青西地區(qū)窟窿山逆掩推覆帶鉆井技術(shù)

青西地區(qū)窟窿山逆掩推覆帶鉆井技術(shù)

由于油氣勘探和開發(fā)的需要，硬層開采的問題日益突出。在玉門油田青西地區(qū)鉆遇了大段的逆掩推覆體老地層,鉆井施工難度越來越大,其難點(diǎn)主要表現(xiàn)為:推覆體老地層擠壓破碎嚴(yán)重,地層產(chǎn)狀變化大,井斜難以控制;地層巖性不均,可鉆性極差,鉆井過程中蹩跳鉆嚴(yán)重,鉆井參數(shù)受到嚴(yán)重限制;地層研磨性極強(qiáng),鉆具磨損嚴(yán)重等。面對(duì)這些技術(shù)難題,目前鉆井中仍主要采用傳統(tǒng)的牙輪鉆頭,配合PDC鉆頭及噴射鉆井的旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù),使得青西地區(qū)鉆井速度慢、周期長(zhǎng),鉆井成本居高不下,嚴(yán)重制約了該地區(qū)勘探開發(fā)的步伐和效益。從破巖理論上講,沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)是解決硬地層鉆井難題最有效的方法之一,大量實(shí)踐也證明了它是一種高效的鉆井方法,特別是在硬地層中鉆井,可大幅度提高鉆井速度、降低鉆井成本,延長(zhǎng)鉆頭的使用壽命。該技術(shù)成功地應(yīng)用于石油鉆井中,有效地解決了硬地層鉆井速度慢、周期長(zhǎng)的難題,取得了顯著經(jīng)濟(jì)效益,加快了油氣田勘探開發(fā)的進(jìn)程。1青西地質(zhì)特征及鉆探技術(shù)的困難分析1.1地層巖性及粒度特征青西地區(qū)鉆遇的地層從上到下為:逆掩推覆體推覆上來的志留系、白堊系及石炭—二迭系的老地層擠壓破碎嚴(yán)重,巖性變化頻繁,很不均質(zhì);第四系地層主要以礫巖、中粗砂巖為主,膠結(jié)疏松;第三系地層含礫成分較多,地層非均質(zhì)性強(qiáng),巖性及粒度變化頻繁,夾層多;中、下溝組地層膠結(jié)比較致密,主要為致密的泥巖、灰質(zhì)泥巖、泥質(zhì)白云巖及礫巖,富含線狀黃鐵礦,裂縫發(fā)育。1.2主要制約因素(1)地層巖性變化頻繁,夾層多,不利于鉆頭類型的優(yōu)選與使用,客觀上制約了鉆井速度的提高,使得鉆井周期加長(zhǎng)。從青西地區(qū)的地質(zhì)分層來看,地層從上到下,巖性及粒度變化頻繁,夾層多,且中、下溝組局部富含黃鐵礦,使得PDC及巴拉斯等高效能鉆頭的應(yīng)用難以有效進(jìn)行,這在一定程度上制約了鉆井速度的提高,從而延長(zhǎng)了鉆井周期。(2)推覆體及中下溝組地層壓實(shí)程度高,研磨性強(qiáng),最高可鉆性級(jí)別超過9級(jí),導(dǎo)致牙輪鉆頭選型與使用受到制約,平均機(jī)械鉆速低。通過對(duì)青西地區(qū)地層巖石可鉆性的室內(nèi)測(cè)定與測(cè)井資料的分析處理,上部推覆體地層可鉆性為7～9級(jí),下部中下溝組地層巖石可鉆性為6～8級(jí),由于地層埋藏深、分布的井段長(zhǎng)、地層膠結(jié)致密,現(xiàn)有的牙輪鉆頭牙齒壓入這類巖石的破碎坑體積很小,齒痕很淺,導(dǎo)致破巖效率極低,嚴(yán)重制約了鉆井速度的加快。(3)地層傾角大,井斜控制非常困難,嚴(yán)重制約了鉆井速度的提高。通過實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn),推覆體地層傾角為30～80°,中下溝組地層破碎帶地層傾角超過50°。如Q2-25井鉆至志留系地層312m處因井斜增大而填井側(cè)鉆。Q2-13井從井深3700m以后井斜由4°增大到34°,為了控制井斜而采取輕壓吊打,嚴(yán)重制約了鉆井速度的加快。通過對(duì)比分析發(fā)現(xiàn),采取輕壓吊打比全壓鉆井的機(jī)械鉆速慢了31%。2液體動(dòng)射流檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)和工作原則2.1沖擊器國(guó)際機(jī)械控制液動(dòng)射流式?jīng)_擊器是以一個(gè)雙穩(wěn)的射流元件作為控制機(jī)構(gòu),由于雙穩(wěn)射流元件具有附壁和切換的特性,可控制流體按一定的規(guī)律進(jìn)入沖擊器活塞工作腔體的上腔和下腔,從而推動(dòng)活塞沖錘作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。2.2沖錘沖擊動(dòng)作泥漿泵輸出的高壓鉆井液,經(jīng)鉆柱輸入元件1的噴嘴時(shí)產(chǎn)生附壁效應(yīng),假如先附壁于右側(cè),則由右輸出道輸出進(jìn)入缸體的上腔,推動(dòng)活塞及沖錘下行撞擊砧子,完成一次沖擊。在右輸出道輸出同時(shí),反饋信號(hào)回至右信號(hào)控制孔,在活塞行程末了使主射流切換附壁于左側(cè)并經(jīng)左輸出道進(jìn)入缸體的下腔,推動(dòng)活塞及沖錘回程,同樣在左輸出道輸出的同時(shí),反饋信號(hào)又回到左信號(hào)孔,將主射流切換到右側(cè),如此往返,實(shí)現(xiàn)沖擊動(dòng)作,上下缸體內(nèi)回水,則通過輸出道而排到放空孔,再經(jīng)水道到達(dá)井底鉆頭,沖洗井底后返回到地表井口。