高壓噴射鉆井技術在塔河油田的應用

高壓噴射鉆井技術在塔河油田的應用

該噴射鉆孔技術始于美國，20世紀60年代已被廣泛使用。我國于20世紀60年代初期開始研究應用噴射鉆井技術,經(jīng)歷了3個發(fā)展階段之后,泵壓由10~12MPa提高至18~20MPa,水功率、鉆井速度也相應得到明顯提高。為了進一步探索高壓噴射鉆井的提速潛力,2001年中原油田開展了35MPa地面高壓噴射鉆井試驗。同等條件下地面超高壓鉆進比常壓鉆進平均機械鉆速明顯提高,但受當時裝備條件的制約,試驗時間及井段均較短。隨著我國鉆井裝備水平的不斷提高,深井鉆機已普遍配備高性能的鉆井泵,近幾年在塔河油田二開上部井段開展了泵壓為24~26MPa的噴射鉆井提速試驗,與泵壓18~20MPa的噴射鉆井相比,機械鉆速提高約40%。2010年以來,再次深入開展了35MPa高壓噴射鉆井技術試驗,一開鉆進泵壓為20~25MPa,二開鉆進泵壓為33~35MPa。截至2011年底,在塔河油田先后進行了5口井的現(xiàn)場試驗,機械鉆速平均提高85%以上,取得了顯著的提速效果。1井泵不能完全滿足激發(fā)井需求制約高壓噴射鉆井的關鍵因素是鉆井裝備,尤其是鉆井泵。鉆機配備的鉆井泵基本以1300型和1600型為主,不能完全滿足35MPa以上高壓噴射鉆井的需求。隨著我國鉆井裝備技術的發(fā)展,目前已經(jīng)具備了開展35MPa高壓噴射鉆井的條件,為此對現(xiàn)有裝備進行了升級改造。1.1電動鉆機篩選塔河油田的井深一般為6000~7000m,首先優(yōu)選70D型電動鉆機。中原塔里木鉆井公司某井隊2008年底新裝備了全新70D型電動鉆機,可滿足高壓噴射試驗要求,因此選擇該井隊進行高壓噴射鉆井試驗。1.2新型水龍帶和管匯管結構該井隊70D型鉆機配備的是1600HP型鉆井泵,最高輸出壓力為35MPa。為滿足35MPa高壓噴射鉆井試驗要求,新購置了2臺額定壓力為52MPa、額定功率為1618kW的國產(chǎn)F-2200HL型鉆井泵,并配備了相應的鉆井泵配件。配置了耐壓70MPa的國產(chǎn)特制水龍帶,備用1根國外生產(chǎn)的水龍帶;購置了1個SL-450H型高壓水龍頭,最大負載為4500kN,最高工作壓力為52MPa;配備了一套全新的地面高壓管匯及高壓閥門組,耐壓達70MPa,其中高壓立管改造為雙立管。由于施工泵壓很高,為防止鉆具發(fā)生刺漏引發(fā)安全事故,購置了ue788127.0mm的S135型全新鉆桿8000m。結合現(xiàn)場情況,其他鉆具均采用一級鉆具。2施工方案2.1水力參數(shù)優(yōu)化設計高壓噴射鉆井過程中,一般采用高泵壓、小噴嘴、適當排量進行鉆進。由于塔河油田中上部地層極易發(fā)生阻卡,需要采用大排量沖刷,以減少阻卡。因此,在進行水力參數(shù)優(yōu)化設計時,傳統(tǒng)技術方法不適合塔河油田。針對塔河油田中上部地層極易發(fā)生阻卡的問題,結合目前現(xiàn)場采用大排量高壓鉆進的做法,充分發(fā)揮試驗裝備高壓、大排量等優(yōu)勢,采用“強化水力參數(shù)+適當鉆頭壓降”的方法進行水力參數(shù)優(yōu)化設計?；诘孛娓邏簢娚溷@井現(xiàn)有裝備條件,泵壓最高設計為35MPa(F-2200HL型鉆井泵用ue788170.0mm缸套時額定泵壓為35MPa),雙泵的最大排量可達80L/s?；谏鲜鏊?shù)優(yōu)化原則,塔河油田一開和二開井段在用牙輪鉆頭結束鉆進時,推薦鉆頭壓降不低于整個循環(huán)壓耗的30%(或10MPa);二開下部井段由于采用PDC鉆頭,鉆進井段較長,且部分地層易發(fā)生阻卡,需要采用大排量鉆進,推薦鉆頭壓降為5~8MPa。2.2安裝水龍帶水水墻35MPa泵壓為地面管線安全帶來很大挑戰(zhàn),為了保證試驗的安全,制定了一系列安全保障措施。配套設備按標準加工、驗收和試驗,并由專門的安全工程師把關。泵、立管及地面高壓管匯按70MPa壓力靜壓試驗10min,按40MPa壓力動壓試驗30min;水龍帶出廠按70MPa靜壓試驗10min,40MPa動壓試驗30min;水龍頭按70MPa靜壓試驗10min,按40MPa旋轉動壓試驗30min,不刺不漏為合格。鉆井泵之間安裝防護墻,固定牢靠;地面高壓管匯分段分點固定,消除震動,防止松脫。泵房四周設立警戒線,鉆井泵高壓運轉期間嚴禁人員靠近。高壓鉆進過程中檢查鉆井泵或維修單個鉆井泵時,須將運轉鉆井泵的泵壓降至25MPa以下;泵壓如有異常,司鉆要迅速發(fā)出信號,同時停泵、上提鉆具;及時給泵空氣包充氣,減少泵壓波動和設備及管線疲勞造成的損壞。