ab超深井钻井技术状况

;胜利油田深井超深井钻井状况根据第二次全国油气资源评价，东部地区的渤海湾盆地，深部地层尚有53×104万吨石油资源，需要采用超深井进行勘探和开发，同时，对渤海湾滩海地区进行大位移井开发，实际上就变成打超深井。依据管理局99年工作部署，要牢牢抓住产量结构调整的机遇，全力强化油气勘探开发工作，为油气主业实现跨世纪的发展，积蓄后劲。勘探重中之重的地位不变，勘探领先的原则不变，勘探部署的总体原则是：深化济阳，加强滩海，开辟外围，油气并举，依靠科技，提高效益。加快深层油气勘探开发直接关系到胜利油田的持续稳定发展，为此，提高深井超深井钻井速度，降低钻井成本，取得良好的经济效益，是钻井系统面临紧迫而艰巨的任务。一、我国陆上深井超深井钻井的基本情况我国陆上深井超深井钻井的发展大致可分为三个阶段：1、第一（起步）阶段（1966—1975年）1966年7月28日，我国第一口深井大庆松基6井（完钻井深4719米）完成，标志我国钻井领域步入打深井阶段；1971年在胜利油田首次钻成我国第一口5000米以深的东风2号深井，井深5006米；之后，又相继在大港和江汉油田打成了3口超过5000米的深井，初步积累了钻深井的经验。2、第二（发展）阶段（1976—1985年）1976年4月30日，我国第一口超深井四川女基井（6011米）完成，标志着我国钻井工作进入超深井阶段。1976年至1985年完成了170口深井，其中，超过6000米的超深井10口，四川关基井井深达7175米，新疆固2井井深7002米，这是我国超深井的发展阶段。3、第三（规模应用）阶段（1986年至今）1986年3月，塔里木盆地开始大规模勘探开发，使我国深井超深井钻井进入规模应用阶段。这期间，全国共完成深井超深井800多口，其中，1998年塔里木完成的塔参1井，井深为米，是我国目前最深的井。90年代以来，我国的深井超深井钻井技术有了较快进步。塔里木轮南油田5000米左右的开发井一年可打4口；东河塘油田6200米左右开发井，一年可打2口；过去在复杂地质条件下不能打成的深探井已能打成，如在昆仑山的英吉莎构造，70年代打过3口探井全部工程报废，1996年完成的英科1井，井深达到6406米。水平井技术应用于超深井。1997年塔里木油田完成的解放128井，完钻斜深5750.39米，垂深5341.76米，水平段长258.04米，水平段长258.04米,是世界上垂深最深的水平井之一；1995年完成的塔里木水平1井，已累计产油120多万吨。水平井技术在超深井中的应用，效益显著，前景广阔。但是，复杂地质条件下的深探井，特别是新区（新层）的第一口深探井，钻井工作还存在许多问题。表1是复杂地质条件下新区第一口深探井的钻井情况。表1复杂地质条件下新区第一口深探井的钻井情况。地区井号井深(米)开钻完井日期建井周期(天)备注库车坳陷南喀1东秋5克参15314531461501987.9.15―1990.2.231993.2.4―1995.5.41993.11.17―1996.6.28889820961非生产时效65%复杂及事故11%复杂及事故9%塔西南柯深164811991.11.27—1994.9.241002复杂及事故16%坳陷英科164061994.4.1—1996.12.25999复杂及事故14%济阳坳陷郝科15807．811995.4.12—1997.6.6787复杂及事故20%从表1中可以看出，我国复杂地质条件下的深探井钻井现状，即周期长（均超过2年），复杂及事故多（时效超过10%），钻井费用高，井身质量和固井质量也还存在问题。4、塔里木深井钻井情况统计，见表2。