陕北油田探采结合井施工技术

来源：职称驿站所属分类：机械论文发布时间：2012-08-17 09:34:17浏览：次

　　摘要：结合陕北油田地层特点，详细阐述了该地区探采结合井的成熟工艺技术，以利于该区施工借鉴应用。
　　关键词：钻头；钻井规程参数；取芯工艺；泥浆
　　1.地质概况
　　陕北地区自上而下地层概况：第四系覆盖层以黄土为主，底部含砾石层。该层垂直裂隙发育、易漏失，层厚0~280米左右，可钻性1~2级。白恶系，主要为红褐色细粒砂岩和部分泥岩组成，局部含白垩土。该层砂岩斜层理发育，易缩径，厚380~720米，可钻性2级。侏罗系，主要由泥岩和砂岩互层。顶部安定组由少量泥灰岩、泥岩和砂岩组成;
　　中部直罗组泥岩含大量蒙脱石，遇水膨胀严重，极易缩径；下部延安组砂岩层含微晶细粒高岭土，易造浆，且部分泥岩属力学不稳定地层，易掉块。厚630~770米，可钻性2~4级。三叠系，主要由砂岩和泥岩不等厚或近等厚互层，厚480~550米。可钻性3~4级，部分砂岩硅质胶结，可钻性4~5级。
　　陕北油田属低压区，其中侏罗系延7、延8和三叠系的长2、长3、长6等砂岩段具有斑状或不均匀含油级别，是本区的主要钻井目的层。
　　2.井深结构
　　该井深结构的设计结合地层的特点如图2所示。一开井段采用
　　直径为Ф244.8mm钢级N~80表层套管固井，隔离黄土层且水泥返高地面。二开井段采用Ф216mm三牙轮钻头和部分同径取芯钻头至完钻，下入Ф139.7mm钢级J55油层套管固井，水泥返高至油层顶板以上200m。
　　3.钻井设备
　　钻井设备的选择要考虑施工的安全性与经济性，依据井深采用
　　相配套的钻井设备为原则。井深在1500米以浅，采用RPS-1500型配套钻机；主要性能参数：钻进能力1500米（Ф89mm钻杆4*5轮系）、最大钩载640KN、钻柱重量40T、转盘通孔直径445mm、泥浆泵型号2pN-350。1500米以深，采用ZJ20B5型配套钻机。主要性能参数：钻进能力2500米（Ф127mm钻杆5*6轮系）、最大钩载1700KN、钻柱重量90T、转盘通孔直径445mm、泥浆泵型号3NB-800。
　　4.钻具结合
　　结合地层特点和工艺要求，该区施工采用的钻具组合如下：
　　4.1一开井段
　　Ф311mm三牙轮钻头+630*4A10接头+Ф159mmDC+4A11*420接头+Ф146DC+410（或310）接头+Ф127mm（或Ф89mm）DP+411(或311)*420（或320接头）+114mm（或108mm）方钻杆。
　　4.2.二开井段
　　4.2.1全面钻进井段
　　Ф216mm三牙轮钻头+420*4A10接头+Ф159mmDC+4A11*420接头+Ф146DC+421*410（或310）接头+Ф127mm（或Ф89mm）DP+411(或311)*420（或320）接头+114mm（或108mm）方钻杆。
　　4.2.2取芯井段
　　Ф216mm取芯钻头+川8~3取芯筒+411*4A10接头+Ф159mmDC+4A11*410（或310+Ф127mm（或Ф89mm）DP+411(或311)*420（或320接头）+114mm（或108mm）方钻杆。
　　该种钻具组合结构有以下特点：塔式钻具组合，从钻头部位往上到钻杆，外径逐渐变细，在松散的黄土层和成岩差，可钻性级别低的砂、泥岩互层井段具有较好的防斜效果。而且钻铤数量多，仅钻铤的重量达20多吨；钻铤刚性大，钻进时单独依靠钻铤加压就可使上部钻杆处于垂直状态，有效的控制井斜的同时，又很大程度上减轻了钻杆弯曲交变应力所造成的疲劳破坏程度。
　　5.钻头钻进规程参数及其操作
　　5.1钻头的选择
　　依据岩石的可钻性级别选择相适应的钻头类型，在有效的提高钻井速度的同时，降低单井钻头消耗成本。在松散的可钻性为1~2级的第四系覆盖层，采用MP1、型普通密封滚动喷射式铣齿三牙轮钻头。该型钻头牙齿具有长、尖、疏的特点，极啮入胶结性差的黄土层，在与小直径的喷咀互相配合下，利用钻头水马力在高泵压的作用下所产生的“水楔效应”，可获得较好的碎岩效果。但在可钻性为2级较软的白垩系砂、泥岩井段，可选J11或SH22R型镶齿密封滑动三牙轮钻头。该类型钻头牙齿呈“勺型”，而且轴承寿命长，适宜油层以上井段组织快速钻井。油层以下井段，其中可钻性为3~4级的砂岩、泥岩层，可采用J22、SH22、XHP2类型的三牙轮钻头，该类钻头硬合金齿呈“楔型或锥型”，具有适宜的碎岩效果。在部分硅质胶结丰富，可钻性4~5级的三叠系层段，可选用PJ22或XH3B型“保径、球型齿”三牙轮钻头，可有校地防止钻头过度磨损，延长钻头使用寿命。实践证明：钻头选用恰当，不但单位钻头成本费用低，而且钻井速度快、效率高。各层段钻头类型的选用见表1：实钻经济指标统计见表2.
