超深井为何能再提速

塔里木油田降低事故复杂纪实

  2017年12月28日,库车山前又一口超深井大北1-1X井开钻。吕殿杰 摄

  截至1月5日,随着克深9区块的克深905井、克深907井一次投产成功,塔里木克深气田以2000万立方米的日产纪录向西气东输“鼓气”。克深905井通过创新实施排水降压井控工艺技术,较同区块钻遇高压盐水层的其他井平均损失周期缩短113天,盐层段作业事故复杂率降低52.2%,固井合格率达85.24%。

  事故复杂是吞没钻井效益的黑洞。目前,塔里木平均井深近6300米,最深气藏埋深超过8000米,井底温度高达190摄氏度、压力超过130兆帕,钻井生产面临高压、易喷、易漏等井控风险。降低事故复杂是缩短钻井周期,加快油气发现进程,提高效益的关键。

  源头植优

  由“打不成”到“打得成”

  优化工程设计,实现“优生优育”。塔里木油田将工程地质一体化贯穿工程设计全过程,形成“一区一策略、一井一分析”的精细设计思路,坚持“逆向思维、反向设计、正向施工”的工程设计理念,完善“超前组织、设计编制、严格内审、现场跟踪、后评估”设计质量闭环控制流程,确保油气井全生命周期安全。

  量身配“血型”,钻井更顺畅。针对库车山前盐层钻进中使用水基钻井液体系导致事故复杂、卡钻、侧钻事件多发,钻井周期和费用损失的难题,科研人员创新盐上以提速为核心,盐中、盐下降低事故复杂的攻关思路,开展包括密度钻井液在内的核心配套技术攻关,库车山前钻井也逐渐由“打不成”变成了“打得快、打得好”。2016年年底,塔里木完钻6000米以深超深井1003口,7000米以深超深井283口,完钻井最深达8038米,是国内深井、超深井完钻最多的油气田。与2015年同期相比,2016年库车山前井事故复杂时效下降47%,油田连续12年无井喷失控事故发生。

  “温柔”压井,预防“上吐下泻”。以往钻井施工方发现溢流苗头,为保证钻井安全一般采取“反推法”压井。这种方法虽然安全,但是对后期产量易造成不利影响。工程技术人员通过科学评估井控安全风险,改变以往“发现溢流即反推”的压井方式。在保证井控安全的基础上,采取节流循环的压井方式,减少压井液对储层的污染,为后期获得高产打好了基础。同时,在钻开油气层和进入目的层的关键环节,通过邻井对比,适当降低钻井液密度,既能避免井漏又能预防溢流,有效减少了储层污染。

  管理升级

  单打独斗变团队作战

  塔里木地层具有高压、高危和高含硫特征,钻井面临高压、易喷、易漏等井控风险。

  目标同向、风险共担。塔里木油田坚持“日费井当总包井打”的思路,创新日费制模式,实行“切块承包、分段考核”,设定井段目标周期,每提前一天奖励一天日费。同时,推行单井项目管理,把乙方的钻井周期与甲方的管理职责绑定,责任落实到人,做到各专业无缝衔接,提高钻井管理水平。塔里木针对克深8区块钻井难点,建立特定的提速激励办法,严格要求对照实施,全井周期由423天降到352天,提速16.8%,提速的同时实现降成本。

  乙方包钻井、甲方包服务。塔里木油田创新“两新两高”甲乙方体制,从过去的“管理就是服务”向“服务就是管理”转变,从成立会战指挥部、再到提速项目组,坚持把“服务型甲方”的职责延伸到井场,实现勘探开发由接力式向渗透式转变,以提升生产组织效率和科研技术含金量。

  因区制宜,区域专打。推行勘探项目管理,项目长进行公开招聘,钻完井选商方式由原来“单井招标或议标”转变为“单井招标、区块招投标、N+X总承包相结合”方式,强化责任分解与落实,提升钻完井时效。当“N+X”标准井项目N,在完井考核验收通过后,可优选承钻后续的X口井的钻井工程总承包。“N+X”模式将甲乙方绑成一个利益共享、风险共担的共同体。

  科技护航

  钻头穿越巨厚盐膏层

  库车山前主要目的层高含硫、高压、高温、埋藏深。在这里钻井,每天都在跟世界级难题打遭遇战,打每口井都需要跨过斜、深、漏、喷、塌、硬6道关口。

  库车山前地层深处盐膏层发育且盐层塑性强、地下揉皱变形强烈,盐层厚度毫无规律,加上盐层间有时出现高压盐水层,钻井犹如在一块厚海绵上打孔。在克深区块,巨厚盐膏层、超高压盐水层等世界级地质难题交织。克深井区巨厚盐膏层、高压盐水层发育,卡钻事故频发,井控风险系数高于国内其他区域。克深902井四开盐层钻进过程钻遇超高压盐水层,由于前期已对克深9区块超高压盐水分布和溢流规律做过充分的分析总结,克深902井准确预测高压盐水位置,在钻至高压盐水层前及时提高泥浆密度,在钻遇超高压盐水层后3天即解除溢流复杂恢复钻进;目的层全面使用进口PDC及涡轮+孕镶钻头提速顺利钻至完钻井深。

