南祁連疏勒坳陷鉆井配套技術(shù)研究與應(yīng)用PPT課件.ppt

中國(guó)石油 南祁連疏勒坳陷鉆井配套技術(shù)的研究與應(yīng)用 匯報(bào)人 王水 匯報(bào)內(nèi)容 六應(yīng)用前景 一 成果背景 玉門油田公司為了落實(shí)新探區(qū)油氣儲(chǔ)量 2011年在南祁連盆地 部署了世界第一高海拔油井 祁參1井 施工區(qū)域海拔4100m 表層有凍土層 地層及鉆井資料缺失 由西部鉆探統(tǒng)一部署 組織科研單位和院校對(duì)凍土層施工 地層巖性 物性及壓力剖面 可鉆性等進(jìn)行研究 順利完成了祁參1井的鉆探作業(yè) 二 技術(shù)研究 一 鉆井難點(diǎn)分析 二 技術(shù)研究 南祁連區(qū)塊年最低氣溫 31 3 最高20 全年夜間溫度在0 以下 據(jù)地質(zhì)勘探及臨近煤礦開(kāi)采資料顯示 其地表至600m深度存在凍土層 地層溫度在0 以下 凍土厚度不清 溫度升高凍土溶解速度快 井壁垮塌嚴(yán)重 地層下陷施工風(fēng)險(xiǎn)高 環(huán)境污染嚴(yán)重 復(fù)雜事故預(yù)防手段少 凍土層照片 地表凍土情況 地表2 5米深處凍土情況 地表3 9米處堅(jiān)硬凍土層 凍土層是指0 以下 含有冰的各種巖石和土壤 它是一種對(duì)溫度極為敏感的土體介質(zhì) 含有豐富的地下冰 凍土中有一定數(shù)量的未凍水存在 具有流變性 祁參1井表層和技套1需封固凍土層 而凍土固井作業(yè)與常規(guī)固井不同 因常規(guī)水泥漿體系在低溫下強(qiáng)度發(fā)展極為緩慢 在環(huán)境溫度低于0 時(shí) 由于水泥漿體系中水組份凝固結(jié)冰 不參與水泥水化反應(yīng) 導(dǎo)致水泥漿不凝固無(wú)強(qiáng)度 從而影響固井質(zhì)量 二 技術(shù)研究 鉆頭選型難度大 鉆頭選型只有通過(guò)錄井巖性分析和上一只起出鉆頭具體情況 再?zèng)Q定下一只鉆頭選型 復(fù)雜事故預(yù)防難度大 煤層情況不清 中侏羅統(tǒng)窯街組 羅統(tǒng)紅溝組 三疊統(tǒng)尕勒得寺組300m井段存在煤層 但具體厚度不清楚 施工難度大 提速新工藝選擇困難 提前制定提速方案難度較大 只有根據(jù)實(shí)鉆遇到的困難 隨時(shí)調(diào)整提速方案 地層傾角大 井斜控制難度大 二 技術(shù)研究 地層測(cè)線提供的地層壓力與實(shí)際相差較大 不能為實(shí)際鉆井提供參考價(jià)值 容易出現(xiàn)噴漏 井控風(fēng)險(xiǎn)高 參數(shù)井施工 只能依據(jù)地質(zhì)設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)的地層 參考國(guó)內(nèi)外同類型地層進(jìn)行方案準(zhǔn)備 施工工程存在眾多變數(shù) 各種方案變化過(guò)程必須緊跟實(shí)際鉆井 各項(xiàng)應(yīng)變處置能力要求高 不可預(yù)見(jiàn)風(fēng)險(xiǎn)大 二 技術(shù)研究 海拔4100m進(jìn)行鉆井作業(yè) 遠(yuǎn)離公司后勤基地 1000KM 工作區(qū)域50KM內(nèi)荒無(wú)人煙 道路只有簡(jiǎn)易的沼澤路 人員如何進(jìn)入 如何正常工作作為祁參1井工作首要難題 二 技術(shù)研究 該區(qū)域3 5月份為風(fēng)季 最大達(dá)到7 0級(jí)以上 7月份進(jìn)入雨季 8月底雨季結(jié)束 日最大降雨量42 8mm 施工現(xiàn)場(chǎng)緊鄰河道 粉塵和鉆井液對(duì)環(huán)境污染防護(hù)工作難度大 二 技術(shù)研究 二 技術(shù)研究 二 凍土層固井技術(shù)研究 1 水泥的優(yōu)選 對(duì)于低溫水泥漿體系 其強(qiáng)度和游離液是兩項(xiàng)最重要的指標(biāo) 