勝利油田鉆井新技術(shù)的研究與應(yīng)用

勝利油田鉆井新技術(shù)的研究與應(yīng)用

20世紀(jì)90年代是盛利油田鉆井技術(shù)快速發(fā)展的時(shí)期。采用定向井和水平井鉆井技術(shù)，近平衡壓力和低平衡壓力鉆井技術(shù)，超深井開(kāi)挖技術(shù)、新井液固井固井固井技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)促進(jìn)油田的勘探開(kāi)發(fā)水平和整體效益發(fā)揮了重要作用。一、水平井以下簡(jiǎn)稱“井”水平井技術(shù)的研究和應(yīng)用為增加原油產(chǎn)量、提高油氣采收率提供了有效的手段。勝利油田以1990年9月第一口水平井——埕科1井開(kāi)鉆為標(biāo)志,經(jīng)過(guò)近10年的發(fā)展,已形成了包括油藏地質(zhì)設(shè)計(jì)、鉆井工程設(shè)計(jì)、井眼軌跡測(cè)量與控制、井下專用工具研制、鉆井液以及固井、完井技術(shù)在內(nèi)的完善配套的水平井鉆井技術(shù)。不僅能鉆普通水平井,而且能根據(jù)油藏地質(zhì)情況和開(kāi)發(fā)部門的要求,設(shè)計(jì)并完成各種類型的特殊水平井,包括水平探井、礫石稠油油藏水平開(kāi)發(fā)井、叢式水平井、海油陸采水平井、古潛山水平井、單井蒸汽驅(qū)重力泄油水平井、階梯式水平井、井斜方位變化水平井、連通式水平井、巷道水平井、超深水平井、側(cè)鉆水平井等。水平井技術(shù)在油田的勘探開(kāi)發(fā)中發(fā)揮了越來(lái)越大的作用,“水平井是增加原油產(chǎn)量、提高油氣采收率和開(kāi)發(fā)特殊油藏的最有效的手段之一”的觀點(diǎn),已經(jīng)成為廣大勘探開(kāi)發(fā)工作者的共識(shí)。1999年是勝利油田歷年中所鉆水平井?dāng)?shù)量最多的一年,共完成水平井32口(僅指勝利油田范圍內(nèi),下同),其中包括側(cè)鉆水平井5口。至1999年底勝利油田已累計(jì)完成水平井117口,取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。據(jù)1999年新投產(chǎn)的32口水平井統(tǒng)計(jì),日產(chǎn)油814.4t,平均單井日產(chǎn)油28.1t,累計(jì)產(chǎn)油9.96萬(wàn)t,是普通單井產(chǎn)量的3倍以上。油田開(kāi)發(fā)部門將水平井技術(shù)成功地應(yīng)用于古潛山稠油油藏開(kāi)發(fā),在草古1區(qū)的北部、西邊部、南邊部和地面有障礙物的位置,設(shè)計(jì)水平井12口,年底投產(chǎn)10口。鉆井施工中采用合理的設(shè)計(jì)和技術(shù)措施,使用低密度泡沫鉆井液,防止或減少了易漏裂縫型油藏的污染,投產(chǎn)效果良好,平均日產(chǎn)油20~30t,是普通直井的2~3倍。水平井技術(shù)在油田高含水后期剩余油開(kāi)采中得到了應(yīng)用并收到了明顯的效果,如純41-平1井利用水平井技術(shù)控制底水錐進(jìn)、改善開(kāi)發(fā)效果,8月中旬投產(chǎn)到12月日產(chǎn)油66.3t,含水3.6%,是鄰井平均產(chǎn)油量的10倍。利用水平井技術(shù)還可以完善油田開(kāi)發(fā)井網(wǎng),如營(yíng)6-平1井水平段穿過(guò)3段油層,4月份投產(chǎn)時(shí)射開(kāi)下面40m,到12月底日產(chǎn)油61.8t,含水12.5%,是鄰井平均產(chǎn)量的10倍。目前,水平井技術(shù)正向大位移水平井、側(cè)鉆水平井、分支水平井和欠平衡壓力水平井的方向發(fā)展,以適應(yīng)各種類型油藏的要求,為提高油田的開(kāi)發(fā)水平發(fā)揮更大的作用。