　　表1：陕北油田各井段、地层可钻性、钻头类型、钻进参数一览表
　　井段地层可钻性
　　级别钻头型号钻进规程参数
　　    钻压（KN）转速（rpm）排量（L/S）泵量（Mpa）
　　一开
　　 Q 1~2级 MP1 30~180 55~60 34.5 10~12
　　 K 2级 SH22R、J11 150~180 60~65 23~25 7~8
　　 J 2~4级 J22、SH22、XHP2 160~180 55~60 23~25 6~7
　　续表1
　　井段地层可钻性
　　级别钻头型号钻进规程参数
　　    钻压（KN）转速（rpm）排量（L/S）泵量（Mpa）
　　二开 T 3~4级部分4~5级 PJ22、XH3B 180~200 55 23 6~6.5
　　取芯 J或T 2~4级金刚石取芯钻头 60~80 65 23 3.5~4
　　表2石油探采结合井实钻数据及经济技术指标统计
　　井号
　　井
　　深
　　（m）一开井段二开井段完井时间
　　（d）
　　单位泥浆费用（元/米）单位钻头费用（元/米）钻井综合费用（万元）单位钻井费用
　　（元/米）台月效率（米/月）
　　  钻进深度（m）纯钻时间（h）钻进深度（m）纯钻时间（h）机械
　　转速
　　（r/s）
　　A 1568.00 31.50 2.08 1536.50 206.32 7.45 12.36 12.8 10.2 16.3 103.95 3805.83
　　B 1769.00 239.6 10.15 1529.40 187.26 8.17 10.38 10.2 7.9 13.9 78.58 5112.72
　　C 1782.00 252.5 6.12 1529.50 194.55 7.86 11.67 10.7 8.4 14.6 81.93 4580.98
　　D 1920.00 289.3 8.36 1630.70 213.49 7.64 14.25 12.1 8.9 18.5 96.35 4042.11
　　5.2钻井规程参数
　　钻进规程参数包括钻压、转速和排量。钻头在井底克取破碎岩石，需要一定的压力使切削工具压入岩体和合理的圆周线速度才能使井底岩石产生体积破碎。另外为了降温、清孔和排除井底的岩屑，需要在一定环空条件下选择合理的排量，即“经济水马力”。目前石油钻井是依据地层特点，利用大钻压、低转速和合理排量的规程参数，以达到最优配合可获得高的钻进时效。其各层段钻井规程参数见表2：
　　5.3操作技术
　　合理的操作技术是根据地层岩性间软、硬程度的变化，选择合适的钻压、转速和排量，保护并最大限度地延长钻头使用寿命，判断钻头在井底的工况并决定是否起钻。具体措施如下：
　　1.新钻头入井并使用前，要采用低钻压2~3吨，低钻数25~30转/分的参数初磨30min以上，使钻头的牙齿和轴承适应井底工作情况，然后逐步加至正常参数。
　　2.地层岩性之间频繁互层，由软变硬或由硬变软，要相应增减钻压；但每次增减的幅度保持在1~2吨之间，以改善钻头合金齿在井底的受力状况，避免崩刃或者折断；严谨加压启转盘或者大压力作用下突然停车。
　　3.钻头使用一般时间后，通过分析所钻地层、钻井参数、纯钻时间、累计进尺、效率成本，并与临井资料对比；钻井过程中若发现转盘扭矩增大、钻具跳动，钻速明显下降、钻时升高，降低钻压仍重复上述现象时应起钻换钻头。
　　6.取芯技术
　　石油探采结合井需要完整可靠地地质资料，并准确分析地下油藏的含油特征得依靠取心。几年来我单位在陕北油田采用川8-3取心工具单、双节或三节配合人造金刚石取芯钻头，均可成功低获得90%以上的岩矿心采取率。在保证取芯质量的同时，大幅度低降低了劳动强度。
　　6.1取心钻头
　　采用人造表镶金刚石取心钻头，在可钻性3~4级的含油砂岩层段取心，适用钻头底出刃的高度：2.0~3.0mm，内、外侧出刃的高度1.0~1.5mm，钻头底唇面水流口形状适用地喷式或者逼压式。其中底喷式的有利于及时清除井底残留岩屑，使用效果较好。
　　6.2取芯前注意事项
　　1.取芯工具入井之前，应仔细检查取芯筒的单动性能和割芯机
　　构，并使其保持良好的工作状态。采用抱箍式卡簧，其中卡簧底座面与钻头内台肩之间的配合间隙保持在10~15mm之间。
