天然气井钻井技术方案.docx
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天然气井钻井技术方案
2008年天然气井钻井技术总体方案
一、2007年施工存在的主要问题
1．井塌问题：
一是神木双山区块二开延长组坍塌严重，全年完成的20口井中10口井发生不同程度的井塌,其中三口井发生井下垮塌复杂事故。
二是苏里格合作区块的上部安定、直罗组坍塌问题没有根本解决，电测遇阻仍然制约着该区的钻井速度。
2007年苏里格电测一次成功率76%，每口井完钻处理钻井液循环时间长达10小时。
三是苏14区块等区块的流沙层垮塌比较严重：
全年在苏14、苏里格等区块发生流沙层垮塌事故6口井，其中苏14-20-41井因流沙层垮塌卡套管造成报废表层。
2．井漏问题：
苏里格合作区苏36井区和尚沟-刘家沟存在区域性井漏；苏东乌审召区块刘家沟组存在区域性的恶性井漏；苏西、苏北马家沟井漏严重，井控风险大；桥沟湾、殿市一带存在漏失带，延长组、刘家沟组的漏失严重；靖东、靖南黄土层井漏严重，2007年完成的大部分井，表层施工不同程度地受到黄土层漏失影响，严重制约了该区块的施工进度。
3．PDC钻头使用效率问题：
榆林气田神木双山部分区块、靖边气田的延长组仍然是PDC钻头难以高效穿越的瓶颈性井段；苏里格区块二开两趟钻比例比较低，仅仅38％；乌审召、苏西、苏北探井二开两只钻头钻达取心层位的比例太低。
二．提速的思路
2008年提速的技术思路是：
以抓钻井液管理为基础，规范操作规程，努力降低事故复杂时率；深化应用成熟配套技术，继续试验个性化PDC钻头，寻求新的提速点。
主要抓好以下几点：
1.落实流沙层防垮措施，坚决杜绝流沙层垮塌造成的事故复杂；
2.规范黄土层防漏治漏方案，尽可能减少井漏损失时间；
3.规范一套有效的防漏、堵漏技术，尽可能减少井漏复杂时间；
4.研究解决神木双山区块的井塌问题；
5.继续研究苏里格上部地层的防塌，从根本上解决电测遇阻问题，力争电测一次成功率再提升10个百分点，进一步提高钻井速度；
6.抓PDC的钻头的规范优选：
成熟区块上部地层向四刀翼转化，必须提高泵压，提高钻速；下部地层必须选用双级切削结构的PDC钻头，尽可能延伸钻进；
7.跟踪抓好各区块针对性的PDC钻头试验，所有的试验必须有针对性、有目标、有过程分析，有试验效果评价。
三．提速总体目标
1.工程质量及安全
⑴井身质量合格率100%，全年不发生质量事故；
⑵取心收获率≥98%；
⑶杜绝丛式井两井相碰事故；
⑷全年不发生井喷事故；
⑸事故复杂时率控制在2.5%以内，不发生流沙层垮塌造成的表层报废事故。
2.技术指标
2008年各项指标在2007年平均水平的基础上提高4%：
年度
平均井深（米）
机速
（米/小时）
月速
（米/台月）
平均钻井周期
（天）
平均建井周期
（天）
2007年
3348
11.43
3395
23.13
34.08
08年目标
12.24
3637
21.54
31.74
3.队年钻井能力：
Ø中北部区块实现9开9完；
Ø南部区块实现7开7完；
Ø苏里格区块实现14开14完；
Ø苏14井区12开12完；
Ø神木-双山、乌审召-统万城区块气探井队年完成8开8完。
四．试验项目
1．各区块个性改进的PDC钻头试验
区块
钻头型号
钻头特征
试验目的、主攻方向
苏里格
P4362MJ
4刀翼、19复合片、双级切削
减少刀翼、提高水马力，提高机械钻速，双级切削提高寿命，实现两只钻头快速完成二开井段
EM1924SE
4刀翼、19复合片、双级切削
ES1915S
5刀翼、19复合片刚体钻头
刀翼厚度减小，提高机械钻速，可修复性好
乌审召
P5362MJ
5刀翼、19复合片、双级切削
