四川盆地威远地区页岩气水平井优快钻井技术
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垂直段,表层井 眼 尺 寸 大,地 层 可 钻 性 差,机 械 钻 速 较 低 。 龙 潭 组 — 栖 霞 组 含 燧 石 ,地 层 可 钻 性 差 ,单 只 钻 头 进 尺 较 低 。 定 向 段 ,由 于 钻 井 液 密 度 较 高 ,托 压 现 象严重,机械钻速 较 低。 水 平 段,由 于 钻 井 液 密 度 高, 井眼轨迹上倾,特别 是 后 半 段,钻 头 几 乎 加 不 上 钻 压, 机械钻速低。 1.3 轨迹控制难度大
Abstract:Sincethefirstshalegashorizontalwellwassuccessfullycompleted,afewothershalegaswellshavebeendrilledandcompletedintheWeiyuanBlock,SichuanBasin,whichischosenasoneoftheshalegasE&PpilotzonesinChina.However,manygreat challengeshavebeenencounteredindrillingthosewells,suchaslostcirculation,lowpenetrationrate,thedifficultyinwelltrajectorycontrol,wellborecollapse,apoorcementingqualityintheemploymentofoil-basedmud,etc.Inviewofthis,weconductedtechnicalresearchonandfieldpracticesofsomeimproveddrillingandcementingtechniquesaswellastheoptimizationofwellprofile, PDCdrillbits,welltrajectory,andoil-based mud.Thefollowingachievementswereobtained.(1)A non-standardsizewellprofile wasdesignedandthe ⌀273.1 mmcasingwastrippeddownmuchdeepertopreventlostcirculationandwellcollapse;thenarrowed boreholesizewassatisfactoryforsignificantlyenhancingtheROP.(2)AseriesofPDCdrillbitswereselectedfortheWeiyuanshale gaswells,andthecombinationofaPDCbitandascrewdrilltoolwasquitehelpfulforahighROP.(3)Thewelltrajectorycontrol technologieswerecompletedtoimprovethedrillingsuccess.(4)Anoptimaloil-based mudwasselectedtoguaranteethewellbore stabilityandboreholecleanness.(5)Thecementingtechniquesintheemploymentoftheoil-based mudhelpedincreaseboththecementingqualityandthesubsequentreservoirstimulationeffect.Theabovefruitslayasolidfoundationforthefurtherdrillingofshale gasclusterwellsinthispilotarea. Keywords:shalegas,horizontalwell,oil-based mud,welltrajectory,wellprofile,PDCdrillbit
造斜段,随着井 斜 角 的 增 加,钻 具 刚 性 变 弱,滑 动 定向时,工 具 面 调 整 困 难。 随 着 水 平 段 增 长,摩 阻 加 大,地质导向过程中,几 乎 无 法 传 递 钻 压 至 钻 头,定 向 效 果 差 。 由 于 采 用 高 密 度 钻 井 液 ,环 空 压 耗 较 大 ,钻 井 液 排 量 容 易 受 到 限 制 ,满 足 不 了 携 带 岩 屑 的 要 求 ,容 易 形 成 岩 屑 床 ,滑 动 钻 进 摩 阻 加 大 ,轨 迹 控 制 难 度 大 。 1.4 井壁垮塌
· 2·