對(duì)比天山和葛洲壩水泥可以看出 葛洲壩水泥質(zhì)檢游離液更小 其強(qiáng)度發(fā)展更快更高 由此選擇葛洲壩水泥 二 凍土層固井技術(shù)研究 2 外加劑的優(yōu)選 以M59S與中石化DZ Z和西南石油大學(xué)ZC 2S兩種早強(qiáng)劑對(duì)比 發(fā)現(xiàn)后兩種最低實(shí)驗(yàn)溫度在30 50 不適合凍土層0 的條件 對(duì)比M59S與DWZ 1發(fā)現(xiàn) 同樣的配方M59S在溫度更低時(shí)強(qiáng)度發(fā)展更快 由此選擇早強(qiáng)劑M59S 油井水泥膠結(jié)劑M19S是一種水泥水化激活劑 能增進(jìn)氫氧鈣的反應(yīng)速度 提高水泥石強(qiáng)度 同時(shí)改善水泥漿的沉降穩(wěn)定性 特別是它與M59S低溫油井水泥早強(qiáng)劑配合使用 在低溫下 對(duì)水泥石強(qiáng)度的發(fā)展 有顯著的促進(jìn)作用 二 凍土層固井技術(shù)研究 7 0 水泥漿體系的調(diào)配 早強(qiáng)劑加量對(duì)流變性的影響通過(guò)改變?cè)鐝?qiáng)劑加量 發(fā)現(xiàn)早強(qiáng)劑對(duì)水泥漿流變性影響較大 在室溫6 下 將早強(qiáng)劑的加量從0 5 增加到4 其流行指數(shù)顯著降低 稠度系數(shù)明顯增加 水泥漿有明顯增稠現(xiàn)象 二 凍土層固井技術(shù)研究 7 0 水泥漿體系的調(diào)配 同時(shí)改變?cè)鐝?qiáng)劑和膠結(jié)劑M19s的加量 發(fā)現(xiàn)水泥漿反而沒(méi)有單一增加早強(qiáng)劑明顯 說(shuō)明膠結(jié)劑對(duì)漿體流變性并無(wú)明顯影響 二 凍土層固井技術(shù)研究 對(duì)比外加劑對(duì)強(qiáng)度的影響 我們?nèi)〖兯?鹽水速凝水泥以及加早強(qiáng)劑和膠結(jié)劑的水泥進(jìn)行對(duì)比 發(fā)現(xiàn)在低溫下 5 鹽水不能起到提高早期強(qiáng)度的作用 而早強(qiáng)劑和膠結(jié)劑加量在2 3 性能差異較小 通過(guò)加入3 早強(qiáng)劑和膠結(jié)劑后 72h水泥石強(qiáng)度可達(dá)到8 5MPa 可滿足固井施工的要求 3 0 水泥漿體系的調(diào)配 二 凍土層固井技術(shù)研究 對(duì)穩(wěn)定性 觸變性 失水的影響實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)早強(qiáng)劑和膠結(jié)劑的加入使得漿體觸變性明顯增強(qiáng) 且隨著早強(qiáng)劑和膠結(jié)劑加量從0 5 提高到4 的過(guò)程中 水泥漿觸變性越來(lái)越強(qiáng) 當(dāng)早強(qiáng)劑加量超過(guò)3 新漿靜置3min后 流動(dòng)度從20cm降為13cm 靜置5min后漿體基本失去流動(dòng)性 但一經(jīng)攪拌 漿體又逐漸恢復(fù)流動(dòng)性 其穩(wěn)定性和失水大小與早強(qiáng)劑和膠結(jié)劑的加量呈規(guī)律變化 外加劑加量越大 漿體穩(wěn)定性越好 失水量越小 新攪漿 5min后 二 凍土層固井技術(shù)研究 通過(guò)對(duì)外加劑對(duì)水泥漿各性能的影響規(guī)律 我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)早強(qiáng)劑和膠結(jié)劑的加量均為3 時(shí) 水泥漿漿體具有較好的攪動(dòng)流變性 水泥石有明顯的早期強(qiáng)度 72h強(qiáng)度達(dá)到8 5MPa 滿足后期作業(yè)要求 漿體的觸變性強(qiáng) 穩(wěn)定性高 失水量小 短期可凝固 