力争突破延长底部含砾石层，实现两只钻头钻达取心层位。
P5263MJ
5刀翼、16复合片、双级切削
提高钻头寿命，实现两只钻头钻达取心层位。
ES1925S
5刀翼、19复合片钢体钻头
提高上部地层钻速
神木双山
P5362MJ
5刀翼、19复合片、双级切削
力争突破延长底部含砾石层
EM1626SE
6刀翼、16mm齿，双级切削
在不影响机速的同时，进尺有所提高
苏西、苏北
EM1626SE
6刀翼、16复合片、双级切削
提高下部钻头寿命，实现两只钻头钻达取心层位。
ES1925S
5刀翼、19复合片钢体钻头
提高上部地层钻速
靖边中北部
P5263MJ
5刀翼、16复合片
提高钻头寿命
EM1615SE
5刀翼、16mm复合片，双级切削
希望在保证较高机速的同时，钻穿马家沟完钻
靖边南部
EM1626SE
6刀翼、16复合片、双级切削
提高钻头寿命
EH1317
7刀翼、13mm复合片
提高靖南单只钻头进尺，希望突破延长
2．MD浮动密封牙轮钻头的试验
试验的目的：
解决靖边区块纸坊组以上地层二开1只普通牙轮钻头不能复合钻穿而下PDC钻头的问题。
预期目的：
进尺1500－1800米，机械钻速≥13－18米/小时。
（指标依据区块而定）
3.黄土层治漏试验
试验的目的：
解决靖边南部及靖东黄土层井漏的问题。
技术思路：
用导管钻头小排量钻30米，井内注满堵漏浆或凝胶，下导管封隔上部黄土层疏松易漏层。
预期目的：
解决黄土层井漏，南部表层施工周期缩短1天。
4．试验加大外径（与全面钻进钻头等径）的取心钻头，节省扩眼时间。
5.西探井表层深度深，地层可钻性好，可以选用PDC钻头加快机械钻速。
钻具组合：
Ф346mmPDC钻头+Ф203mmDC*2根+Ф340mmSTAB+Ф203mmDC*1根+Ф178mmDC*21根+Ф127mmDP（加厚）*30根+Ф127mmDP
附：
2007年苏西表层试验结果
使用钻头类型
口数（口）
平均进尺（米）
平均机械钻速（小时/米）
PDC
4
767.8
65.34
牙轮
11
752.7
27.06
对比
-7
15.1
38.28
％
-63.64
2.01
141.46
6.试验欠尺寸三稳定器钻具
2007年在40650队在苏6-15-9井试验了三稳定器满眼钻具，试验没有取得好的效果，主要表现在进入延安后转盘扭矩变化大，钻压只能维持在40-60KN，超过80KN指重表灵敏针停滞不回零，扭矩变化幅度大（0-20000N·M）；起钻过程中延安至延长井段大吨位遇阻。
2008年，将继续在上部试验欠尺寸三稳定器钻具结构，提高钻头的稳定性和防斜能力。
五、技术管理保障措施
2007年井下事故较多,特别是钻具断裂和表层坍塌事故,综观分析主要原因外还是个别井队技术力量薄弱、技术方案执行不到位,技术管理制度不落实的原因造成的。
对技术管理比较薄弱的钻井队的进行技术帮促的成效，在很大程度上决定了2008年提速目标能否实现。
因此制定了后进队技术管理的帮促相关措施。
1.根据2007年生产情况，对项目部所属井队进行等级划分（划分为Ａ、Ｂ、Ｃ），Ａ为方案和技术措施执行到位，井下安全提速效果明显的井队；Ｂ为技术措施执行到位，井下安全但提速效果不明显的井队；Ｃ为井下事故多方案和措施执行不到位。
2.生产启动以后，安排有经验的工程师驻队帮促，监督技术方案技术措施的落实情况，帮促井队把握关键环节施工，解决出现的问题。
3.利用驻井期间根据井队现状帮助井队完善技术管理制度，制定相关复杂、事故的预防措施，并对队相关人员进行技术培训。
4.定期组织井队技术干部召开经验交流会，及时推广各井队在技术管理和方案改进方面的先进经验。
5.继续完善项目部考核制度，加强对井队的监控和处罚力度。
