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　　VertiTrak垂直钻井技术在高陡构造天东004-X3井的应用.pdf

　　钻 采 工 艺 2010年 11月 · 36 · DRILUNG ＆PR0DUC11ON TECHNOLOGY Nov．2010 VertiTrak垂直钻井技术在高陡构造 天东004一X3井的应用 刘文忠 ，易炳刚 ，范 宇 ，濮 强 ，肖金裕 (1西南油气田分公司2川庆钻探工程公司川东钻探公司) 刘文忠等．VertiTrak垂直钻井技术在高陡构造天东004一X3井的应用．钻采工艺，2010，33(6)：36—39 摘 要：天东004一x3井属川东地 区山前典型高陡构造 井，地袁实测地层倾角高达 8O度 ，相邻沙坪场构造 井，在采取8～12kN钻压吊打情况下，井斜仍达到了6．3。～l0．3。，且平均机械钻速仅 1．15m／h。天东0O4一x3井 在采用美国贝克休斯的VertiTrak垂直钻井技术后，取得了平均机械钻速 3．63m／h、全试验井段井斜角控制在 1。以 内的“防斜与提速”双重效果。文中重点介绍垂直钻井系统在天东004一X3井的应用情况，并对比分析所取得的综 合经济效果和应用前景。 关键词：VTK垂直钻井技术；高陡构造；应用；井斜控制 中图分类号：TE249 文献标识码：A DOI：10．3969／j．issn．1006—768X．2010．06．000 在川东地区的钻井 中，如何有效实现高陡地层 TRAK(闭环旋转导向系统)、高性能X—TREME马 的防斜打快，一直是一个普遍存在、亟待解决的技术 达、可靠的MWD三种技术开发出来的一种闭环 自 难题。目前大多采用了牺牲钻压，以降低机械钻速 动垂直钻井系统 (图 1)。其工作模式有两种：钻进 为代价，但获得的控斜效果仍然很差，如沙坪场构造 工作模式 (滑动钻井模式)，有 1个或 2个肋板在液 井，其地层倾角5O。～80。，在采取8～12kN钻压 吊 压的作用下伸出；划眼工作模式(复合钻进模式)：3 打措施下，井斜仍达到了6．3。～10．3。，且平均机械 个肋板全部收回。两种工作模式可以很方便地通过 钻速仅为 1．15m／h，且给后续钻完井带来 了诸多事 开、停泵后的排量控制来进行设定。钻进时当MWD 故复杂并造成极大损失。这些因素严重制约了川东 检测到有井斜趋势时，即可启动液压部件，通过 1— 地区高陡构造的安全快速钻井，为此，西南油气田公 2个肋板 向井壁施加的反 向作用力实现纠斜 ，同时 司与川庆钻探工程有限公司在2010年3月的 《川东 MWD实时传送井斜角数据到地面系统以便跟踪和 地区大斜度水平井钻井研讨会》上，联合确定了引 监测。当井眼完全垂直时，三个肋板全部收回，将钻 进垂直钻井系统在川东地 区选井进行试验，重庆气 头始终保持居中，使井眼按垂直方向钻进 ，这一过程 矿根据会议要求精选 了属高陡构造高倾角的天东 自动完成，不需要人为干预，其最大降斜能力可以达 004一X3井，开展VertiTrak垂直钻井系统试验 (简 到 1．5。／30m，也可通过选择欠尺寸扶正器安装在 称VTK工具)，取得平均机械钻速 3．63m／h、全试 钻具组合 中不同位置，预置降斜率的大小(1．5。一 验井段井斜角控制在 1。以内的 “防斜与提速”双重 0．8。)／30m，在钻进时通过调整钻压、排量等技术 效果，为钻完井及固井质量的提高创造好的条件。 参数也可以对降斜率做适当的微调。 