可滿足凍土層固井的需要 配方及性能 二 凍土層固井技術(shù)研究 4 凍土層固井配套技術(shù)措施 盡量減少裸眼口袋的長(zhǎng)度 套管鞋距井底長(zhǎng)度控制在0 5m以內(nèi) 嚴(yán)格控制注水泥漿及替漿的排量 采用層流頂替 防止在高速流沖蝕下凍土層坍塌 降低配漿水的溫度 將配漿水的溫度控制在0 10 減少因溫差大而加速凍土層的溶蝕 延長(zhǎng)測(cè)井時(shí)間 根據(jù)化驗(yàn)時(shí)間的強(qiáng)度發(fā)展情況 確定測(cè)井時(shí)間為72h 二 凍土層固井技術(shù)研究 三 地層可鉆性研究 巖石三軸實(shí)驗(yàn)結(jié)果表 1 巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn) 巖石三軸實(shí)驗(yàn)內(nèi)聚力 內(nèi)摩擦角結(jié)果表 三 地層可鉆性研究 根據(jù)隨鉆錄井資料 建立了祁參1井全井段地層巖性剖面圖 三 地層可鉆性研究 2 建立巖石力學(xué)剖面 通過(guò)巖石力學(xué)參數(shù)模型研究 選擇符合祁參1井的計(jì)算參數(shù) 建立巖石力學(xué)剖面 三 地層可鉆性研究 根據(jù)巖石力學(xué)剖面 巖性剖面及工程地質(zhì)設(shè)計(jì) 形成以下鉆頭選型 四 鉆頭選型研究 五 地層三壓力剖面研究 通過(guò)地層孔隙壓力計(jì)算模型 層速度 有效應(yīng)力關(guān)系預(yù)測(cè)地層壓力 地層坍塌壓力計(jì)算模型 地層破裂壓力計(jì)算模型 建立了祁參1井三壓力剖面 祁參1井破裂壓力總體上隨著井深呈現(xiàn)規(guī)律性增加的趨勢(shì) 三疊系 二疊系地層中有一定的波動(dòng) 孔隙壓力在2300m以上的井段呈規(guī)律性增加的趨勢(shì) 侏羅系下部到三疊系中部的孔隙壓力較上部地層有較為明顯的增幅 下部孔隙壓力波動(dòng)較為明顯 坍塌壓力在該井的整個(gè)井段都有一定的波動(dòng)值 但整體趨勢(shì)明顯 六 地應(yīng)力特征研究 通過(guò)研究 得出 祁參1井全井段三地應(yīng)力剖面關(guān)系為 上覆巖層壓力 最大水平主應(yīng)力 最小水平主應(yīng)力 祁參1井三地應(yīng)力總體趨勢(shì)隨著井深的增加而增大 3400m以下井段的最大水平主應(yīng)力和最小水平主應(yīng)力增加趨勢(shì)小于上部井段 且呈現(xiàn)較大的波動(dòng) 七 井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究 1 井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化原則1 表層套管 鉆穿第四系凍土層和礫石層完鉆 設(shè)計(jì)井深60m 下入表層套管 水泥返至地面 封固第四系凍土層 礫石層和淺層水 安裝井口裝置 確保二開(kāi)安全鉆進(jìn) 2 技術(shù)套管 鉆穿上第三系的礫石層 進(jìn)入侏羅系穩(wěn)定地層50m 100m完鉆 設(shè)計(jì)井深500m 下入套管 水泥返至地面 3 技術(shù)套管 鉆穿侏羅系進(jìn)入三疊系 鉆過(guò)3 煤頁(yè)巖層和2 油氣層進(jìn)入泥巖穩(wěn)定地層完鉆 設(shè)計(jì)井深3200m 下入套管 水泥返至地面 三疊系3 煤頁(yè)巖層預(yù)計(jì)底界深度3000m 2 油氣層底界深度3000m 如鉆遇好的顯示 可提前中完 4 油層套管 鉆至4150m完鉆 確認(rèn)為氣層 套管下入井段 0 4150m 水泥返至井口 若確認(rèn)為油層 套管下入井段 0 4150m 水泥返至1800米 5 油層套管 備用 四開(kāi)后若鉆遇復(fù)雜地層無(wú)法繼續(xù)安全鉆進(jìn) 先期中完 下入177 8mm油層套管 尾管懸掛 