苏里格气田开发井钻井技术提速方案
一、基本概况
1.地质概况
苏里格气田位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡西北侧，构造形态为一宽缓的西倾单斜，坡降3-10m/km，地质分层深度及厚度变化不大，下表是苏6井区一口井的分层情况：
苏里格气田地质分层及岩性描述概况
界
组
底界
厚度
岩性描述
新生界
第四系
19
14
无胶结性流沙层
中
生
界
白垩系
682
663
棕红色、浅红色块状中一组粒砂岩
安定组
741
59
上部泥灰岩和砂岩互层，下部为油页岩夹粉砂岩，棕红色泥岩为主
直罗组
1059
318
上部棕红色为主，下部渐变为蓝灰、灰绿色泥岩与灰白色砂岩互层，向下砂岩增多，底部广泛发育一套厚层块状含砾粗砂岩
延安组
1314
255
灰黑色泥岩与灰白色砂岩中细砂岩夹煤层，砂层多为厚层块状，中-细粒，底部往往发育巨厚块状含砾粗砂岩
延长组
2121
807
顶部深灰、灰黑色泥岩夹浅灰色细砂岩、粉砂岩及煤线。
中部深灰色、灰黑色泥岩与灰绿色粉砂岩互层，底部为灰绿色、肉红色块状沸石质长石砂岩，间夹暗灰绿色或紫红色泥岩及含砾砂岩。
纸坊组
2331
210
棕红色、暗棕红色泥岩、砂质泥岩与灰绿色、灰紫色中-厚层细砂岩互层，泥岩中富含灰质团块。
和尚沟
2494
163
紫红色砂质泥岩与砂岩自上向下变粗，局部含细砾岩。
刘家沟
2808
314
紫红色、灰绿色、暗紫红色细-粗砂岩夹紫红色棕红色砂质泥岩、泥岩、含泥灰质结核，底部含细砾石。
古
生
界
石千峰
3100
292
上部以棕红色泥岩为主，夹中厚层砂岩。
下部为绿色、黄绿色厚层、块状砂岩夹暗紫色泥岩、砂质泥岩。
石盒子
3355
255
紫红色、黄绿色砂质泥岩与浅棕灰色黄绿灰色砂岩互层，局部含砾石，砂层较致密。
棕灰色、灰绿色砂岩与蓝灰、棕褐色、黄绿色砂质泥岩互层，底部含砾石。
山西组
3463
108
深灰色、灰黑色砂质泥岩夹煤线及灰白色中厚砂层
2．2007年提速情况
年度
完成
井数
（口）
进尺（m）
平均
井深
（m）
钻井
周期
（d）
建井
周期
（d）
钻机
月速
（d）
机械
钻速
（d）
2007
76
262733
3457
13.33
22.08
5662
17.71
2006
65
231181
3449
14.91
23.32
5087
15.92
对比
11
31552
8
-1.58
-1.25
575
1.69
提高幅度
/
/
/
10.60%
5.20%
11.30%
10.60%
（2007年的指标不含2口定向井、6口加密井、2口小井眼）
2007年较2006年钻机月速度提高11.3%，3支井队突破4万米，达到12开12完。
二、难点及潜力分析
1.施工难点：
①电测遇阻突出：
2007年电测一次成功率仅76%，电测遇阻问题仍然制约着该区的钻井速度。
另外，2007年完钻实施电测对策（包括处理泥浆、循环时间中途循环、短起下钻等）占用时间较长，平均每口井完钻处理泥浆约10小时。
②易斜：
2007年尽管使用了双稳定器钻具结构，但是二开上部白垩系中部地层700~1100米井段仍然出现井斜问题，需要在该井段实施吊打控制井斜，影响了机械钻速。
③流沙层易垮塌：
几年来在该区块的施工中，流沙层垮塌造成的卡钻、卡套管、基础下沉等事故频频发生，2007年仍然发生了2口井的流沙垮塌。
④由于完钻层位延伸至太原组，PDC钻头钻穿山西组困难，2007年两只钻头完钻的井较少，苏里格完成86口井，两只钻头完成二开井段的井31口，占38%。
⑤苏36井区靠近苏米图的井和尚沟-刘家沟存在区域性井漏。
⑥苏6井以东的井地层可钻性差，延长底部钻穿更困难，和尚沟-石千峰钻速低（6-8米/小时）。