　　2.取芯钻具下钻遇阻时，不得猛放硬墩，应开泵逐渐划、扩眼到
　　底，以防堵塞内管，卡簧折断或造成钻头的损坏。
　　3.取芯开始前，应算好放入并提离钻头离开井底，循环泥浆
　　3~5min使井底保持干净。
　　6.3取芯钻进参数的控制
　　回次钻进采用低钻压2~3吨，适当转速55~60转/分和排量为22~23升/秒的规程参数，待缓慢进尺0.2米，即进入卡簧座以后，再逐渐增压以1~2吨的梯度增至正常钻压6~8吨，避免岩芯堵塞卡簧。正常取芯钻进时若遇岩性变化，也应保持参数一致。
　　6.4割芯
　　割芯顺序如下：脱离转盘控制手柄、停车，提离井底0.3~0.5米，此时卡簧抱紧并卡断岩芯。割芯后试探岩芯采取情况：缓慢下放钻具至井底之上0.1米处，若途中钻具悬重不下降说明割芯取芯成功。
　　6.5双节或三节采取岩芯
　　若单层油矿芯长度大，采用单节不能一次采完岩芯，为了减少劳动强度和辅助时间的消耗，即减少起下钻的次数，可直接采用双节或者三节取芯。中途加入钻具，为了防止岩芯堵塞，可采取如下措施：加入井钻具前，方放终了时，停车；加入钻具，循环泥浆并使用井底保持清洁；下入钻具到井底，加压使簧脱开岩心；然后上提钻具并使井底的钻头稳定在3-4吨的钻压范围内，启动转盘钻进；若灵敏针下降、悬重增加，说明又开始进心；然后再增到正常钻压钻进至次终了。
　　6.6回次终了上提钻具时，为了防止已进入筒内岩心脱落，可用猫头松扣，严禁使用车转盘卸扣，采心时应轻敲慢打，以防次序颠倒，保证岩矿心的真实和完整。
　　7泥浆
　　7.1泥浆类型
　　泥浆类型需依地层岩性的特点和平衡压力钻井的理论，在保证井内安全、低耗的条件下，尽可能地提高钻探效率。在垂直裂隙比较发育、易漏失的第四系黄土覆盖层可采用清水顶漏钻进；油层顶板以上，为了组织快速钻井，宜采用固含小，比重低的泥浆；油层顶板以下，需减轻泥浆对油层的污染，保护好低压油区的工业油流，需严格控制泥浆的固相含量、失水量、比重及分散度。几年来，我单位选用KHm-聚合物低固相泥浆在满足上面几方面要求的同时，并获得好的用不用效果。
　　7.2低固相泥浆的组成
　　KHm体系不分散低固相泥浆主要由水溶性好的腐植酸钾+聚丙烯酰胺-钾盐+乙烯基单体多元共聚物+CMC和基浆（包括人工钠土、适量纯碱和烧碱组成）。
　　7.2.1低固相泥浆的配方与性能见表3
　　表3：KHm体系不分散低固相泥浆配方与性能
　　配方性能井段
　　 r/g.ml t/s Ml/30min PH值
　　100%H2O 1.0 15 / / 一开井段
　　基浆+0.3~0.6%KHm+0.6~0.8‰C.M.C+0.8~1.2‰K-PAM+1.2‰PAC-141 1.08~1.10 18~20 15~20 8 二开至油层顶板
　　基浆+0.6~0.8%KHm+1.0~1.2‰C.M.C+1.2~1.5‰K-PAM+1.2~1.5‰PAC-141 1.06~1.08 20~22 12~15 7.5 油层
　　7.3低固相泥浆的作用机理
　　KHm、K-PAM、Na2CO3向井眼提取部分K+、Na+离子，可平衡地层离子浓度；乙烯基、酰胺基团可絮凝岩屑和控制岩屑以及搬土的分散；羟钠基团可降低失水；适量的离分子聚合物桥联井壁稳定；K+与地层相接触，对蒙脱石的特殊“嵌位作用”。总之，这种泥浆体系能有效地控制地层的坍塌、掉块、造浆及水敏性缩径，并以其低的密度和较强的剪切稀释特性，有利于安全生产和提高钻进效率。
　　我单位几年来施工经验表明：KHm-聚合物低固相泥浆体系适应陕北油田地层的要求，采用该种泥浆成本低廉，单井材料消耗在1.6-2.0万元之间，平均每米费用10-15元/米，而且使用简单，维护方便；其次是以低的比重、较小的液柱压力和稳定的性能，满足工艺要求的同时，有利于保护油层和井底碎岩。
　　8结束语
　　1.石油探采井施工，依据地层岩性和井段的不同，选择和使用不同特点的钻头，有利于提高钻探效率，降低成本。
　　2.长段油层采用川8-3取心工具双节、三节联接，能获得较高的岩心采取率。
　　3.KHm-聚合物低固相泥浆适应该区地层的特点，抑制缩径，防止坍塌，解决地层复杂问题，具有较好的使用效果。
　　4.由于石油探采结合井是一项系统工程，建议在掌握钻井技术的基础上，需依地层特点精心组织施工技术管理。