水泥返至喇叭口 而后采用152mm鉆頭五開(kāi) 若存在氣層下入127mm直聯(lián)氣密封套管 井段0 4150m 水泥返至地面 2 井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)果 七 井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究 八 鉆井液技術(shù)研究 鉆井液配方 針對(duì)祁參1井實(shí)際情況 強(qiáng)化了陽(yáng)離子體系的抑制性和封堵防塌性能 修造簡(jiǎn)易道路 達(dá)到通行要求 保證基礎(chǔ)穩(wěn)定 使用電熱毯等克服低溫 實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)養(yǎng)護(hù)要求 對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行防污隔離 基礎(chǔ)建設(shè)結(jié)實(shí)可靠 設(shè)備順利搬運(yùn)至井場(chǎng) 三 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用 三 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用 工程 加固導(dǎo)管膠結(jié)質(zhì)量 優(yōu)化參數(shù)及鉆具結(jié)構(gòu) 達(dá)到快速鉆進(jìn) 快速下入套管 泥漿 嚴(yán)禁加入無(wú)機(jī)鹽 準(zhǔn)備足夠泥漿并增加循環(huán)周時(shí)間 使鉆井液自然降溫 1 83小時(shí)完成表層 固井水泥漿順利返至地面 沒(méi)有造成井口大面積坍塌 環(huán)境污染等更多復(fù)雜事故 通過(guò)測(cè)井檢驗(yàn) 祁參1井表層固井水泥返至地面 固井質(zhì)量?jī)?yōu)質(zhì) 技套一固井雖然發(fā)生漏失 但下部有效封固井段聲幅值在10 以內(nèi) 固井質(zhì)量?jī)?yōu)質(zhì) 綜合分析評(píng)價(jià) 該項(xiàng)技術(shù)能夠滿足南祁連凍土層固井的要求 三 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用 通過(guò)調(diào)研其它油田同類地層 鉆頭應(yīng)用情況 準(zhǔn)備不同型號(hào)的牙輪及PDC 實(shí)鉆過(guò)程不斷調(diào)整 形成初步應(yīng)用系列 在井深1744 2359m井段 應(yīng)用一只ST915TU 完成進(jìn)尺615m 平均機(jī)速4 29m h 相比牙輪機(jī)速1 05m h提高了308 57 三 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用 根據(jù)井下?tīng)顩r和地層實(shí)鉆情況 選用川7 4取心筒 CQP688 CQT405取心鉆頭 取心前制方案 取心后重新評(píng)估 不斷改進(jìn) 共取心5筒 進(jìn)尺20 91m 收獲率99 62 三 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用 鉆至三疊系地層 砂礫巖堅(jiān)硬 牙輪鉆頭斷掉齒嚴(yán)重 常規(guī)PDC不能應(yīng)用 機(jī)速在1m h以下 為加快速度 將青西白堊系提速效果較好的扭力鉆井在該井應(yīng)用 機(jī)速相比同井段牙輪鉆頭和PDC分別提高101 04 和116 98 應(yīng)用強(qiáng)剛性鉆具結(jié)構(gòu) 制定合理鉆井參數(shù) 及時(shí)進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)測(cè) 井身質(zhì)量的到良好控制 三 