2.提速潜力：
如果改进钻井泥浆体系或引进防塌性能好的泥浆药品，从根本上解决上部地层的垮塌问题，再提高电测一次成功率，还可以缩短完井时间。
试验三稳定器钻具结构，解决上部井段的井斜问题，可以进一步强化参数，提高机械钻速。
抓好国产长圆扣套管的下套管及固井施工质量，杜绝固井质量问题损失时间。
全井段继续试验四刀翼双级切削结构钻头，上部地层尽可能提高水马力，可以达到既提高钻速，又提高两只钻头完钻比例。
三、提速目标
目标：
在2007年基础上再提速4%，力争5%。
年度
井数
完钻
井深
钻井
周期
建井
周期
钻机
月速度
机械
钻速
2007完成井
76
3457
13.33
22.08
5662
17.71
2008年目标
13.86
22.96
5435.52
17.00
幅度
按照4%的提速
Ø1支队实现14开14完；2-3支队达到13开13完；
Ø事故复杂时率<1%（不含井漏）；
Ø电测一次成功率达到85%；
Ø二开两只钻头比率达到55%；
四、分阶段技术措施
1.表层钻进
2007年，40632队在苏36-8-11井采用复合钻井，机械钻速达到50.33米/小时（每单根8-12分钟），2008年全面推广复合钻井，每个井队必须备有一支203螺杆，并要按使用规程妥善检查保管。
⑴钻具组合：
Ф311mmBit+5LZ-203mm螺杆+Ф165mmDC24+Ф127加厚DP
⑵参数选择：
钻压4-16吨，转速60rpm，泵压12mpa，排量38l/s
⑶注意事项：
Ø必须每50-100米测斜一次；
Ø起钻过程中必须连续灌浆，始终保持液面在井口；
Ø清水不能直接入井，必须用聚合物胶液。
粘度达到要求，利于携砂；防止钻头泥包。
Ø若流沙层太厚，必须用白土浆全部钻穿流沙层后逐步转为低固相聚合物泥浆。
Ø必须记录钻头使用时间，仔细检查钻头轴承及外观
2.二开钻井
⑴ 钻头选型
分井段钻头选型
地层
二开－纸坊组
和尚沟组－完钻
井段
300－2400＝2100
2400－3400＝1000
钻头选型
5刀翼×19复合片，具有齿柱，主要钻头型号有：
EM1915S,P5365MC;EM1905S（T5465S）逐渐向4刀翼结构转化（P4362MJ，EM1924SE）。
5刀翼×19复合片，主要钻头有：
EM1925SE,P4362MJ两种双级切削结构。
纯钻时间
84
100
机械钻速
大于25米∕小时
大于10米∕小时
2007年苏里格区块各类型分井段PDC钻头使用情况
井段
厂家
钻头型号
钻头数
钻头
进尺
平均单只
钻头进尺
平均
钻达井深
平均单只
纯钻时间
平均
机械钻速
二开上部
武汉
亿斯达
EM1915S
14
31810
2272
2576
89
25.53
EM1925S
2
4325
2162
2464
87
24.85
T5465S
25
54973
2199
2502
97
22.67
胜利
钻井院
P5365MC
13
29185
2245
2547
96
23.31
P4362MJ
6
12830
2138
2442
78
27.35
百斯特
M1954SS
1
2361
2361
2668
79
29.74
二开下部
武汉
亿斯达
EM1915S
6
3707
618
3221
62
9.97
EM1925S
7
4765
681
3161
93
7.28
EM1925SE
22
9682
440
3322
44
10.00
T5465S
56
29422
525
3271
56
9.32
胜利
钻井院
P5365MC
8
6561
820
3333
82
10.02
P5373MC
3
1516
505
3199
53
9.53
百斯特
