中俄聯(lián)合作業(yè)公司在薩哈林e號區(qū)塊的勘探實(shí)踐

中俄聯(lián)合作業(yè)公司在薩哈林e號區(qū)塊的勘探實(shí)踐

薩哈林e維寧區(qū)塊位于俄羅斯遠(yuǎn)東薩哈林島東北部的大陸架鄂霍次克海域?？碧矫娣e約5300km2，水深0.05m。該海域于10月下旬開始完全硬化，次年6月下旬完全硬化。適合現(xiàn)場運(yùn)營的年齡組只有四個月。該項(xiàng)目是中、俄油氣勘探領(lǐng)域的第一個合作項(xiàng)目,該項(xiàng)目的實(shí)施,對探明薩哈林E號內(nèi)區(qū)塊圈閉、控制儲量具有重大作用。在該區(qū)塊先后成功實(shí)施了C井、B井和A井共3口井的鉆探。B井和A井的油氣發(fā)現(xiàn),為薩哈林E號區(qū)塊的勘探開發(fā)提供依據(jù)。1目的層和次要層薩哈林E號區(qū)塊構(gòu)造位置屬于東薩哈林-鄂霍茨克盆地,主要目的層為中中新統(tǒng)達(dá)吉組,次要目的層為上中新統(tǒng)下努托瓦組。表層為淺層氣發(fā)育區(qū),有淺層氣威脅,需鉆先導(dǎo)井眼預(yù)防或排淺層氣。該區(qū)塊地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜,斷層較多,主要目的層為氣層。1.1地質(zhì)特征的地質(zhì)勘探系統(tǒng)特征1.1.1中達(dá)吉組地層下努托瓦組及奧科貝凱組為砂泥巖、砂礫巖互層,泥巖膠結(jié)強(qiáng)度大,礫巖礫徑較大,可鉆性中等,跳鉆頻繁,只能用牙輪鉆頭鉆進(jìn),礫巖對鉆頭軸承損壞嚴(yán)重。其中,屬于海泛期的奧科貝凱組有發(fā)育火山凝灰?guī)r夾層,由于火山活動影響形成火山凝灰質(zhì)泥巖、凝灰質(zhì)砂巖,非常堅(jiān)硬,硬度在7以上,并有大套礫巖以及礫巖與泥巖的不等厚互層。該地層中礫巖厚度大、分選差、膠結(jié)不好,引起頻繁跳鉆現(xiàn)象,鉆進(jìn)速度較慢,而且潛在的發(fā)生井壁坍塌、卡鉆和漏失等井下復(fù)雜情況的風(fēng)險(xiǎn)也較大。中達(dá)吉組地層為中強(qiáng)膠結(jié)的石英砂巖,含灰泥巖夾層可鉆性級別為6~8級,巖性致密,硬度大,研磨性強(qiáng),可鉆性極差;下達(dá)吉組為中強(qiáng)膠結(jié)的長石—石英砂巖,粒徑為細(xì)至中細(xì),含當(dāng)?shù)靥赜械哪鄮r夾層,密度為2.55~2.65g/cm3,壓實(shí)程度高,可鉆性差。維寧區(qū)塊整體地層巖性研磨性強(qiáng),可鉆性差,機(jī)械鉆速偏低。1.1.2鉆井速度和井斜角維寧區(qū)塊屬于背斜構(gòu)造,地下斷層多,中下部地層如上達(dá)吉、中達(dá)吉地層傾角高達(dá)23°,上部砂、泥地層交互出現(xiàn),是強(qiáng)烈的造斜地層,給井身質(zhì)量控制帶來了很大難度,嚴(yán)重制約了鉆井速度的提高,并因此易誘發(fā)鍵槽卡鉆等事故及復(fù)雜情況。除了吊打防斜、定向糾斜外,目前沒有有效的井斜控制手段,機(jī)械鉆速緩慢。如:B井最大井斜角出現(xiàn)在3216.17m,為5.47°,其垂深3214.87m,但從2877m以下井斜角增大較快,而且往下有增大的趨勢?；瑒蛹m斜后,最大井底水平位移為60.14m,符合設(shè)計(jì)要求。