超深井如何打出超水平

塔里木油田钻井提速调查

  【编者按】随着油气资源品位劣质化程度的加深,勘探开发对象向复杂类型、深层+超深层、非常规油气藏转变。大力发展深层+超深层、复杂结构井钻井技术,实现钻井提速、提效,是实现油气效益开发的重要保障。那么,深井、超深井钻完井技术发展如何?难点在哪里?今日起推出“深井复杂井提速”系列报道,敬请关注。

塔里木油田历年井深、钻速、钻井时效变化示意图

刘佳杰/制图

  截至12月5日,平均井深7785米的塔里木克深9区块,有3口井成功投产,日均生产天然气240万立方米,成为目前我国陆上投入生产埋藏最深的大型砂岩气藏。

  10年前,塔里木山前打第一口7000米井,用了两年时间。

  10年后,塔里木山前钻一口同类型的克深132井,仅用108天,比计划提前64天,打出了山前钻井的超水平。

  从两年到108天,加快了塔里木盆地油气勘探节奏,给塔里木建设3000万吨大油气田增添了新马力。在以“三高”著称的超深复杂构造区域,何以提速?提速的活力从何而来?记者走进库车、塔北和塔中,对钻探提速进行调查。

  提速之难,难在哪里

  从1988年11月开始,轮南2井钻成塔里木第一口含油深井,深度5221米。此后,6000米、7000米、8038米……入钻地层的深度不断被刷新。

  近几年,塔里木油田库车、塔北和塔中的天然气及碳酸盐岩等区域不断获重大发现,井深均超过7000米。随着常规油气资源开采不断深入,塔里木深层油气成为重点关注的目标。

  深层开发,大势所趋。塔里木油区是深层勘探开发的代表。富源1井以7711.65米创下碳酸盐岩在这一深度获得高产油气流纪录,实现哈拉哈塘东西连片含油,有利区域进一步扩大。2015年7月14日,井深8038米的克深902井在未进行储层改造的情况下,在目的层位用5毫米油嘴测试求产,获日产天然气30万立方米,成为迄今我国陆上试获工业油气流最深的一口井。

  8000米,再次打破了“6000米埋深储层死亡线”的传统认识。深层这个过去勘探开发的“冷区”已然成为“热区”,成为油气开发新的增长点。但是提速之难,让产量“变现”放缓了脚步。

  施工周期长——在塔里木盆地钻井,除地面环境恶劣、地下条件十分复杂外,套管磨损严重,钻探一口井时间长则一年多,极大限制了产能建设的时效性与新井产量的到位率。

  可钻性差——坚硬的巨厚砾石层、强研磨性地层、难以控制的高压盐水层,加之高温、高压,都是难啃的硬骨头。

  近两年,塔里木盆地深井、超深井钻探的提质提效,推动了塔里木油田阔步跨入全国大油气田行列,而且成为深部地层勘探的代表。

  提速之路,取道何处

  塔里木油田认识到,要实现深井、超深井钻探的提质提效,也要坚持创新发展理念,把创新摆在油田发展全局的核心位置,加强工程技术攻关。

  管理机制,激发活力。塔里木油田不断破解地质构造复杂和钻井施工难、慢、险等难题,深入进行“区域专打”“井型专打”“专层专打”等钻井EPC总承包新模式的探索,推进管理创新、技术创新,实现提产、提速双实现。

  塔里木油田坚持市场化发展方向,统筹利用内外部两个市场两种资源,深化甲乙方战略合作,规范市场管理,健全市场机制,激发市场活力,建立统一、规范、开放、包容的市场,开展“对标提速提效”劳动竞赛,使市场在资源配置中起到决定性作用。

  技高一筹,打破禁锢。面对塔里木盆地地质条件复杂多样、油气田超深、高压、高温等实际情况,塔里木油田以国家科技重大专项及集团公司现场试验项目重大科技专项为载体,突出工程技术现场试验和新技术推广应用,吸收利用实用技术,进一步夯实塔里木油气稳健发展的资源基础。

  塔里木油田形成旋转地质导向技术、国产尾管悬挂器、PDC钻头及涡轮+孕镶钻头等技术系列,广泛应用于深层油气开发,力争7000米以浅的井钻井周期控制在180天以内。

  生产提效,稳中求进。塔里木油田加快井位部署、计划下达、队伍招标和合同签订,并采用提前环评、提前征地、提前招标、提前设计等形式,促进钻前生产效率比原来提高2/3,一举扭转钻井周期慢的被动局面。

  提速提效,底气何来

  塔里木油田“十三五”发展规划,重点突出稳油增气。增气增在深部气藏,也就是以库车山前300亿立方米大气区为主攻带。在这个目标中,7000米的深井层位成为主力区。

  按目前年产量计算,实现3000万吨大油气田目标,油气产量当量每年要净增100万吨。压力面前,塔里木石油人把目光瞄准钻井提质提效。

  超深井提速向信息化、集成化、自动化闭环钻井技术3个方向发展。深化复杂地质条件下,深井、超深井钻井技术,开发具有更深钻探能力、更高自动化程度、更符合HSE要求的钻机、井下工具及实时测量工具。