M1955SS
1
565
565
3234
63
8.92
武汉亿斯达生产的14只改进的EM1915S指标理想，平均单只进尺2272米，机械钻速25.53米/小时；下部使用的EM1915S单只钻头进尺618米、机械钻速9.97米/小时，相对较好。
胜利钻井院改进的6只P4362MJ双级切削结构的四刀翼机械钻速高，平均进尺2138米，推广前景较好；下部使用的8只P5365MC平均进尺820米，机械钻速10.02米/小时，是下部使用最好的钻头。
2007年试验的6只改进的胜利P4362MJ四刀翼＊19复合片双级切削结构的PDC钻头机械钻速高，平均进尺2138米，推广前景较好，有待于2008年进一步全井段试验；成都百斯特生产的M1954SS钻头在二开上部试验使用，进尺2361米，机械钻速29.74米/小时，指标突出，有很好的推广价值。
⑵钻具结构
全井段双稳定器塔式钟摆防斜打快钻具结构
Ф216PDC＋Ф165DC*1根+Ф214stab+Ф165DC*1根+Ф214stab+Ф165DC*19根+Ф127加厚DP30根
⑵参数优化
①坚持均质地层加大钻压、提高转速，不均质地层降低转速、适当钻压的原则，如钻至延长底部200-300米，适当加大钻压，降低转速，在石盒子组底部为灰白色含砾粗砂岩、石英砂岩，钻进扭矩增大，应适当减弱参数。
②第一只钻头优化喷嘴，尽可能提高水马力；
③增大排量、提高粘度，降低环空钻井液当量密度对井底产生的压持效应，全井段使用Ф180mm缸套，试验双泵140mm缸套。
参数优化表
井段
地层
参数
钻压
转速
排量
泵压
300-700
白垩系
60-80
80
42
8
700-1700
安定-延长中部
80-100
70-80
42
10
1700-2200
延长-纸坊上部
80-120
50-60
42
11
2200-3100
纸坊-石千峰
100
70
38
12
3100-3450
石盒子-山西
80-120
60-65
34
15
⑶注意事项
①按要求测斜：
白垩系中部必须每50米测斜一次，及时调整参数；下部纸坊、和尚沟、刘家沟、石千峰地层交界面用自浮式测斜仪测斜。
②防止堵水眼：
钻具组合中加回压凡尔，定期用胶液清扫井筒；下钻必须分段循环，必须缓慢开泵，尤其是深井段。
③是重视影响PDC钻头使用效果的几个因素。
严格落实钻头初始钻进的井底造型，防止井底形状对PDC钻头的干涉，造成先期破坏；任何时候在钻头接近井底时开足钻井泵排量，使井底泥浆充分循环，缓慢接触井底后开启转盘，杜绝边高速旋转、边下放的操作，特别是下部硬地层注意这项精细操作，防止接触井底瞬间对钻头的冲击损坏。
五．钻井液技术
（一）2007年苏里格区块提速情况
泥浆指标完成情况
完井（口）
井深（米）
聚合物体系井段
复杂
电测一次成功率（%）
（米）
（%）
通井（口）
成功率
2007
86
3456
300-3100
0．36
17
75.58
2006
60
3449
300-2950
27
55.0
对比
26
7
150
-10
20.58
（二）2007年苏里格区块泥浆技术方面存在的技术难点分析：
1、表层流沙层坍塌，该区块表层流沙层厚度一般为20-50米不等，流沙层的特点是颗粒胶结性差，钻井中易塌易垮，如2007年曾发生1口井表层起钻卡钻事故，1口井下表套复杂，共影响钻井时间76小时；
2、安定组、直罗组是主要的坍塌层，钻井中容易形成“大肚子”导致完钻电测遇阻率高，导致完钻电测一次成功率低，如2007年完钻86口井，电测一次成功仅65口，一次成功率75.58%,因为电测遇阻共造成通井时间达到392小时;
3、完钻泥浆处理时间长，完钻泥浆性能粘切高，影响了钻井时间；