1.1.3地層漏失情況中新統(tǒng)(N1ok)奧科貝凱組為泥巖夾砂巖,含砂量往下部增多,砂質(zhì)巖中普含火山凝灰?guī)r,局部含灰質(zhì)和煤層,鉆井過程可見煤屑,該地層可鉆性差。根據(jù)已鉆井資料顯示,奧科貝凱組易漏失,已鉆維寧2井(俄羅斯人所鉆)在400~510m發(fā)生漏失,漏失速度為21m3/h,鉆井液密度為1.17g/cm3,整個達(dá)吉組1320~1580m和1930~2370m含煤層,易漏,除玄武—砂—黏土基質(zhì)的地層外均有漏失,漏速為15m3/h,第四系、上努托瓦組及下努托瓦組也含煤層,易發(fā)生鉆井液漏失。臨井在產(chǎn)層附近有H2S,含量較低,為0.2%~0.4%,A井鉆探過程中未發(fā)現(xiàn)。1.2施工困難時期的運(yùn)營1.2.1制約機(jī)械鉆速提高并誘發(fā)潛在工程危險(xiǎn)維寧區(qū)塊上部地層鉆井過程中鉆頭泥包嚴(yán)重,制約機(jī)械鉆速提高并誘發(fā)潛在的工程危險(xiǎn)。如先導(dǎo)井眼?311.1mm井段和?444.5mm井段鉆頭泥包嚴(yán)重(見圖1)。1.2.2口井跳鉆情況達(dá)吉組為濱淺海沉積相,地層巖性以砂巖、泥巖為主,含少量灰?guī)r、云巖,地層較為壓實(shí),細(xì)砂巖、粉砂巖發(fā)育,巖性互層交錯,表現(xiàn)為研磨性極強(qiáng),中等強(qiáng)度的鉆進(jìn)跳鉆。聯(lián)合作業(yè)公司施工的3口井均跳鉆頻繁,其中,A井在2148m以下,鉆遇砂泥巖互層,泥巖致密,壓實(shí)程度高,密度在2.6g/cm3以上;砂巖孔隙度也較低,壓實(shí)程度高,砂巖占40%~60%左右,機(jī)械鉆速低(8~12m/h),這段鉆具的橫向震動和縱向震動很強(qiáng),中達(dá)吉組的中下部機(jī)械鉆速低。MWD所測的橫向振動值為5~7,如果其數(shù)值長期大于5,則可能會折斷鉆具。跳鉆、大幅度的黏滑扭轉(zhuǎn)振動以及劇烈的橫向振動及渦動不僅會影響鉆井速度,還容易使鉆柱疲勞破壞,誘發(fā)鉆井事故,增加了鉆井成本和風(fēng)險(xiǎn)1.2.3突出井徑擴(kuò)大上達(dá)吉和中達(dá)吉組段含當(dāng)?shù)靥赜械哪鄮r夾層,地層中的泥巖以非膨脹性黏土礦物為主,部分井段蒙脫石含量較高,表現(xiàn)為易水化膨脹,膠結(jié)差,壓實(shí)情況差,易垮塌致井徑擴(kuò)大。如B井四開?311.1mm井段(1447~2500m),循環(huán)時一切暢通,起鉆遇阻,振動篩返出大量的碎塊,掉塊直徑10~40mm,電測結(jié)果顯示1480~1562m井徑330.2~368.3mm,1587~1803m井徑381~419.1mm,2063~2293m井徑381~419.1mm,大部分井段為381~406.4mm,井徑擴(kuò)大較大。1.2.4作業(yè)制度、程序規(guī)范、設(shè)備老化美國TRANSOCEAN公司是一個國際著名鉆井承包商,各項(xiàng)作業(yè)制度、程序規(guī)范比較嚴(yán)格,但是由于大部分鉆井設(shè)備在20世紀(jì)60、70年代建造,設(shè)備老化現(xiàn)象嚴(yán)重。如:B井鉆具刺漏9次,振動篩經(jīng)常壞,泥漿池不能完全密封等等。1.2.5施工費(fèi)用較高鉆井日費(fèi)奇高,B井單位進(jìn)尺成本為34945.12美元/m,測、錄、試、固的服務(wù)費(fèi)用也較高,根據(jù)在俄施工許可證要求,2009年度需在有限的時間窗口實(shí)現(xiàn)鉆2口井,兩開兩完的目標(biāo)十分艱巨。