天Hale Waihona Puke Baidu气工业
2014 年 12 月
威远页岩气区块位于四川长宁—威远国家级页岩 气示范区内,据初步 估 算 下 志 留 统 龙 马 溪 组 埋 深 小 于 4000 m 的页岩气有利开发区面积为4216km2,页 岩 气资源量1.89×1012 m3。 该 区 块 龙 马 溪 组 储 层 埋 深 从西北至 东 南 方 向 逐 渐 变 深,具 有 埋 深 差 异 大 (介 于 1500~4000 m),地 层 压 力 系 数 差 异 大 (介 于 0.92~ 1.96)的特点。由于页岩储层渗透率极低,目前只有 通 过 钻 水 平 井 ,加 上 后 期 大 规 模 水 力 压 裂 的 方 式 ,才 能 达 到商业开发的目的,所 以 水 平 井 钻 井 技 术 是 页 岩 气 开 发的核心技术之 一。 从 2009 年 蜀 南 地 区 第 1 口 页 岩 气 井 开 钻 至 今 ,已 完 钻 的 4 口 水 平 井 ,其 中 3 口 井 目 的 层为龙马溪组,1口井目的层为下寒武 统 筇 竹 寺 组,通 过这几口水平井的钻 探 实 践,逐 渐 形 成 了 适 合 威 远 区 块的水平井的钻井技 术 体 系,为 今 后 威 远 页 岩 气 钻 井 “工 厂 化 ”作 业 奠 定 基 础 。
1 水平井钻井难点分析
1.1 表层井漏严重 威 远 地 区 表 层 地 质 情 况 复 杂 ,岩 性 疏 松 ,裂 缝 溶 洞
发 育 ,富 含 地 层 水 。 这 些 地 层 水 往 往 与 地 表 水 系 相 通 , 一旦井漏,很容易 污 染 水 资 源。 采 用 常 规 的 桥 接 堵 漏 材料,因颗粒级配问 题 不 能 在 漏 层 入 口 处 堆 积 或 堆 积 强 度 不 够 ,往 往 要 通 过 多 次 堵 漏 才 能 见 到 一 定 效 果 ,不 利于保护水资 源 。 [1] 而 水 泥 浆 容 易 被 地 层 水 冲 稀,难 以凝结固化或固化后 的 强 度 降 低,打 开 水 泥 塞 后 又 井 漏,达不到堵漏效 果。 采 用 气 体 钻,表 层 出 水 严 重,适 用性受到限制。 1.2 机械钻速低
Rapidandefficientdrillingofhorizontalwellsinthe Weiyuan shalegasfield,SichuanBasin
Chen Haili,WangLin,ZhouFeng,ZhaoHao,ZhangHua (ShunanDivisionofPetroChinaSouthwestOil& GasfieldCompany,Luzhou,Sichuan646000,China) NATUR.GASIND.VOLUME34,ISSUE12,pp.100-105,12/25/2014.(ISSN1000-0976;InChinese)
油基钻井液在套管壁和井壁上形成的油基钻井液 沉积物,严重影响了 水 泥 环 与 套 管、井 壁 的 胶 结 强 度, 是影响固井质量的关键因素。除此之外还存在长位移 水平井高密度条件下 顶 替 效 率 低、大 型 体 积 压 裂 储 层 改造 对 水 泥 环 空 密 封 完 整 性 要 求 高 等 技 术 难 点。 W201-H1井、N201-H1 井 均 出 现 油 层 套 管 固 井 质 量 差 、外 环 空 窜 气 的 现 象 。
威远区块主要有 两 层 容 易 出 现 井 壁 垮 塌,一 是 上 二叠统 龙 潭 组 的 铝 土 质 泥 岩,水 敏 性 强,容 易 垮 塌,
W201-H1 井 技 术 套 管 由 于 没 有 封 隔 龙 潭 组 ,导 致 水 平 段 钻 进 时 ,上 部 龙 潭 组 出 现 严 重 垮 塌 。 二 是 龙 马 溪 组 , 该 段 最 大 最 小 水 平 主 应 力 差 异 大 ,坍 塌 压 力 高 ,层 理 裂 缝 发 育,钻 井 液 侵 入 裂 缝,容 易 出 现 垮 塌 复 杂 , [2] W201-H1 井 页 岩 储 层 段 钻 进 非 常 困 难 ,全 井 钻 井 耗 时 72.05 d,而 井 壁 失 稳 引 起 的 复 杂 事 故 处 理 耗 时 达 37.66d,占 整 个 钻 井 时 间 的 52.26% 。 1.5 油基钻井液条件下固井质量差
第 34 卷 第 12 期
钻井工程
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四川盆地威远地区页岩气水平井优快钻井技术
陈海力 王 琳 周 峰 赵 昊 张 华
中国石油西南油气田公司蜀南气矿