大位移水平井能鉆穿更長(zhǎng)的油層井段,可以較大范圍地探明和控制含油面積,大幅度地提高單井產(chǎn)量。中國(guó)石化集團(tuán)已把大位移井列為攻關(guān)項(xiàng)目,第一口試驗(yàn)井——埕北21-平1井已于1999年11月13日開(kāi)鉆,并于2000年3月26日完鉆。該井設(shè)計(jì)井深4833.16m,井底水平位移3161.34m,是我國(guó)目前陸上水平位移最大的一口大位移水平井,并創(chuàng)出我國(guó)陸上大位移延伸、水平位移最長(zhǎng)等3項(xiàng)全國(guó)新紀(jì)錄,標(biāo)志著我國(guó)在這一領(lǐng)域的特殊鉆井工藝技術(shù)又向國(guó)際先進(jìn)水平邁進(jìn)了一大步。側(cè)鉆水平井技術(shù)是側(cè)鉆井技術(shù)和水平井技術(shù)相結(jié)合的結(jié)晶,不僅使老井重鉆煥發(fā)青春,而且可以大幅度提高單井產(chǎn)量和油氣采收率。勝利油田1999年共完成側(cè)鉆井67口,投產(chǎn)45口,已產(chǎn)油4.2萬(wàn)t,平均單井產(chǎn)量12~13t/d。勝利油田在“九五”期間開(kāi)展短半徑側(cè)鉆水平井項(xiàng)目的科研攻關(guān),使短半徑側(cè)鉆水平井鉆井技術(shù)有了新的突破,至1999年底,已完成短半徑側(cè)鉆水平井12口,累計(jì)產(chǎn)油4.89萬(wàn)t,最高單井產(chǎn)量達(dá)55t/d。分支井也稱多底井,即在一口主井眼中鉆出兩個(gè)或多個(gè)分支井眼,分支井眼是水平井的稱作分支水平井。它可以更大地增加油層泄油面積,提高油氣采收率,也有利于充分利用施工占地,減少環(huán)境污染,對(duì)降低原油生產(chǎn)成本有相當(dāng)好的效果。勝利油田已將分支井鉆井技術(shù)列入攻關(guān)計(jì)劃,可以預(yù)言,分支水平井技術(shù)在新的世紀(jì)必定會(huì)有大的發(fā)展。與普通直井相比,鉆水平井時(shí)由于產(chǎn)層裸露的面積大,鉆井液與油氣層接觸的時(shí)間長(zhǎng),因而油氣層污染的問(wèn)題更加突出,解決這一問(wèn)題的有效途徑是采用欠平衡壓力鉆井技術(shù)。國(guó)外石油公司公認(rèn),水平井技術(shù)加欠平衡壓力鉆井技術(shù)是最有效的油田開(kāi)發(fā)技術(shù)。二、欠平衡壓力鉆井技術(shù)“欠平衡壓力鉆井技術(shù)”是20世紀(jì)末國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家迅速發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)保護(hù)油氣層的鉆井新技術(shù),它開(kāi)辟了保護(hù)油氣層的最佳途徑,改變了用鉆井液液柱壓力來(lái)平衡地層壓力的常規(guī)鉆井方法。在鉆井過(guò)程中,采用低密度鉆井液體系,使鉆井液液柱壓力和循環(huán)回壓低于正鉆地層的孔隙壓力,允許產(chǎn)層流體(油和天然氣)流入井眼,并隨鉆井液一起循環(huán)到地面,在地面進(jìn)行有效控制和分離,從而可以從根本上解放油氣層,達(dá)到保護(hù)油氣層的最佳效果。欠平衡壓力鉆井在提高勘探成功率和增加油井產(chǎn)量方面具有常規(guī)鉆井不可比擬的優(yōu)越性。勝利油田把“欠平衡壓力鉆井技術(shù)研究”列為勝利油田45143科技發(fā)展綱要中的一個(gè)重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目,引進(jìn)了欠平衡鉆井設(shè)備,組建項(xiàng)目組進(jìn)行攻關(guān),該項(xiàng)目于1999年列為中國(guó)石化集團(tuán)“九五”后兩年的重點(diǎn)研究項(xiàng)目。