表2塔里木深井钻井情况统计年份井数(口)平均钻周（d）平均建周(d)平均井深（m）钻头耗量(只)钻头进尺(m)平均钻速(m/h)9041193251.705408.3134.3157.683.819174116.24145.455143.2322233.784.979286102.38138.25055.118.8268.895.319354132.13169.045140.9219224.546.269433167.7199.534734.8229.1162.722.489527227.462485356.5138.7138.412.019630204.41226.725635.3336.2155.672.76二、国外情况美国同样是在复杂条件下的深探井，井深超过6000米，而建井周期均不超过2年，其中有2口井在一年内就完成了。表2是美国复杂地质条件下的深探井钻井情况。表2美国复杂地质条件下的深探井钻井情况。地区井号完井年份井深（m）完井周期俄亥俄州No.119827461320威斯康辛州Bighornl—519857564640加利福尼亚洲P34-29R19867447370路易斯安娜州960-LNo.119867608318堪萨斯州DavilleNo.119946299636美国深井超深井钻井技术主要特点1、钻井装备和井下工具配套，工艺技术先进。2、钻井装备功率大钻机装备功率一般为3500—45000马力。3、钻井泵功率大，有3种配备。（1）1600马力泵2台；（2）1300马力—1600马力泵2台，1000—1300马力泵1台；（3）1600马力泵3台。4、套管层次多，并留有余地。美国在井身结构上具有尺寸多样、技术套管程序多、产层套管回接多等特点。套管层次有133/8″-95/8″-75/8″-51/2″；20″-133/8″-95/8″77/8″-51/2″（5″）20″-16″-103/4″-7″；而且77/8″和81/2″套管要用无接箍套管，使用表明133/8″-95/8″-75/8″-51/2″套管程序对安全钻井余地小，灵活性不大。5、参数强化参数具有“二大”“二高”即钻压大，钻头比水功率大；转速高，泵压高。例如：121/4″钻头，钻压520—600KN，转速400rpm，泵压24.5—28Mpa。81/2″钻头，钻压350—400KN，转速400rpm，泵压24.5—28Mpa。6、单井钻头用量少，单只钻头进尺高。(1)合理选用适应地层岩性的高效优质钻头和深部地层选用PDC、金刚石钻头，尤其PDC钻头用的最多。（2）钻进参数强化，一般比厂家推荐的大的多。（3）边钻边计算，按钻头最低成本曲线合理操作使用。7、纯钻井时间长美国深井、超深井中纯钻井时间一般为60%，有的高达70%（我国只有30%左右）。8、深井超深井的井身质量和固井质量没有统一的规定和要求，一切以钻井综合成本最低为原则确定钻井方法和固井方法。三、胜利油田深井钻井基本情况1、胜利油田于1969年钻成第一口4400米的深井。1971年钻成的东风2井，井深5006米，是我国第一口超过5000米的深井。1982年钻成5456米的深井。1987年在桩古9-1井钻成了5701米的深井。1997年6月在东营钻成的郝科1井，井深5807.81米，该井是胜利油田1964年会战以来钻成的最深的一口井。2、胜利油田深井钻井情况统计，见表5。表5胜利油田深井钻井情况统计年份井数(口)平均钻周（d）平均建周(d)平均井深（m）钻头耗量(只)钻头进尺(m)平均钻速(m/h)8730208.684880.528.88168.993.248822188.854892.520.08243.654.678915236.534712.673.19010214.154721.0625.75183.344.81913136.51413013.7301.465.87922352.6546083.599717875807.817982.891.053、郝科1井钻井基本情况郝科1井是胜利油田在济阳坳陷东营凹陷盐层下深层寻找大气田，查明深层天然气成藏条件的科学探井，设计井深5500米，目的层为孔二段。钻至设计井深后，因没有钻达设计目的层而加钻探到5807.81米，但最终Ф244.5毫米技术套管被蠕动的盐岩层挤毁被迫完钻，完钻时的地层层位仍然在孔一段。