  随着井深不断加大,钻井提速、事故复杂预防的困难越来越大。大钻机配套、盐上地层防斜打快、PDC钻头优化设计、长裸眼大吨位套管下入、盐膏层超高密度窄压力窗口控压钻进、超高密度油基泥浆维护和堵漏、超深井小井眼安全钻进、“三超井”固井和克拉苏构造带盐下卡层等一系列技术不断创新、发展、成熟,为“打得快、打得深”提供了有力支撑。克深902井用时368天钻进至井深8038米,刷新了中国石油陆上钻井深度纪录。

塔里木油田历年机械钻速。刘佳杰/制图
  塔里木油田历年试油成功率。刘佳杰/制图

  延伸阅读

  何为盐顶卡层

  在塔里木打井难,在库车山前打井可谓难上加难,盐顶卡层是其中的难点之一。盐顶卡层是准确预判盐岩层顶部的位置(深度),以指导中完下套管等现场工程作业。

  库车山前克深区带,古近系库姆格列木群中下部均发育巨厚的膏盐岩层,与其上下的碎屑岩地层是两套截然不同的沉积体系。对于这套厚度变化大的蒸发岩地层,钻井过程中可能会引起井眼缩径、井漏及高压盐水层溢流等复杂问题。此外,盐岩层与上覆地层压力变化大,即安全泥浆压力窗口变化大。为减少工程事故复杂,当钻遇该膏盐岩层时,一方面要用套管封住上覆地层,另一方面需要使用价格昂贵的高密度油基钻井液或高饱和盐水钻井液取代常规的水基钻井液。因此,盐顶卡层在库车山前钻井中至关重要。卡得太浅,可能引起钻井液严重漏失,引起复杂事故。卡得过深,可能引起卡钻、落鱼,甚至井口报废等严重事故发生。

  盐顶卡层技术是地质研究人员在现场实践工作中总结出的一套实用方法,目前已比较成熟,其技术要点可以简单概括为两个方面:首先,保证优质完成盐顶卡层工作的前提来源于对该地区地质条件的认知,通过本地区单井、连井地层对比,井震联合层位标定,结合地层厚度、岩性组合等认识进行预测,做到心中有数。其次,密切关注工程参数变化,及时判断是否钻遇该套地层。 (王斌)

  技术创新实现效益钻井

  梁红军(塔里木库车油气开发部钻井科研主任工程师)

  库车山前是塔里木油气增储上产的主战场。这里主要存在盐上砾石层巨厚,盐膏层高压盐水钻遇率高,盐顶、盐底卡层风险大三道难关。

  博孜区块巨厚砾石层是第一道难关。塔里木油田通过采用孕镶钻头+偏心扶正器+高速涡轮+MWD组合工具提速技术、井身结构瘦身、试验非平面PDC钻头等方式,实现控投资降成本,钻井提速32.1%,成本降低37.8%。

  其次是高压盐水层。我们创新采取放水泄压的方式,最大限度避免提高钻井液密度后造成井漏复杂:油基钻井液条件下的高压盐水透镜体放水降压,当量密度降至可接受范围内,控压钻进(钻进过程中放水),恢复正常作业,较常规溢流—压井—井漏—溢流的恶性循环大幅降低了处理复杂的时间。

  再次,盐顶、盐底卡层风险大。塔里木油田坚持工程地质一体化,共同主导卡层施工,地质部门提供岩性组合的可能性,工程部门提出应对办法,将每一次卡层都当成一次攻坚战,同时借助元素录井等新技术,实现盐底卡层成功率90%以上。

  面对诸多的钻井技术难题,塔里木在钻井技术攻关过程中一直瞄准世界前沿。根据山前钻井多年积累的经验,对接国内外科研机构和院校,引进新型钻头和垂钻工具,优化钻井液配方材料和堵漏技术,优化井身结构,逐步配套形成7000米超深钻井技术系列,并正在探索8000米超深钻井技术系列,钻井周期从600多天下降到300天左右,事故复杂率也进一步下降,实现由“打不成到打得成、打得慢到打得快、打得好”的跨越,大幅降低了钻完井周期和钻井成本。

  在未来一段时期,钻井技术的攻关重点是开展全过程储层保护技术研究和超深井井筒完整性提升攻关,持续优化井身结构,完善承压堵漏技术,不断降低事故复杂率,推进钻井提质增效,降低建井成本,使钻井科技、质量、安全、效益始终处于领先水平。

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