自1998年以來(lái),在調(diào)研和引進(jìn)設(shè)備的基礎(chǔ)上,結(jié)合勝利油田的儲(chǔ)層特點(diǎn)和工程條件,制定了欠平衡壓力鉆井設(shè)備配套方案并組織實(shí)施,研究了欠平衡鉆井負(fù)壓差設(shè)計(jì)與控制工藝技術(shù)措施,并在4口井中進(jìn)行了試驗(yàn)應(yīng)用,取得了明顯的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效果,基本形成了適合勝利油田儲(chǔ)層特點(diǎn)的欠平衡壓力鉆井技術(shù),為保護(hù)油氣層、提高勘探開(kāi)發(fā)效果作出了貢獻(xiàn)。其中史125-1井(新區(qū)直井)在三開(kāi)井段實(shí)施欠平衡壓力鉆進(jìn),設(shè)計(jì)井底負(fù)壓差2MPa,采用多元醇防塌鉆井液,密度1.35kg/l(鉆進(jìn)中最低降到1.25kg/l),比同地區(qū)兩口探井同井段鉆井液密度降低0.3kg/l以上,滿足了在地層不受污染的條件下獲取地質(zhì)錄井資料的要求,為正確評(píng)價(jià)儲(chǔ)層創(chuàng)造了條件,達(dá)到了保護(hù)油氣層的預(yù)期效果。羅151-11井(火成巖儲(chǔ)層)實(shí)測(cè)地層壓力系數(shù)0.96,三開(kāi)采用硬膠泡沫鉆井液鉆進(jìn),地面密度0.60~0.70kg/l,靜液柱壓力當(dāng)量泥漿密度0.93kg/l,井底靜負(fù)壓值0.9MPa。完鉆后靜止25min外溢,試油產(chǎn)量18t/d,是同地區(qū)同期采用常規(guī)鉆井方法完成的油井產(chǎn)量的2倍。王平1井是一口鹽間非砂巖儲(chǔ)層水平井,其水平段前段為中孔-特低滲透孔隙型儲(chǔ)層,后段為整體裂縫型儲(chǔ)層,采用飽和鹽水混油乳化鉆井液欠平衡鉆進(jìn)。在裂縫性井段實(shí)測(cè)地層壓力系數(shù)1.62,采用密度為1.35~1.51kg/l的鉆井液,井底靜負(fù)壓值1.43MPa,動(dòng)負(fù)壓值0.78MPa。該井投產(chǎn)后取得明顯的效果,初產(chǎn)65t/d,穩(wěn)產(chǎn)(?φ4mm油嘴自噴)12.2t/d,為江漢油田鹽間非砂巖儲(chǔ)層上產(chǎn)作出了貢獻(xiàn)。商741-平1井儲(chǔ)層為火成巖,以往該地區(qū)鉆井發(fā)生嚴(yán)重井漏,導(dǎo)致工程復(fù)雜,裂縫阻塞,油層污染。為解決這個(gè)問(wèn)題,決定采用水平井鉆進(jìn)更多的垂直裂縫以提高產(chǎn)量,利用欠平衡壓力鉆井技術(shù)解決井漏和油層污染問(wèn)題。該井地質(zhì)預(yù)告地層壓力系數(shù)小于1.0,用常規(guī)鉆井液無(wú)法實(shí)現(xiàn)欠平衡,決定采用充氣鉆井液,借用采油廠的制氮增壓設(shè)備,實(shí)施充氮?dú)庹T噴獲得成功。水平段充氣鉆進(jìn)期間,井底動(dòng)負(fù)壓值3.1MPa,投產(chǎn)后初產(chǎn)60t/d以上,取得明顯的增產(chǎn)效果。1999年底,中國(guó)石化集團(tuán)已經(jīng)把“欠平衡壓力鉆井”列入攻關(guān)計(jì)劃,可以預(yù)見(jiàn),經(jīng)過(guò)兩三年的科研攻關(guān),逐步配套完善充氣(N2)鉆井設(shè)備以及欠平衡壓力鉆井監(jiān)控設(shè)備,可以形成與勝利油田各類儲(chǔ)層相適應(yīng)的欠平衡壓力鉆井工藝技術(shù),將為提高油田開(kāi)發(fā)效果發(fā)揮更大的作用。