2挖掘技術(shù)對策技術(shù)2.1a井的井身結(jié)構(gòu)利用三維地震、測井資料預(yù)測地層壓力,建立該地區(qū)地層壓力剖面后,針對維寧區(qū)塊復(fù)雜的地質(zhì)條件,在綜合考慮安全、快速、俄羅斯礦產(chǎn)法規(guī)、島內(nèi)物資裝備等因素條件下,前2口施工井采用通用的較常規(guī)結(jié)構(gòu)預(yù)留一層套管的優(yōu)化結(jié)構(gòu):?914.4mm×?660.4mm×?444.5mm×?311.1mm×?215.9mm,在正常情況下,下入?177.8mm尾管,遇異常時可以增加一級套管,增強(qiáng)處理復(fù)雜情況的能力。以上結(jié)構(gòu)是俄羅斯國家礦產(chǎn)法規(guī)定的套管結(jié)構(gòu),改動需層層審批。經(jīng)對三維地震、測井資料預(yù)測地層壓力的研究及實(shí)鉆分析后,多方努力,A井最終修改為?914.4mm×?444.5mm×?311.1mm×?215.9mm,改進(jìn)的井身結(jié)構(gòu)優(yōu)勢在于:(1)相對于該地區(qū)常規(guī)井身結(jié)構(gòu)節(jié)省一層套管,降低鉆井總成本和工作量。(2)應(yīng)付復(fù)雜能力強(qiáng),可以增加備用套管層次,減少承壓堵漏的難度和井眼失穩(wěn)的機(jī)率,并提高井控能力。(3)提高鉆井速度。因?yàn)榫鄢叽邕m中,最大、最小井眼井段盡量減少。(4)取消?660.4mm井段巖屑收集和運(yùn)輸,減少了制約鉆井機(jī)械鉆速的因素,節(jié)約了寶貴的鉆井作業(yè)時間窗口。2.2復(fù)合鉆井技術(shù)常用的優(yōu)快鉆井技術(shù)主要有2種方式,即PDC鉆頭+螺桿鉆具(無線隨鉆或有線隨鉆監(jiān)測)鉆井方式及國外廣泛應(yīng)用的垂直鉆井系統(tǒng)。PDC鉆頭+螺桿鉆具的鉆井方式主要利用螺桿鉆具的高轉(zhuǎn)速和PDC鉆頭的破巖特點(diǎn),在低鉆壓、高轉(zhuǎn)速、大排量的情況下,達(dá)到提高機(jī)械鉆速、有效控制井斜的目的。研究表明:復(fù)合鉆井可以防斜,其實(shí)質(zhì)仍然是鐘擺鉆具防斜,不同之處在于鉆頭轉(zhuǎn)速提高了數(shù)倍,利用螺桿鉆具低鉆壓、高轉(zhuǎn)速特點(diǎn),提高鉆具的防斜、糾斜能力。鐘擺鉆具是利用斜井內(nèi)鉆柱切點(diǎn)以下鉆鋌重量的橫向分力把鉆頭壓向井眼下方,以逐漸達(dá)到減小井斜的目的。這個橫向分力的作用就象鐘擺一樣,故稱為鐘擺力。螺桿防斜鉆具也是利用鐘擺力來達(dá)到防斜、降斜的目的。應(yīng)用“PDC鉆頭+隨鉆打撈杯+塔式鉆鋌(MWD)+鉆桿”組合適合于低鉆壓、高轉(zhuǎn)速條件下的快速鉆進(jìn),與鐘擺鉆具結(jié)構(gòu)配合使用進(jìn)行防斜鉆井,如需要則可用MWD糾斜,以提高鉆井速度和井身質(zhì)量。A井使用復(fù)合鉆井技術(shù)控斜效果較好,下鉆探測海水底部井斜0.4°(井深72m處),?311.1mm井眼導(dǎo)眼鉆進(jìn)后井底700m井斜為4.5°,?444.5mm擴(kuò)眼時使用塔式鉆具采用吊打的方式,降斜為0.18°,完鉆井底井斜為5.67°,水平位移39m,符合設(shè)計(jì)要求。