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用 應(yīng)用MEG甲基葡萄糖甙仿油基陽(yáng)離子鉆井液體系 全井保持低失水 減少濾液侵入半徑 增加井壁穩(wěn)定 配合低失水改善泥餅質(zhì)量 減少水化分散 降低泥頁(yè)巖膨脹性坍塌或縮徑 測(cè)井成功率100 復(fù)雜損失0 04 井徑擴(kuò)大率小于10 三開(kāi)5 3 四開(kāi)9 03 三 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用 針對(duì)高原施工 配置專用醫(yī)生 高壓氧倉(cāng) 氧氣瓶 正壓式呼吸器 防毒面具等防護(hù)工具 同時(shí)聯(lián)系駐守部隊(duì) 必要時(shí)尋求空運(yùn)支持 在人員安全方面做到了 未雨綢繆 挑選身體素質(zhì)良好員工 并定期對(duì)員工進(jìn)行身體檢查 一旦發(fā)現(xiàn)異常 及時(shí)轉(zhuǎn)移到低海拔地區(qū)休息 做到了 身體狀況不佳不上崗 對(duì)污水坑進(jìn)行加固 防止污水侵入河水中 每周定時(shí)對(duì)周邊的白色垃圾進(jìn)去清理 每一個(gè)月把收集的垃圾拉到垃圾處理場(chǎng)進(jìn)行集中處理 完井后以最快時(shí)間完成地貌恢復(fù)工作 學(xué)習(xí)法律法規(guī) 最大限度降低環(huán)境損害 開(kāi)鉆前對(duì)施工區(qū)域的道路交通 氣候情況等進(jìn)行多次調(diào)研 做到心中有數(shù) 準(zhǔn)備好各種生產(chǎn) 生活物資 提前做好應(yīng)急準(zhǔn)備 7 8月為雨季 道路問(wèn)題顯得尤為重要 簡(jiǎn)易道路在河道處按要求鋪設(shè)涵管 確保道路通暢 保障生產(chǎn) 生活正常進(jìn)行 環(huán)境保護(hù) 人員安全 后勤保障 全井施工過(guò)程未發(fā)生一起人員受傷 環(huán)境污染 生態(tài)破壞事件 全井停工時(shí)效1 62 三 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用 1 祁參1井實(shí)際完鉆井深4065m 建井周期219 5天 平均機(jī)械鉆速1 68m h 共取心5筒 總進(jìn)尺20 91m 收獲率99 62 2 事故損失率0 固井質(zhì)量合格率100 固井質(zhì)量?jī)?yōu)質(zhì)率78 三 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用 主要技術(shù)指標(biāo)完成情況 1 對(duì)該區(qū)塊巖石力學(xué)特征 地層壓力系統(tǒng)進(jìn)行了研究 建立了三壓力剖面和巖性剖面 2 首次針對(duì)凍土層 應(yīng)用合理的鉆井工程技術(shù) 鉆井液技術(shù)及固井技術(shù) 順利完成凍土層 流沙層施工 3 通過(guò)對(duì)壓力系統(tǒng) 溫度系統(tǒng)分析 粘土礦物組分分析 優(yōu)化陽(yáng)離子鉆井液體系 全井無(wú)事故 實(shí)現(xiàn)了確保打成的既定目標(biāo) 4 通過(guò)集成應(yīng)用了扭力沖擊鉆井技術(shù) 復(fù)合鉆井 個(gè)性化鉆頭等技術(shù) 形成了一整套較完善的鉆井工程配套技術(shù) 在4000米以上高海拔進(jìn)行鉆探施工 并取得成功 積累了高海拔鉆井經(jīng)驗(yàn) 四 主要技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn) 五 與國(guó)內(nèi)外同類技術(shù)相比 獅20井位于柴達(dá)木盆地西部南區(qū)獅子溝構(gòu)造花土溝高點(diǎn)軸線附近 油井海拔3430 09米 是目前世界上海