南祁連疏勒坳陷鉆井配套技術(shù)研究與應(yīng)用PPT課件.ppt

中國石油 南祁連疏勒坳陷鉆井配套技術(shù)的研究與應(yīng)用 匯報人 王水 匯報內(nèi)容 六應(yīng)用前景 一 成果背景 玉門油田公司為了落實新探區(qū)油氣儲量 2011年在南祁連盆地 部署了世界第一高海拔油井 祁參1井 施工區(qū)域海拔4100m 表層有凍土層 地層及鉆井資料缺失 由西部鉆探統(tǒng)一部署 組織科研單位和院校對凍土層施工 地層巖性 物性及壓力剖面 可鉆性等進行研究 順利完成了祁參1井的鉆探作業(yè) 二 技術(shù)研究 一 鉆井難點分析 二 技術(shù)研究 南祁連區(qū)塊年最低氣溫 31 3 最高20 全年夜間溫度在0 以下 據(jù)地質(zhì)勘探及臨近煤礦開采資料顯示 其地表至600m深度存在凍土層 地層溫度在0 以下 凍土厚度不清 溫度升高凍土溶解速度快 井壁垮塌嚴重 地層下陷施工風(fēng)險高 環(huán)境污染嚴重 復(fù)雜事故預(yù)防手段少 凍土層照片 地表凍土情況 地表2 5米深處凍土情況 地表3 9米處堅硬凍土層 凍土層是指0 以下 含有冰的各種巖石和土壤 它是一種對溫度極為敏感的土體介質(zhì) 含有豐富的地下冰 凍土中有一定數(shù)量的未凍水存在 具有流變性 祁參1井表層和技套1需封固凍土層 而凍土固井作業(yè)與常規(guī)固井不同 因常規(guī)水泥漿體系在低溫下強度發(fā)展極為緩慢 在環(huán)境溫度低于0 時 由于水泥漿體系中水組份凝固結(jié)冰 不參與水泥水化反應(yīng) 導(dǎo)致水泥漿不凝固無強度 從而影響固井質(zhì)量 二 技術(shù)研究 鉆頭選型難度大 鉆頭選型只有通過錄井巖性分析和上一只起出鉆頭具體情況 再決定下一只鉆頭選型 復(fù)雜事故預(yù)防難度大 煤層情況不清 中侏羅統(tǒng)窯街組 羅統(tǒng)紅溝組 三疊統(tǒng)尕勒得寺組300m井段存在煤層 但具體厚度不清楚 施工難度大 提速新工藝選擇困難 提前制定提速方案難度較大 只有根據(jù)實鉆遇到的困難 隨時調(diào)整提速方案 地層傾角大 井斜控制難度大 二 技術(shù)研究 地層測線提供的地層壓力與實際相差較大 不能為實際鉆井提供參考價值 容易出現(xiàn)噴漏 井控風(fēng)險高 參數(shù)井施工 只能依據(jù)地質(zhì)設(shè)計預(yù)測的地層 參考國內(nèi)外同類型地層進行方案準備 施工工程存在眾多變數(shù) 各種方案變化過程必須緊跟實際鉆井 各項應(yīng)變處置能力要求高 不可預(yù)見風(fēng)險大 二 技術(shù)研究 海拔4100m進行鉆井作業(yè) 遠離公司后勤基地 1000KM 工作區(qū)域50KM內(nèi)荒無人煙 道路只有簡易的沼澤路 人員如何進入 如何正常工作作為祁參1井工作首要難題 二 技術(shù)研究 該區(qū)域3 5月份為風(fēng)季 最大達到7 0級以上 7月份進入雨季 8月底雨季結(jié)束 日最大降雨量42 8mm 施工現(xiàn)場緊鄰河道 粉塵和鉆井液對環(huán)境污染防護工作難度大 二 技術(shù)研究 二 技術(shù)研究 二 凍土層固井技術(shù)研究 1 水泥的優(yōu)選 對于低溫水泥漿體系 其強度和游離液是兩項最重要的指標 對比天山和葛洲壩水泥可以看出 葛洲壩水泥質(zhì)檢游離液更小 其強度發(fā)展更快更高 由此選擇葛洲壩水泥 二 凍土層固井技術(shù)研究 2 外加劑的優(yōu)選 以M59S與中石化DZ Z和西南石油大學(xué)ZC 2S兩種早強劑對比 發(fā)現(xiàn)后兩種最低實驗溫度在30 50 不適合凍土層0 的條件 對比M59S與DWZ 1發(fā)現(xiàn) 