26口井95/"套管固井質(zhì)量進行CBL檢測，固井質(zhì)量均為8優(yōu)質(zhì)。固井時，上下活動套管，保證了頂替效率，提高了下井壁與套管之間的固井質(zhì)量，并且每兩分鐘記錄一下泵壓、泵沖、總泵沖、上提、下放拉力、泥漿返出量情況根據(jù)情況調(diào)整排量，保證了固井質(zhì)量。再者在每口井固井結束后，直接拆掉水泥頭，從而節(jié)約了陸地上6-8小時的候凝時間；趙東平臺的套管采用專用的套管掛掛在套管頭上，固井施工后期，將套管直接座在套管頭上，因此又節(jié)約了拆井口、裝卡瓦的時間，同時增加了施工安全性；趙東平臺套管的試壓是固井完碰壓后，繼續(xù)用固井泵在95/"套管打壓至3000Psi、穩(wěn)壓85min，簡化了陸地上繁瑣的試壓程序。6、 井口快速拆裝工藝由于海上鉆井施工不存在陸地上搬家大規(guī)模拆裝封井器的問題，每次移底座只需將連接封井器和套管頭的升高短節(jié)拆開，然后將封井器和升高短節(jié)吊起，移動底座至下一井口安裝。為了節(jié)省拆裝封井器時間，套管頭服務公司KVAERNER為Apache公司專門設計的快速連接的升高短節(jié)，大大縮短了拆裝封井器時間，在施工中，有時拆裝一次封井器和移底座只需要