螺桿防斜鉆具組合的優(yōu)點(diǎn):可進(jìn)行滑動鉆進(jìn)和復(fù)合鉆進(jìn)。滑動鉆進(jìn)時,如需要可糾斜、扭方位作業(yè)。螺桿鉆具轉(zhuǎn)速一般為150~200r/min,遠(yuǎn)高于鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速,因此,在中軟地層能獲得較高的機(jī)械鉆速和較好的防斜糾斜效果。復(fù)合鉆進(jìn)技術(shù)在維寧區(qū)塊提高機(jī)械鉆速上取得了明顯成效。在B井2848.7~2889m試驗(yàn)性使用復(fù)合鉆進(jìn),機(jī)械鉆速為15.07m/h,同等情況機(jī)械鉆速達(dá)2.69~10.10m/h。為此,A井在三開?311.1mm井眼開始使用復(fù)合鉆井方式,效果較好,如979~1627m井段試用PDC鉆頭+螺桿復(fù)合鉆進(jìn),鉆壓為30~60kN,井底鉆頭轉(zhuǎn)數(shù)為140~185r/min,排量為55~60L/s,環(huán)空返速為1.2~1.4m/s,機(jī)械鉆速達(dá)33.23m/h,與常規(guī)鉆井相比,鉆進(jìn)速度提高79%,并有效地控制井斜。全井僅在?311.1mm井段滑動糾斜8m(1968~1976m),完鉆井底位移為37m,符合設(shè)計(jì)要求。全井的平均機(jī)械鉆速為16.48m/h,為所施工3口井中最高,全井平均機(jī)械鉆速提高了50%以上,井斜也得到了有效控制。同時還取得了開鉆以來1趟鉆井進(jìn)尺最多(648m)和日進(jìn)尺最高(437m)的技術(shù)指標(biāo)。實(shí)鉆效果充分證明該項(xiàng)技術(shù)在薩哈林地區(qū)具有較好的應(yīng)用前景。根據(jù)已鉆井資料和現(xiàn)場實(shí)際,計(jì)算出最優(yōu)鉆壓,確保鉆進(jìn)成本最低的最優(yōu)轉(zhuǎn)速和最優(yōu)鉆壓組合。如在四開?215.9mm井段采用塔式鉆具組合配合PDC鉆頭鉆進(jìn),鉆壓30~50kN、排量28~32L/s、120~180r/min高轉(zhuǎn)速鉆井時,實(shí)鉆效果較好,具體情況見表1。2.3鉆頭機(jī)械鉆測試?yán)靡雁@井的電性資料(測、錄井)研究了不同層段的巖石組分,預(yù)測了牙輪鉆頭、PDC鉆頭可鉆性,分析了巖石硬度、塑性及抗剪強(qiáng)度等力學(xué)特性,進(jìn)而建立了維寧區(qū)塊的鉆井巖石力學(xué)特性連續(xù)剖面。經(jīng)過對該地區(qū)鉆井巖石力學(xué)特性連續(xù)剖面、巖石可鉆性剖面研究,為鉆頭選型提供了理論和實(shí)踐依據(jù)。研究表明,奧科貝凱組以上采用大牙齒鉆頭比較適合;較均質(zhì)的泥巖、灰?guī)r和粉砂巖,選擇PDC鉆頭有利于提高速度,使用效果較好。通過對地層的分析及PDC鉆頭切削結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和水力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理的研究,結(jié)合PDC鉆頭在含礫夾層中的工況,并根據(jù)維寧區(qū)塊實(shí)際情況,A井優(yōu)選了適用于該地區(qū)的鉆頭,即上、中達(dá)吉組使用百施特的?311.1mmM1655SS鉆頭;中、下達(dá)吉組使用Smith的?311.1mmMSI716WPX鉆頭;下努托瓦組和奧科貝凱組選用Baker的?444.5mmRC135鉆頭,其機(jī)械鉆速見表2。