青西地區(qū)窟窿山逆掩推覆帶鉆井技術

青西地區(qū)窟窿山逆掩推覆帶鉆井技術

由于油氣勘探和開發(fā)的需要，硬層開采的問題日益突出。在玉門油田青西地區(qū)鉆遇了大段的逆掩推覆體老地層,鉆井施工難度越來越大,其難點主要表現為:推覆體老地層擠壓破碎嚴重,地層產狀變化大,井斜難以控制;地層巖性不均,可鉆性極差,鉆井過程中蹩跳鉆嚴重,鉆井參數受到嚴重限制;地層研磨性極強,鉆具磨損嚴重等。面對這些技術難題,目前鉆井中仍主要采用傳統的牙輪鉆頭,配合PDC鉆頭及噴射鉆井的旋轉鉆井技術,使得青西地區(qū)鉆井速度慢、周期長,鉆井成本居高不下,嚴重制約了該地區(qū)勘探開發(fā)的步伐和效益。從破巖理論上講,沖擊旋轉鉆井技術是解決硬地層鉆井難題最有效的方法之一,大量實踐也證明了它是一種高效的鉆井方法,特別是在硬地層中鉆井,可大幅度提高鉆井速度、降低鉆井成本,延長鉆頭的使用壽命。該技術成功地應用于石油鉆井中,有效地解決了硬地層鉆井速度慢、周期長的難題,取得了顯著經濟效益,加快了油氣田勘探開發(fā)的進程。1青西地質特征及鉆探技術的困難分析1.1地層巖性及粒度特征青西地區(qū)鉆遇的地層從上到下為:逆掩推覆體推覆上來的志留系、白堊系及石炭—二迭系的老地層擠壓破碎嚴重,巖性變化頻繁,很不均質;第四系地層主要以礫巖、中粗砂巖為主,膠結疏松;第三系地層含礫成分較多,地層非均質性強,巖性及粒度變化頻繁,夾層多;中、下溝組地層膠結比較致密,主要為致密的泥巖、灰質泥巖、泥質白云巖及礫巖,富含線狀黃鐵礦,裂縫發(fā)育。1.2主要制約因素(1)地層巖性變化頻繁,夾層多,不利于鉆頭類型的優(yōu)選與使用,客觀上制約了鉆井速度的提高,使得鉆井周期加長。從青西地區(qū)的地質分層來看,地層從上到下,巖性及粒度變化頻繁,夾層多,且中、下溝組局部富含黃鐵礦,使得PDC及巴拉斯等高效能鉆頭的應用難以有效進行,這在一定程度上制約了鉆井速度的提高,從而延長了鉆井周期。(2)推覆體及中下溝組地層壓實程度高,研磨性強,最高可鉆性級別超過9級,導致牙輪鉆頭選型與使用受到制約,平均機械鉆速低。通過對青西地區(qū)地層巖石可鉆性的室內測定與測井資料的分析處理,上部推覆體地層可鉆性為7～9級,下部中下溝組地層巖石可鉆性為6～8級,由于地層埋藏深、分布的井段長、地層膠結致密,現有的牙輪鉆頭牙齒壓入這類巖石的破碎坑體積很小,齒痕很淺,導致破巖效率極低,嚴重制約了鉆井速度的加快。(3)地層傾角大,井斜控制非常困難,嚴重制約了鉆井速度的提高。通過實測發(fā)現,推覆體地層傾角為30～80°,中下溝組地層破碎帶地層傾角超過50°。如Q2-25井鉆至志留系地層312m處因井斜增大而填井側鉆。Q2-13井從井深3700m以后井斜由4°增大到34°,為了控制井斜而采取輕壓吊打,嚴重制約了鉆井速度的加快。通過對比分析發(fā)現,采取輕壓吊打比全壓鉆井的機械鉆速慢了31%。2液體動射流檢測器的結構和工作原則2.1沖擊器國際機械控制液動射流式沖擊器是以一個雙穩(wěn)的射流元件作為控制機構,由于雙穩(wěn)射流元件具有附壁和切換的特性,可控制流體按一定的規(guī)律進入沖擊器活塞工作腔體的上腔和下腔,從而推動活塞沖錘作上下往復運動。其基本結構如圖1所示。2.2沖錘沖擊動作泥漿泵輸出的高壓鉆井液,經鉆柱輸入元件1的噴嘴時產生附壁效應,假如先附壁于右側,則由右輸出道輸出進入缸體的上腔,推動活塞及沖錘下行撞擊砧子,完成一次沖擊。在右輸出道輸出同時,反饋信號回至右信號控制孔,在活塞行程末了使主射流切換附壁于左側并經左輸出道進入缸體的下腔,推動活塞及沖錘回程,同樣在左輸出道輸出的同時,反饋信號又回到左信號孔,將主射流切換到右側,如此往返,實現沖擊動作,上下缸體內回水,則通過輸出道而排到放空孔,再經水道到達井底鉆頭,沖洗井底后返回到地表井口。其工作原理如圖2所示。2.3dgsc型液動射流式沖擊器的優(yōu)點(1)射流式沖擊器是一開放系統,不受井深引起的圍壓的影響。