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復雜地層優快鉆井中鉆頭和鉆井液優化配置

時間:2020/3/26閱讀:1864
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摘 要:對于地層比較特殊,機械鉆速、井下安全是制約鉆井速度的兩個基本方面。充分認識地層,有針對性改進PDC鉆頭,優選有機胺鉆井液體系可使油田鉆井速度大為提高。

關鍵詞:PDC鉆頭;鉆井速度;有機胺鉆井液;井下安全

某斷塊油層分布主要受儲層沉積相和斷層控制,各砂層組之間具有獨立的油水系統。為提高該斷塊厚油層儲量動用程度,改善開發效果,提高采收率,設計同臺水平井,地層東南傾,地層傾角4°,區域面積小,構造扭曲,斷塊主要受兩組斷裂系統控制,斷塊封閉,井斜超過 90°,該斷塊鉆遇諸多技術難點,屬高難度水平井。

1. PDC鉆頭應用

鉆頭是鉆穿地覆巖石的不可替代的工具。鉆頭的好壞,直接影響著鉆井工作的效率。某油田地層巖性有泥巖、砂巖、礫巖、火成巖等之分,各巖層的硬度和可鉆性差別巨大,可謂地質環境復雜。隨著對地層可鉆性的不斷認識,和PDC鉆頭的應用發展,PDC鉆頭的使用取得了初步的成功,機械鉆速有了成倍的增長,推動鉆井提速提效的發展。

1.1 PDC鉆頭使用情況

試用10種以上型號的PDC鉆頭,不同廠家不同型號的PDC鉆頭應用效果表現不一。

1.1.1鉆速高進尺少損壞嚴重.機械鉆速在20m/h以上,進尺800~1000m,鉆頭損壞嚴重,主要表現為崩齒、斷齒。如圖:

1.1.2機械鉆速慢鉆頭損壞輕使用價值低

這種類型鉆頭牙齒的攻擊性不強,自我保護嚴重,導致鉆頭無損耗,同時表現為吃不進地層,機械鉆速低。屬于不作為型鉆頭,與現鉆井的提速提效理念不相適應。

1.1.3鉆速高鉆頭損壞輕微進尺多

有些廠家的鉆頭使用效果很好,表現為機械鉆速高、鉆頭損壞少,進尺多。顯然這樣的鉆頭既能提高機械鉆速,又能減少起下鉆換鉆頭的時間。給鉆井帶來巨大的效益。

1.2地層巖性特點

地層主要為砂礫巖與泥巖不等厚互層。砂礫巖比較松散,其中礫石對牙齒有致命的沖擊作用。流一段油層頂蓋為致密性泥巖,其硬度不高,但塑性較大,防泥包是重點。在鉆進流三段的井中,不同的巖性對PDC鉆頭提出了不同的要求。一只PDC鉆頭不可能全面應對軟硬差別很大的地層,鉆井中PDC鉆頭主要應對的是玄武巖、火成巖之外的中軟砂礫巖泥巖互層。

1.2.1 牙齒特性及布齒要求

鉆頭牙齒要有很強的攻擊性,切削齒要有切削角度。內外齒的切削角度要相同,不要有一顆保守性強的牙齒。要求牙齒要有足夠的抗沖擊能力,對熱穩定性、研磨性的要求不高。1.2.2 PDC鉆頭冠部及刀翼結構選擇.針對地層的中軟特性,PDC鉆頭的冠部要有很強的攻擊性,要有利于水力清洗,其冠部形狀成凹形前旋結構,有利于牙齒之間相互借力,既可提高機械鉆速,又可減少牙齒的磨損,提高鉆頭的壽命。為了提高鉆頭的攻擊性,有利于水力清洗,避免泥包,應該采用單排齒而不是復齒結構。刀翼結構應該使用攻擊性強的直型或前傾型。刀翼數少的PDC鉆頭攻擊性更強,但刀翼數增加其抗沖擊能力也增強。根據地層中豐富的礫石夾層的情況,應該選用5刀翼結構。

2 鉆進參數對鉆頭的影響分析

優化的鉆進參數才能使優質的PDC鉆頭發揮出其威力。鉆井排量受設備井眼的影響,一般比較固定,沒有太多變化。鉆壓大小以吃入地層為準,根據地層的硬度、機械鉆速進行調整,一般在40-80KN。轉速則是影響PDC鉆頭的一個重要參數。

2.1 轉速對機械鉆速的影響。在研磨性輕的地層中,轉速越高,機械鉆速越快。潿洲組以下地層適用高轉速鉆進。

2.2 鉆速對鉆頭的影響。流三段中的火成巖地層則不適用高轉速。在上部地層,礫石發育豐富,且與被包地層的基本巖性硬度差別很大。高轉速使PDC鉆頭的牙齒承受更大的沖擊力,容易造成鉆頭的先期崩斷齒損壞。在下部地層的火成巖中,高鉆速則使鉆頭與地層的研磨加重,此現象可導致牙齒過熱,牙齒出現石墨化,使牙齒研磨性剝蝕損壞,牙齒銳度缺失,不能吃入硬地層,攻擊力降低,無法繼續硬地層中鉆進。

3 鉆井液體系優選

3.1 地層特點與井下復雜原因

目前所鉆地層為第四系、上第三系的望樓港組、燈樓角組、角尾組、下洋組和下第三系的潿洲組、流沙港組,其巖層多為泥巖、砂礫巖、砂巖不等厚互層其中流沙港組層段是重點關注井段,該地層泥巖易水化膨脹,發生鉆頭泥包和井壁失穩等鉆井復雜問題。

3.2 鉆井液體系發展

這些年來,鉆井一直使用聚磺防塌鉆井液體系,鉆井施工中時常出現鉆頭泥包、井壁失穩等復雜情況,嚴重影響了鉆井速度和效益。2013年引用胺基聚醇鉆井液體系,取得了很好的效果。

3.3 胺基聚醇鉆井液特點

研究資料表明,胺基聚醇能很好的鑲嵌在粘土層間,使粘土層緊密結合在一起,限制粘土水化膨脹,減少粘土的塑性以降低鉆頭泥包的可能性,另一方面通過吸附產生潤濕反轉,使鉆具表面由親水轉變為親油,降低了鉆具與鉆屑間的摩擦系數,減少了鉆頭、鉆具的泥包和無效研磨,從而提高了鉆頭的鉆進效率。胺基聚醇的一次、二次和三次巖屑回收率變化不大而且比較高,有利于井壁的長期穩定,減少井下復雜。

3.4 現場應用效果

針對某油藏地層特點、技術難點,推行使用胺基聚醇鉆井液體系,解決了鉆井中長期存在的鉆頭泥包和井壁失穩而引發的復雜問題,完井電測數據顯示,井眼規則,井徑擴大率小5%,大幅度提升了固井質量和鉆井速度。

4. 結束語

隨著人們實踐認識的不斷增加,鉆井行業技術水平在不斷發展。(1)適應地層的PDC鉆頭是提速提效的直接手段,由于鉆頭廠家對地層的認識不同,對鉆頭的定位不一樣,設計理念及側重點都有區別,致使鉆頭效果差別巨大。的PDC鉆頭仍有改進空間。在使用上也需要有具體的措施應對。PDC鉆頭的合理選擇與使用,才能實現真正意義上的提速提效。(2)胺基聚醇防塌鉆井液在某油田的使用,成功解決了某油田長期以來存在的鉆頭泥包和井壁失穩問題,有效促進鉆井速度的提高。優質鉆井液是安全快速鉆井的重要保障。

 

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