奧科貝凱組下部及上達(dá)吉組和中達(dá)吉組使用SMITH生產(chǎn)的?444.5mmM616VPBX鉆頭;中達(dá)吉組使用百施特的?215.9mmM1655SS鉆頭,該鉆頭中等拋物線、弧形六刀翼冠形、螺旋保徑和中高密度布齒設(shè)計(jì)適合該地層上部鉆進(jìn),使用不同專利技術(shù)的復(fù)合片提高了鉆頭鉆進(jìn)硬地層的能力,在鉆具組合中加入減震器和震擊器以減少鉆具震動,并在卡鉆時可以連續(xù)上擊和下?lián)?確保鉆進(jìn)安全。A井鉆頭施工具體情況見表2。B井?215.9mm井段2675~3252.5m使用HJT517G、M616BVPX、PDC-PSC136、M616BVPX、M616BVPX、M1955SS、M1955SS、M1955SS共8只鉆頭,平均機(jī)械鉆速僅為4.57m/h,使用優(yōu)快鉆井技術(shù)后,A井?215.9mm井段共使用4只鉆頭(其中1只為取心鉆頭),平均機(jī)械鉆速17.54m/h,機(jī)械鉆速提高2.83倍。2.4正常鉆進(jìn)技術(shù)導(dǎo)眼使用海水+高黏鉆井液(海水鉆進(jìn),鉆完用稠漿替滿井眼),二開使用膨潤土聚合物鉆井液,三開至井底使用KCl聚合物鉆井液,使用了M-ISWACO的新型AX-1震動篩,有效地減少了有害固相,并提高了CCB系統(tǒng)對鉆井巖屑的收集,提高了工作效率。在?444.5mm井段使用KCl/聚合物鉆井液,該體系不僅具有較好的頁巖抑制性,而且流變參數(shù)合理、潤滑性好、抗鈣污染能力強(qiáng),能夠滿足該地區(qū)鉆井的要求。正常鉆進(jìn)時以“細(xì)水長流”的方式加入預(yù)水化的聚合物膠液,通過固控設(shè)備的使用,使鉆井液性能滿足低黏、低切、低密度、低固相和適當(dāng)失水的要求,同時補(bǔ)充預(yù)水化膨潤土漿和防塌劑,以增強(qiáng)鉆井液的造壁性。建立鉆井液安全密度是確保井壁穩(wěn)定的基本條件,故而在易塌井段,取鉆井液設(shè)計(jì)的最大值,防止井壁垮塌而造成井徑擴(kuò)大,并加入防塌類化學(xué)藥品。鉆進(jìn)至目的層前,加入適量降失水劑,把失水降至設(shè)計(jì)要求的范圍內(nèi),在用好固控設(shè)備和保證攜砂、井壁穩(wěn)定和壓穩(wěn)地層的情況下,保持鉆井液性能達(dá)到鉆井要求,改變鉆井參數(shù)、精心操作,盡可能地提高鉆井速度和減少PDC鉆頭泥包現(xiàn)象。在易漏地層,鉆井液密度盡可能控制在設(shè)計(jì)下限,控制鉆井液黏度、切力,保持鉆井液有較好的流變性,降低環(huán)空壓耗,加入堵漏材料,控制鉆井液性能,并控制下鉆速度,減少激動壓力。在鉆井中要求大排量鉆進(jìn),一是保證在較高的機(jī)械鉆速下環(huán)空有一個較低的鉆屑濃度,二是加大對井壁的沖蝕效果,使泥巖水化膨脹縮徑速度與鉆井液的沖蝕達(dá)到一個動態(tài)平衡。每鉆200~300m根據(jù)情況進(jìn)行短起下,及時修復(fù)井壁,鉆一段保一段。2.5泥包鉆頭的水力設(shè)計(jì)盡管PDC鉆頭不像牙輪鉆頭那樣容易發(fā)生牙輪、牙齒脫落等事故,但發(fā)生鉆頭泥包的機(jī)率卻比牙輪鉆頭大得多。