沈289井低壓欠平衡鉆井初探

李春吉

(中國(guó)石油長(zhǎng)城鉆探公司鉆井技術(shù)服務(wù)公司,遼寧盤(pán)錦124010)

沈289井低壓欠平衡鉆井初探

李春吉

(中國(guó)石油長(zhǎng)城鉆探公司鉆井技術(shù)服務(wù)公司,遼寧盤(pán)錦124010)

美國(guó)3M公司生產(chǎn)的 HSG6000型中空玻璃微珠首次在遼河油田探井沈289井中試驗(yàn)使用,使用過(guò)程中,中空玻璃微珠及時(shí)起到了調(diào)整鉆井液密度的作用,實(shí)現(xiàn)了井底動(dòng)態(tài)的欠平衡,鉆井過(guò)程中點(diǎn)火成功,一直持續(xù)到試驗(yàn)結(jié)束。這次試驗(yàn)對(duì)中空玻璃微珠的工作性能參數(shù)有了全面地反映,為以后欠平衡鉆井技術(shù)在遼河油田的推廣應(yīng)用開(kāi)辟了一種新的有效的降低鉆井液密度途徑。

中空玻璃微珠;遼河油田;預(yù)探井;欠平衡鉆井

遼河油田應(yīng)用欠平衡鉆井技術(shù)已有20多年,采用充空氣、充氮?dú)狻⑺偷雀鞣N欠平衡鉆井方式進(jìn)行試驗(yàn),取得了欠平衡鉆井技術(shù)的研究成果。但由于欠平衡鉆井設(shè)備的限制,目前能夠進(jìn)行的欠平衡鉆井方式主要以水包油、無(wú)固相鉆井液和低固相鉆井液體系為主,密度控制范圍為0.90g/cm3以上,而勘探地層壓力系數(shù)有時(shí)甚至低于0.80g/cm3,因此欠平衡鉆井密度降低途徑和能力都非常有限。中空玻璃微珠密度范圍為0.32～0.60g/cm3,可以有效地降低鉆井液的密度。該技術(shù)首次在遼河油田探井勘探中的試驗(yàn),為欠平衡鉆井技術(shù)在遼河油田的推廣應(yīng)用提供一種新的降低鉆井液密度的途徑。

1 工程設(shè)計(jì)

1.1 地質(zhì)概況

沈289井位于大民屯凹陷前進(jìn)潛山向北的傾沒(méi)帶的一口預(yù)探井,井型為直井,設(shè)計(jì)深度為3900 m,三開(kāi)使用欠平衡鉆井技術(shù)。利用欠平衡鉆井技術(shù)發(fā)現(xiàn)和保護(hù)油氣層的優(yōu)勢(shì)對(duì)前進(jìn)潛山太古界含油氣情況及沈257井沙四段含油砂體向洼陷內(nèi)部延伸情況進(jìn)行預(yù)探,為下一步的研究工作提供地質(zhì)依據(jù)。沈289井主要目的層位為太古界,主要巖性為混合花崗巖,本井處于沈288和沈640塊之間。該區(qū)的大民屯凹陷斷裂活動(dòng)復(fù)雜地區(qū),主要發(fā)育北東走向的西掉正斷層,后被近東西向的次級(jí)斷層切割形成多個(gè)斷塊。

1.2 工程設(shè)計(jì)

1.2.1 井身結(jié)構(gòu)及三開(kāi)鉆具組合

沈289井身結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1;鉆具組合為:Φ152.4mm鉆頭+雙母接頭+Φ120.7mm箭形回壓凡爾+Φ120.7mm鉆鋌18根+Φ120.7mm投入式止回閥+Φ88.9 mm斜坡鉆桿+下旋塞+方鉆桿+上旋塞。

圖1 沈289井身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

1.2.2 欠平衡鉆井參數(shù)設(shè)計(jì)

(1)地層壓力確定。鄰井沈640井太古界潛山3357.05m處實(shí)測(cè)產(chǎn)層壓力31.25MPa,當(dāng)量地層壓力系數(shù)0.93,依據(jù)此為本井地層壓力參考值,進(jìn)行欠平衡鉆井設(shè)計(jì)。計(jì)算沈289井鉆進(jìn)至太古界潛山3431m處,地層壓力為31.27MPa。

(2)鉆井液密度設(shè)計(jì)。本井鉆至井深3431m處,擬采用密度0.92g/cm3的水包油鉆井液體系+中空玻璃微珠相結(jié)合的方式,實(shí)施欠平衡鉆井。若以有效混合鉆井液密度0.83g/cm3,鉆井泵的排量為12L/s計(jì)算,則欠平衡井底欠壓值設(shè)計(jì)如表1。

表1 井底欠壓值設(shè)計(jì)

1.2.3 中空玻璃微珠+水包油泥漿體系設(shè)計(jì)