其工作原理如圖2所示。2.3dgsc型液動(dòng)射流式?jīng)_擊器的優(yōu)點(diǎn)(1)射流式?jīng)_擊器是一開放系統(tǒng),不受井深引起的圍壓的影響。(2)液動(dòng)射流式?jīng)_擊器除活塞沖錘外,無其他運(yùn)動(dòng)零件,也沒有閥及彈簧等易損件,因而其工作可靠,使用壽命較長(zhǎng)。(3)DGSC型液動(dòng)射流式?jīng)_擊器的性能參數(shù)可以大幅度調(diào)整,使用時(shí)可根據(jù)地層特點(diǎn)、鉆頭類型及鉆井規(guī)程等條件調(diào)整沖擊器的性能參數(shù)。(4)GSC型液動(dòng)射流式?jīng)_擊器設(shè)計(jì)了防空打機(jī)構(gòu),當(dāng)沖擊器懸空時(shí),下接頭(砧子)向下滑動(dòng),活塞隨著下滑,活塞圓柱面封住了缸體的下腔進(jìn)水通道,沖擊器即不工作,避免了劃眼時(shí)沖錘的無效沖擊。(5)射流元件采用了耐磨性很好的合金材料,大幅度提高了其使用壽命。2.4單次沖擊試驗(yàn)沖擊器外徑165～229mm;沖錘質(zhì)量60～100kg;沖擊行程20～100mm,可調(diào);泥漿泵流量35～55L/s;沖擊器壓力降1～2MPa;沖擊頻率10～32Hz;單次沖擊功200～750J;鉆具總長(zhǎng)3112mm。3振動(dòng)裝置的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和效果分析3.1q2-29井3.1.1井深、井密度控制井斜井眼直徑374.6mm;所鉆地層為志留系,灰色、灰綠色粉砂巖及灰質(zhì)白云巖,地層傾角最高可達(dá)到60～70°,常規(guī)鉆具組合控制井斜非常困難。井深252m;鉆井液密度1.12g/cm3;使用SH22R牙輪鉆頭,采用大鐘擺鉆具組合,鉆壓80kN,轉(zhuǎn)速55r/min,排量42L/s,泵壓10MPa,機(jī)械鉆速為1.87m/h,鉆進(jìn)過程中鉆頭憋跳嚴(yán)重,鉆頭起出有斷齒和掉齒。3.1.2減振器243m沖擊器型號(hào):DGSC-203型。鉆具組合:?374.6mmXHP2c×0.41m+730/631×0.37m+?203mm沖擊器×3.13m+631/730×0.41m+?229mm減振器×3.74m+?229mm鉆鋌×26m+?374mm扶正器×1.9m+731/630×0.42m+?203mm鉆鋌×17.37m+631/410×0.37m+?178mm鉆鋌×26.04m+?127mm加重鉆桿×9.5m+?127mm鉆桿若干。鉆井井段:252～466.60m,進(jìn)尺214.60m,純鉆時(shí)間79.8h,平均機(jī)械鉆速2.69m/h。鉆井參數(shù):鉆壓為20～60kN,轉(zhuǎn)速為55r/min,排量為41L/s,泵壓為15MPa。3.1.3施工進(jìn)尺和井斜控制與原用鉆頭的機(jī)械鉆速1.87m/h、進(jìn)尺167m相比,機(jī)械鉆速提高44%,進(jìn)尺提高29%,井斜控制在2°以內(nèi),初步實(shí)現(xiàn)了小鉆壓下防斜打快的目標(biāo)。3.2海瑞1號(hào)3.2.1井深4.32m的斜井眼直徑311mm;所鉆地層為志留系下統(tǒng)的灰綠色板巖,地層硬度大,地層傾角最高可達(dá)到70°,常規(guī)鉆具組合控制井斜非常困難。井深2667.32m,鉆井液密度1.21g/cm3,鉆至2667.32m時(shí),因該地層難鉆且易斜,只能以鐘擺鉆具組合輕壓(4t左右)吊打。沖擊器使用前的2只鉆頭分別為HJ537G和HJ517G,進(jìn)尺分別為38.05m和22.55m,機(jī)械鉆速分別為0.45m/h和0.35m/h,且鉆頭掉齒嚴(yán)重,井斜角為5°。3.2.2mm鉆餡料4.32m+400mm鉆餡料1.4m沖擊器型號(hào):DGSC-229型,鉆具組合:?311.1mmHJ537G×0.35m+731/630接頭×0.39m+?229mm沖擊器×3.2m+?229mm鉆鋌×26.27m+?310mm扶正器×1.69m+?229mm鉆鋌×8.9m+?310mm扶正器×1.70m+731/630接頭×0.34m+?203mm鉆鋌×34.77m+631/410接頭×0.48m+?178mm鉆鋌×43.72m+?127mm鉆桿若干,鉆井井段:2667.32～2719.79m,進(jìn)尺52.47m,純鉆時(shí)間88.25h,平均鉆速0.59m/h。鉆井參數(shù):鉆壓40～80kN,轉(zhuǎn)速50r/min,排量41L/s,泵壓18MPa。3.2.3井斜進(jìn)尺和井斜與相鄰井段2只鉆頭使用情況對(duì)比,機(jī)械鉆速分別提高69%和31%,進(jìn)尺分別提高38%和133%,井斜由5(°)/2664.35m降至4(°)/2708.28m,顯示了沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井的優(yōu)越性。4沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)(1)使用射流式?jīng)_擊