陈 海 力 等 .四 川 盆 地 威 远 地 区 页 岩 气 水 平 井 优 快 钻 井 技 术 .天 然 气 工 业 ,2014,34(12):100-105. 摘 要 从国内第一口页岩气水平井开钻至今,国家级页岩 气 示 范 区 之 一 的 威 远 区 块 已 经 完 钻 多 口 页 岩 气 水 平 井,在 钻 探 过 程中,面临着表层井漏、机械钻速低、井眼轨迹控制难度大、井壁 垮 塌、油 基 钻 井 液 条 件 下 固 井 质 量 差 等 问 题。 针 对 上 述 问 题,从 井 身结构优化、PDC 钻头优选、井眼轨迹控制、油基钻井液优选、油基钻井液条件下的固井技术等方面进行了研究和实 践,取 得 5 项 成 果:①形成的水平井非标尺寸井身结构,对⌀273.1 mm 套管的下入 深 度 适 当 加 深,起 到 了 解 决 井 漏、封 隔 易 垮 塌 层 的 作 用,而 且 各 个井眼的尺寸均缩小,更有利于提 高 机 械 钻 速;② 优 选 出 适 合 威 远 页 岩 气 水 平 井 的 钻 头 序 列,形 成 了 “PDC+ 螺 杆 ”的 提 速 方 式; ③形成了水平井钻探的轨迹控制技术,提高了储层钻遇率;④优选出适合页岩水平段钻进的油基钻井 液,保 证 了 井 壁 稳 定 和 井 眼 清 洁;⑤形成了油基钻井液条件下的固井技术,解决了水平段固井质量差的问题,提高了后期储层分 段 改 造 的 效 果。 所 获 成 果 为 今 后 该区块开展页岩气丛式水平井钻井奠定了基础。 关键词 四川盆地 威远地区 页岩气 水平井 油基钻井液 井眼轨迹 井身结构 PDC 钻头 DOI:10.3787/ji.ssn.1000-0976.2014.12.014
2 水平井快速钻井技术
2.1 井身结构优化 W4 井 采 用 ⌀508 mm× ⌀339.7 mm× ⌀244.5
mm×⌀139.7 mm 井 身 结 构 (图 1),⌀508 mm 为 导 管,下入 深 度 49.52 m;⌀339.7 mm 套 管 下 至 下 侏 罗 统珍珠冲组;⌀244.5 mm 套 管 下 至 下 二 叠 统 栖 霞 组; ⌀139.7mm 套管下至完钻井深。实钻过程中,由于珍
基 金 项 目 :中 国 石 油 西 南 油 气 田 公 司 科 学 研 究 与 技 术 开 发 项 目 (编 号 :20130304-03)。 作者简介:陈海力,1982年生,工程师,硕士;主要从事钻井 工 程 技 术 管 理 与 现 场 应 用 工 作。地 址:(646000)四 川 省 泸 州 市 中 国 石 油 西 南 油 气 田 公 司 蜀 南 气 矿 工 程 技 术 与 监 督 部 。 电 话 :(0813)3920526,13608286956。E-mail:snchenhaili@petrochina.com.cn
Abstract:Sincethefirstshalegashorizontalwellwassuccessfullycompleted,afewothershalegaswellshavebeendrilledandcompletedintheWeiyuanBlock,SichuanBasin,whichischosenasoneoftheshalegasE&PpilotzonesinChina.However,manygreat challengeshavebeenencounteredindrillingthosewells,suchaslostcirculation,lowpenetrationrate,thedifficultyinwelltrajectorycontrol,wellborecollapse,apoorcementingqualityintheemploymentofoil-basedmud,etc.Inviewofthis,weconductedtechnicalresearchonandfieldpracticesofsomeimproveddrillingandcementingtechniquesaswellastheoptimizationofwellprofile, PDCdrillbits,welltrajectory,andoil-based mud.Thefollowingachievementswereobtained.(1)A non-standardsizewellprofile wasdesignedandthe ⌀273.1 mmcasingwastrippeddownmuchdeepertopreventlostcirculationandwellcollapse;thenarrowed boreholesizewassatisfactoryforsignificantlyenhancingtheROP.