垦利16-1油田浅层大位移井钻井关键技术.pdf
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1、第 卷第期 年 月中 国 海 上 油 气 “十 三 五”国 家 科 技 重 大 专 项“渤 海 油 田 高 效 钻 完 井 及 配 套 技 术 示 范(编 号:)”部 分 研 究 成 果。第 一 作 者 简 介:喻 贵 民,男,高 级 工 程 师,博 士,年 毕 业 于 西 南 石 油 学 院 矿 业 机 械 专 业,主 要 从 事 海 洋 钻 完 井 技 术 创 新 和 成 果 转 化 工作。地 址:天 津 市 滨 海 新 区 海 川 路 号 渤 海 石 油 管 理 局 大 厦座(邮 编:)。:。通 信 作 者 简 介:任 鹏 举,男,工 程 师,毕 业 于 中 国 石 油 大 学(北 京)
2、油 气 井 工 程 专 业,获 硕 士 研 究 生 学 位,主 要 从 事 钻 完 井 设 计 工 作。地 址:天津 市 滨 海 新 区 海 川 路 号 渤 海 石 油 管 理 局 大 厦座(邮 编:)。:。文 章 编 号:?()?:?引 用:喻 贵 民,韩 东 东,刘 峰,等垦 利 油 田 浅 层 大 位 移 井 钻 井 关 键 技 术中 国 海 上 油 气,():,():垦 利 油 田 浅 层 大 位 移 井 钻 井 关 键 技 术喻 贵 民,韩 东 东刘峰刘 东 东任 鹏 举向 良 炜(海 洋 油 气 高 效 开 发 全 国 重 点 实 验 室北 京 ;中 海 石 油(中 国)有 限 公
3、 司 天 津 分 公 司天 津 ;中 海 油 能 源 发 展 股 份 有 限 公 司 工 程 技 术 分 公 司天 津 )摘要垦 利 油 田 位 于 渤 海 南 部 海 域,是 典 型 边 际 油 田,该 油 田 油 藏 埋 深 浅 且 存 在 大 段 疏 松 砂 岩 地 层,为 大 位 移 井 钻 井 带 来 轨 迹 控 制 困 难、井 眼 延 伸 难 度 大 等 难 题。笔 者 从 地 质 背 景 出 发,分 析 了 研 究 区 域 大 位 移井 钻 井 的 技 术 难 点,以 井 为 例,分 析 了 浅 层 大 位 移 井 关 键 钻 井 技 术。研 究 表 明,井 眼 轨 迹 控 制技
4、 术、井 下 工 况 监 测 与 控 制 技 术 的 应 用 对 于 精 确 控 制 浅 层 大 位 移 井 的 轨 迹 具 有 良 好 的 应 用 效 果,尤 其 是 工 具 的 应 用 实 现 了 动 态 连 续 测 斜、系 统 的 应 用 动 态 实 时 反 映 井 下 状 况 等,有 效 保 障 了 大 位移 井 眼 的 持 续 延 伸;钻 井 液 优 化 技 术 能 够 显 著 提 高 浅 层 大 位 移 井 钻 井 液 的 携 岩 性、润 滑 性 和 封 堵 性;水 泥 浆 体 系 和 加 长 胶 塞 的 应 用 有 效 保 障 了 浅 层 大 位 移 井 的 固 井 质 量。本
5、文 研 究 成 果 对 渤 海 油 田浅 层 大 位 移 井 的 钻 井 作 业 具 有 良 好 的 借 鉴 作 用,可 为 渤 海 油 田 增 储 上 产 提 供 有 力 的 技 术 支 持。关 键 词垦 利 油 田;大 位 移 井;井 眼 轨 迹;钻 井 液 优 化中 图 分 类 号:文 献 标 识 码:犓 犲 狔 狋犲 犮 犺 狀 狅犾狅 犵犻犲 狊 狅 犳 狊 犺 犪犾犾狅 狑 犲 狓 狋犲 狀 犱 犲 犱 狉 犲 犪 犮 犺 狑 犲犾犾 犱 狉犻犾犾犻 狀 犵 犻 狀 犓 犔 狅犻犾犳犻犲犾 犱 ,(犖 犪 狋犻 狅 狀 犪 犾 犓 犲 狔 犔 犪 犫 狅 狉 犪 狋狅 狉 狔 狅
