logo
专注油气领域
与独立思考者同行

钻井方法优化 水平段长度创新高

钻井方法优化 水平段长度创新高

随着油气开采水平段长度的增加,作业难度显著提高!

编译 | 惊蛰

钻井团队一直致力于增加Marcellus页岩水平井的水平段长度。为了能够钻出超过18000英尺的水平段,并顺利下入套管,亟需改进作业方法。在为期12个月的改进与提升过程中,作业团队钻了34口水平井,每口井的水平段长度都超过了12000英尺,是Marcellus油田首批超过该长度的水平井。

在开发Marcellus油田以往作业中,该团队钻了数百口水平井,水平段长度从1500至11000英尺不等,平均长度为3950英尺。2016年年底,业内重心转向了利用大位移水平井。这一规划上的改变,数十口井的水平段长度超过了12000英尺。因此,自2017年开始,在新增的200口井中,水平段平均长度增加到了9450英尺。

在最初几年的Marcellus水平井钻井作业中,使用的工具与方法可有效钻出4000英尺以下的水平段。常规作业包括使用5000 psi循环系统的钻机、弯外壳马达的定向工具、水基聚合物钻井液以及标准钻井程序。在后续的评估过程中,该团队关注的重点是每英尺水平段的钻进成本。提高性能以及保持稳定的整体钻井成本,有助于降低每英尺水平段的钻进成本。

作业团队先前重点研究了较短的水平段,并利用超级单臂钻机获得了成功,得益于这类钻机的多功能性与高效的设计。为了应对开发挑战,钻井队进行更新换代,采用了高性能的钻机,这些钻机都具有更强的水平井钻进能力。

2016年春,第一口14000英尺的水平段被提上了作业议程,准备在年底开钻。因此,需要升级钻机,以满足即将到来的更长水平段。钻机与设备的尺寸成为钻井队的另一个重要考虑因素,所选的高级钻机必须适用于这些现场。

在找到合适的候选方案以应对钻井设计的变更后,2016年秋季,又增加了一台新钻机,其特点如下:1,1500马力的绞车;2,2000马力的泥浆泵(4.5寸缸套下,最高额定泵压为7500psi);,顶驱的最大钩载可达500吨;4,1365千瓦的发电机;5,5寸外径钻杆; 6,井架可承重75万磅,可排立21500英尺的钻杆。

当水平段平均长度达到6000英尺时,有效滑动钻进并保持稳定的工具面变得尤为困难,井队通常使用振动工具(最初为钟摆工具)。然而,当水平段长度超过7000英尺时,则需要一种不同类型的振动工具,该工具名为水力振荡器。这是一个安装在底部钻具组合上的井下工具,当流体被泵入工具时,通过轴向移动钻具,提高了滑动钻进的效率。振荡器使每次滑动与旋转变得更为有效,特别是与地面振动工具配合使用时。

然而在2016年底,钻井计划将水平段长度增加至10000英尺甚至更高时,该团队对目前使用的定向工具进行了评估,确定需要旋转导向工具才能成功钻出这种长度的水平段。旋转导向工具可在钻柱旋转时提供导向,从而无需弯外壳与滑动钻进。在整个钻进过程中,管柱的完全旋转可降低钻杆与井眼间的摩擦。旋转导向又可以避免使用振动工具,消除了相关技术带来的额外风险。旋转导向工具在较小的靶点窗口内,也具有精确的定向导向能力。而且,更良好的井眼清洁状况,可提高机械钻速与井壁稳定性。

2015年之前,水基聚合物钻井液广泛用于10000英尺以下的水平段钻进作业。该体系采用高氯基钻井液,改善了钻进Marcellus页岩时钻井液的抑制性。而且,它还具有有效的流变性,可改善井眼清洁状况,并增加了添加剂以提高钻井液的润滑性。该体系能够有效应用于较短的水平段,但钻井队在早期的钻进开发项目中,遇到了几次井壁失稳的情况。从中吸取的主要经验教训表明,需要减少钻井液漏失,增加钻井液比重。

油基钻井液具有改善页岩抑制性与润滑性的特点。当与旋转导向工具配合使用时,可缩短清洁井眼与井筒的时间,从而在钻进水平段时,获得更大的成功。

2016年底,之所以能够在1万至1.8万英尺的水平段钻进作业中取得成功,归功于升级后的钻机,功率与额定作业压力都得到了提高,再加上旋转导向工具与油基钻井液的使用。而且,井壁稳定性也得到了显著提高。

得益于上述技术的进步,水平段进尺每天都在上涨。从2017年初至撰写本文时,已有三十多天(24小时报告时间)的水平段进尺超过5000英尺,甚至有两天的进尺超过了6000英尺。这段时间的平均水平段进尺为3400英尺,已经接近了2015年的最高日进尺记录。

在下套管前,必须考虑增加的摩擦阻力。将下套管所受阻力进行建模分析,若是达到极限值,即套管无法下入至井底,则可以利用漂浮接箍来将套管下入至指定深度,且无需修改太多作业计划。

漂浮接箍可以策略性地置于套管柱中,以帮助套管漂浮至井底。在单钻井液体系中,漂浮接箍下方的套管都是空的(充满空气),漂浮接箍上方的套管内注满钻井液,以帮助转移载荷。在水平段内,套管内空气与井筒内钻井液的密度差,会对套管产生浮力作用,有助于将套管漂浮至井底。

根据所用漂浮接箍的类型,套管在预定的深度着陆后,打开或破碎漂浮接箍,使套管的下部充满钻井液。然后,持续循环钻井液,将井底空气循环至井口,以可控的方式将空气排出。之后,套管内全部充满钻井液,在注水泥固井作业前,继续循环钻井液,以改善井况。

随着水平段长度的增加,井眼清洁作业与参数也发生了变化。较短的水平段无需太过关注井眼清洁的相关作业,通常是重复标准化程序。随着水平段长度的不断增加,出现了诸多井筒问题。深入调查后确定,在钻井作业中,需要提高包括排量、转速在内的钻进参数。钻至完钻井深后,循环次数也会增加,以维持特定的参数。

除了清洁井眼的循环参数外,还需多关注起下钻作业。为了更快的下入套管、注水泥封固井筒,水平段较短的井侧重于快速起下钻的标准作业程序。随着水平段越来越长,当达到某个长度时,将会很难从井底起出钻具,因为所需的钩载已超过了钻井承包商的过提权限。在这些情况下,建议采用倒划眼的方法将钻具提离井底。头两口水平段超过15000英尺的水平井,当钻至完钻井深后,都是采用倒划眼方法起出钻具。

这两口井中存在井眼缩径,当起钻至该位置时,需要倒划眼才能继续起出钻具。在第三口超过15000英尺的水平段中,发生了卡钻,导致底部钻具组合落入井中。调查发现,事故发生时,起钻速度超过了推荐值,倒划眼起出钻具。即使倒划眼方法可将钻具起出井筒,但在如此之快的起钻速度下,钻具会被拉入岩屑床,最终导致粘卡。目前已实施了新的倒划眼标准,以限制倒划眼时的起钻速度。

For English, Please click here (展开/收缩)

未经允许,不得转载本站任何文章:

评论 1

  1. #1

    很专业啊

    匿名5个月前 (04-03)回复