墨西哥EPC区块优快钻井技术

发布网友发布时间：2022-05-01 23:48

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热心网友时间：2022-06-25 06:03

一、内容概述

墨西哥EPC项目地处墨西哥东部的EPC（Ebano-Panuco-Cacalilao）区块，主要开发层位为白垩系Kan层，主要岩性为灰岩。由于该区块已开发一个多世纪，高含水及低压、低渗、低产是该地区面临的主要问题。目前，该区块所钻井均设计为小井眼ϕ152.4mm中短半径水平井，造斜率（40°～60°）/100 m，垂深400～700m，水平段长约400m，目的层钻进采用充氮气欠平衡钻进方式。

施工初期，所用动力钻具在高造斜率情况下无法进行复合钻进，造成起下钻频繁，钻井周期延长。该区块采用欠平衡钻井技术钻进目的层，对无线随钻测量仪器和钻井液性能的要求较高。为提高钻井速度，缩短钻井周期，降低钻井成本，研制了可复合钻进的新型大角度动力钻具，选择了合适的随钻测量仪器，优选了钻进参数并优化了钻井液性能，形成了一套适用于墨西哥 EPC 区块的优快钻井配套技术。EPC区块钻遇的地层为KM、KSF和Kan层，地质构造复杂，有断层、裂缝，易发生井漏、井涌等井下故障，个别地层含硫化氢，在KM层底部存在较高压力的气层，需要下入技术套管进行封隔。

在钻井过程中，除了存在普通小井眼钻井的技术难点以外，还面临以下技术难点：①早期，国内没有适用于浅层小尺寸中短半径水平井复合钻进的大角度动力钻具。施工中，多次起钻换动力钻具，大大延长了定向施工周期。②个别层位压力较高，钻进过程中会发生边钻进边点火放喷的现象，更换合适的动力钻具和倒装钻具比较困难。③目的层钻进时，采用充氮气欠平衡方式钻进，无法使用依靠钻井液传递脉冲信号的常规测量仪器。④造斜点浅，钻压传递困难，易出现托压现象，尤其在水平段钻进过程中更加明显，更易导致井下其他故障的发生。⑤使用普通PDC钻头钻进时，工具面对钻压较为敏感。钻压太小，机械钻速较低；钻压稍大就会出现工具面“乱窜”的现象。

1.钻具组合优选

设计造斜点浅，其垂深多在260～400 m，而水平段长约400 m，如何保证钻进过程中钻压的传递是关键。考虑到钻铤刚性较大，进入斜井段后易发生卡钻等井下故障，因而在优选钻具组合时，用加重钻杆代替钻铤；考虑到水平段钻进时的加压问题，适当倒装钻具，解决了钻进过程中钻压传递困难的问题。

现场施工时，钻具组合需满足以下2个条件：一是保证完钻时所有加重钻杆位于井斜角小于50 °的井段；二是保证震击器位于井斜角30 °～60 °的井段。

2.钻头优选

滑动定向钻进时，为保持工具面的稳定，选择了贝克休斯公司的HC405 Z型六刀翼PDC钻头。该钻头是一种定向钻头，除了在切削齿大小、数量和角度等方面进行了有利于定向钻进的设计外，在切削齿的根部有“磨损带”，像钻头的“天花板”，可以控制切入地层的深度，从而在钻进过程中产生平稳的扭矩，不至于使螺杆钻具出现失速现象。图1是普通PDC钻头和定向PDC钻头螺杆扭矩与钻压的关系对比图。从图1可以看出，与普通PDC钻头相比，定向PDC钻头能够产生稳定的扭矩。由于定向PDC钻头在钻进速度和使用时间上都有PDC钻头的特点，能够很好地匹配地层特性，因此，较适合于EPC区块小井眼中短半径水平井钻井。

图1 两种PDC 钻头扭矩与钻压的关系

3.动力钻具优选

EPC油田生产井的造斜率为（40° ～60°）/100 m，需要1.75° ～2.25°大角度单弯动力钻具才能达到造斜要求。通常情况下，这种大角度动力钻具不可以进行复合钻进，在定向过程中需要根据实际造斜要求，多次起下钻更换不同角度的动力钻具来达到设计造斜率。为了能够减少起下钻次数，根据钻具的造斜率与动力钻具的弯曲角及长度等相关理论，与国内动力钻具厂家联合研制出了1.75 °～2.25 °适合浅层小尺寸中短半径水平井可复合钻进的动力钻具，不但满足了施工井造斜段的要求，而且在进入水平段后不用起钻更换小角度动力钻具，这样就使一趟钻钻完全部斜井段成为可能。

该动力钻具具有以下特点：①动力钻具按角度分为1.75°、2.00°和2.25°3种，可根据不同的设计造斜率选择相应角度的动力钻具，以满足墨西哥EPC区块施工井造斜率的需要，使用寿命大于120 h；②本体不带稳定器，弯壳体、旁通阀和轴承等关键部件采用特殊材料进行了加固或加厚，这种设计不但有效减小了复合钻进过程中的扭矩，而且不会因扭矩增大而产生断裂或紧扣。十几口井的施工经验证明，这3种型号的大角度单弯动力钻具能够满足现场需要。