3高壓噴射鉆井塔河油田中上部地層主要為第四系、新近系、古近系、白堊系和侏羅系地層,多為砂泥巖互層、含礫砂巖,膠結疏松,可鉆性較好,可以充分發(fā)揮高壓噴射鉆井優(yōu)勢,實施快速鉆井;下部包括三疊系、石炭系、泥盆系和志留系等地層,埋深一般淺于5000m,多為砂泥巖互層,以泥巖為主,可鉆性差,鉆速較慢。為了進一步提高塔河油田的鉆井速度,先后在塔河12區(qū)和托普臺區(qū)塊的5口井上進行了35MPa高壓噴射鉆井現(xiàn)場試驗。3.1高壓噴射鉆井第一次試驗是在塔河12區(qū)的TH12233井進行的,該井是一口三開結構井,在一開、二開井段進行了高壓噴射鉆井現(xiàn)場試驗,鉆進地層為第四系至泥盆系地層,二開中完井深6031m。一開采用ue788346.1mmSKG124型牙輪鉆頭鉆進,排量80L/s,較常規(guī)鉆井排量提高了10L/s左右,泵壓20~25MPa,鉆頭壓降8~10MPa;鉆進井段50~1202m,純鉆時間15.1h,平均機械鉆速76.34m/h,與鄰井相同井段(平均機械鉆速26.29m/h)相比,提高了190%(見表1)。二開全井段(1202~6031m)采用高壓噴射鉆井,排量40~80L/s,較常規(guī)鉆井排量提高了5~10L/s,鉆頭壓降3~10MPa,泵壓33~35MPa,平均機械鉆速11.95m/h,與鄰井相同井段(平均鉆速6.46m/h)相比,提高了85%(見表2)。另外,該井二開盡管鉆壓較常規(guī)鉆井大,但最大井斜角僅1.19°,平均井徑擴大率僅為3.32%,說明35MPa高壓噴射鉆井在提高鉆速的同時,還能有效控制井斜角和井徑擴大率,提高井身質量。其中,5366~5937m井段采用35MPa高壓噴射鉆井,機械鉆速比鄰井相同井段采用“PDC鉆頭+螺桿”復合鉆井平均提高了40%,且單只鉆頭進尺增長了216m(見表3)。試驗結果表明,即使在5000m以深地層中鉆進,高壓噴射鉆井的提速效果也明顯優(yōu)于“PDC鉆頭+螺桿”復合鉆井技術。該井高壓噴射鉆井試驗總進尺6031m,實際用時38.73d,比設計周期(58d)縮短近20d,與常規(guī)鉆井工藝鉆至相同井深的平均周期(63.36d)相比,縮短了24.63d。3.2鉆頭壓降和地層優(yōu)化在第一口井試驗的基礎上,35MPa高壓噴射鉆井技術在塔河12區(qū)及相鄰區(qū)塊托普臺區(qū)塊共4口四開結構井的一開、二開井段進行了試驗與推廣(其中TP146X井一開鉆進時由于鉆井泵故障,未采用高壓噴射鉆進)。塔河油田四開結構井一開ue788444.5mm井眼中完井深500~800m,鉆進地層為第四系和新近系庫車組地層;二開ue788311.1mm井眼中完井深4500~5000m,鉆進地層一般為新近系至侏羅系地層。一開鉆進泵壓20~25MPa,排量70~80L/s,鉆頭壓降高達15MPa,平均進尺552m,平均機械鉆速83.69m/h,與鄰井相同井段(平均鉆速40.75m/h)相比,提高了105.4%(見表4)。二開鉆進泵壓33~35MPa,排量40~80L/s,平均進尺4078m,平均機械鉆速31.19m/h,與鄰井相同井段(平均鉆速14.95m/h)相比,提高了108.6%,對比情況見表5。其中,TP308X井二開所用首只ue788311.1mm牙輪鉆頭的壓降高達18MPa,輸出泵功率僅為常規(guī)鉆井的2倍左右,該只牙輪鉆頭進尺1730m,平均機械鉆速高達200.88m/h,與鄰井相比提高6倍,并在678~2028m井段創(chuàng)塔河油田ue788311.1mm井眼日進尺(1350m)最高紀錄;這再次說明,優(yōu)化參數(shù)、提高鉆頭水功率對于中上部地層具有十分顯著的提速效果。該井鉆至二開中完井深用時15.33d,與設計周期相比縮短了30.79d,與常規(guī)鉆井工藝鉆至相同井深平均鉆井周期(44.5d)相比,縮短了18.7d。3.3正常磨損效果在5口井的35MPa高壓噴射鉆井試驗過程中,除泵密封和水龍頭沖管密封正常磨損失效外,僅在第一口井的試驗中發(fā)生了一次新鉆桿本體刺漏情況,未發(fā)生其他非正常高壓密封失效問題。升級改造后的設備和鉆具都經(jīng)受住了高泵壓、高負荷條件下的密封考驗,說明35MPa高壓噴射鉆井配套設備是安全可靠的。4超地層力量噴射鉆井技術1)經(jīng)過設備配套與改造,完成了滿足35MPa高壓噴射鉆井安全需求的70D型鉆機升級改造,為高壓噴射鉆井試驗的實施提供了硬件保障。2)通過優(yōu)化鉆井施工方案,最大程度地發(fā)揮了鉆機和鉆井泵的功率,提高了鉆頭水功率,初步形成了適合塔河油田軟—中硬地層的大排量、適當鉆頭壓降的35MPa高壓噴射鉆井技術。3)采用35MPa高壓噴射鉆井技術在鉆進上部