一 、 VTK垂直钻井技术防斜打直 肋板 的基本原理 墨 I 壹丝熊呈垄 l VertiTrak垂直钻井系统主要 由MWD系统、高 图1 VertiTrak垂直钻井工具示意图 性能马达以及肋板三部分组成 ，它综合了AUTO 收稿 日期 ：2010—09—02 作者简介：刘文忠(1963一)高级工程师，硕士，1990年毕业于西南石油学院油气井工程专业，长期从事钻井与科研管理工作，现任西南 油气母分公司重庆气矿副总工程师。地址 ：(400021)重庆市江北区南桥寺龙山路542号西南油气田分公司重庆气矿，电线E — mail：liuwenzhong@ petrochina．com．cn 第 33卷 第 6期 钻 采 工 艺 Vo1．33 No．6 DRILLING＆PRODUCTIONTECHNOLOGY ·37 · i VTK垂直钻井系统人井钻具组合 ：0311．2mm 一 、 VTK垂直钻井技术在天东 HA537G+VTK工具 +0240mm单 向阀+0240mm 004一X3应用情况 滤网短节 +0305mm扶正器 +0228．6mm减震器 + 天东 004一X3是 四川盆地大天池气 田龙 门区 0228．6mm钻铤 +0202．3mm钻铤 +0202．3mm 随 块的一 口开发井 ，地处重庆梁平县明达镇长久村镇 钻震击器 +0177．8mm钻铤 +0127mm加重钻杆 + 5组 ，井 口附近测得地层产状及倾角为 135。／80。， 0127mm钻杆。主要钻井参数 ：钻压 200～250kN， 地表出露为侏罗系统沙溪庙组地层 ，属典型的山前 转速 30r／min(复合钻进模式)，泵压 12～18MPa， 高陡构造 ，地层极易发生井斜 、垮塌和井漏。该井于 排量 45～48L／s。第 1趟钻在 446．61m处将井斜 2010年 7月 18日用 0444．5mm钻头开钻 ，采取 吊 降为 0．98。，后续钻井过程中井斜均控制在 1。内，前 打的方式钻进 (钻压不超过 12kN)至井深 400m一 5趟钻井液密度 1．15～1．25g／cm ，平均机械钻速 开完钻 ，在井深 116．57m、235．6m、351．51TI测得井 5．3m／h。在进入珍珠冲后 由于井壁有轻微掉块 出 斜分别为 1．4。、2．7。、3．0。。根据设计从二开开始于 现，及时将钻井液密度 1．30g／em 提高至 1．36g／ 8月 3Et实施垂直钻井技术试验 ，按设计打完珍珠 cm恢复正常，提密度后3趟机械钻速降至2．1m／ 冲后于 8月 27日结束垂直钻井技术试验 。垂直钻 h。该井平均机械钻速3．63m／h。其 中，同比400～ 井作业井段415～1672．66m，累计进尺 1257．66m， 415ITI、1440．38～1442．78In常规钻具方式钻进 ，机 共 8趟起下钻，累计作业时间559．5h，其 中纯钻时 械钻速分别提高了4．32倍和2．79倍 。并保持井斜 间343．5h，占作业时间的61．4％，主要原因为该井 在 1。以内，垂直钻进井段统计对 比情况见表 1。 设备较旧，维修时间较多，辅助时间占13．5％。 表 1 垂直钻进井段统计对 比情况表 钻进 开始井段 结束井段 地层 进尺 机械钻速 钻井参数 井斜 方式 钻压 转速 泵压 排量 ／(。) ／m ／m ／m ／m ·h ／kN ／r．min～ ／MPa ／L．s一 常规 400．00 415．0O 沙溪庙 l5．00 0．84 1O0 65 1O 45 2．5～2．7 415．0O 572．61 沙溪庙 157．61 6．15 200—250 螺杆 l1～12 46 2．5～0．2 572．61 767．48 194．87 5．57 2o0～250 螺杆 12～13 46 0．5～0．