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突破超深井关键技术 保障南缘山前安全钻井
——南缘深层天然气勘探开发工程技术论坛预热系列报道之一
李芳 席传明 张磊 高迎春
    克服困难

    ●创新形成南缘区域钻前井震结合地层压力预测技术和系列配套钻井技术

    ●积极引入Power—V垂直钻井系统,配合油基钻井液和强攻击性PDC钻头

    ●形成长裸眼段扩眼尺寸论证方法及系列图版,有效指导了扩眼工艺及扩眼工具优选

    ●引入“精细控压钻井+超深井高温高压钻井液随钻堵漏”技术、精细控压固井工艺

    屡创纪录

    ●新疆油田首次引入精细控压固井工艺

    ●新疆油田套管下入最深7601米

    ●尾管固井水泥封固段最长4070米

    ●尾管固井套管重叠段最长2170米

    ●准噶尔盆地首次采用随钻扩眼技术且扩眼长度达1905米

    意义重大

    ●展现了准噶尔盆地南缘中段天然气勘探的巨大潜力

    ●进一步夯实了盆地规模增储“油气并进”的资源基础

    ●为进一步认识准噶尔盆地南缘中段下组合地层构造奠定了基础

    ●为通过地质工程一体化加快推进南缘中段超深层天然气勘探积累了宝贵经验

呼探1井四开施工现场交底。 (图片由钻井工程研究所提供,摄于疫情前)

    历时556天,2020年12月16日,准噶尔盆地南缘中段风险探井呼探1井获得重大突破,在7367-7382米井段试获高产工业油气流,日产天然气61万立方米,日产原油106.3立方米。呼探1井的天然气勘探重大发现,展现了准噶尔盆地南缘中段天然气勘探的巨大潜力,进一步夯实了盆地规模增储“油气并进”的资源基础。

    在呼探1井获得重大突破的背后,有太多科研工作者的辛苦付出。作为油田公司的“工程技术参谋部”,工程技术研究院(以下简称“工程院”)在这场“战役”中主动担当、积极谋划,用技术保障南缘山前下组合超深井实现安全钻探。今年,“形成以南缘为代表的天然气开发钻采地配套技术,着力支撑公司改变油气产量结构、实现扭亏为盈”被列入2021年工程院科研生产“十件大事”之一。

    工程院钻井工程研究所积极响应院党委的工作要求,紧紧围绕“十件大事”抓落实,对钻井科研生产工作展开安排部署,聚焦南缘万亿气区大场面,突破超深井钻完井关键技术,保障南缘万亿气区快速建产,以钻井技术创新驱动发展新动能,以干“大事”展新作为,推动企业高质高效发展,为建党100周年献礼。

    情况复杂,困难重重

    呼探1井是为了寻求南缘中段呼图壁背斜下组合勘探突破,寻找大中型气田而部署的一口风险探井。该井设计井深7280米,完钻井深7601米,主探目的层是侏罗系喀拉扎组、白垩系清水河组,是准噶尔盆地第一口采用五开非常规井身结构完成井。

    为打好这口集团公司级重点风险探井,新疆油田公司组织各家参战单位,始终坚持“一盘棋、一家人、一条心”的融合模式,形成强大合力。各路专家深入剖析地质特征,反复论证,科学制定工程方案。

    2019年4月9日,勘探与生产分公司在北京组织专家组对呼探1井钻井工程方案进行审查,工程院汇报人对呼探1井的钻井地质概况、邻井钻井情况和钻井工程方案做了详细汇报。专家组充分肯定了呼探1井钻井工程方案的编写水平,建议五开井段需编制钻井液漏失处置预案;五开前需安装旋转控制头,以便五开钻进过程中精细控压钻井能够有效实施。

    因山前构造复杂、多套压力系统、高温高压和超深层可钻性差,呼探1井钻井周期长达556天。如何快速突破超深井钻完井关键技术,成了摆在技术人员面前一道无法回避的难题。

    异地取经,学以致用

    中国深井超深井钻井始于20世纪60年代和70年代,到90年代末实现了规模化增储上产。中国陆上深井尤其是超深井主要分布在塔里木盆地和四川盆地,地质条件复杂,钻井安全风险大、周期长。以塔里木盆地和四川盆地为例,超高温超高压、多压力体系、地层坚硬及可钻性差、富含酸性流体等问题共存,如何安全优质高效钻井,颇具挑战性。

    伟大的科学家牛顿曾说过:“如果说我看得比别人更远些,那是因为我站在巨人的肩膀上。”南缘超深井优快钻完井关键技术要实现快速突破,需要向兄弟油田学习,将“他山之石”因地制宜、攻南缘之难。在公司和院党委的统一部署安排下,工程院钻井工程研究所针对南缘超深井面临的钻井难题,深剖细研后制定了详尽的调研计划和培训计划。工程院两次派相关科室的专业技术人员前往塔里木油田调研交流。