(1)中空玻璃微珠的選型。美國(guó)3M公司提供的中空玻璃微珠(HGS)是一種中空玻璃微球(壁厚約為直徑5%),具備較高的抗壓強(qiáng)度和穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì),主要化學(xué)成分為耐熱堿石灰硼硅酸鹽玻璃,600℃開(kāi)始變軟,其詳細(xì)型號(hào)如表2。中空玻璃微珠按其壓力等級(jí)分為各種不同類型,因此,中空玻璃微珠的選擇要以所適用井段最大壓力為準(zhǔn)。由欠平衡鉆井參數(shù)設(shè)計(jì)知,最大循環(huán)井底壓力34.42MPa,考慮到鉆井過(guò)程中壓力波動(dòng),增加中空玻璃微珠的可靠性,延長(zhǎng)使用時(shí)間兼顧經(jīng)濟(jì)成本,故選擇的中空玻璃微珠型號(hào)為 HGS6000。

表2 產(chǎn)品系列與抗壓強(qiáng)度對(duì)應(yīng)

(2)中空玻璃微珠的混入量計(jì)算。中空玻璃微珠混入量體積分?jǐn)?shù)計(jì)算式為:

式中:ρo——水包油鉆井液密度 ,g/cm3;ρm——混合鉆井液密度,g/cm3;ρHGS——中空玻璃微珠密度,g/cm3。根據(jù)設(shè)計(jì)混合鉆井液密度為0.83g/cm3,基液為原有水包油鉆井液,密度為 0.92g/cm3,HGS6000密度為0.46g/cm3。將數(shù)據(jù)代入上式中計(jì)算得,加入 HGS6000體積含量為19.57%。目前,現(xiàn)場(chǎng)水包油鉆井液總體積共135m3,故應(yīng)加入HGS6000重量為12.15t。最終確定鉆井液體系配方為:原漿(0.92g/cm3水包油鉆井液)50%+柴油50%+乳化劑2%+水7.8%+中空玻璃微珠9%。

2 現(xiàn)場(chǎng)施工與試驗(yàn)應(yīng)用

2.1 現(xiàn)場(chǎng)中空玻璃微珠+水包油泥漿體系的配制

中空玻璃微珠為白色粉末狀物質(zhì),加入的過(guò)程中,工作人員要帶口罩或其它的防塵防護(hù)用具,防止中空玻璃微珠吸入人體內(nèi),造成傷害。加入操作方法與常規(guī)泥漿藥劑雷同。配制過(guò)程如下:

分兩次加入:第一次加入中空玻璃微珠9.75t,密度調(diào)到0.85g/cm3,第二次加入3.75t中空玻璃微珠密度調(diào)到0.83g/cm3;充分循環(huán)后鉆井液性能:密度 0.83g/cm3,粘度 147s,切力 7/7,失水 12 mL,p H值8,含油率60%。

2.2 中空玻璃微珠+水包油鉆井液體系鉆井施工

2009年12月18 日,開(kāi)動(dòng)離心機(jī)鉆進(jìn)16.0h,鉆井液密度一直維持在0.85g/cm3。使用新型鉆井液該鉆頭純鉆24h,進(jìn)尺51.33m。鉆進(jìn)過(guò)程中,全烴值1.8%～5.5%,接單根時(shí)有單根峰,全烴值5.5%～26.0%,井深3547.0m,鉆井液性能:密度0.85g/cm3,粘度 151s,含砂 0.1%,失水 12mL,切力6.5/7Pa,p H值8.5,含油率55%。

測(cè)后效數(shù)據(jù):鉆頭下深 3544.0m,靜止時(shí)間129min,上竄速度 5.15m/min,上竄高度 664.7 m。高峰時(shí)泥漿密度0.83g/cm3,全烴值69.58%。

19∶30循環(huán)分離器,20∶33點(diǎn)火成功,火焰高度0.8～1.2m,持續(xù)時(shí)間8min左右,當(dāng)時(shí)全烴值20%～60%。

2009年 12月 19日,下鉆到底,井深 3547.0 m,返出泥漿密度0.87g/cm3,粘度106s,含砂0.1%,失水12mL,切力6.5/7Pa,p H值8.0,含油率50%,加入中空玻璃微珠2.25t。

開(kāi)動(dòng)離心機(jī),轉(zhuǎn)速400r/min,鉆進(jìn)30h,井深3554.0m,鉆井液密度0.88g/cm3,粘度103S,含砂0.1%,失水12mL,切力6.5/7Pa,p H 值8.0,含油率50%。