6、犳 犗 犳 犳 狊 犺 狅 狉 犲 犗 犻犾 犪 狀 犱 犌 犪 狊 犈 狓 狆 犾 狅 犻狋 犪 狋犻 狅 狀,犅 犲犻 犼犻 狀 犵 ,犆 犺 犻 狀 犪;犆 犖 犗 犗 犆 犆 犺 犻 狀 犪 犔 犻 犿 犻狋犲 犱,犜 犻 犪 狀 犼犻 狀 犅 狉 犪 狀 犮 犺,犜 犻 犪 狀 犼犻 狀 ,犆 犺 犻 狀 犪;犆 犖 犗 犗 犆 犈 狀 犲 狉 犜 犲 犮 犺 犇 狉犻犾犾犻 狀 犵 牔 犘 狉 狅 犱 狌 犮狋犻 狅 狀 犆 狅,犜 犻 犪 狀 犼犻 狀 ,犆 犺 犻 狀 犪)犃 犫 狊狋狉 犪 犮狋:,中 国 海 上 油 气 年 月 ,犓 犲 狔 狑 狅 狉 犱 狊:;随 着 渤
7、 海 油 田 勘 探 开 发 的 不 断 深 入,新 发 现 油田 中 边 际 油 田 占 比 越 来 越 多,其 储 量 规 模 小、动 用难 度 大,经 济 性 差,同 时 渤 海 海 域 受 生 态 保 护、航道 和 锚 地 等 因 素 影 响 的 储 量 大,开 发 受 限。相 比于 直 井 和 普 通 定 向 井,大 位 移 井 可 以 有 效 开 发 受限 区 域 的 油 气 资 源 。根 据 标准,大 位 移 井 是 指 水 垂 比 大 于 或 等 于且 测 深 大于 的 井 或 水 平 位 移 超 过 的 井。大 位 移 井 钻 井 技 术 的 发 展 目 前 主 要 分 为个
8、 阶段:第阶 段 主 要 是 利 用 地 层 增 降 斜 的 自 然 特征 结 合 底 部 钻 具 组 合 控 制 井 眼 轨 迹 以 及 斜 向 器 钻井;第阶 段 是 涡 轮 工 具 的 发 展,通 过 井 下 电 机 调 整工 具 面 以 实 现 定 向 钻 进;第阶 段 得 益 于 工具 的 诞 生,对 于 井 眼 轨 迹 的 精 确 监 测 使 得 大 位 移 井钻 井 有 了 巨 大 的 进 展;第阶 段 是 旋 转 导 向 工 具 的应 用,从 此 大 位 移 井 钻 井 进 入 自 动 化、精 细 化 控 制 的新 阶 段。前 人 对 于 大 位 移 井 钻 井 技 术 的 研
9、 究 已 经 取 得 了一 些 成 果。年,朱 宽 亮 等系 统 介 绍 了 北 堡 西 大 位 移 井 的 钻 井 技 术,包 括 顶 部 驱 动、监测导 向 钻 具 井 眼 轨 迹 控 制、大 位 移 井 水 基 钻 井 液、高 速 线 性 振 动 筛、非 旋 转 钻 杆 保 护 器、摩 阻 扭 矩 预 测分 析、套 管 滚 轮 扶 正 器 和 大 满 贯 测 井钻 杆 输 送 测井 等 技 术,应 用 效 果 显 著。年,魏 宏 安 等介绍 了 低 扭 矩、低 摩 阻 短 节、旋 转 导 向 工 具、高 精 度 陀螺 仪、等 技 术 在 流 花 油 田 的应 用。年,等研 制 了 一 种
10、 近 钻 头 倾角 测 量 工 具,提 高 了 轨 迹 控 制 精 度。年,等研 发 了 地 质 导 向 钻 井 技 术,可 以 根 据 地 层 性 质演 变 进 行 实 时 调 整。年,公 司 研 发 了钻 杆 数 据 传 输 技 术,建 立 了 从 井 下 到 地 面 的 高 速 遥测 通 道,可 以 实 现 信 息 传 输 到 井 下 工 具 的 闭 环 控 制从 而 确 保 大 位 移 井 的 精 确 钻 进。年,康 建 平 以 南 海 东 部 西 江 油 田、惠 州 油 田 为 例,分 析 了 大 位 移井 固 井 的 技 术 难 点,并 针 对 该 区 域 大 位 移 井 的 特