4、苏36井个别区域刘家沟地层井漏，全年发生2口井，共影响时间50小时。
（三）泥浆技术方案
1、表层钻井中泥浆防塌技术措施
（1）苏里格区块表层流沙层厚度一般30-50米，流沙层的特点是胶结性能差，尤其表层3-5米范围内基本呈流体状，钻井中极易坍塌，对于流沙层防塌，从泥浆上讲必须做好物理防塌和泥浆造壁；
（2）打导管前地面提前配制50-60方白土+CMC泥浆，具体配方为清水+0.25-0.30%CMC+0.15-0.20%Na0H+5.0-6.0%白土,配制好后充分循环30分钟左右测得性能达到:
密度≥1.04,粘度≥40秒,PH=8-9的范围;
（3）苏里格区块表层施工把防流沙层垮塌为作为重中之重，首先落实“大钻头（480mm以上）、白土浆、小循环、钻穿、焊直、座实、校正、水泥浆回填、灌满、防挂”等十个流沙层施工措施，确保安全施工。
其次强化转速及水力参数、应用复合钻井，提高表层钻速;
（4）导管下到底一开钻井中逐步转化为清水聚合物体系,性能1.01-1.04,30-35,8-10ml,PH7-8的范围钻井；
（5）表层钻完后用白土泥浆充分循环2-3周，然后起钻，并用白土泥浆连续灌浆，防止流沙层坍塌；
2、二开体系选型为“四聚氯化钾”体系，既PAM+ZNP-1+KPAM+CMP，用量总量≥6.0吨，分别是PAM1.5吨,ZNP-12.0吨,KPAM1.5吨,CMP1.0吨,KCL3.0吨。
体系复配特点为：
絮凝、防塌、提粘，通过复配提高体系防塌絮凝能力，有利于井眼规则,有利于防塌,提高完钻电测一次成功率;有利于无固相体系顺利钻到石盒子上部地层,提高机械钻速:
（1）二开前配足250-300方左右胶液，加量为PAM300kg、ZNP-1400kg、KPAM200kg、CMP200kg，总量≥1000kg，含量≥0.40%,循环均匀后达到1.00-1.01,30-31s,PH=7.0;性能循环均匀加入2000kgKCL,以提高聚合物体系的防塌能力;
（2）安定组是主要塌层,也是电测遇阻的主要井段，为防止该段坍塌形成“大肚子”，钻井中在确保泥浆量的情况下性能以调节为主，既勤测性能，如果发现粘度≤30s，立即用漏斗干加主要防塌剂ZNP-1和KPAM，确保钻井中聚合物体系粘度≯30秒,然后加入2000kgKCL辅助防塌；
（3）、直罗组钻井中如果泥浆量充足，性能维护以调节为主，既干加防塌剂；如果泥浆量不足，泥浆量补充要做到提前预配30-40方、充分水化3-4小时，循环加入≤20方/周，胶液配方：
0.15%PAM+0.30%ZNP-1+0.20%KPAM；
（3）、300-2000米井段地层为安定、直罗和延长等主要坍塌层，由于机械钻速快，钻井中泥浆中的聚合物因井壁吸附、絮凝钻屑、地层渗漏等因素，泥浆中的聚合物浓度下降很快，因此，泥浆的防塌能力下降很快，为确保防塌，要求每200米补充一次聚合物（干加和胶液），具体加量达到≥2.20kg/m；
（4）、聚合物体系维护中在确保地面泥浆量充足（≥200方）的情况下，性能突出强抑制、全絮凝、无固相的特色;
（5）、聚合物体系钻井中,井下发生严重坍塌必须及时转化泥浆;起钻或测测斜前配30方白土+CMC+XK-01稠浆首先清洗井眼，始终确保井眼清洁，预防沉砂卡钻;
（6）聚合物体系补充做到“等浓预配”，就是严格执行“四聚”体系配方，确保体系具有强的防塌抑制能力；“充分水化”，就是每次配制的聚合物胶液必须水化4小时以上，确保充分溶解，降低胶液的瞬时失水，提高胶液与体系的相容性；“循环加入”，就是胶液的加入必须均匀加入，达到15-20方/周，防止性能波动；
3、进入气层前50米完成泥浆转
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