同樣的配方M59S在溫度更低時強度發(fā)展更快 由此選擇早強劑M59S 油井水泥膠結(jié)劑M19S是一種水泥水化激活劑 能增進氫氧鈣的反應(yīng)速度 提高水泥石強度 同時改善水泥漿的沉降穩(wěn)定性 特別是它與M59S低溫油井水泥早強劑配合使用 在低溫下 對水泥石強度的發(fā)展 有顯著的促進作用 二 凍土層固井技術(shù)研究 7 0 水泥漿體系的調(diào)配 早強劑加量對流變性的影響通過改變早強劑加量 發(fā)現(xiàn)早強劑對水泥漿流變性影響較大 在室溫6 下 將早強劑的加量從0 5 增加到4 其流行指數(shù)顯著降低 稠度系數(shù)明顯增加 水泥漿有明顯增稠現(xiàn)象 二 凍土層固井技術(shù)研究 7 0 水泥漿體系的調(diào)配 同時改變早強劑和膠結(jié)劑M19s的加量 發(fā)現(xiàn)水泥漿反而沒有單一增加早強劑明顯 說明膠結(jié)劑對漿體流變性并無明顯影響 二 凍土層固井技術(shù)研究 對比外加劑對強度的影響 我們?nèi)〖兯?鹽水速凝水泥以及加早強劑和膠結(jié)劑的水泥進行對比 發(fā)現(xiàn)在低溫下 5 鹽水不能起到提高早期強度的作用 而早強劑和膠結(jié)劑加量在2 3 性能差異較小 通過加入3 早強劑和膠結(jié)劑后 72h水泥石強度可達到8 5MPa 可滿足固井施工的要求 3 0 水泥漿體系的調(diào)配 二 凍土層固井技術(shù)研究 對穩(wěn)定性 觸變性 失水的影響實驗發(fā)現(xiàn)早強劑和膠結(jié)劑的加入使得漿體觸變性明顯增強 且隨著早強劑和膠結(jié)劑加量從0 5 提高到4 的過程中 水泥漿觸變性越來越強 當早強劑加量超過3 新漿靜置3min后 流動度從20cm降為13cm 靜置5min后漿體基本失去流動性 但一經(jīng)攪拌 漿體又逐漸恢復(fù)流動性 其穩(wěn)定性和失水大小與早強劑和膠結(jié)劑的加量呈規(guī)律變化 外加劑加量越大 漿體穩(wěn)定性越好 失水量越小 新攪漿 5min后 二 凍土層固井技術(shù)研究 通過對外加劑對水泥漿各性能的影響規(guī)律 我們發(fā)現(xiàn)當早強劑和膠結(jié)劑的加量均為3 時 水泥漿漿體具有較好的攪動流變性 水泥石有明顯的早期強度 72h強度達到8 5MPa 滿足后期作業(yè)要求 漿體的觸變性強 穩(wěn)定性高 失水量小 短期可凝固 可滿足凍土層固井的需要 配方及性能 二 凍土層固井技術(shù)研究 4 凍土層固井配套技術(shù)措施 盡量減少裸眼口袋的長度 套管鞋距井底長度控制在0 5m以內(nèi) 嚴格控制注水泥漿及替漿的排量 采用層流頂替 防止在高速流沖蝕下凍土層坍塌 降低配漿水的溫度 將配漿水的溫度控制在0 10 減少因溫差大而加速凍土層的溶蝕 延長測井時間 根據(jù)化驗時間的強度發(fā)展情況 確定測井時間為72h 二 凍土層固井技術(shù)研究 三 地層可鉆性研究 巖石三軸實驗結(jié)果表 1 巖石力學(xué)實驗 巖石三軸實驗內(nèi)聚力 內(nèi)摩擦角結(jié)果表 三 地層可鉆性研究 根據(jù)隨鉆錄井資料 建立了祁參1井全井段地層巖性剖面圖 三 地層可鉆性研究 2 建立巖石力學(xué)剖面 通過巖石力學(xué)參數(shù)模型研究 選擇符合祁參1井的計算參數(shù) 建立巖石力學(xué)剖面 三 地層可鉆性研究 根據(jù)巖石力學(xué)剖面 巖性剖面及工程地質(zhì)設(shè)計 形成以下鉆頭選型 四 鉆頭選型研究 五 地層三壓力剖面研究 通過地層孔隙壓力計算模型 層速度 有效應(yīng)力關(guān)系預(yù)測地層壓力 地層坍塌壓力計算模型 地層破裂壓力計算模型 建立了祁參1井三壓力剖面 祁參1井破裂壓力總體上隨著井深呈現(xiàn)規(guī)律性增加的趨勢 