(2)AseriesofPDCdrillbitswereselectedfortheWeiyuanshale gaswells,andthecombinationofaPDCbitandascrewdrilltoolwasquitehelpfulforahighROP.(3)Thewelltrajectorycontrol technologieswerecompletedtoimprovethedrillingsuccess.(4)Anoptimaloil-based mudwasselectedtoguaranteethewellbore stabilityandboreholecleanness.(5)Thecementingtechniquesintheemploymentoftheoil-based mudhelpedincreaseboththecementingqualityandthesubsequentreservoirstimulationeffect.Theabovefruitslayasolidfoundationforthefurtherdrillingofshale gasclusterwellsinthispilotarea. Keywords:shalegas,horizontalwell,oil-based mud,welltrajectory,wellprofile,PDCdrillbit
造斜段,随着井 斜 角 的 增 加,钻 具 刚 性 变 弱,滑 动 定向时,工 具 面 调 整 困 难。 随 着 水 平 段 增 长,摩 阻 加 大,地质导向过程中,几 乎 无 法 传 递 钻 压 至 钻 头,定 向 效 果 差 。 由 于 采 用 高 密 度 钻 井 液 ,环 空 压 耗 较 大 ,钻 井 液 排 量 容 易 受 到 限 制 ,满 足 不 了 携 带 岩 屑 的 要 求 ,容 易 形 成 岩 屑 床 ,滑 动 钻 进 摩 阻 加 大 ,轨 迹 控 制 难 度 大 。 1.4 井壁垮塌
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天Hale Waihona Puke Baidu气工业
2014 年 12 月
威远页岩气区块位于四川长宁—威远国家级页岩 气示范区内,据初步 估 算 下 志 留 统 龙 马 溪 组 埋 深 小 于 4000 m 的页岩气有利开发区面积为4216km2,页 岩 气资源量1.89×1012 m3。 该 区 块 龙 马 溪 组 储 层 埋 深 从西北至 东 南 方 向 逐 渐 变 深,具 有 埋 深 差 异 大 (介 于 1500~4000 m),地 层 压 力 系 数 差 异 大 (介 于 0.92~ 1.96)的特点。由于页岩储层渗透率极低,目前只有 通 过 钻 水 平 井 ,加 上 后 期 大 规 模 水 力 压 裂 的 方 式 ,才 能 达 到商业开发的目的,所 以 水 平 井 钻 井 技 术 是 页 岩 气 开 发的核心技术之 一。 从 2009 年 蜀 南 地 区 第 1 口 页 岩 气 井 开 钻 至 今 ,已 完 钻 的 4 口 水 平 井 ,其 中 3 口 井 目 的 层为龙马溪组,1口井目的层为下寒武 统 筇 竹 寺 组,通 过这几口水平井的钻 探 实 践,逐 渐 形 成 了 适 合 威 远 区 块的水平井的钻井技 术 体 系,为 今 后 威 远 页 岩 气 钻 井 “工 厂 化 ”作 业 奠 定 基 础 。
1 水平井钻井难点分析
1.1 表层井漏严重 威 远 地 区 表 层 地 质 情 况 复 杂 ,岩 性 疏 松 ,裂 缝 溶 洞
发 育 ,富 含 地 层 水 。 这 些 地 层 水 往 往 与 地 表 水 系 相 通 , 一旦井漏,很容易 污 染 水 资 源。 采 用 常 规 的 桥 接 堵 漏 材料,因颗粒级配问 题 不 能 在 漏 层 入 口 处 堆 积 或 堆 积 强 度 不 够 ,往 往 要 通 过 多 次 堵 漏 才 能 见 到 一 定 效 果 ,不 利于保护水资 源 。 [1] 而 水 泥 浆 容 易 被 地 层 水 冲 稀,难 以凝结固化或固化后 的 强 度 降 低,打 开 水 泥 塞 后 又 井 漏,达不到堵漏效 果。 采 用 气 体 钻,表 层 出 水 严 重,适 用性受到限制。 1.2 机械钻速低
Rapidandefficientdrillingofhorizontalwellsinthe Weiyuan shalegasfield,SichuanBasin
Chen Haili,WangLin,ZhouFeng,ZhaoHao,ZhangHua (ShunanDivisionofPetroChinaSouthwestOil& GasfieldCompany,Luzhou,Sichuan646000,China) NATUR.GASIND.VOLUME34,ISSUE12,pp.100-105,12/25/2014.(ISSN1000-0976;InChinese)