4.无线测量仪器优选

EPC区块目的层采用充氮气欠平衡钻进，基于钻井液脉冲传输信号的常规测量仪器无法使用。由于电磁波无线随钻测量仪的电磁波信号主要依靠地层介质来传输，井下仪器将测量数据加载到载波信号上，测量信号随载波信号由电磁波发射器向四周发射，地面检波器将检测到的电磁波中的测量信号卸载，之后通过解码、计算得到测量数据。因此，选用电磁波无线随钻测量仪器E-LINK MWD实时监测井下数据。

E-LINK MWD的主要性能参数为：抗压强度140 MPa；工作温度0～150℃；震击极限2000 g/m；振动极限15 g；含砂量小于0.5；钻井液密度无要求；钻井液固相含量无要求；最佳施工地层电阻率10～20Ω·m。

E-LINK MWD主要具有以下特点：①数据传输速度快，仪器故障率较低；②适用于普通钻井液、泡沫钻井液、空气钻井和激光钻井等钻井施工中传输定向和地质资料参数；③当地层电阻率为10～20Ω·m时，在井下不加信号放大器的情况下，最大钻进垂深可达2700 m。

5.钻井液性能优化

为尽可能减小对地层的污染，且要具备足够的携岩能力和便于返出后分离油气，有效提高钻井液润滑性能，降低摩阻系数，该油田油井多采用QMAX公司的无固相钻井液体系钻进。该钻井液体系抑制能力强，维护简单，性能稳定。根据地层有断层、裂缝易发生井漏、井涌等复杂情况及充氮气影响钻井液携岩能力等特点，对钻井液性能进行优化，优化后的主要性能参数为：密度1.0～1.03kg/L，塑性黏度8mPa·s，动切力0.4Pa。根据井下需要加入润滑剂，保证钻井液的润滑性，满足中短半径水平井钻井的要求，为高造斜率井段安全、高效定向钻进创造条件。

6.其他工程技术措施

合理选择侧钻点。目前，墨西哥EPC区块所钻井均三开打导眼，填井侧钻。侧钻点的选择需要考虑两方面内容：①侧钻点距离二开套管底部18 m以上，以防止E-LINK MWD受磁干扰，无法工作；②在满足井眼造斜率要求的基础上，造斜率越低，使用的动力钻具角度越小，井下越安全。

确定最佳的钻井液排量。结合测量仪器和螺杆钻具的性能、特点，确定最佳的钻井液排量，使仪器、螺杆钻具一直处于最佳的工作状态，同时达到充分携岩以及彻底净化井眼的效果。EPC区块的最佳排量为19 L/s。

确定合理的钻压。在增斜段，动力钻具对钻压及加压方式十分敏感。在钻井过程中，钻压20～30 kN，同时采用连续加压、快速间断加压等方法，确保工具面稳定，提高施工效率，保证施工安全。在水平段，采用小钻压（30 ～50 kN）、低转速（小于35 r/min）复合钻进，既可以提高机械钻速，又能避免井下大角度动力钻具复合钻进时发生故障。

随钻震击器的使用。随钻震击器具有两方面的作用：一方面随钻震击器处于钻具组合中，方便处理卡钻事故，有利于安全钻进；另一方面，水平段后期钻进时，过大的摩阻使钻压很难传递到钻头，钻具的大部分重量加到震击器上，通过震击器向下震击传递钻压，推动钻头前进，提高滑动钻进速度。

二、应用范围及应用实例

2010年，EPC区块10口井应用了该优快钻井技术，除其中1口井因动力钻具实际造斜率达不到设计造斜率，起钻更换钻具外，其他9口井从造斜点至完钻，均一趟钻完钻，总进尺5738.60 m，平均钻速由应用优快钻井技术前的3.50 m/h提高至10.16 m/h，钻井提速效果显著。

以E-1071 H井为例，介绍现场应用情况。E-1071 H井的设计井身结构如图2所示。

图2 E-1071H井井身结构设计

该井采用“直-增-稳”三段制井身剖面。该井三开钻完直导眼后填井侧钻，为了不影响E-LINK-MWD仪器的正常工作，侧钻点选在井深288.00 m处，距离二开套管底部18 m。

E-1071井所采用的钻具组合为：ϕ152.4mm PDC钻头×0.24m＋ϕ120.0mm 1.75°单弯螺杆×6.30m＋331×310回压凡尔×0.61m＋120.0mm无磁钻铤×9.05m＋120.0mm无磁悬挂短节×1.45m＋ϕ88.9mm斜坡钻杆×422.40m＋ϕ88.9mm 加重钻杆×19.00m＋ϕ120.0mm震击器×9.29m＋ϕ88.9mm 加重钻杆×260.00 m＋ϕ88.9mm钻杆。

可以看出，应用优快钻井技术前，从侧钻点至水平段完钻，平均需要4趟钻，应用后仅用1趟，平均钻速从3.68 m/h提高至12.84 m/h。以国际市场钻井成本1 500美元/h计算，应用优快钻井技术后，每米钻井成本节约289美元。可见，应用优快钻井技术大大减少了施工环节，避免了起钻过程中发生的很多井下复杂情况，缩短了钻井周期，提高了钻井时效，降低了钻井成本。

三、资料来源

许孝顺.2011.墨西哥EPC区块优快钻井技术.石油钻探技术，39（5）