三疊系 二疊系地層中有一定的波動 孔隙壓力在2300m以上的井段呈規(guī)律性增加的趨勢 侏羅系下部到三疊系中部的孔隙壓力較上部地層有較為明顯的增幅 下部孔隙壓力波動較為明顯 坍塌壓力在該井的整個井段都有一定的波動值 但整體趨勢明顯 六 地應(yīng)力特征研究 通過研究 得出 祁參1井全井段三地應(yīng)力剖面關(guān)系為 上覆巖層壓力 最大水平主應(yīng)力 最小水平主應(yīng)力 祁參1井三地應(yīng)力總體趨勢隨著井深的增加而增大 3400m以下井段的最大水平主應(yīng)力和最小水平主應(yīng)力增加趨勢小于上部井段 且呈現(xiàn)較大的波動 七 井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究 1 井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化原則1 表層套管 鉆穿第四系凍土層和礫石層完鉆 設(shè)計井深60m 下入表層套管 水泥返至地面 封固第四系凍土層 礫石層和淺層水 安裝井口裝置 確保二開安全鉆進 2 技術(shù)套管 鉆穿上第三系的礫石層 進入侏羅系穩(wěn)定地層50m 100m完鉆 設(shè)計井深500m 下入套管 水泥返至地面 3 技術(shù)套管 鉆穿侏羅系進入三疊系 鉆過3 煤頁巖層和2 油氣層進入泥巖穩(wěn)定地層完鉆 設(shè)計井深3200m 下入套管 水泥返至地面 三疊系3 煤頁巖層預(yù)計底界深度3000m 2 油氣層底界深度3000m 如鉆遇好的顯示 可提前中完 4 油層套管 鉆至4150m完鉆 確認為氣層 套管下入井段 0 4150m 水泥返至井口 若確認為油層 套管下入井段 0 4150m 水泥返至1800米 5 油層套管 備用 四開后若鉆遇復(fù)雜地層無法繼續(xù)安全鉆進 先期中完 下入177 8mm油層套管 尾管懸掛 水泥返至喇叭口 而后采用152mm鉆頭五開 若存在氣層下入127mm直聯(lián)氣密封套管 井段0 4150m 水泥返至地面 2 井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)果 七 井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究 八 鉆井液技術(shù)研究 鉆井液配方 針對祁參1井實際情況 強化了陽離子體系的抑制性和封堵防塌性能 修造簡易道路 達到通行要求 保證基礎(chǔ)穩(wěn)定 使用電熱毯等克服低溫 實現(xiàn)基礎(chǔ)養(yǎng)護要求 對周圍環(huán)境進行防污隔離 基礎(chǔ)建設(shè)結(jié)實可靠 設(shè)備順利搬運至井場 三 現(xiàn)場應(yīng)用 三 現(xiàn)場應(yīng)用 工程 加固導(dǎo)管膠結(jié)質(zhì)量 優(yōu)化參數(shù)及鉆具結(jié)構(gòu) 達到快速鉆進 快速下入套管 泥漿 嚴禁加入無機鹽 準備足夠泥漿并增加循環(huán)周時間 使鉆井液自然降溫 1 83小時完成表層 固井水泥漿順利返至地面 沒有造成井口大面積坍塌 環(huán)境污染等更多復(fù)雜事故 通過測井檢驗 祁參1井表層固井水泥返至地面 固井質(zhì)量優(yōu)質(zhì) 技套一固井雖然發(fā)生漏失 但下部有效封固井段聲幅值在10 以內(nèi) 固井質(zhì)量優(yōu)質(zhì) 綜合分析評價 該項技術(shù)能夠滿足南祁連凍土層固井的要求 三 現(xiàn)場應(yīng)用 通過調(diào)研其它油田同類地層 鉆頭應(yīng)用情況 準備不同型號的牙輪及PDC 實鉆過程不斷調(diào)整 形成初步應(yīng)用系列 在井深1744 2359m井段 