油基钻井液在套管壁和井壁上形成的油基钻井液 沉积物,严重影响了 水 泥 环 与 套 管、井 壁 的 胶 结 强 度, 是影响固井质量的关键因素。除此之外还存在长位移 水平井高密度条件下 顶 替 效 率 低、大 型 体 积 压 裂 储 层 改造 对 水 泥 环 空 密 封 完 整 性 要 求 高 等 技 术 难 点。 W201-H1井、N201-H1 井 均 出 现 油 层 套 管 固 井 质 量 差 、外 环 空 窜 气 的 现 象 。
威远区块主要有 两 层 容 易 出 现 井 壁 垮 塌,一 是 上 二叠统 龙 潭 组 的 铝 土 质 泥 岩,水 敏 性 强,容 易 垮 塌,
W201-H1 井 技 术 套 管 由 于 没 有 封 隔 龙 潭 组 ,导 致 水 平 段 钻 进 时 ,上 部 龙 潭 组 出 现 严 重 垮 塌 。 二 是 龙 马 溪 组 , 该 段 最 大 最 小 水 平 主 应 力 差 异 大 ,坍 塌 压 力 高 ,层 理 裂 缝 发 育,钻 井 液 侵 入 裂 缝,容 易 出 现 垮 塌 复 杂 , [2] W201-H1 井 页 岩 储 层 段 钻 进 非 常 困 难 ,全 井 钻 井 耗 时 72.05 d,而 井 壁 失 稳 引 起 的 复 杂 事 故 处 理 耗 时 达 37.66d,占 整 个 钻 井 时 间 的 52.26% 。 1.5 油基钻井液条件下固井质量差
第 34 卷 第 12 期
钻井工程
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四川盆地威远地区页岩气水平井优快钻井技术
陈海力 王 琳 周 峰 赵 昊 张 华
中国石油西南油气田公司蜀南气矿
陈 海 力 等 .四 川 盆 地 威 远 地 区 页 岩 气 水 平 井 优 快 钻 井 技 术 .天 然 气 工 业 ,2014,34(12):100-105. 摘 要 从国内第一口页岩气水平井开钻至今,国家级页岩 气 示 范 区 之 一 的 威 远 区 块 已 经 完 钻 多 口 页 岩 气 水 平 井,在 钻 探 过 程中,面临着表层井漏、机械钻速低、井眼轨迹控制难度大、井壁 垮 塌、油 基 钻 井 液 条 件 下 固 井 质 量 差 等 问 题。 针 对 上 述 问 题,从 井 身结构优化、PDC 钻头优选、井眼轨迹控制、油基钻井液优选、油基钻井液条件下的固井技术等方面进行了研究和实 践,取 得 5 项 成 果:①形成的水平井非标尺寸井身结构,对⌀273.1 mm 套管的下入 深 度 适 当 加 深,起 到 了 解 决 井 漏、封 隔 易 垮 塌 层 的 作 用,而 且 各 个井眼的尺寸均缩小,更有利于提 高 机 械 钻 速;② 优 选 出 适 合 威 远 页 岩 气 水 平 井 的 钻 头 序 列,形 成 了 “PDC+ 螺 杆 ”的 提 速 方 式; ③形成了水平井钻探的轨迹控制技术,提高了储层钻遇率;④优选出适合页岩水平段钻进的油基钻井 液,保 证 了 井 壁 稳 定 和 井 眼 清 洁;⑤形成了油基钻井液条件下的固井技术,解决了水平段固井质量差的问题,提高了后期储层分 段 改 造 的 效 果。 所 获 成 果 为 今 后 该区块开展页岩气丛式水平井钻井奠定了基础。 关键词 四川盆地 威远地区 页岩气 水平井 油基钻井液 井眼轨迹 井身结构 PDC 钻头 DOI:10.3787/ji.ssn.1000-0976.2014.12.014
2 水平井快速钻井技术
2.1 井身结构优化 W4 井 采 用 ⌀508 mm× ⌀339.7 mm× ⌀244.5
mm×⌀139.7 mm 井 身 结 构 (图 1),⌀508 mm 为 导 管,下入 深 度 49.52 m;⌀339.7 mm 套 管 下 至 下 侏 罗 统珍珠冲组;⌀244.5 mm 套 管 下 至 下 二 叠 统 栖 霞 组; ⌀139.7mm 套管下至完钻井深。实钻过程中,由于珍
基 金 项 目 :中 国 石 油 西 南 油 气 田 公 司 科 学 研 究 与 技 术 开 发 项 目 (编 号 :20130304-03)。 作者简介:陈海力,1982年生,工程师,硕士;主要从事钻井 工 程 技 术 管 理 与 现 场 应 用 工 作。地 址:(646000)四 川 省 泸 州 市 中 国 石 油 西 南 油 气 田 公 司 蜀 南 气 矿 工 程 技 术 与 监 督 部 。 电 话 :(0813)3920526,13608286956。E-mail:snchenhaili@petrochina.com.cn