3 VTK 767．48 971．40 203．91 5．10 2O0～25O 螺杆 13～14 46 O．5～0．2 珍珠冲 235 971．40 1207．29 ． 89 4．81 200～250 螺杆 14～15 46 O．3～O．2 1207．29 1440．38 233．09 4．95 20O～250 螺杆 15～16 46 0．6～O．2 常规 1440．38 1442．78 珍珠冲 2．40 1．30 250 60 17 46 0．5～0．4 1442．78 1533．35 珍珠冲 90 ． 57 2．06 200～250 螺杆 16～17 46 0．5～O．3 VTK 1533．35 1615．7 82．35 1．61 200～250 螺杆 l6～18 46 0．5～0．2 1615．7O l672．66 须家河 56．96 1．07 200～250 螺杆 16～l8 46 0．3～0．1 大分子主聚物 ，以增强体系的包被 、絮凝 、防塌能力。 三、VTK垂直钻井技术试验中的 加入沥青类处理剂，利用其变形和胶结特性，提高体 配套保障技术 系的封堵和胶结能力，实现封堵泥页岩等易塌地层 1．高陡构造高倾角防塌技术 中微裂缝、胶结破碎岩石的目的，达到减少体系中滤 为了更好地抑制井壁应力和水化膨胀垮塌 ，该 液渗透入地层中、提高易塌地层坍塌压力的目的，从 井在使用 VTK垂直钻井技术井段使用 了强包被 、强 而提高体系防止应力垮塌的能力。 封堵、强抑制、超低渗透钾钙沥青质聚合物钻井液， 2．防MWD仪器堵塞技术措施 并对流变性做了特殊要求。该体系钻井液通过引入 由于 MWD系统 由重力传感器 、控制 电路、涡轮 K 、ca 等无机阳离子，提高体系滤液矿化度和抑 发电机、脉冲发生器等组成，要求保持钻井液清洁， 制能力，增强体系抗黏土水化分散的能力。加入降 预防堵塞仪器。因此，该井下钻前，一是对有钻具、 滤失剂，降低钻井液滤失量，减少钻井液由于压差作 接头水眼进行了检查清洗，二是安装钻杆滤子。每 用而导致的大量滤液进入易塌地层 ，引起黏土矿物 次接单根 ，记得取 、放钻杆滤子 ，并及时清洁。遇到 水化膨胀 、分散 、剥落等 ，减少井塌的可能性。加入 井漏需要添加堵漏材料时，需视漏速大小及时与贝 钻 采 工 艺 2010年 11月 · 38 · DRILⅡNG ＆ PRODUCT10NTECHNOLOGY N0v．2010 克现场工程师协商后添加。必要时，将 VTK起 出地 但均保证了正常的起下钻，确保VTK垂直钻井技术 面，下光钻杆堵漏 。 试验成功和工具安全 。 3．防VTK工具托压技术措施 四、VTK垂直钻井技术应用的 由于 Ⅵ 垂直钻进 时转盘不转动 ，是滑动钻 进。上返岩屑易在扶正器处堆积，造成钻压加不到 经济技术效果评估 钻头上的现象，这不仅影响钻速，也给井下的判断带 天东004一X3井首次引进垂直钻井技术进行 来难度。为此 ，在钻进过程 中，如地层无明显变化 ， 试验，取得了较好的防斜打快的效果，选取与同均属 钻头不在使用后期，发现钻时变慢，可判断为托压。 于大天池气 田、相邻的沙坪场高陡构造、地表倾角在 此时可采取上下活动钻具，加大排量或转换为复合 5O。～80。的天东80井、天东8l井、天东82井、天东 钻进模式。在天东004一X3井垂直钻井技术试验 87井及天东 88井进行对比分析。见表2。 中，托压现象在每钻进 2—3根单根偶尔会出现，转 1．大幅度提高机械钻速 为复合钻进模式后立即就解除、钻速明显提高。 天东004一X3井在沙溪庙 一珍珠冲井段使用 4．及时调整密度加大排量确保井下工具安全 VTK垂直钻井后，总进尺 1257．