研究表明,具有拋物線輪廓和刮刀式水力設(shè)計(jì)的聚晶金剛石(PDC)鉆頭在頁巖地層中不易產(chǎn)生泥包,而采用脊式布齒或開放式表面水力設(shè)計(jì)的PDC鉆頭或平/圓輪廓PDC鉆頭則相反。PDC鉆頭的水力設(shè)計(jì)對鉆頭泥包的產(chǎn)生具有較大的影響,故而在A井中優(yōu)選了PDC鉆頭。實(shí)踐表明,所選鉆頭能滿足現(xiàn)場需要。泥包鉆頭處理:加中心噴嘴,加長噴嘴,增加轉(zhuǎn)速使巖屑甩向井壁,鉆井液加入抑制劑,增大環(huán)空返速。為了減少泥包,尤其是假濾餅縮徑,增大排量,提高鉆井液的返速,使其達(dá)到紊流沖蝕井壁的作用。鉆井過程中要求雙泵打鉆,通過調(diào)節(jié)噴嘴大小使排量滿足高返速要求:即在二開井段上部采用大于1.1m/s的高返速鉆進(jìn),三開和四開井段采用大于1.3m/s的高返速,鉆進(jìn)進(jìn)入2300m后根據(jù)泵壓情況,可適當(dāng)降低返速,但不得小于1.0m/s的環(huán)空返速。使用安全防卡技術(shù),主要是強(qiáng)化鉆具管理制度,所有入井工具均進(jìn)行探傷,使用減震器減輕鉆柱震動,定期定鉆深起下鉆,并充分循環(huán)保證井內(nèi)干凈,鉆井過程中優(yōu)化鉆井參數(shù),并及時調(diào)整。配備足夠數(shù)量的打撈工具等,全井使用18°斜坡鉆桿,防鍵槽卡鉆,并準(zhǔn)確記錄每次遇阻的噸位、井深等,認(rèn)真分析并采取相應(yīng)措施。3維寧區(qū)塊全面鉆井、開采取得的成效通過對以上優(yōu)快鉆井技術(shù)和管理方法的運(yùn)用,A井井身合格率100%,18m長筒取心收獲率100%,固井合格率100%,節(jié)約鉆進(jìn)周期4.5d,整個鉆井生產(chǎn)工作安全無事故,A井的鉆探獲得成功。同時,維寧區(qū)塊自推廣應(yīng)用“優(yōu)快鉆井技術(shù)”以來,取得了較好的效果。(1)A井完鉆井深2530m,鉆井周期21.81d,全井平均機(jī)械鉆速16.48m/h。(2)取得了該區(qū)塊施工以來一趟鉆井進(jìn)尺最多(648m)和日進(jìn)尺最高(437m)的技術(shù)指標(biāo),創(chuàng)目前維寧區(qū)塊的單只鉆頭進(jìn)尺最高紀(jì)錄。(3)平均機(jī)械鉆速較B井提高83%以上,較C井提高21%以上;平均鉆井周期較上2口井縮短30%以上;上達(dá)吉和中達(dá)吉組平均井徑擴(kuò)大率小于30%;單井尾管節(jié)約1055m以上;單井鉆井成本節(jié)約預(yù)算4500萬美元以上。4實(shí)施科學(xué)的鉆井技術(shù),提高地震解決地質(zhì)問題的能力(1)鉆井工程是投資大、風(fēng)險(xiǎn)大、技術(shù)密集的系統(tǒng)工程,因此系統(tǒng)籌劃、周密考慮、超前運(yùn)行是非常重要的。細(xì)化鉆井計(jì)劃進(jìn)度,提高鉆井效率、縮短周期,如在陸地上接好浮箍、浮鞋,候凝期間在安全窗口內(nèi),分次組織接鉆具,組織好交叉作業(yè)等。(2)聯(lián)合作業(yè)公司組織DRILLING-ONPAPER(紙上演練)和JSA(作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)分析),制定緊急預(yù)案,是確保工程順利實(shí)施的前提。管理人員知識面寬、高度負(fù)責(zé)、職責(zé)明確、精細(xì)管理、提前籌劃、周密安排對工程順利安全實(shí)