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    工程地質(zhì)一體化在寧XX-3井的應(yīng)用

    2023-03-29 02:40:44鄒亞平田秀明
    西部探礦工程 2023年1期
    關(guān)鍵詞:鉆遇機(jī)械鉆速鉆頭

    王 能,鄒亞平,田秀明

    (大慶鉆井工程技術(shù)研究院,黑龍江 大慶 163413)

    1 施工基本情況

    寧XX-3 井為三開水平開發(fā)井,位于XX 區(qū)塊,是寧XX平臺的第三口井。設(shè)計井深4791m,實際完鉆井深4950m,水平段長1400m,完鉆層位志留系龍馬溪組,鉆井周期:49.1d,三開鉆井周期23d。

    2 提速效果

    (1)三開鉆井周期23d,較同平臺鄰井寧XX-1 井三開鉆井周期40.2d節(jié)省了11d,縮短了27.2%;較2020年上半年XX 區(qū)塊三開平均鉆井周期58.2d,縮短了49.8%。

    (2)三開平均機(jī)械鉆速9.5m/h,較同平臺鄰井寧XX-1井提速13.1%;較2020 年上半年XX 區(qū)塊三開平均機(jī)械鉆速6.3m/h,提速50.8%。

    (3)優(yōu)質(zhì)儲層鉆遇率100%。

    3 技術(shù)措施

    3.1 提前制定地質(zhì)導(dǎo)向方案和預(yù)測A點

    制定寧XX-3 井地質(zhì)工程一體化技術(shù)方案,進(jìn)行多方交流和討論,并且在制定工程方案的基礎(chǔ)上,以安全平穩(wěn)為前提條件下,制定寧XX-3 井地質(zhì)工程一體化施工方案。同時基于地震構(gòu)造模型,融合測井?dāng)?shù)據(jù)及錄井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行迭代刻畫,實現(xiàn)區(qū)域地震地質(zhì)模型精細(xì)化,對A 靶點進(jìn)行重新預(yù)測,預(yù)測A 靶點垂深3151m,較設(shè)計A 靶點垂深3113m 加深38m,與實鉆A靶點垂深3154m 誤差僅為3m。同時在精細(xì)化地質(zhì)模型基礎(chǔ)上,編制地質(zhì)導(dǎo)向方案,進(jìn)行地質(zhì)和工程的專業(yè)化討論,修正地質(zhì)工程一體化方案和形成地質(zhì)工程一體化施工意見。

    3.2 軌跡優(yōu)化

    通過地震數(shù)據(jù)解釋和地質(zhì)建模,A 靶點預(yù)測為3226m。以預(yù)測的A點垂深,結(jié)合上部井段實鉆軌跡,重新設(shè)計四開待鉆軌跡。韓家店—石牛欄井段,總結(jié)平臺前兩口井該地層的自然規(guī)律,自然降斜,減少滑動定向鉆進(jìn)進(jìn)尺;造斜段保證井眼軌跡平滑,小狗腿入窗;水平段提前預(yù)判地層走向,低狗腿調(diào)整,減小摩阻、扭矩和儀器震動,保障后期安全,快速地鉆進(jìn)。

    3.3 優(yōu)選鉆頭。

    依托KeepDrilling大數(shù)據(jù),從純鉆時間、機(jī)械轉(zhuǎn)速、趟鉆進(jìn)尺等方面,分析比較各廠家鉆頭在長寧區(qū)塊的應(yīng)用情況及寧XX-2 鉆頭使用情況,參照表1,優(yōu)選了NOV 的TK56-Z1 型號鉆頭,該鉆頭型號為目前最新設(shè)計,短柄徑、5 刀翼、單排齒、16mm 切削齒,剛體鉆頭,具有很強(qiáng)的攻擊性和穩(wěn)定性,同時具有抗振動強(qiáng)的特性。

    表1 XX區(qū)塊三開215.9mm鉆頭使用情況

    3.4 優(yōu)選鉆井液參數(shù)

    通過WELLPLAN軟件模擬,推薦鉆井液(密度上限2.09g/cm3情況下)塑性粘度上限為53mPa·s,動切力上限為10.5Pa。

    3.5 采用震蕩螺桿

    推薦并采用震蕩螺桿,解決韓家店、石牛欄底部,地層硬度高、可鉆性差、滑動鉆進(jìn)托壓嚴(yán)重、造斜困難、機(jī)械鉆速低等問題(寧XX-3 的機(jī)械鉆速鉆速達(dá)到6.51m/h,較寧XX-2機(jī)械鉆速3.97m/h提高了64%)。

    3.6 更換振動篩篩目

    振動篩200目篩布全部更換為260目。

    4 工程地質(zhì)一體化施工

    (1)工程地質(zhì)多方協(xié)作。

    ①根據(jù)寧XX-2 井施工效果,龍一12 中部儀器振動超標(biāo)嚴(yán)重,寧XX-3放寬旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向ATC 振動控制級別,由控制在6級以內(nèi)放寬8.5級以內(nèi);震動持續(xù)超標(biāo)時間不超過30min,既保證機(jī)械鉆速,又減小振動對儀器的傷害。將該地層機(jī)械鉆速由5~7m/h 提升到9~10m/h。