66m，纯钻 346．5h， 自流井组是川东地区上部极易垮塌地层，主要 取得 了平均机械钻速 3．63m／h，行程钻速49．08m／ 分为大安寨、马鞍山、东岳庙、珍珠冲。尤其是东岳 d。而沙坪场高陡构造的天东80井等5口在此井段 庙、珍珠冲段最易垮塌，东岳庙段以灰黑色页岩为 平均机械钻速只有 1．15m／h，行程钻速只有 19．O6 主，夹薄层灰岩及灰质砂岩；珍珠冲段岩性为浅灰带 m／d，最高的天东81井机械钻速也只有 2．05m／h， 绿色、深灰带绿色粉砂质泥岩及泥质粉砂岩为主，夹 行程钻速只有 33．77m／d(见表 3)，对 比得出，其机 杂色泥岩及灰 白色、灰绿色粉砂岩。为了更好的防 械钻速提高了 1．75—4．56倍，平均机械钻速提高 止井下出现垮塌，在揭开该地层之前，及时采取调整 2．1倍；行程钻速提高了1．45～3．6倍，以此进行计 密度、加大排量以及高黏携砂等措施，虽该井井壁在 算可节约钻井周期 14～97d，平均节约钻井周期 应力失稳期内，出现了一些小的掉块和憋转盘现象， 53．6 d。 表2 机械钻速与行程钻速对 比表 井号 层位 地层倾角 井段 进尺 纯钻时间 钻井周期 机械钻速 行程钻速 ／(。) ／m ／m ／h ／d ／m．h一 ／m．d一’ 天东OO4一X3井 8O 415～1672．66 1227 340．5 25 3．60 49．08 天东 81井 沙 溪 73 300—1617 l3l7 640．6 39 2．O5 33．77 天东80井 庙 80 260～1452 l192 721．4 45 1．65 26．49 天东82井 珍～ 50 l94～2050 l856 1366 ． 2 78 1．35 23．79 天东87井 珠 73 237～1860 1623 l877 冲 ． 5 l22 O．86 13．30 天东88井 80 292～1794 1502 1896．9 109 0．79 13．77 表 3 高陡构造井沙溪庙 ～珍珠冲井段井斜统计对比 天东004一X3井在使用VTK垂直钻井技术之 井号 井段 地表倾角 最大井斜 同比节约 前，井斜角一度在井深 351．5m逐渐增大至 3。，而 ／m ／(。) ／(。) 进尺 ／m 在使用垂直钻进 的415～1672．66井段，其井斜角 天东OO4 415～ 8O 0 降低到 1。以内，且得到了有效控制 (图2)。而相邻 ． 6 — 一 X3 1672．66 构造沙坪场高陡构造 的天东80井等 5口，在采用低 天东8l 300～1617 73 8．5 8 压 吊打的情况下，井斜仍然较大，最大井斜天东82 天东8O 26o一1452 80 8．5 12 井达到了 10．3。，最小井斜天东87井也有 6．3。(表 天东 82 194—2050 50 10．3 14 4)。以此井斜进行测算，天东004一X3井可节约钻 天东 87 237～1860 73 6．3 9 井进尺 8～14m。 天东 88 292～1794 80 8．9 11 3．提高井身质量为钻完并创造条件 2．不仅井斜得到有效控制 ，而且也起到 了减少钻井 虽然减少井斜 、提高井身轨迹质量 ，对后续的钻 进尺的作用 完井控制、甚至减少事故复杂没有直接的因果关系， 第 33卷 第 6期 钻 采 工 艺 V01．33 No．6 DRILLING＆PRODUCTIONTECHNOLOGY ·39 · 但有一点是可以肯定的，它将为后续钻完井创造了 五、结论及建议 较好的条件 ，也对事故复杂的减少起到了不可忽视 的作用 。