11、点,优 选 出 一 套 较 为 全 面 的 大 位 移 固 井 技 术,包 括 采 用偏 心 引 鞋 和 漂 浮 接 箍 的 漂 浮 下 套 管 技 术、低 密 高 强防 窜 水 泥 浆 体 系 等。年,张 凯 研 究 了 当 时 大庆 油 田 最 长 水 平 位 移 预 探 井 垣 平井 的 钻 井 技 术,对 井 眼 轨 迹、井 身 结 构 和 钻 具 组 合 等 进 行 了 优 化 设计,为 该 井 的 安 全 施 工 和 顺 利 完 钻 提 供 了 保 证。年,等 设 计 了 一 种 随 钻 测 量 工 具,不 仅可 以 进 行 常 规 的 井 斜、方 位,还 有 一 个 单 独 的
12、模 块监 测 井 下 信 息,包 括 井 下 压 力、钻 压、转 速、泥 浆 流量 等,可 以 实 时 识 别 井 下 情 况 和 钻 井 工 具 的 工 作状 态。年,王 先 洲 等 通 过 井 眼 轨 迹 控 制、降 摩 减 扭、优 化 钻 井 液、套 管 安 全 下 入 等 常 规 技 术的 优 化 和 集 成 应 用,成 功 实 施 了 大 位 移 井 南 堡 井,为 水 平 位 移 大 于 的 大 位 移 井 钻井 实 践 积 累 了 经 验。年,陈 新 勇 等 通 过 理论 分 析 和 模 拟 计 算,优 化 了 井 身 结 构 和 井 眼 轨 道,优 选 了 井 眼 轨 迹 控
13、制 方 式 和 钻 井 液 体 系,优 化 了钻 井 液 性 能,制 定 了 提 速 和 固 井 技 术 措 施,形 成 了华 北 油 田 杨 税 务 潜 山 油 气 藏 大 位 移 井 钻 井 完 井 关 键技 术。相 较 于 中 国 陆 地 油 田 和 南 海 油 田,渤 海 油 田 的大 位 移 井 开 发 起 步 稍 晚。针 对 渤 海 油 田 大 位 移 井 钻井 技 术 尤 其 是 浅 层 大 位 移 井 钻 井 技 术 的 研 究 相 对 较少,钻 井 经 验 不 足,亟 需 形 成 一 套 高 效 的 浅 层 大 位 移井 钻 井 技 术 体 系。根 据 年 统 计 的 世 界
14、 钻 井 极限 包 络 线 数 据,垂 深 影 响 着 大 位 移 井 的 延 伸 距离,在 垂 深 左 右,水 平 位 移 超 过 时,就 达 到 了 国 际 公 认 的 最 难 大 位 移 井 范 围。而 渤 海 油田 油 藏 埋 深 较 浅,部 分 大 位 移 井 的 完 钻 垂 深 正 好 位第 卷第期喻 贵 民 等:垦 利 油 田 浅 层 大 位 移 井 钻 井 关 键 技 术 于 左 右,这 种 浅 层 的 大 位 移 井 开 发 难 度 极大。基 于 此,笔 者 研 究 了 垦 利 油 田 的 大 位 移 井钻 井 技 术,从 油 田 的 地 质 背 景 出 发,分 析 了 钻
15、井 的地 质 难 点 与 技 术 难 点,并 系 统 介 绍 了 浅 层 大 位 移井 钻 井 的 关 键 技 术 体 系,包 括 井 眼 轨 迹 控 制 技 术、钻 井 液 优 化 技 术、井 下 工 况 监 测 与 控 制 技 术、下 套管 相 关 技 术 与 固 井 相 关 技 术,并 以 井为 例 介 绍 了 技 术 体 系 的 应 用 效 果。研 究 和 现 场 应用 效 果 表 明,该 技 术 体 系 可 以 解 决 渤 海 油 田 大 位移 井 钻 井 过 程 中 存 在 的 技 术 难 点。本 研 究 为 渤 海油 田 乃 至 全 国 范 围 内 的 浅 层 大 位 移 井 的
