小井眼钻井技术在苏里格气田的应用解读

3本文系中国石油勘探与生产分公司重点技术攻关项目(编号:20032622。作者简介:巨满成,见本期第61页。小井眼钻井技术在苏里格气田的应用3巨满成陈志勇欧阳勇(中国石油长庆油田公司油气工艺技术研究院巨满成等.小井眼钻井技术在苏里格气田的应用.天然气工业,2005;25(4:74〜76摘要为提高整体开发效率,降低开发成本,长庆苏里格气田应用了小井眼钻井技术。针对苏里格气田的具体情况,在小井眼钻井工艺方面,进行了包括井身结构优化、套管优选、井壁稳定性控制、地层出水预测等多方面的技术研究。2003年共进行了4口小井眼井的施工,其中包括2口天然气欠平衡钻井,通过小井眼天然气欠平衡钻井实践表明,应用该项技术,与常规钻井相比较,机械钻速可以得到大幅度提高,是提高钻井速度、缩短钻井时间的有效途径。主题词小井眼欠平衡钻井苏里格气田井身结构优化设计套管优选法井壁稳定国内外理论和实践证明,利用小井眼可有效降低钻井成本,实现油气田的经济开发。因此,鉴于苏里格气田单井控制地质储量低、气井产能低的现状,为寻求有效降低苏里格气田开发综合成本的途径,提高气田开发经济效益,井工艺试验。一小井眼可降低钻井综合成本,经济效益十分可观,又被称为经济钻井技术。所谓小井眼是指完井井眼尺寸小于152.4mm,或全井60%以上井眼尺寸为152.4mm。但要实现降低成本的目标,必须要解决因井眼尺寸减小带来的一系列技术问题,而且要作为一项系统来解决。1.小井眼井身结构优化设计研究(1套管与井眼间隙研究。钻柱、套管在充有钻井液的井筒内运动时会引起波动压力,破坏井眼系统压力平衡,导致井喷、井漏、井塌和卡钻等井下复杂情况和事故。在小井眼井身结构优化问题上,需要解决井眼变小、环空间隙变小带来的技术问题,主要有:起下钻压力波动带来的井下压力失衡问题、下套管作业对井底波动压力的影响等。为此,需要从理论上定量分析苏里格气田小井眼情况下井底波动压力的变化规律,为“井眼—套管”间隙的确定提供依据。通过建立瞬态波动压力模型,对小井眼波动压力影响因素进行了分析。1,我们,一个匀,符号相反。0.30m/s2,下钻井深1000m,,随下钻速度的增加,其井底最大波动压力几乎按直线规律增加。2套管井眼环空间隙与波动压力的关系。根据计算结果可以看出,最大井底波动压力随裸眼井径的减小并不是线性的,套管与井眼间隙越小,最大井底波动压力越大。对101.6mm套管,当裸眼井径增大到145mm后,最大井底波动压力趋于一个固定值,再增大裸眼井径对波动压力没有明显的影响。通过上述应用瞬态波动压力模型计算分析苏里格气田小井眼波动压力的变化规律,可以得出以下认识:①井眼与套管的间隙越小，下套管时产生的激动压力越大，其影响非常显著。②在同样的套管间隙下,小井眼中下入小尺寸套管要比大井眼中下入大尺寸套管产生的波动压力小一些。③对101.6mm套管，当裸眼井径增大到145mm后，最大井底波动压力趋于一个固定值，再增大裸眼井径对波动压力没有明显的影响。因此，保证井下安全的钻头尺寸应该大于145mm,即合理的套管与井眼间隙应大于等于21mm。(2小井眼井身结构及可行性评价。小井眼钻井需要钻井、完井、测井、压裂、采油、地质以及47・钻井工程天然气工业2005年4月油藏部门之间的相互配合,形成配套的工艺技术,进行规模性的开发,这样便于对小井眼钻井装备进行配套和改造,从而短期收回投资,产生更大的经济效益。从钻井工艺,测井、射孔工艺,压裂工艺及采气工艺等进行可行性分析。国内油气田近几年的实践表明,小井眼开采技术的应用,在钻井完井方面可降低成本9%〜17%,采油工程方面可以降低成本约25%,再配套进行地面工艺的简化,可以节省更多的资金,是边际油气田降低成本的有效途径。井身结构设计应满足以下主要原则:①避免产生井漏、井喷、井塌、卡钻等井下复杂情况和事故,为安全、优质、高速钻井创造条件;②尽可能地简化套管层次,降低生产成本;③能对发生套管挤毁的潜在风险采取有效的预防措施;④对气体钻井工艺井要尽量封隔出水层,为安全钻进创造条件。通过井身结构优化和筛选,小井眼常规钻井和欠平衡钻井井身结构如表1。表1小井眼常规钻井和欠平衡钻井井身结构表开钻次序钻头尺寸(mm套管尺寸(备第一次开钻500(2170m为欠平衡第二次开钻101.6设计井深2.套管优选研究2003年初在对套管生产厂家进行广泛调研的基础上,通过技术论证分析和经济评价，优选出日本伊腾忠丸红101.6mmxN80x8.38mmFOX特殊扣小套管作为苏里格气田小井眼套管。