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      精細控壓鉆井在裂縫性致密氣藏中的應(yīng)用

      2014-12-24 03:36:18蔡光林李前佑唐漢林孫愛生
      石油化工應(yīng)用 2014年7期
      關(guān)鍵詞:氣藏井口鉆桿

      唐 斌,屈 洋,蔡光林,李前佑,唐漢林,孫愛生,王 煜

      (1.中國石油塔里木油田分公司,新疆庫爾勒 841000;2.中國石油天然氣股份有限公司西南管道公司昆明輸油氣分公司,云南昆明 650020;3.西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室,四川成都 610500;4.新疆貝肯能源工程股份有限公司,新疆克拉瑪依 834000)

      精細控壓鉆井技術(shù)就是在鉆井作業(yè)過程中對井眼環(huán)空壓力精確控制,以實現(xiàn)安全、高效鉆進的技術(shù)[1]。其技術(shù)核心是一套精確的壓力控制系統(tǒng),它基于井下環(huán)空壓力剖面的測量結(jié)果,通過回壓補償裝置和自動節(jié)流管匯實現(xiàn)對井底壓力的精確控制。利用精細控壓鉆井技術(shù)可以很好地解決裂縫性致密氣藏鉆井過程中存在的漏失、溢流、溢漏同存等井下復(fù)雜情況,以實現(xiàn)裂縫性致密氣藏中的優(yōu)快鉆進[2]。

      1 裂縫性致密氣藏的工程地質(zhì)特點

      裂縫性致密氣藏屬于典型的窄安全密度窗口地層,鉆井過程中普遍存在漏失、溢流、溢漏同存等井下復(fù)雜情況,且部分儲層存在高壓,含硫化氫等情況,井控風(fēng)險較大[3]。鉆井施工的主要難點有:

      (1)井下摩阻扭矩問題比較突出,難以持續(xù)有效鉆進。同時,隨著水平段井眼軌跡的延伸,循環(huán)壓力損耗增加,井底流動壓力增大,容易引起井漏等井下復(fù)雜情況。

      (2)安全鉆井液密度窗口窄,部分井段漏失壓力系數(shù)與地層孔隙壓力系數(shù)幾乎相等。在欠平衡作業(yè)過程中地層流體會從裂縫進入井筒,而鉆井液會去補償?shù)貙恿黧w流出的空間,從而造成漏噴同存的情況發(fā)生。此外,重力置換效應(yīng)會造成鉆井液大量漏失[4],造成井下復(fù)雜情況。

      (3)常規(guī)鉆井技術(shù)難以有效保護儲層,由于該類儲層裂縫發(fā)育,鉆井液極易沿著裂縫向氣藏深部侵入,造成難以逆轉(zhuǎn)的儲層損害,導(dǎo)致后期開發(fā)難以獲得高產(chǎn)量。

      2 精細控壓鉆井原理

      精細控壓鉆井就是對井底壓力實施精細控制,保證其始終位于安全鉆井液密度窗口之內(nèi)。井底壓力為鉆井液靜液柱壓力、環(huán)空摩擦阻力和井口回壓之和,通常情況下只有井口回壓可以迅速改變[5-6]。因此,精細控壓鉆井就是通過改變井口回壓來實現(xiàn)對井底壓力的精細控制。精細控壓鉆井在實施過程中,采用低密度鉆井液體系,通過隨鉆環(huán)空壓力測量短節(jié)實時監(jiān)測環(huán)空壓力剖面,并通過流量計精確計量鉆井液的出口和進口流量,以判斷井下情況,采用回壓補償裝置、自動節(jié)流管匯提供井口回壓,保持井底壓力穩(wěn)定。

      (1)如作業(yè)過程中存在漏失。此時精細控壓鉆井系統(tǒng)將通過減小排量、調(diào)節(jié)節(jié)流閥開度或者減小回壓值的方法重新平衡地層壓力。

      (2)若出現(xiàn)溢流、氣侵的情況,控制系統(tǒng)將向相關(guān)作業(yè)人員發(fā)出警報,并自行計算重新平衡地層壓力所需要的回壓增量,并依據(jù)計算結(jié)果來調(diào)節(jié)回壓泵及相應(yīng)的節(jié)流設(shè)備,以達到控制井底壓力、安全鉆進的目的。

      (3)停泵后,循環(huán)摩擦阻力消失,井底壓力降低。此時回壓泵開啟以彌補循環(huán)摩擦阻力,實現(xiàn)平衡地層壓力的目的。

      3 現(xiàn)場應(yīng)用

      X3 井是一口開發(fā)井,井身結(jié)構(gòu)(見表1)。該井目的層為裂縫性致密氣層,安全鉆井液密度窗口窄,易發(fā)生井漏、井涌、又涌又漏等復(fù)雜情況,井控難度大,難以鉆達設(shè)計地質(zhì)井深。針對上述問題,決定在該井五開井段采用基于精細控壓鉆井技術(shù),降低井控風(fēng)險,減少非生產(chǎn)時間,實現(xiàn)優(yōu)快鉆進。