應(yīng)用一只ST915TU 完成進尺615m 平均機速4 29m h 相比牙輪機速1 05m h提高了308 57 三 現(xiàn)場應(yīng)用 根據(jù)井下狀況和地層實鉆情況 選用川7 4取心筒 CQP688 CQT405取心鉆頭 取心前制方案 取心后重新評估 不斷改進 共取心5筒 進尺20 91m 收獲率99 62 三 現(xiàn)場應(yīng)用 鉆至三疊系地層 砂礫巖堅硬 牙輪鉆頭斷掉齒嚴重 常規(guī)PDC不能應(yīng)用 機速在1m h以下 為加快速度 將青西白堊系提速效果較好的扭力鉆井在該井應(yīng)用 機速相比同井段牙輪鉆頭和PDC分別提高101 04 和116 98 應(yīng)用強剛性鉆具結(jié)構(gòu) 制定合理鉆井參數(shù) 及時進行質(zhì)量監(jiān)測 井身質(zhì)量的到良好控制 三 現(xiàn)場應(yīng)用 應(yīng)用MEG甲基葡萄糖甙仿油基陽離子鉆井液體系 全井保持低失水 減少濾液侵入半徑 增加井壁穩(wěn)定 配合低失水改善泥餅質(zhì)量 減少水化分散 降低泥頁巖膨脹性坍塌或縮徑 測井成功率100 復(fù)雜損失0 04 井徑擴大率小于10 三開5 3 四開9 03 三 現(xiàn)場應(yīng)用 針對高原施工 配置專用醫(yī)生 高壓氧倉 氧氣瓶 正壓式呼吸器 防毒面具等防護工具 同時聯(lián)系駐守部隊 必要時尋求空運支持 在人員安全方面做到了 未雨綢繆 挑選身體素質(zhì)良好員工 并定期對員工進行身體檢查 一旦發(fā)現(xiàn)異常 及時轉(zhuǎn)移到低海拔地區(qū)休息 做到了 身體狀況不佳不上崗 對污水坑進行加固 防止污水侵入河水中 每周定時對周邊的白色垃圾進去清理 每一個月把收集的垃圾拉到垃圾處理場進行集中處理 完井后以最快時間完成地貌恢復(fù)工作 學(xué)習(xí)法律法規(guī) 最大限度降低環(huán)境損害 開鉆前對施工區(qū)域的道路交通 氣候情況等進行多次調(diào)研 做到心中有數(shù) 準備好各種生產(chǎn) 生活物資 提前做好應(yīng)急準備 7 8月為雨季 道路問題顯得尤為重要 簡易道路在河道處按要求鋪設(shè)涵管 確保道路通暢 保障生產(chǎn) 生活正常進行 環(huán)境保護 人員安全 后勤保障 全井施工過程未發(fā)生一起人員受傷 環(huán)境污染 生態(tài)破壞事件 全井停工時效1 62 三 現(xiàn)場應(yīng)用 1 祁參1井實際完鉆井深4065m 建井周期219 5天 平均機械鉆速1 68m h 共取心5筒 總進尺20 91m 收獲率99 62 2 事故損失率0 固井質(zhì)量合格率100 固井質(zhì)量優(yōu)質(zhì)率78 三 現(xiàn)場應(yīng)用 主要技術(shù)指標完成情況 1 對該區(qū)塊巖石力學(xué)特征 地層壓力系統(tǒng)進行了研究 建立了三壓力剖面和巖性剖面 2 首次針對凍土層 應(yīng)用合理的鉆井工程技術(shù) 鉆井液技術(shù)及固井技術(shù) 順利完成凍土層 流沙層施工 3 通過對壓力系統(tǒng) 溫度系統(tǒng)分析 粘土礦物組分分析 優(yōu)化陽離子鉆井液體系 全井無事故 實現(xiàn)了確保打成的既定目標 4 通過集成應(yīng)用了扭力沖擊鉆井技術(shù) 復(fù)合鉆井 個性化鉆頭等技術(shù) 形成了一整套較完善的鉆井工程配套技術(shù) 在4000米以上高海拔進行鉆探施工 并取得成功 積累了高海拔鉆井經(jīng)驗 四 主要技術(shù)及創(chuàng)新點 五 與國內(nèi)外同類技術(shù)相比 獅20井位于柴達木盆地西部南區(qū)獅子溝構(gòu)造花土溝高點軸線附近 油井海拔3430 09米 是目前世界上海