并在对不同壁厚的套管进行了抗拉、抗压和抗内压强度实验校核后，提出了套管建议。强度校核情况见表2。通过对不同尺寸的套管使用对比、综合评价，采用小套管，降低了钻井成本，但幅度不大。表3为几口不同井身结构减少成本的比较。3.井壁稳定性研究及地层出水对气体钻井工程影响分析为经济有效地开发苏里格气田，降低钻井开发表2套管强度对比表规格钢级壁厚(mm(MPa(MPa抗拉强度(kN101.6N2807.5976.2672.191237101.6TPN2807.878.2741206表3不同井身结构套管减少成本的比较表井身结构(万元177.8mm套管增(+减(-(万元273mmx500m+177.8mmx井底110244.5mmx500m+139.7mmx井底95-15成本,在苏里格区块应用小井眼欠平衡钻井技术进行开发,不失为一条有效途径。而欠平衡钻井是否可行的控制因素是钻井过程中井壁能否保持稳定以及地层是否会出现灾难性出水。为了研究欠平衡钻井技术在苏里格区块是否适用,本研究对国内外欠平衡钻井技术调研的基础上,对苏里格区块欠平衡钻井过程中井壁稳定性进行了系统研究。首先,对苏里格地区地应力、地层强度及“三压力”剖面进行了确定,同时对苏里格小井眼井壁稳定的影响因素从以下5方面进行了研究。①性的影响，地,发生塑性绕曲。②动态井壁对小井眼欠平。计算结果表明在允许井壁坍塌的情况下,若进一步降低泥浆密度,坍塌角基本保持不变，但坍塌深度增加。③井斜方位对井壁稳定性的影响。通过计算表明，在最小水平地应力方位钻进有利于防止井壁坍塌,可以采用较低的钻井液密度钻井,有利于保护气层。④苏里格区块泥页岩地层水化膨胀对井壁稳定性的影响。经过理论计算，苏里格区块水化坍塌时间应当在6〜7d。⑤苏里格小井眼地层出水分析及对气体钻井的影响。地层出水对钻井工程的突出影响之一是引起井壁失稳，通过不同出水量的计算，确定了不同的钻井模式，即根据出水量的大小确定是气体钻井还是泡沫钻井等。4.提高小井眼固井质量工艺技术研究固井作业是钻井工程最后关键环节，固井质量1^-2011的好坏直接影响油气井的生产能力和寿命，甚至影响整个油气井的合理开发。小井眼固井技术是小井眼钻井完井技术的重要组成部分。根据38.1mmx88.9mm组合模拟水泥环与钢管粘结力试验结果,根据相似原理，针对苏里格152mm小井眼x101.6mm套管，按套管居中、承受55MPa压裂压力计算，不考虑第二胶结面胶结差等因素，所需的水泥环封固长度为38m，即环空只要有38m长的纯水泥良好封固,即能满足压裂需要。目前苏里格气井油层套管水泥浆设计返到气层以上300m,考钻井工程虑顶替效率、钻井液泥饼对水泥胶结强度的影响等,这种封固段长完全可以满足开发要求。二、小井眼钻井现场试验分析评价小井眼钻井试验主要指标见表4。三、苏里格小井眼钻井降低成本潜力分析降低钻井成本是苏里格气田实现经济开发的关键。国外的研究表明,机械钻速对钻井成本的影响表42003年苏里格小井眼钻井主要指标统计表井号井深(m钻井周期(d完井周期(d(m钻头用量(只全井其中152.4mm欠平衡常规平均机械钻速(m/h全井其中152.4mm井眼段平均欠平衡常规苏3921421346037.6248.54783.79255.844.0720.872.78苏3921424341030.3740.941091.7127.87.211.632.42苏40219339136.6440986.345.655.65苏39220337033.754011105.724.744.74注:苏40219、苏39220井为常规泥浆钻进,机械钻速未包括取心钻进。比钻头寿命等其它钻井参数的影响高一个数量级。如英国北海1995〜1996年间平均每只钻头进尺增加23%,使钻井费用降低约1%,而同时机械钻速提高24%,钻井费用减少约20%。提高机械钻速是降低钻井成本的最有效途径,提高钻井速度的研究从未停止过,的工作最多取经济效益。综合国内外小井眼的经验和前述敏感性分析,苏里格小井眼钻井进一步降低成本的主要潜力当是提高2000以下地层的机械钻速。