    ②地質(zhì)導(dǎo)向?qū)⒕睆?4.5°降至83.5°穿層,并結(jié)合“多頻次、小傾角”調(diào)整措施,保證軌跡平滑,確保施工安全。

    (2)造斜段精細(xì)控制,確保準(zhǔn)確入靶。本井實際靶點與設(shè)計靶點垂深相差41m,誤差大。通過鉆前地質(zhì)模擬,預(yù)測靶點位置與實際僅差3m,在實鉆中,通過在造斜段確立了5個控制點,不斷修正地質(zhì)模型,保證了精確中靶。通過對比,5個控制點設(shè)計深度與實際鉆遇深度,以及設(shè)計鉆遇軌跡和實際鉆遇軌跡高度吻合,軌跡誤差在1.6°以內(nèi)。

    (3)水平段基于地震橫向預(yù)判技術(shù),將水平段劃分為“三低兩高”五個區(qū)域,綜合利用伽馬成像和元素錄井進(jìn)行精細(xì)軌跡控制,在整體水平段傾角變化范圍自下傾6.0°至上傾0.5°的大幅度變化范圍情況下,通過提前預(yù)判,提前調(diào)整,實現(xiàn)水平段軌跡優(yōu)化控制和優(yōu)質(zhì)儲層鉆遇率100%的“雙優(yōu)”指標(biāo),最大狗腿2.1°/30m,超2°/30m只有1個點,有效實現(xiàn)了水平段軌跡平滑效果。

    (4)針對寧XX-3井造斜段扭矩波動大的現(xiàn)象,使用WELLPLAN 工程軟件進(jìn)行分析、模擬并結(jié)合實際優(yōu)選最佳的轉(zhuǎn)速和鉆壓,保證機(jī)械鉆速和井下安全,同時模擬井下摩阻和巖屑床位置、厚度,科學(xué)指導(dǎo)短起下和起鉆作業(yè)。

    (5)遠(yuǎn)程進(jìn)行技術(shù)支持,通過Keepdrilling系統(tǒng)實時監(jiān)控錄井?dāng)?shù)據(jù)和鉆井參數(shù),及時發(fā)現(xiàn)井上異常情況,同時通過遠(yuǎn)程實時伽馬數(shù)據(jù)傳輸,根據(jù)地質(zhì)模型和地震數(shù)據(jù)對鉆遇情況進(jìn)行提前預(yù)判,針對風(fēng)險級別及時下發(fā)施工風(fēng)險提示單。

    (6)ATC 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向精細(xì)化操作。通過多方協(xié)調(diào)精選技術(shù)骨干、精細(xì)施工方案、精準(zhǔn)控制軌跡,技術(shù)專家駐井指導(dǎo)技術(shù)難點,積極組織協(xié)調(diào)工程地質(zhì)一體化團(tuán)結(jié)協(xié)作,討論制定了各項保障措施:

    ①利用導(dǎo)向頭造斜率計算軟件及動態(tài)旋轉(zhuǎn)方位曲線方向變化趨勢,實時優(yōu)化調(diào)整導(dǎo)向頭肋板壓力和電流,盡量避免狗腿度超標(biāo)和局部超標(biāo),保證井眼軌跡平滑。

    ②合理利用ATC 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具軌跡指令調(diào)整模式:造斜段使用Steer Mode,水平段使用Hold Mode,充分發(fā)揮兩種不同模式對軌跡控制的優(yōu)勢,保證井眼軌跡平滑,減小局部狗腿度、減小摩阻、扭矩以及儀器導(dǎo)向頭振動創(chuàng)造有利的井下條件。

    ③通過提前預(yù)測井斜、方位在地層中的漂移量,在立柱打完磨壓過程中,下發(fā)指令,減少單獨發(fā)指令的次數(shù);制定停泵測斜程序,接完立柱直接開泵測斜,減少測斜停關(guān)泵的時間(通過這兩個措施,每立柱可節(jié)省15~20min)。

    ④實鉆過程中,建立地層與機(jī)械鉆速、振動的對應(yīng)關(guān)系,如表2所示。結(jié)合工程地質(zhì)一體化,提前調(diào)整,避開高振動地層,并且滿足地質(zhì)導(dǎo)向的硅鋁交匯面積大的要求,優(yōu)選二小層下部為優(yōu)質(zhì)層位,本井水平段在此層位的鉆遇率為100%,實現(xiàn)機(jī)械鉆速13.67m/h。

    表2 層位—鉆速—振動對應(yīng)表

    (7)地質(zhì)錄井公司采取前后協(xié)同作業(yè)模式,保障施工進(jìn)度。通過收集鄰井地質(zhì)數(shù)據(jù)和元素數(shù)據(jù),根據(jù)現(xiàn)場巖屑觀察分析判斷,結(jié)合元素數(shù)據(jù),同時將數(shù)據(jù)實時回傳至后方專家組,共同分析預(yù)判地層變化和走勢,確保井下施工安全。