16、 高 效 钻 井提 供 了 技 术 借 鉴,为 渤 海 油 田 的 增 储 上 产 提 供 了技 术 支 持。区 域 地 质 背 景垦 利 油 田 位 于 渤 海 南 部 海 域,油 田 范 围 内平 均 水 深 约 ,构 造 上 位 于 莱 州 湾 凹 陷 南 部 斜 坡带,北 侧 紧 邻 莱 州 湾 凹 陷 北 洼,东 侧 紧 邻 莱 州 湾 凹 陷南 次 洼(图),为 走 滑 断 层 与 中 部 边 界 大 断 层 共 同控 制 的 复 杂 断 裂 半 背 斜 构 造。图 垦 利 油 田 构 造 位 置犉 犻犵 犛 狋狉 狌 犮狋 狌 狉 犲 狊犲狋狋犻 狀 犵 狅 犳 犓 犔 狅犻犾犳
17、犻犲犾 犱 垦 利 油 田 为 典 型 的 边 际 油 田,“边 小 碎 深”特 点 显 著,海 洋 钻 井 的 高 成 本 决 定 了 其 常 规 井 眼 很难 实 现 经 济 有 效 开 发。同 时,其 所 在 的 渤 南 海 域 用海 矛 盾 突 出,渔 业 养 殖、航 道 锚 地 影 响 区 域 广,同 时毗 邻 生 态 红 区,严 重 限 制 油 田 的 开 发。大 位 移 井成 为 垦 利 油 田 经 济 有 效 开 发 的 必 要 手 段。然而,井 眼 轨 迹 控 制 困 难、大 井 斜 段 携 岩 困 难、下 套 管摩 阻 大 难 以 到 位、裸 眼 暴 露 时 间 长 容 易
18、 诱 发 井 下 复杂 等 一 系 列 难 题 制 约 着 大 位 移 井 钻 井 技 术 的 发 展。造 斜 点 浅,丛 式 井 防 碰 严 重,井 眼 轨 迹 要 即 时 监 测;最 终 井 斜 角 大、造 斜 段 短、稳 斜 段 长,大 位 移 井 水 垂比 均 超 过 甚 至 部 分 大 位 移 井 设 计 水 垂 比 达 到,作 业 过 程 容 易 出 现 托 压 等 复 杂 情 况,因 此 在 保障 足 够 造 斜 率 的 前 提 下 要 避 免 大 狗 腿;同 时 由 于 浅部 地 层 疏 松,自 然 降 斜 严 重,马 达 钻 进 时 轨 迹 控 制 难度 进 一 步 增 大。
19、另 外,垦 利 油 田 范 围 内 钻 井 揭 示 的 地 层 岩性 以 中细 粒 岩 屑 长 石 砂 岩 和 砂 泥 岩 互 层 为 主,整套 地 层 孔 隙 度 为 ,且 地 层 胶 结 极 其 疏松。大 位 移 井 钻 进 过 程 中 井 眼 清 洁 困 难,尤 其 是 井 中 国 海 上 油 气 年 月斜 角 范 围 内,返 砂 难 度 极 大;造 斜 段 主 要 为 大 井 眼 且 以 砂 岩 为 主,钻 屑 量 巨 大 进 一步 加 剧 井 眼 清 洁 难 度;同 时 由 于 裸 眼 暴 露 时 间 长,砂岩 容 易 垮 塌,因 此 要 时 刻 监 测 井 下 工 况,并 及 时
20、采 取相 应 措 施 以 防 止 井 下 复 杂 的 发 生。关 键 钻 井 技 术垦 利 油 田 常 规 定 向 井 井 身 结 构 为 三 开 设计,某 常 规 定 向 井 的 实 钻 井 身 结 构 见 图,表 层 井 眼 钻 至 左 右,且 表 层 即 开 始 造斜;井 眼 和 井 眼 段 较 长,多 为 稳 斜 段。图 常 规 定 向 井 井 身 结 构 图犉 犻犵 犛 狋狉 狌 犮狋 狌 狉 犲 犱 犻犪 犵 狉 犪 犿 狅 犳 犮 狅 狀 狏 犲 狀 狋犻狅 狀 犪犾 犱 犻狉 犲 犮狋犻狅 狀 犪犾 狑 犲犾犾 针 对 浅 层 大 位 移 井,较 长 的 井 眼段 和 井 眼