三、鉆井液新技術(shù)的應(yīng)用90年代末,勝利油田在深入開(kāi)展鉆井液損害油氣層的機(jī)理研究的前提下,有針對(duì)性地進(jìn)行了保護(hù)油氣層的鉆井液新技術(shù)的研究,并適時(shí)地將研究成果應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐,取得了良好的效果,并呈現(xiàn)出可喜的應(yīng)用前景。1.井內(nèi)溫度設(shè)定這是一種以聚多元醇(PPG)為主處理劑的新型鉆井液體系,在常溫下(地面溫度)具有水溶性,具有常規(guī)水基鉆井液現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)方便、便于固相控制(可使用細(xì)篩布清除巖屑)、不必加乳化劑以及毒性小、有利于環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。而當(dāng)井內(nèi)溫度超過(guò)其濁點(diǎn)溫度時(shí)(其濁點(diǎn)溫度在95℃以內(nèi)可調(diào)),PPG從基液中析出,形成類似于油的親油液體,具有潤(rùn)滑性好、能抑制頁(yè)巖膨脹、穩(wěn)定井壁及有利于施工的優(yōu)點(diǎn),而且易于吸附在巖石表面,形成憎水屏障,阻止鉆井液濾液與儲(chǔ)層巖石直接接觸引起油層傷害,達(dá)到保護(hù)油層的目的。該鉆井液體系已在勝利油田50多口井中進(jìn)行了應(yīng)用,取得了良好的油層保護(hù)效果,經(jīng)檢測(cè)評(píng)價(jià),巖心滲透率恢復(fù)值達(dá)90%以上。2.增強(qiáng)了新型處理劑的應(yīng)用效果黑色正電膠BPS是在正電膠MMH的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種高正電處理劑。與MMH相比,黑膠BPS具有更強(qiáng)的正電特性(正電性比MMH高出一倍),能夠被水潤(rùn)濕,具有油溶性,是一種穩(wěn)定井壁能力強(qiáng)、潤(rùn)滑防卡性能好、配伍性更廣泛、保護(hù)油層效果更好的新型泥漿處理劑。BPS在完成中試以后,在勝利油田永921-斜7井、臨2-平6井、孤東7-平3井等十幾口井中進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。其中永921-斜7井采用普通泥漿鉆至井深2194m時(shí)起鉆困難,下鉆遇阻劃眼,井壁坍塌掉塊嚴(yán)重。加入BPS并進(jìn)行維護(hù)后,摩阻下降,起下鉆順利,防塌效果明顯。與鄰井永921-15井(直井)相比,平均井徑擴(kuò)大率下降12.3%,并創(chuàng)出鉆井周期14.9d,平均機(jī)械鉆速16.12m/h的好成績(jī),泥漿浸泡油氣層的時(shí)間大大縮短。臨2-平6井應(yīng)用BPS黑色正電膠鉆井液鉆進(jìn),取得了明顯的增產(chǎn)效果,與鄰近的三靶點(diǎn)水平井臨2-平5井相比,平均產(chǎn)量提高25.1t/d。3.鉆井液地面施工為了解決低壓漏失層鉆井過(guò)程中鉆井液漏失造成施工困難、污染油層的問(wèn)題,勝利油田研究開(kāi)發(fā)了可循環(huán)泡沫鉆井液。該鉆井液不需要特殊的地面設(shè)備,成本低、便于推廣,其地面密度可達(dá)0.60kg/l左右,利用井隊(duì)原循環(huán)系統(tǒng)即可施工。至1999年底,已在勝利油田的草橋、濱南、孤島等地區(qū)48口井中進(jìn)行了應(yīng)用,成功地解決了以往古潛山地層鉆井液漏失的問(wèn)題,平均單井增產(chǎn)油10t以上,并且提高了勘探成功率,使過(guò)去無(wú)法開(kāi)采的油層得以有效地開(kāi)發(fā)。