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大庆油田油层套管钻井本领探求

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大庆油田油层套管钻井本领探求

  

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大庆油田油层套管钻井本领探求

  大庆油田油层套管钻井技术研究_电力/水利_工程科技_专业资料。第35卷第5期 2007年9月 石 油 PETROLEUM 钻 探 技 术 V01.35。No.5 Sep.,2007 DRILLING TECHNlQUES ..套管钻井专题◆

  第35卷第5期 2007年9月 石 油 PETROLEUM 钻 探 技 术 V01.35。No.5 Sep.,2007 DRILLING TECHNlQUES ..套管钻井专题◆ 大庆油田油层套管钻井技术研究 刘玉民 金志富 张洪君 王洪亮 163413) (大庆石油管理局钻探集团钻井工程技术研究院,黑龙江大庆 摘要:在分析大庆油田套管钻井技术中非顶驱条件下的管串连接方式、套管抗扭和连接性能、钻头单井成井 率、油层套管完钻后管内测井等难点的基础上,设计了巾177.8 mm油层套管钻井、固井及测井工艺,同时研制、配套 了夺177.8 mm油层套管钻井专用的工具,包括方套转换接头、高抗扭热应力补偿器、防掉水泥式浮箍、高抗扭套管、 7244.5 mm钢制PDC钻头等,并详细介绍了其结构、工作原理及技术特性。在葡浅3一更1井和葡浅3-73井 夺177.8 mm油层套管钻井的成功试验表明,大庆油田油层套管钻井技术能满足现场施工要求,而且与常规钻井技 术相比,减少了井下事故,缩短了钻井周期,提高了机械钻速。 关键词:套管钻井;机械钻速;钻井费用;钻井周期;碳氧比测井;大庆油田 中图分类号:TE242.9 文献标识码:B 文章编号:1001-0890(2007)05-0022-03 套管钻井是指使用套管或尾管作为钻柱进行钻 进,将钻进与下套管合并为一个作业过程,完钻后直 接固井[1-3)。国外多家公司(如加拿大Tesco公司的 回收钻头式表层和油层套管钻井[4]、美国Weather— ford公司的钻除钻头式表层套管钻井[5]、美国Bak— er 要具有防泥包,沙卡和堵水眼的性能。 4)油层井段完钻后,在套管内测井,能否准确地 识别储层岩性、储层的流体性质、孔隙度和套管接箍 定位,是定位射孑L的关键。 5)浮箍要具备钻井所需抗扭性能,同时浮箍内 的易钻件在固井前不能剥落。 6)稠油热采井中使用的热应力补偿器要具备旋 转钻井时所需的各项性能。 针对以上技术难点,开展了套管钻井配套工具、 套管和钻头的研制。 Hughes公司的回收钻头式尾管钻井等)及国内 多家油田(如大港油田的表层套管钻井[引、吉林油田 的油层套管钻井[73等)均开展了该项技术的研究和 现场试验。为了降低钻井成本,实现外围未动用储 量的经济有效开采,大庆油田开展了套管钻井技术 研究[8]。改造了非顶驱钻机条件下的表层套管钻 井、表层和油层套管钻井所需的设备,配套了表层和 油层套管钻井所需的仪器,研制了+339.7 mm和 币273.1 mm两种规格的表层套管钻井、+177.8 mm 1.1特殊工具 方套转换接头 它主要由上接头和下接头组 成,基本结构如图1所示。其工作原理为:将钻杆扣 转换成套管扣的一个接头,设计为两个接头。一个 与方钻杆常连不卸,一个与套管连接,接单根时随时 装卸。这两个接头采用常规钻杆扣连接,并在接单 根时可以随时装卸。这样,在鼠洞倾斜的条件下,将 非常规的、不易于实现的套管扣的连接,转变为常规 油层套管钻井所需的工具和管串,完成了5口井表 层套管钻井试验及2口井油层套管钻井试验,均取 得了良好的效果[9’1 0。。 1套管钻井配套工具的研制 根据大庆油田油层套管钻井的具体情况,分析 认为该技术存在以下技术难点: 1)在非顶驱(转盘驱动)条件下,套管连接难度 较大。 2)套管钻进时在交变载荷条件下,对套管抗扭、 密封和连接性能要求较高。 3)钻头要经济有效,且单井成井率100%,同时 收稿日期:2007-07-19;改回日期:2007-08-03 基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)项目“先进 钻井技术与装备”之。套管钻井技术”专题(煽号: 2006AA06A107)部分研究内容 作者简介:刘玉民(1965一),男,1990年毕业于大庆石油学 院矿场机械专业,钻井机械研究所副所长。高级工程师。主要从事 套管外封隔器、套管钻井技术,冲击器及配套钻头等方面的技术 研究。 联系电线期 刘玉民等:大庆油田油层套管钻井技术研究 的、易于实现的钻杆扣的连接。确保了套管钻井接 单根的顺利进行,缩短了接单根的时间。 . +套管+方套转换接头+方钻杆。 …..钻井工艺将方钻杆与方套转换接头的上接头 连接,方套转换接头的下接头与套管连接,方套转换 接头的上接头和下接头连接,取出吊卡,钻进。接单 根时,反转,将方套转换接头的上接头和下接头卸 开,将方钻杆及方套转换接头的上接头下放,与另一 个已经与鼠洞中套管连接好的方套转换接头的下接 上接头 F接头 头连接(必须在钻进时用另一个方套转换接头的下 接头与套管连接好,套管螺纹使用螺纹密封脂进行 密封)。