21、段 钻 进 时 间 长,容 易 诱 发 井 壁失 稳。井 为 垦 利 油 田 一 口 典 型 的浅 层 大 位 移 井,完 钻 井 深 ,水 平 位 移 ,其 实 钻 井 身 结 构 如 图所 示。图 犓 犔 犃 井 实 钻 井 身 结 构 图犉 犻犵 犃 犮狋 狌 犪犾 狊狋狉 狌 犮狋 狌 狉 犲 犱 犻犪 犵 狉 犪 犿 狅 犳 犠 犲犾犾 犓 犔 犃 常 规 方 案 与 优 化 后 的 井 身 结 构 对 比 如 表所示。主 要 的 优 化 方 案 为:表 层 深 钻,增 加 井 眼 的 下 深,降 低 井 眼 和 井 眼 的 钻 井 难 度。为 降 低 浅 部 地 层 裸眼 暴 露
22、时 间 长 带 来 的 漏 失 风 险,设 计 增 加 一 开 井 眼(套 管),以 降 低 各 井 段的 井 壁 失 稳 风 险、平 衡 各 井 段 的 作 业 难 度。表 犓 犔 犃 井 井 身 结 构 参 数犜 犪 犫 犾犲 犘 犪 狉 犪 犿 犲狋犲 狉狊 狅 犳 狑 犲犾犾 狊狋狉 狌 犮狋 狌 狉 犲 狅 犳 犠 犲犾犾 犓 犔 犃 方 案 开 次水 垂 比井 眼 结 构表 层()下 深裸 眼 段 长常 规 方 案三 开 优 化 方 案四 开 针 对 浅 层 大 位 移 井 的 技 术 难 点,井 的 钻 井 关 键 技 术 包 括 井 眼 轨 迹 控 制 技 术、钻 井 液优 化
23、 技 术、井 下 工 况 监 测 与 控 制 技 术、下 套 管 相 关 技术 和 固 井 相 关 技 术。井 眼 轨 迹 控 制 技 术大 位 移 井 水 平 延 伸 距 离 长,井 眼 轨 迹 控 制 困 难;同 时,为 减 少 纯 钻 时 间 以 降 低 井 壁 失 稳 风 险,定 向 钻进 均 采 用 马 达 钻 具 组 合,这 就 增 加 了 井 眼 轨 迹 的 控第 卷第期喻 贵 民 等:垦 利 油 田 浅 层 大 位 移 井 钻 井 关 键 技 术 制 难 度。井 全 井 段 均 采 用 马 达 钻 具 组合,如 表所 示。针 对 井 眼 轨 迹 控 制 困 难,一 方 面 要
24、通 过 优 选 马达 工 具 及 其 参 数 来 提 高 轨 迹 控 制 能 力,另 一 方 面 借助 动 态 连 续 测 斜 工 具 实 现 轨 迹 的 即 时 监测,同 时,借 助 径 向 震 动 短 节 缓 解 大 位 移 井 的托 压 现 象 以 保 证 井 眼 延 伸 顺 利。)马 达 优 选 及 参 数 优 化。二 开 为 主 要 造 斜 段,优 选 大 弯 角 马 达;而三 开 和 四 开 多 为 稳 斜 段,优 选 和 的 较 小弯 角 马 达。马 达 扶 正 套 均 较 井 眼 尺 寸 欠 左 右,保 证 马 达 具 有 足 够 的 造 斜 率。表 犓 犔 犃 井 钻 具 组
25、 合犜 犪 犫 犾犲 犅 狅 狋狋 狅 犿 犺 狅犾犲 犪 狊狊犲 犿 犫 犾狔 狅 犳 犠 犲犾犾 犓 犔 犃 开 次钻 具 组 合一 开 钻 头 ()(马 达)(浮 阀)(倒 划 眼 扶 正 器)(非 磁 钻 铤)(动 态 连 续 测 斜工 具)(非 磁 钻 铤)()(震 击 器)(转 换 接 头)(加 重 钻 杆)(钻 杆)二 开 钻 头 ()(马 达)(浮 阀)(倒 划 眼 扶 正 器)(非 磁 钻 铤)(动 态 连 续 测斜 工 具)(非 磁 钻 铤)()(震 击 器)(转 换 接 头)(加 重 钻 杆)(钻 杆)(转 换 接 头)(径 向 震 动 短 节)(转 换 接 头)(钻 杆
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- 垦利 16 油田 浅层大 位移 钻井 关键技术
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