    历经15年的技术攻关,塔里木油田库车山前6000米以上的超深井平均钻井工期由498天缩短至289天。此外,在井身结构序列、特殊工艺等方面,塔里木油田超深井钻井技术也取得了长足的进步,达到国内领先水平。就工程地质条件的复杂程度而言,南缘深大构造与库车山前不相上下,钻完井工程主要面临“一深、一陡、一窄、两高、两厚”的世界级难题。

    因地制宜,钻井提速

    针对南缘下组合钻井数量少,地层压力、物性等不清带来钻井设计难度大的问题,工程院钻井工程研究所与勘探院地物所科研人员联合开展研究,深入剖析南缘区域地质特性和工程特点,系统梳理前期下组合探井失利原因以及成功经验和做法,以钻探地质工程难点为导向,反复推敲论证关键节点技术,创新形成南缘区域钻前井震结合地层压力预测技术和系列配套钻井技术,自上而下呼探1井共确定了四个必封点和一个风险点,设计为非常用五开备六开井身结构,有力确保了地质勘探目标的实现,成功钻成了新疆油田第一口非常用五开井身结构井。

    针对上部大井眼易斜地层,通过调研大尺寸井眼防斜打快技术,总结前期现场防斜打快实践效果,在确保井壁稳定的条件下,积极引入Power—V垂直钻井系统,配合油基钻井液和强攻击性PDC钻头,机械钻速较入井前常规钻具组合提高68%,井斜角由使用前2.4°降至0.2°以内,防斜打快效果显著,有力地保障了超深井的井身质量。

    针对四开长封固段、窄间隙(11.11mm)固井难题,科研人员通过评价通井钻具组合刚度比、套管下放速度、固井排量及ECD随井眼尺寸变化规律,形成长裸眼段扩眼尺寸论证方法及系列图版,有效指导了扩眼工艺及扩眼工具优选,配合无接箍套管工艺,现场成功将Φ219.1mm套管安全下入近5700米,创造了准噶尔盆地首次采用随钻扩眼技术且扩眼长度达1905米的最长纪录。

    针对五开高压水层与裂缝发育等易漏层位同段钻进带来的密度窗口窄、安全钻进难度大难题,现场跟踪人员通过气测、后效、井漏等数据,实时计算与验证实钻密度窗口,及时引入“精细控压钻井+超深井高温高压钻井液随钻堵漏”技术,并在7300米以后优化随钻粒径配比,强化随钻封堵性,实现自愈型堵漏,降低了复杂时间和频次,有效确保了深部地层安全钻进。针对五开窄密度窗口尾管固井质量难保证的问题,新疆油田首次引入精细控压固井工艺,并通过室内大量试验形成高抗侵三凝双密度防窜水泥浆体系,配合优化浆柱结构设计、注替参数等措施,成功解决了南缘区块窄密度窗口固井难题,有力保障了超深井固井质量,一举创造了新疆油田套管下入最深7601米、尾管固井水泥封固段最长4070米、尾管固井套管重叠段最长2170米三项纪录,为后续新疆油田超深高温高压井固井提供了技术模板,也为深层试油试气提供了良好的井筒条件。

    喜获突破,坚定信心

    功夫不负有心人。2020年12月16日,呼探1井获重大突破,在7367-7382米井段试获高产工业油气流,日产天然气61万立方米,日产原油106.3立方米。该井是南缘高探1井获千吨高产历史性突破后,在南缘中段首次获得天然气勘探重大发现,展现了该区块天然气勘探的巨大潜力和盆地规模增储“油气并进”的新格局,大幅度提升天然气保供能力。该井的成功钻探,为新疆油田公司进一步认识准噶尔盆地南缘中段下组合地层构造奠定了基础,也为油田公司下一步通过地质工程一体化加快推进准噶尔盆地南缘中段超深层天然气勘探积累了宝贵的经验。

    2020年12月22日,工程院完成了呼探1井完井工程设计方案。勘探事业部、工程院、钻井公司、试油公司、钻井液公司等多家单位召开了视频会议,对呼探1井完井工程设计方案进行讨论,进一步改进与完善了呼探1井完井工程设计方案。

    随着南缘中段呼图壁背斜呼探1井的重大突破、吐谷鲁背斜正钻的乐探1井在中组合油气显示活跃、安集海背斜正钻的天安1井在白垩系油气显示活跃,万亿气区的大场面有望2021年彻底揭开“神秘面纱”。工程院钻井人深知自己肩上的责任重大,他们将继续秉承“战略上藐视、战术上重视”的指导思想,既坚定信心更脚踏实地,助力工程院干好“突破南缘万亿气区快速建产关键技术”这件大事。

时间:2021-04-09    来源:克拉玛依日报
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