提起鼠洞中的套管与井眼中的套管连接,下 放管柱,钻进至设计井深。 固井工艺完钻后将钻柱上提2~3 m,仅仅卸 掉方套转换接头,连接联顶节和水泥头,就可以进行 常规固井。 测井工艺在套管内进行伽马测井(确定储层 岩性)、中子测井(计算储层孔隙度)、碳氧比能谱测 井(确定储层的流体性质、岩性识别和计算孔隙度) 和前磁测井(套管接箍定位),以此实现地质分层。 3 图l方套转换接头结构示意 高抗扭热应力补偿器 内部的变扣接头采用止 扭台肩和偏梯扣,增强了热应力补偿器的抗扭性能。 防掉水泥式浮箍设置了上、下挡环,防止了水 泥掉块。采用止扭台肩,增强了螺纹抗扭性能。 1.2特制高抗扭套管 采用偏梯扣加止扭台肩式的高抗扭套管结构, 如图2所示。套管加止扭台肩止扭,用专用密封脂 现场试验 2006年12月19日至2007年1月1日,大庆油 援箍 平靖臂 田在葡浅3一更l井和葡浅3-73井进行了油层套管钻 井现场试验。两口井均为开发井,设计井深340 m, 图2偏梯扣型加止扭台肩的套管结构示意 密封。采用偏梯扣,同时内置止扭台肩的结构,避免 了因为突变载荷而产生的套管扣继续旋进,进而避 免了胀坏套管接箍事故的发生。 1.3 有3--一4个硬岩夹层,有100 m以上的大段流沙层。 井眼直径244.5 mm,套管直径177.8 mm(壁厚 9.19 mm,钢级P110)。两口井巾177.8 mm井眼平 m/h,不起钻,一次固井成功。 钻头 因为钻头完井后不再起出,所以既要满足单只 均实钻井深339.79 m,套管钻井平均机械钻速 21-86 钻头成井,还要降低钻头成本。为此研制了+244.5 mm钢体PDC钻头。 为了验证其单井成井率,在葡浅3-71井中进行 了单元试验。钻压10~20 kN,转盘转速100一-110 r/min,排量14~16 L/s。该钻头进尺314.31 m,纯 钻进时间55.17 h,平均机械钻速5.697 m/h。钻头 起出新度60%~70%,外径没有缩小,没有掉齿现 象,齿有不同程度的缺损(1~4 mm),钢体磨损较明 显,喷嘴尺寸几乎没有缩小。成本对比表明:巾244.5 mm钢体PDC钻头成本仅为胎体PDC钻头的 30%。 3.1 钻具组合 巾244.5 mm钻头++194.5 mm转换接头+ +177.8 mm套管(10.5~11.5 m)+巾177.8 mm浮 箍+币177.8 mm套管至油顶以上20~30 m+热力 补偿器++177.8 mm套管+夺177.8 mm方套接头 +方钻杆。 3.2试验情况 葡浅3一更1井+177.8 mm套管钻井进尺 340.21 21.37 m,纯钻进时间15.92 h,平均机械钻速 150 m/h。主要钻进参数:钻压0~30 kN,排量 r/rain。钻进 24.O~28.6 L/s,转盘转速100 试验表明:+244.5 mm钢体PDC钻头能满足 单只钻头进尺340 m的要求。 过程中转盘扭矩为0.35~1.50 kN?m。 该井完钻后应用平均密度1.90 kg/L的水泥浆 固井,排量26~28 L/s,替速不小于1.2 m/s,套管 试压15 MPa,固井质量合格。 葡浅3-73井现场试验情况与葡浅3一更1井基本 2油层套管钻井施工工艺 钻柱结构钻头+浮箍+套管+热应力补偿器 万方数据 .24? 石 油 钻 探 技 术 2007年9月 类似,不再赘述。 高抗扭套管及钻头完全满足现场使用要求。 2)油层套管钻井缩短了钻井周期,减少油层被 钻井液侵害污染的时间,有利于储层保护。 3)套管钻井试验在钻遇大段流沙层的情况下, 没有下套管遇卡事故的发生。 4)建议对厚度小于0.8 m地层的隔套管测井 技术进行进一步的研究,以促进油层套管钻井技术 的推广应用。 5)虽然两口试验井均实现了单只钻头完钻,但 是一旦钻头水眼被堵就要起钻,必然会损坏套管螺 纹,因而开展特殊高性能套管螺纹和回收钻头式套 管钻井工艺技术研究很有必要。 参考 文 献 3.3套后测井 2006年12月23日,对葡浅3一更1井进行碳氧 比能谱测井,测量井段170.0~322.0 m,目的是确 定黑帝庙油层组的流体性质。该井共解释23层,其 中油层4层(19.4 m),差油层4层(12.2 m),油水 同层1层(6.6 m),含油水层3层(14.4 m),干层11 层(21.6 m)。 3.4试验结果分析 1)两口井的现场试验表明,特殊的油层套管钻 井工艺、专用转换接头、高扭矩热应力补偿器、防掉 水泥式浮箍、特制高抗扭套管及钢体PDC钻头完全 满足现场使用要求。 2)因为节省了起钻、完井电测、通井和下套管时 间(约25 h),套管钻井的钻井周期比常规钻井缩短 了50%以上。 3)虽然钻遇大段流沙层,但因为将钻进与下套 管合为一个作业过程,没有出现常规钻井过程中易 发生的下套管遇卡事故。 4)通过各方面的改进和完善,葡浅3-73井钻井 周期(22.4 h)比葡浅3一更1井的(24.5 h)缩短了 [1]陈维荣,黄涛.国外套管钻井技术的发展和现状EJ3.石油钻探 技术。2002,30(1):16—18. [2J李春吉,单正明,孟祥奎.套管钻井技术简介[J].石油钻探技 术,2002,30(6):74. [3]陈维荣,许利辉.