      表1 X3 井實際井身結(jié)構(gòu)

      3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

      五開井段鉆具組合:Φ152.4 mm 鉆頭+Φ120 mm×(1.25~1.75)°高溫螺桿+Ф120.7 mm 箭形止回閥×2 只+Φ89 mm 無磁抗壓鉆桿+MWD(高溫)+Φ89 mm 鉆桿(18°)×400 m+Φ89 mm 加重鉆桿×300 m+Φ89 mm 鉆桿×900 m+配合接頭+Φ139.7 mm 鉆桿(18°)×若干+箭形止回閥+Φ127 mm 鉆桿(18°)×50 m+箭形止回閥+Φ127 mm 鉆桿(18°)+箭形止回閥+Ф165 mm 下旋塞×1 個。

      3.2 鉆井液漏失控制

      精細控壓鉆井技術(shù)實現(xiàn)了窄安全密度窗口地層的鉆進,避免了井下復(fù)雜情況,降低了鉆井液的漏失量(見圖1),大大節(jié)省了鉆井成本。

      圖1 X3 井與臨井鉆井液漏失量對比

      3.3 氣侵監(jiān)測與控制

      4 月21 日11:00 鉆進至5 179 m(鉆井參數(shù):鉆壓30 kN,排量16 L/s,泵壓16 MPa,扭矩30~32 kN·m),井下壓力失衡發(fā)生了氣侵,井底侵入的氣體經(jīng)過一個遲到時間后返出井口,泥漿池液面突然增長21 m3,進口泥漿密度0.93 g/cm3,出口0.87 g/cm3,井口回壓調(diào)整為4 MPa,至11:10 回壓調(diào)整為4.5 MPa,壓力較高,并開始節(jié)流循環(huán)排氣,其間于11:38 點火成功,繼續(xù)控制回壓在5 MPa,點火鉆進。此時井底壓力略微大于地層壓力(0.47 MPa),隨后氣侵量減少,泥漿池液面趨于穩(wěn)定。期間井底壓力波動(見圖2)。循環(huán)出流體經(jīng)氣液分離器后,點火1 次,火焰高度為0.68 m。泥漿池液面穩(wěn)定后,維持井口回壓0.5 MPa 繼續(xù)控壓鉆進。

      3.4 儲層保護效果

      儲層保護方面。X3 井五開水平段作業(yè)過程中,點火12 次,焰高0.5~4 m,共發(fā)現(xiàn)5 層油氣顯示層。完井后采用5 mm 油嘴求產(chǎn),產(chǎn)氣12×104m3/d。說明精細控壓鉆井技術(shù)較好地解決了儲層段鉆進過程中因液相侵入帶來的儲層損害問題。

      圖2 井底壓力波動圖

      3.5 精細控壓鉆井應(yīng)用效果總結(jié)

      精細控壓鉆井在X3 井先后完成了控壓鉆進、接單根、溢流監(jiān)測等多項控壓工況作業(yè)。精細控壓鉆井系統(tǒng)實現(xiàn)井底壓力的實時平衡,及時監(jiān)測并控制了溢流、井漏等復(fù)雜情況。施工作業(yè)井段(5 105.88~5 338 m),未出現(xiàn)嚴(yán)重的井下復(fù)雜情況,節(jié)約了鉆井成本,縮短了鉆井周期,達到了良好的儲層保護效果,圓滿地完成了預(yù)期作業(yè)目的。

      4 結(jié)論和建議

      (1)精細控壓鉆井技術(shù)可以保證地層壓力和井底壓力的實時平衡,溢流、漏失等復(fù)雜情況能夠在早期及時發(fā)現(xiàn),及時控制,大大提高了井控安全。

      (2)實施精細控壓鉆井技術(shù)可以靈活應(yīng)對裂縫性致密氣藏帶來的漏噴同存問題,并已取得了良好的效果,建議進一步在該類地層中推廣應(yīng)用。

      [1] 周英操,楊雄文,方世良,等.PCDS-I 精細控壓鉆井系統(tǒng)研制與現(xiàn)場試驗[J].石油鉆探技術(shù),2011,39(4):7-12.

      [2] 韓繼勇,韓金井.精細控壓鉆井技術(shù)在塔里木氣田的應(yīng)用[J].天然氣技術(shù)與經(jīng)濟,2011,5(5):47-50.

      [3] 朱寬亮. 南堡深層潛山水平井欠平衡鉆井技術(shù)研究與實踐[J].石油鉆采工藝,2013,35(4):17-21.

      [4] 舒剛,孟英峰,李皋,等.重力置換式漏噴同存機理研究[J].石油鉆探技術(shù),2011,39(1):6-11.

      [5] 石林,楊雄文,周英操,等.國產(chǎn)精細控壓鉆井裝備在塔里木盆地的應(yīng)用[J].天然氣工業(yè),2012,32(8):6-10.

      [6] Saponja J, Adeleye A, Hucik B. Managed-pressure drilling(MPD)field trials demonstrate technology value[C].IADC/SPE Drilling Conference. Society of Petroleum Engineers,2006.

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