(2)液動射流式沖擊器除活塞沖錘外,無其他運動零件,也沒有閥及彈簧等易損件,因而其工作可靠,使用壽命較長。(3)DGSC型液動射流式沖擊器的性能參數可以大幅度調整,使用時可根據地層特點、鉆頭類型及鉆井規(guī)程等條件調整沖擊器的性能參數。(4)GSC型液動射流式沖擊器設計了防空打機構,當沖擊器懸空時,下接頭(砧子)向下滑動,活塞隨著下滑,活塞圓柱面封住了缸體的下腔進水通道,沖擊器即不工作,避免了劃眼時沖錘的無效沖擊。(5)射流元件采用了耐磨性很好的合金材料,大幅度提高了其使用壽命。2.4單次沖擊試驗沖擊器外徑165～229mm;沖錘質量60～100kg;沖擊行程20～100mm,可調;泥漿泵流量35～55L/s;沖擊器壓力降1～2MPa;沖擊頻率10～32Hz;單次沖擊功200～750J;鉆具總長3112mm。3振動裝置的現場試驗和效果分析3.1q2-29井3.1.1井深、井密度控制井斜井眼直徑374.6mm;所鉆地層為志留系,灰色、灰綠色粉砂巖及灰質白云巖,地層傾角最高可達到60～70°,常規(guī)鉆具組合控制井斜非常困難。井深252m;鉆井液密度1.12g/cm3;使用SH22R牙輪鉆頭,采用大鐘擺鉆具組合,鉆壓80kN,轉速55r/min,排量42L/s,泵壓10MPa,機械鉆速為1.87m/h,鉆進過程中鉆頭憋跳嚴重,鉆頭起出有斷齒和掉齒。3.1.2減振器243m沖擊器型號:DGSC-203型。鉆具組合:?374.6mmXHP2c×0.41m+730/631×0.37m+?203mm沖擊器×3.13m+631/730×0.41m+?229mm減振器×3.74m+?229mm鉆鋌×26m+?374mm扶正器×1.9m+731/630×0.42m+?203mm鉆鋌×17.37m+631/410×0.37m+?178mm鉆鋌×26.04m+?127mm加重鉆桿×9.5m+?127mm鉆桿若干。鉆井井段:252～466.60m,進尺214.60m,純鉆時間79.8h,平均機械鉆速2.69m/h。鉆井參數:鉆壓為20～60kN,轉速為55r/min,排量為41L/s,泵壓為15MPa。3.1.3施工進尺和井斜控制與原用鉆頭的機械鉆速1.87m/h、進尺167m相比,機械鉆速提高44%,進尺提高29%,井斜控制在2°以內,初步實現了小鉆壓下防斜打快的目標。3.2海瑞1號3.2.1井深4.32m的斜井眼直徑311mm;所鉆地層為志留系下統的灰綠色板巖,地層硬度大,地層傾角最高可達到70°,常規(guī)鉆具組合控制井斜非常困難。井深2667.32m,鉆井液密度1.21g/cm3,鉆至2667.32m時,因該地層難鉆且易斜,只能以鐘擺鉆具組合輕壓(4t左右)吊打。沖擊器使用前的2只鉆頭分別為HJ537G和HJ517G,進尺分別為38.05m和22.55m,機械鉆速分別為0.45m/h和0.35m/h,且鉆頭掉齒嚴重,井斜角為5°。3.2.2mm鉆餡料4.32m+400mm鉆餡料1.4m沖擊器型號:DGSC-229型,鉆具組合:?311.1mmHJ537G×0.35m+731/630接頭×0.39m+?229mm沖擊器×3.2m+?229mm鉆鋌×26.27m+?310mm扶正器×1.69m+?229mm鉆鋌×8.9m+?310mm扶正器×1.70m+731/630接頭×0.34m+?203mm鉆鋌×34.77m+631/410接頭×0.48m+?178mm鉆鋌×43.72m+?127mm鉆桿若干,鉆井井段:2667.32～2719.79m,進尺52.47m,純鉆時間88.25h,平均鉆速0.59m/h。鉆井參數:鉆壓40～80kN,轉速50r/min,排量41L/s,泵壓18MPa。3.2.3井斜進尺和井斜與相鄰井段2只鉆頭使用情況對比,機械鉆速分別提高69%和31%,進尺分別提高38%和133%,井斜由5(°)/2664.35m降至4(°)/2708.28m,顯示了沖擊旋轉鉆井的優(yōu)越性。4沖擊旋轉鉆井技術(1)使用射流式沖擊