尾管钻井技术及其应用[刀.石油钻探技术, 2003,31(2):66-70. [43张兰江,兰阏。董耀华。等.TESCO底部钻具可回收式套管钻井 系统[J].石油机械,2003,31(1 2):46-48. [5] 卢芬芳,徐防,申守庆.威德福公司的新型套管钻井钻头[J].石 油钻探技术。2005,33(2):70. [6]沙东,王光奇,李健,等.套管钻井技术在庄海5井中的应用 [J].石油钻探技术,2003,31(6);23-24. [7]王力,张嵇南,步云鹏,等.套管钻井技术研究与试验[c]∥中 国石油天然气集团公司钻井承包商协会.2004年中国石油天 然气集团公司钻井承包商协会论文集.北京:石油工业出版社, 2004:331-335. 15.18%,机械钻速提高了14.oo%,接单根时间减 少了18.10%,辅助时间减少了16.74%。 5)利用碳氧比能谱测井,能有效识别厚度大于 0.8 m的地层中的油水层,可以进行定量处理解释。 因此对于厚度小于0.8 m地层的隔套管测井技术 的进一步研究,将有助于油层套管钻井技术的推广 应用。 [8]周英操,闫铁,刘玉民.大庆油田表层套管钻井技术[J].石油 钻探技术,2006。34(5):79-80. [9]王辉,谢正凯,高向前,等.套管钻井技术[c]∥第四届石油钻 井院所长会议论文集编委会.第四届石油钻井院所长会议论文 集.北京:石油工业出版社.2004:343—347. Do]刘玉民,金志富,张洪君,等.大庆油田表层套管钻井技术研究 与实践[c]∥中国石油天然气集团公司钻井承包商协会. 2005年中国石油天然气集团公司钻井承包商协会论文集.北 京:石油工业出版社,2005:540-544. 4结论与认识 1)特殊的油层套管钻井工艺、专用工具和特制 Production—Casing Drilling Technology in Daqing Oilfield Liu Yumin Jin Zhifu Zhang Hongj an Wang Hongliang (Drilling Engineering and Technology Research Institute,Drilling and Exploration Group,Daqing Pe— troleum Administration,Daqing,Heilongjiang,163413,China) Abstract:Based on the analysis of challenges in casing drilling without rotary table drive,including string connection,casing torsional strength and connection performance,success ratio of drilling a well by one single bit,well logging inside casing after drilling out the production casing,夺1 77.8 mm casing drill— ing,cementing and well logging techniques were designed.And the associated drilling tools for¥1 77.8 mm casing drilling were developed,including crossover joints,anti-torsional thermal stress compensator,ce— ment float collar,anti—torsional casing。¥244.5 mm PDC bit,etc.The structure,working principles and technique characteristics were illustrated in detail.Their successful applications of the巾1 77.8 mm produc- tion casing drilling on wells of Puqian3一Geng一1 and Puqian一373 indicate that the described tools have al— ready met the requirements of field operations.Comparing with conventional casing drilling technology,the downhole accidents are decreased,the drilling time is decreased。and the drilling speed is increased. Key words:casing drilling;penetration rate;drilling cost;drilling cycle;carbon oxygen logging;Daqing oilfield 万方数据

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