    (8)建立遠(yuǎn)程技術(shù)支持—維修保障—ATC 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)支持中心三方聯(lián)動機(jī)制,遠(yuǎn)程技術(shù)支持對該井施工情況、儀器狀態(tài)、地質(zhì)信息實施7×24h監(jiān)控,出現(xiàn)異?,F(xiàn)象,啟動聯(lián)動機(jī)制。遠(yuǎn)程技術(shù)支持專家分析問題表象,結(jié)合Wellplan 模擬,組織維修保障和ATC 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)支持中心三方聯(lián)動,給出指導(dǎo)意見。

    (9)運(yùn)用鉆井液自動檢測系統(tǒng)(DFS)。經(jīng)過多口井的運(yùn)用,DFS系統(tǒng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率達(dá)到95%以上,運(yùn)行時間100%覆蓋泥漿泵運(yùn)轉(zhuǎn)時間,實現(xiàn)了鉆井液性能的人工檢測與自動檢測“雙監(jiān)測”,能及時判斷鉆井液性能變化趨勢,提前處理,預(yù)防鉆井液性能突變。鉆進(jìn)過程中,在保證井下安全前提下,采取鉆井液低粘切方案,降低壓耗,提升排量,增加鉆頭比水功率。

    (10)使用高效油基封堵劑,保證鉆井液高封堵性,針對不同井段,采取不同鉆井液補(bǔ)充維護(hù)措施,A 點之前,新、老漿50∶50 配置,A 點到水平段中部,新、老漿70∶30配置,水平段中部之后,使用100%新配鉆井液補(bǔ)充維護(hù),有效維持鉆井液高流變性。

    5 寧XX-3井非生產(chǎn)時間統(tǒng)計

    寧XX-3 井從開鉆到完鉆,鉆井周期為36.96d,其中包括因甲方等停、旋導(dǎo)問題等等原因,損失時間8.84d,如表3所示。

    表3 非生產(chǎn)時間統(tǒng)計

    6 結(jié)論和建議

    (1)繼續(xù)提高旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向ATC工具穩(wěn)定性。寧XX-3井有一趟鉆出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向儀器故障,共損失時間1d,影響鉆井周期,因此加強(qiáng)質(zhì)量檢測,找準(zhǔn)故障原因,確保出廠質(zhì)量。保障施工井的工具均需提高至三級維保等級。

    (2)加強(qiáng)地質(zhì)工程一體化技術(shù)完善及應(yīng)用。基于隨鉆自然伽馬的反映物性變化的特征,結(jié)合鉆時曲線和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向振動參數(shù),尋找伽馬響應(yīng)與工程最優(yōu)之間的對應(yīng)關(guān)系,控制軌跡在地質(zhì)工程雙甜點區(qū)鉆進(jìn),通過對比分析找到1號小層上部為地質(zhì)工程雙優(yōu)質(zhì)區(qū)域,利用對應(yīng)伽馬響應(yīng)特征以及三維模型的橫向預(yù)測,控制軌跡在1 號小層頂部0.5m 范圍內(nèi)鉆進(jìn),保證旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具平均機(jī)械鉆速在10m/h以上。

    (3)優(yōu)化軌跡設(shè)計。將三維軌跡優(yōu)化設(shè)計為雙二維軌跡,充分利用上部可鉆性好的地層,提前打掉部分偏移距,擺正方位,避免或減少在韓家店和石牛欄等可鉆性差的地層定向,減輕后期定向壓力,降低造斜井段造斜率,進(jìn)一步降低施工摩阻扭矩。

    (4)強(qiáng)化鉆井參數(shù)。一是更換復(fù)合鉆具。目前使用的NC52 型127mm 鉆桿,推薦采用139.7mm+127mm 的鉆桿,套管內(nèi)使用139.7mm 鉆桿,套管外使用127mm 鉆桿。通過軟件模擬計算,更換復(fù)合鉆具后,泵壓降低2~3MPa;二是更換為高壓沖管和抗高壓泵配件,提高設(shè)備抗高壓的能力,施工泵壓提高5MPa,達(dá)到37~38MPa,強(qiáng)化施工參數(shù)。

    (5)提高固控設(shè)備使用。將原來200目的振動篩篩布換成260目的振動篩篩布,保證高密度鉆井液良好的流變性。合理使用離心機(jī),采用中、高速離心機(jī)串聯(lián)模式,提高離心機(jī)使用時間和凈化效率,進(jìn)一步增強(qiáng)劣質(zhì)固相清除能力和效率。

    (6)通過對寧XX-3井工程地質(zhì)一體化的施工,總結(jié)方法與經(jīng)驗,建立該區(qū)塊的學(xué)習(xí)曲線,優(yōu)化該區(qū)塊的施工方案,推動區(qū)塊的整體鉆井速度,降低鉆井成本。

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