四、開(kāi)發(fā)后期固井質(zhì)量技術(shù)的研究為了解決油區(qū)開(kāi)發(fā)后期以及特殊油氣層、特殊工藝井固井中遇到的諸多難題,勝利油田開(kāi)展了提高老區(qū)開(kāi)發(fā)后期固井質(zhì)量的技術(shù)研究,經(jīng)過(guò)二年的攻關(guān),在固井工藝、固井工具以及水泥漿體系的研究方面均取得新的進(jìn)展,為提高固井質(zhì)量,防止油層污染作出了新的貢獻(xiàn)。1.大套管、傘-分級(jí)菌雙級(jí)注水泥技術(shù)1999年,勝利油田在草古100斷塊利用水平井開(kāi)采潛山油藏,采用水平段篩管完井,為解決打開(kāi)油藏進(jìn)行上部技術(shù)套管固井時(shí)水泥漿漏失,造成油層嚴(yán)重污染的問(wèn)題,研究采用了大套管水泥傘-分級(jí)箍雙級(jí)注水泥技術(shù),取得了良好的效果。草古100斷塊共完鉆10口水平井,投產(chǎn)8口,前2口井(CG100-P1井、CG100-平2井)是采用改進(jìn)水泥漿體系用常規(guī)注水泥的方法進(jìn)行固井,后8口井采用了水泥傘-分級(jí)箍雙級(jí)注水泥防漏技術(shù),大大減少固井水泥漿對(duì)潛山油藏的污染,平均單井日產(chǎn)量提高一倍多。2.水泥井漏失油層試空樊10-15井是一口生產(chǎn)井,設(shè)計(jì)井深2920m,在鉆至井深2810m時(shí)發(fā)生井漏,被迫提前完鉆,采用雙封隔器-分級(jí)箍注水泥工藝,成功地解決了水泥漿漏失污染油層的問(wèn)題,施工順利,固井質(zhì)量?jī)?yōu)質(zhì),試油日產(chǎn)30m3,達(dá)到了保護(hù)油氣層的目的。3.封隔器完井工藝高壓低滲透油藏油層孔隙壓力高,但滲透率低,油層孔隙度較小,固井時(shí)稍有漏失,水泥顆粒進(jìn)入地層就會(huì)造成永久性堵塞,固井后往往不能出油。由于該類井都是高壓井,固井作業(yè)時(shí)為防水泥漿失重,多采取壓穩(wěn)候凝(例如加入混漿、環(huán)空憋壓等),而這些措施更加劇了水泥漿濾液侵入油層,造成油層污染。為解決這個(gè)問(wèn)題,勝利油田研究應(yīng)用了封隔器完井或封隔器輔助固井工藝,即在油層上下用封隔器封隔,油層段不固井,或整個(gè)井段固井但油層段用封隔器封隔,以減小水泥漿對(duì)油層的污染。同時(shí)采用低失水高密度水泥漿體系,減少水泥漿漿失水,提高水泥石強(qiáng)度和膠結(jié)強(qiáng)度,既能有效封隔油氣層又能減少水泥漿濾液及水泥顆粒進(jìn)入油氣層。據(jù)坨莊地區(qū)采用管外封隔器完井和封隔器輔助固井的5口井統(tǒng)計(jì),與采用常規(guī)固井方式固井的油井相比,產(chǎn)量提高10倍以上。4.篩管頂部管注水泥封隔工藝篩管頂部固井技術(shù)在水平井中使用較多,一般是在油層以上下技術(shù)套管,打開(kāi)油層后,在油層段下入篩管,只將篩管頂部的套管注水泥封固,保證油層與其它層位的有效封隔。該工藝在塔里木油田塔中水平1井、水平4井、JF128井等井中應(yīng)用,取得日產(chǎn)油千噸的效果。1999年在勝利油田鄭408-17井首次進(jìn)行了直井長(zhǎng)裸眼井段篩管頂部注水泥施工,并獲得了成功,為老區(qū)開(kāi)發(fā)井(不下技術(shù)套管)保護(hù)油氣層固井開(kāi)辟了有效途徑。5.無(wú)砂膠結(jié)充填上分層充填為解決長(zhǎng)封固段固井水泥漿液柱壓力高,易壓漏地層的問(wèn)題,勝利油田研究了泡沫水泥漿填充式固井技術(shù)。該技術(shù)采用雙級(jí)注水泥工藝,首先用高密度水泥漿封好下部主力油層,再打開(kāi)分級(jí)箍,用泡沫