  塔里木以破解库车山前超深井巨厚砾石层、高压盐水层、强研磨性地层和台盆区碳酸盐岩钻井技术难题为重点,大力实施钻井提速攻关,每年的钻井周期整体以10%的速度持续缩短。

  在超深复杂缝洞型碳酸盐岩油藏的富源区块,塔里木油田紧抓“一井一策,一段一法”,通过扭力冲击器、高寿命螺杆钻具等成熟技术的集成应用,周期同比缩短50%,打开了富源区块效益勘探的新局面。

  塔里木开展个性化设计和改进钻头,形成不同井段、不同岩性段的“金刚钻”,成就“一趟钻”。随着360度可旋转等新型钻头的引进、涡轮+孕镶钻头提速试验及高研磨性地层PDC钻头的研发,在钻井周期最长的克深北部,单支钻头目的层平均进尺104米,同比常规单支钻头进尺提高118%,不断扩大库车天然气增储上产的规模。

  在地质最复杂的克深8区块,塔里木部署的17口井依托提速工程,钻井年均提速15%以上,平均钻完井周期由400多天降为200天。

  专家视点

 大力发展深层钻井技术,寻找深部气藏大场面

贾应林(塔里木油田勘探事业部副经理兼安全总监)

 塔里木油田作为西气东输的主力气田,肩负着保障人民健康生活的重任。然而,随着勘探不断深入和发展,塔里木油田埋深6500米气藏的勘探开发已经常态化,7500米气藏的勘探开发正处于攻坚期,8000米以上气藏的勘探工作正在展开。其中,克深902井钻探深度达8038米,并试获油气流。目前,库车山前已部署的克深21井气藏埋深8220米,博孜9井气藏埋深8230米。勘探开发深层、超深层油气资源对我国的石油装备、钻井工艺、完井工艺等方面提出了更加严峻的挑战。因此,大力发展深层、超深层钻井技术是保证我国油气产量持续增长的突破口。

  塔里木油田紧紧围绕制约提高深层、超深层钻井成功率和缩短建井周期的难题,依托油田“两新两高”工作方针,持续开展地质工程一体化研究,强化技术攻关和现场试验,形成了不同地层不同井段的提速模式,在推进深层钻机及配套设备能力、防斜打直、深层高效破岩、井下复杂预防与控制等方面取得成效。

  面对深层、超深层钻井,目前我们仍需解决重重困难。一是“三高”(高温、高压、高含酸)或者“三超”(超深、超高压、超高温)环境在深层、超深层井中更为突出,风险级别呈指数级增长,导致钻井复杂事故多、施工周期长、区域探井因地质资料有限、预测手段缺乏,经常钻遇复杂地层,钻井成功率不高,严重制约了油气资源评价进程。

  二是投资大,打一米进尺的成本较高,影响和制约了深层、超深层油气资源的经济可采价值。资料显示,深井最后10%至20%的进尺花费要占全井费用的35%以上。尽管我国已经具备8000米超深层钻探的能力和经验,但随着油气勘探开发不断走向深层、超深层,需要克服的钻井瓶颈将会更多。比如,深层、超深层井的高温、高压环境对机械设备、电子器械和化学材料的要求极高;强硬研磨性地层对高效破岩技术的制约;井下复杂地质条件对安全作业的制约等。

  大力发展深层、超深层钻井技术,矢志不渝寻找深部气藏大场面。中国石油积极统筹规划深层、超深层钻井技术攻关,总结已有成果,集成成熟技术,联合开展深层勘探技术攻关。同时,积极引进新技术、新工艺,并对先进技术进行消化、吸收和转化。塔里木油田联合中国石油休斯敦研发中心积极开展现场试验,由传统的经验钻井全面向科学钻井转变,并从科研和实践中吸收宝贵的成果,以达到促进我国深层、超深层油气资源高效勘探开发利用的目的。

  未来,随着新型连续运动钻机技术、高效破岩技术、优质流体技术、井下信息宽带传输技术、抗高温传感器技术、新材料技术等不断取得突破,未来深井钻井技术将向信息化、自动化、高效化、安全化方向发展,钻井深度将不断向深层发展,钻井效率会大幅提升,钻井周期可望大幅缩短,钻井安全会得到更大保障。(刘德智整理)

  延伸阅读:

  近年来,塔里木油田持续强化钻井技术攻关,不断提升核心技术水平,科研成果转化率达到95%。

  ◆塔标II-B井身结构

  优化设计并成功应用塔标II-B井身结构,形成超深井新型井身结构设计技术,满足了高效勘探开发需求。

  ◆克拉苏深层大气区的发现与理论技术

  形成含盐前陆冲断带油气富集理论和复杂山地地震勘探、超深超高压高温钻完井及储层改造两项新技术,填补了塔里木山前含盐区块油气勘探理论空白。

  ◆垂直钻井+高效PDC钻头技术优化

  优化垂直钻井+高效PDC钻头等系列配套技术,破解了巨厚砾石层钻井等难题,钻井速度大幅度提高。

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