这里仅 以天东004一X3使用 VTK垂直钻 (1)在川东地 区高 陡构造 的高倾 角井 ，使用 井技术的井段与邻构造沙坪场 的天东80井等 5口 VTK垂直钻井技术 ，能有效地实现防斜打快 ，取得 井同井段 (表4)比较 ，天东80井等 5口均出现了复 “防斜与提速 ”双重效果 ，其综合经济效果突出，在 杂情况，而天东004一X3在使用VTK垂直钻井技术 高陡构造的高倾角井具有很大推广应用价值，也能 的井段未造成遇阻划眼复杂损失。 给后续钻井创造较好井身质量。 (2)该井采用的钾钙沥青质聚合物防塌钻井液 体系 ；及时调整密度 、加大排量以及高黏携砂措施 以 嘏 及防VTK工具托压措施等确保 了井下安全，达到 碡 VTK垂直钻井技术试验不卡钻 、不埋试验工具 的 目的。 井深／m 图2 天东004-X3井常规方式钻进与、rn(垂直钻进井斜对比 表4 与邻构造高倾角井复杂情况统计对比表 井号 层位 井段 钻井液 最高钻井液密度 复杂损失时间 复杂时率 ／m 类型 ／g·cm一 ／h 天东 004一X3井 4l5～1672．66 钾钙沥青质 1．36 0 0％ 天东81 沙 溪 300～1617 聚合物 1．32 104．11 12．10％ 天东80井 庙 260～1470 钾钙沥青质 1．70 189．09 15．15％ 天东82井 珍～ 194—2o50 钾钙沥青质 1 ． 6O 1OO．96 5．39％ 天东87井 珠 237～l860 钾钙沥青质 1 冲 ． 75 428．58 14．63％ 天东88井 292～1794 钾钙沥青质 1．64 9．38 0．35％ (3)恰当的钻头选型和正确判断钻头磨损情 应用 [J]．石油钻探技术，2007，35(3)：30—32． 况，对充分发挥垂直钻井技术的提速效果非常重要 。 [2] 杨春旭，韩来聚，步玉环 ，等．现代垂直钻井技术的新 不仅有利于提高机械钻速 ，也可以延长钻头钻进时 发展及发展方向[J]．石油钻探技术 ，2007，35(1)：16 — 19． 间，减少起下钻 ，提高钻井时效。本井前三只钻头 因 [3] 张绍槐．深井、超深井和复杂井结构井垂直钻井技术 担心钻头严重磨损后牙轮掉井，均未使用到位，取出 [J]．石油钻采技术，2005，33(5)：11—15． 来的新度均有 70％，从后续使用 HAT537G钻头在 [4] 王希勇，熊继有．JII东北钻井新工艺应用与效果 [J]． 自流井以及须家河顶部钻进情况看 ，钻头使用时间 钻采工艺，2008，31(1)：125—128． 在45h以上 ，起 出钻头效果非常理想 ，该井若前 3 [5]刘 以明，蔡文军 ，王平，等．PowerV和机械式随钻测斜 只钻头均使用到位，还会进一步提高提速效果。 仪在黑池 1井 的应用 [J]．石油钻探技术，2006，34 (4)建议应用VTK垂直钻井技术时，考虑使用 (1)：71—73． 顶驱，可以节约接单跟和转换钻井模式时间，另外在 [6]刘磊，刘志坤，高晓荣．垂直钻井系统在塔里木油 田应 钻井设备的配套安排上 ，应尽考虑设备状况较好的 用效果及对 比分析 [J]．西安石油大学学报 (自然科学 队伍 ，以利于充分发挥 VTK垂直钻井技术提速效 版)，2007，22(1)：79—81． [7]刘 以明，瞿建明，邓榜枢，等．PowerV垂直钻井技术在 果 ，减少组停时间。 黑池 1井的应用 [J]．南方油气 ，2005，18(2)：51—53． 参考文献 (编辑 ：黄晓川) [1] 丁红，陈杰 ，陈志学，等．垂直钻井技术在青探 1井的

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