郝科1井于1995年4月12日第一次开钻，1997年5月25日停钻，同年6月6日结束，历时785天，总共耗资近1亿元。（1）郝科1井井身结构图开钻顺序钻头尺寸×钻井深度套管尺寸×套管下深一开Ф580mm×302mФ508mm×299.3m二开Ф444.5mm×2660.00mФ339.7mm×2623.15m三开Ф311.1mm×4482.55mФ244.5mm×4324.84m四开Ф215.9mm×5521.45mФ200.0mm×5807.81m（2）钻头使用情况全井使用有效进尺钻头70只，进尺5807.81m，平均单只进尺82.97m,平均机械钻速1.05m/h。共用钻头79只，进尺6078.49m。（3）钻井时效生产时间占68.54%,纯钻进时间占28.61%；非生产时间占31.46%，事故及复杂时间占20.05%。（4）全井发生了10次事故，上百次复杂情况。采用了14项技术，取得了10项成果。四、胜利油田深井超深井钻井与国内外比较1、胜利油田与国外深井超深井钻井相比，不论是装备配套、井下工具，还是工艺技术方面，都存在很大差距。2、胜利油田深井超深井钻井与塔里木比较，根据表2和表5可以看出，胜利油田深井井深平均4700—4900米，平均建井周期233天；塔里木油田平均井深5000—5600米，平均建井周期178天；从建井周期说明，胜利与塔里木深井超深井钻井水平存在较大差距。3、在复杂地质条件下，新区的第一口深探井，胜利的郝科1井，事故及复杂情况所占钻井总时间为20%，新疆地区最高为16%。说明胜利与新疆的深探井存在一定差距。4、塔里木油田的深井超深井钻井水平在全国处于领先地位，十分重要的原因就是重视科研攻关和推广应用。五、影响深井超深井钻井速度及效益的主要原因1、地质的不确定性钻井需要根据全井各地层的特点来采取相应的对策及措施，地质的不确性必然影响钻井方案的制定，甚至出现打无准备之仗。深探井中地质的不确定性主要是以下三个方面：（1）地层压力的不确定性；（2）地层状态和岩性的不确定性；（3）地层分层深度和完井深度的不确定性。2、钻井装备技术性差，不配套。主要体现在：（1）钻机陈旧；（2）动力设备功率小；（3）泵功率小，大多配备1300泥浆泵；（4）没有顶部驱动装置。郝科1井施工中，设备超负荷运转，动力明显不足。设备老化，配件奇缺给施工带来很多困难。3、钻井工具不适应深井超深井钻井要求（包括专用管材、井下工具、仪器、井口装置等）如德国KTB超深井项目，研制成功垂直钻井系统，在地层倾角60度的条件下，钻到井深6700米，井斜小于1度，水平位移仅4米。先进的井下工具，解决了井斜问题。4、钻井管理和队伍素质不完全适应高标准施工要求深井超深井钻井工作技术难度大，风险高，费用高，是一项多系统协作配合的系统工程，需要先进的管理办法和一支高素质、有经验的施工队伍。5、钻井工艺技术方面存在的问题（1）井身结构设计不合理由于地质情况不明，或地质预告不准等原因导致井身结构设计不合理，造成钻井事故和复杂情况而影响施工速度。现在大多数井身结构设计为133/8″-95/8″-51/2″套管程序对安全钻井余地小，灵活性不大。（2）地层压力和地应力预测监测的精度问题。（3）井眼防斜打直问题。如塔里木塔参1井，因井斜过大，填井处理耗时3个多月。（4）提高上部大井眼和深部井段钻井速度问题。机械钻速低的主要原因：a、钻头结构单一、型号少，使用寿命短。美国在深井超深井中大多使用高效能PDC钻头；b、破岩机械能量不足，171/2″井眼的钻头破岩量是81/2″井眼的424%，而171/2″钻头单位井底面积上的机械能量（单位钻压×转速）仅相当于81/2″钻头的35%。表6是不同直径钻头破岩机械能量对比。表6不同直径钻头破岩机械能量对比。钻头直径（mm）破岩体积(cm3/m)体积比值(%)钻压(KN)单位钻压(KN/cm2)转速(rpm)机械能量能量比值(%)215.936591100120-1600.3