具体有以下几个方面:①对小井眼天然气钻井采用尾管完井,可进一步降低套管费用;②简化表层固井工艺,采用MTC固井技术可降低部分固井费用;③对小井眼常规钻井,试验PDC+井下动力钻具复合钻进技术,提高钻速,降低成本;④一方面要通过采用先进工艺技术、优化钻井参数等措施,提高钻井速度,缩短生产时间,另一方面要通过强化生产管理,压缩非生产时间,从而缩短钻井周期,这也是降低钻井成本十分有效的途径之一;⑤采用小井眼配套的小钻机四、认识及建议(1小井眼是石油工业的重要技术发展方向之一,应用范围广泛,可以较大幅度降低钻井费用。但小井眼是一项复杂的综合配套技术,要取得上述效益,必须要解决小井眼带来的一系列技术问题,而且要作为一项系统工程来解决,形成配套技术,才能最终体现出小井眼的优势来。其中单一技术不能有效发挥小井眼的整体优势,明了这一点。270%,是影响钻井。因此,苏里格地区提高机械钻速,缩短钻井周期的主要潜力在下部地层。钻井实践表明,采用小井眼配套开发,每口井可以节省成本80万元左右。(3天然气欠平衡钻井能大幅度提高机械钻速,缩短钻井周期,毋庸质疑,是提高钻速十分有效的技术,特别是对苏里格这样的“四低”气田实现经济开发,有非常重要的意义。(4地层出水和井壁坍塌是天然气欠平衡钻井的两大决定性因素,如果不能克服,就很难顺利进行气体钻进。即天然气欠平衡钻井技术并不是对任何地质层位都适应,在易坍塌、水层发育的层位不适合。参考文献1刘彦学.小井眼钻井及无油管完井在后五家户气田中的应用.天然气工业,2002;22(4:45〜472刘德平等.提高小井眼固井质量研究.天然气工业,2004;24(10:75〜773雷群等.BJ公司压裂技术思路分析.天然气工业,2004;24(10:68〜704汪海阁等.开发低渗透油田的小井眼钻井技术.钻采工艺,2001;23(3(收稿日期2004211223编辑钟水清■67・钻井工程天然气工业2005年4月corrosionpreventionoftubingandcasingandtheoilfieldchemistryforalongtime.Add:ChangqingXin2glongyuanQuarter,WeiyangDistroict,Xi'an,Shaanxi(710021,ChinaTel:(02986594960E2mail:yqa_cq@petrochina.com.cnRESEARCHONTHESEPARATEPRESSUREPRODUCTIONTECHNOLOGYUSEDFORGASWELLFuGangdan,GuiJie,ZhaoFenxiaandXuYong(ResearchInstituteofOilandGasTechnolo2gy,ChangqingOilFieldBranch,PCL.NATUR.GASIND.v.25,no.4,pp.71—73,4/25/2005.(ISSN1000—0976;InChineseABSTRACT:Becauseofthestrongheterogeneity,mul2tipleandthingas2bearinglayers,lowsingle2layerproductivi2tyandextremelydifficultexploitationconditionsofthevoirsinChangqingGasField,itisfor2pingeconomicallycost.Theproductiontechnolo2gyusedfortheinChangqingGasFieldisintro2ducedandtheseparatepressureproductiontechnologyusedforexplorationwells,developmentevaluationwellsandde2velopmentwellswasputforwardrespectivelyinthepaper.Theon2siteapplicationresultsindicatedthatitwasveryim2portantfordevelopingthemulti2zonegasreservoirsinChan2gqingGasFieldandraisingtheintegraldevelopmentlevelandeconomicbenefitofthegasfieldstoadoptthetechnolo2gy.SUBJECTHEADINGS:ChangqingGasField,Explora2tionwell,Developmentevaluationwell,Gaswell,Separatepressureproduction,TechniqueFuGangdan(seniorengineer,bornin1962,graduatedinoilproductionengineeringattheUniversityofPetroleum,EastChina,in1986.Heisengagedintheresearchongasproductiontechnologyanditsauxiliaryequipment.Add:ChangqingXinglongyuanQuarte,WeiyangDistrict,Xi'an,Shaanxi(710021,ChinaTel:(02986591243or13700232789E2mail:fgd_cq@petrochina.com.cnAPPLICATIONOFSLIMHOLEDRILLINGTECHNIQUESINSULIGEGASFIELDJuMancheng,ChenZhiyongandOuyangYong(ResearchInstituteofOilandGasTechnolo2gy,ChangqingOilFieldBranch,PCL.NATUR.GASIND.v.25,no.4,pp.74—76,4/25/2005.(ISSN1000—0976;InChineseABSTRACT:TheslimholedrillingtechniqueshavebeenappliedtoSuligegasfield,Changqing,inordertoraiseinte2graldevelopmenteffectivenesstoreducedevelopmentcost.Thetechniquesincludingcasingprogramoptimization,cas2ingselection,boreholewallstabilitycontrolandformationwater2outprediction,etc.,wasstudiedinlightoftheactualsituationofthefield.Fourslimholesweredrilledin2003andthegasunderbalancetechniquesweretheindicatedthat,thedrillingmethod,thepene2greatlyraisedbyapplyingthegasun2pressuredrillingtechniquesinslimhole.SUBJECTHEADINGS:Drilling,Slimhole,Underbal2ancepressuredrilling,Suligegasfield,Casingprogramopti2mization,SidewallstabilityJuMancheng(seniorengineer,bornin1960,graduat2edinpetroleumengineeringattheUniversityofPetroleum.Hehasbeenengagedintheresearchondrilling(completiontechnologyandtheworksofplandesign,underbalancepres2suredrillingandhorizontalwellengineeringtest,etc.Add:ChangqingXinglongyuanQuarter,WeiyangDistrict,Xi'an,Shaanxi(710021,ChinaTel:(02986591379or13629280514E2mail:jmc_cq@petrochina.com.cnSCREENINGTHEKEYTECHNIQUESFOROIL&GASDRILLINGINCONSIDERATIONOFSAFETYZhangHuiandGaoDeli(OilandGasEngi2neeringInstitute,UniversityofPetroleum,Bei2jing.NATUR.GASIND.v.25,no.4,pp.77—78,4/25/2005.(ISSN1000—0976;InChineseABSTRACT:In21stcentury,thepetroleumexploration21NATURALGASINDUSTRY/Apr.,2005