2009年12 月 20日 ,5∶30,井深3567.0m,純鉆進(jìn)8.5h,進(jìn)尺20.0m,泥漿密度0.89g/cm3,全烴值 8%～10%,單根峰值 15%;16∶00,井深 3592.0m,純鉆進(jìn)16.0h,進(jìn)尺45.0m,泥漿密度0.89g/cm3,全烴值10%～15%,單根峰 23%,離心機(jī)出口泥漿密度0.84g/cm3。24∶00,井深3609.0m,純鉆進(jìn)21.0h,進(jìn)尺62.0m,泥漿密度0.88g/cm3,全烴值10%～25%。

12月21日,1∶55,井深 3616.0m,泥漿密度0.86g/cm3,全烴值30%～100%,點(diǎn)火成功,火焰高度1.5～3.5m,火焰呈顏色,明黃色,全烴值100%。3∶10正常欠平衡鉆進(jìn),火焰繼續(xù)燃燒,套壓為0MPa。9∶20～9∶30,鉆進(jìn)至3635.0m,全烴值從18%升至100%,泥漿密度0.84～0.85g/cm3,分離器出泥漿涌泥漿,泥漿池總體積增加12 m3,停泵關(guān)井,套壓很快升到5MPa,立壓5MPa。至16∶00套壓升到6.73MPa,立壓6.0MPa,現(xiàn)場(chǎng)項(xiàng)目組決定壓井,至此中空玻璃微珠試驗(yàn)結(jié)束。

3 中空玻璃微珠的應(yīng)用效果

3.1 中空玻璃微珠的使用效果

玻璃微球在鉆井過(guò)程中經(jīng)過(guò)水眼噴射和鉆具的研磨會(huì)發(fā)生破碎,中空玻璃微球的破碎反而變成了鉆井液的加重固相。中空玻璃微珠的破碎伴隨著密度的上升,現(xiàn)場(chǎng)鉆井過(guò)程中,中空玻璃微珠+水包油鉆井液密度的上升隨深度的變化如圖2所示。

圖2 中空玻璃微珠+水包油鉆井液密度與井深關(guān)系

從圖2中可知,混合液的密度隨鉆井深度的增加,呈增長(zhǎng)的趨勢(shì),末端混合鉆井液密度的降低是因?yàn)榈貙犹烊粴馇秩雵?yán)重,致使混合鉆井液密度降低,后開(kāi)除氣器,進(jìn)行脫氣,走欠平衡流程,密度恢復(fù)至0.88g/cm3。

評(píng)價(jià)中空玻璃微珠主要性能參數(shù)之一為中空玻璃微珠的完好率,不考慮已破碎中空玻璃微珠和巖屑含量的影響,計(jì)算方法如下:

式中:ρm1——升高后混合鉆井液密度,g/cm3;V1%——使用后混合鉆井液中玻璃微珠含量;α——使用后空心玻璃的完好率。

由圖2計(jì)算該井鉆進(jìn)過(guò)程中,中空玻璃微珠完好率隨井深關(guān)系,如3圖所示。由圖3可知,完好率隨井深的增加呈遞減趨勢(shì),與鉆井液混合密度變化方向相反。

圖3 完好率與井深關(guān)系圖

由于空心玻璃使用到后期,已大量破碎,剩余玻璃微珠沒(méi)有回收。

3.2 鉆井過(guò)程中點(diǎn)火的效果及試油結(jié)果

共有兩次點(diǎn)火成功,第一次為后效點(diǎn)火,火焰高度0.8～1.2m,持續(xù)8min;第二次鉆進(jìn)至3616.0～3635.0m時(shí),全烴值30～100%,點(diǎn)火成功,火焰高度1.5～3.5m,火焰呈顏色,明黃色,持續(xù)燃燒7.42h,直至關(guān)井熄滅。

2010年1月8 日至1月18日試油,試油井段3175.39～3793m,日產(chǎn)油53.3t,累計(jì)產(chǎn)油262.32 t。

4 結(jié)論

(1)中空玻璃微珠在遼河鉆井中第一次應(yīng)用,降低鉆井液密度效果明顯,起到顯著的欠平衡誘導(dǎo)油層流體的作用。

(2)中空玻璃微珠的使用時(shí)效短暫,應(yīng)深入研究其破碎機(jī)理,延長(zhǎng)使用時(shí)間,降低鉆井成本。

(3)中空玻璃微珠價(jià)格昂貴,應(yīng)該有相應(yīng)的回收配套措施,以節(jié)約鉆井成本。

(4)在地層油氣顯示良好、地層壓力基本明了的層段,使用中空玻璃微珠降低鉆井液密度誘導(dǎo)油層,效果比較明顯。

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編輯:李金華

TE24

A

2010-10-20

李春吉,高級(jí)工程師,1970年生,1993年畢業(yè)于西南石油學(xué)院鉆井工程專業(yè),2009年獲得中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)工程碩士學(xué)位,現(xiàn)從事控壓鉆井技術(shù)研究與應(yīng)用工作。

1673-8217(2011)01-0092-03