中國(guó)石油集團(tuán)長(zhǎng)城鉆探工程有限公司井下作業(yè)公司 求實(shí)QC小組
(遼寧 盤錦 124010)
側(cè)鉆水平井技術(shù)是20世紀(jì)90年代初國(guó)際石油界迅速發(fā)展并日臻完善的一項(xiàng)綜合性配套技術(shù)。2009年末,中國(guó)石油長(zhǎng)城鉆探井下作業(yè)公司冀東項(xiàng)目部進(jìn)駐冀東油田鉆修井市場(chǎng),立足開(kāi)發(fā)側(cè)鉆水平井服務(wù)項(xiàng)目。并把提高目的層油藏鉆井機(jī)械鉆速,縮短建井周期,作為小組活動(dòng)的攻關(guān)方向,積極開(kāi)展質(zhì)量攻關(guān)和質(zhì)量改進(jìn)活動(dòng)。
表1為小組概況。
(1)對(duì)2009年度渤鉆某公司在冀東側(cè)鉆水平井施工情況進(jìn)行調(diào)查,平均機(jī)械鉆速為5.68m/h。
表1 小組簡(jiǎn)介及成員概況
(2)長(zhǎng)城井下冀東項(xiàng)目部2009年度下半年工程統(tǒng)計(jì)16口井次,現(xiàn)平均機(jī)械鉆速4.77m/h,普遍偏低。
(3)確定課題是提高冀東油區(qū)側(cè)鉆水平井機(jī)械鉆速。
2009年度,對(duì)公司完成側(cè)鉆井16井次進(jìn)行調(diào)查分析,由“井下工具配置、鉆井參數(shù)、泥漿選型、鉆井設(shè)備、地層可鉆性、氣候因素、其它”7項(xiàng)影響機(jī)械鉆速因素進(jìn)行問(wèn)題總結(jié),如表2所示。
根據(jù)統(tǒng)計(jì)情況,對(duì)冀東油區(qū)側(cè)鉆井水平井中影響機(jī)械鉆速問(wèn)題做以分析,見(jiàn)表3。
由表3可以看出,因“井下工具動(dòng)力釋放弱、鉆井水力效應(yīng)欠佳及泥漿性能差”3個(gè)問(wèn)題導(dǎo)致影響平均機(jī)械鉆速低的累積頻率占總頻率的76.8%。要提高冀東油區(qū)側(cè)鉆水平井機(jī)械鉆速,必須解決這3個(gè)主要問(wèn)題。
小組成員為保守起見(jiàn),同一條件下,把目標(biāo)值設(shè)在問(wèn)題只解決80%的基礎(chǔ)上,可提高的機(jī)械鉆速為:(4.77/2)×76.8%×80%=1.47(m/h);項(xiàng)目部C12294隊(duì)與渤鉆差距為5.68-4.77=0.91(m/h);可提機(jī)械鉆速(1.47m/h)>與渤鉆機(jī)械鉆速差距(0.91m/h);故此,提高機(jī)械鉆速目標(biāo)6.24m/h(4.77+1.47)設(shè)在渤鉆機(jī)械鉆速(5.68m/h)之上切實(shí)可行。
表2 2009年度影響側(cè)鉆水平井機(jī)械鉆速因素統(tǒng)計(jì)表
表 3“機(jī)械鉆速影響因素”頻次、頻率調(diào)查表
冀東油區(qū)側(cè)鉆水平井機(jī)械鉆速由目前的4.77m/h提高到6.24m/h以上。
采用關(guān)聯(lián)圖法,對(duì)影響冀東CP井機(jī)械鉆速低的問(wèn)題進(jìn)行分析,見(jiàn)圖1。
從關(guān)聯(lián)圖可以看出,末端因素共有8項(xiàng),小組成員針對(duì)此末端因素進(jìn)行逐一排查的方法來(lái)進(jìn)一步確定是否為主要因素。
經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)認(rèn)證4口井底部鉆具組合的鉆井效能調(diào)查(表4)和起出鉆頭情況分析(圖2)可看出,鉆井效能低,鉆頭磨損嚴(yán)重,直接影響井下工具的釋放與鉆進(jìn)效率。結(jié)論:要因。
經(jīng)小組成員研究認(rèn)證,冀東油區(qū)以高尚堡作業(yè)區(qū)為代表的Ng6、Ng8、NmⅢ等主要產(chǎn)層,具有壓實(shí)緊密、不易坍塌、掉快和井漏的特點(diǎn)。故此側(cè)鉆水平井井眼穩(wěn)定性相對(duì)較好。結(jié)論:非要因。
鉆井過(guò)程中,鉆壓的不合理,導(dǎo)致牙齒受到地層的磨損過(guò)快。況且,CP井應(yīng)用螺桿鉆具組合,直接受水功率的影響,導(dǎo)致機(jī)械鉆速低的主要因素。結(jié)論:要因,見(jiàn)圖3~圖5。
通過(guò)調(diào)查在2009年度5口施工井中,采用4級(jí)固控設(shè)備凈化。平均控制含砂量在0.45%,見(jiàn)表5。符合中石油行業(yè) 《“細(xì)分散低固相泥漿應(yīng)用體系”規(guī)定辦法》要求的0.5%的標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)論:非要因。
表4 鉆井效能調(diào)查表
由《鉆井液常規(guī)性能與摩阻系數(shù)統(tǒng)計(jì)表》得出的平均摩阻系數(shù)Kf=0.085 2,均高于中石油行業(yè)《“細(xì)分散低固相泥漿應(yīng)用體系”規(guī)定辦法》與工程設(shè)計(jì)Kf≤0.08的標(biāo)準(zhǔn),見(jiàn)表6。結(jié)論:要因。
結(jié)合設(shè)備資質(zhì)并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備逐一核對(duì),由小組成員繪制鉆井、固控設(shè)備配置情況統(tǒng)計(jì)表,見(jiàn)表7。
該套鉆井、固控設(shè)備符合冀東油區(qū)側(cè)鉆水平井鉆機(jī)選型及鉆井主要設(shè)備的配置要求。結(jié)論:非要因。
表5 鉆井液平均含砂量調(diào)查表
表6 鉆井液常規(guī)性能與摩阻系數(shù)統(tǒng)計(jì)表
表7 鉆井、固控設(shè)備配置情況統(tǒng)計(jì)表
三維繞障與油藏導(dǎo)向偏差總會(huì)造成水平井實(shí)鉆軌道偏離其設(shè)計(jì)軌道。主要表現(xiàn)為地質(zhì)誤差;工具能力誤差;軌道預(yù)測(cè)誤差;要求嚴(yán)格控制精度,達(dá)到較穩(wěn)、較快的施工水平。故此“三維繞障與油藏導(dǎo)向”技術(shù)是追求“成功”、“成本”目標(biāo)在水平井中的具體表現(xiàn)。結(jié)論:要因。
2010年3月期間經(jīng)調(diào)查,崗位工人通過(guò)崗前培訓(xùn)、參觀和技術(shù)交流的方式,對(duì)冀東油區(qū)側(cè)鉆水平井的施工工藝、技術(shù)措施進(jìn)行普及與推廣,均能勝任本職工作。結(jié)論:非要因。
對(duì)影響“冀東油區(qū)機(jī)械鉆速”的4個(gè)重要因素進(jìn)行分析和評(píng)價(jià),通過(guò)“5W 1H”的方法制定實(shí)施方案對(duì)策表,見(jiàn)表8。
表8 對(duì)策實(shí)施方案表
8.1.1 優(yōu)選鉆頭
針對(duì)山前構(gòu)造地層軟硬交錯(cuò)夾層研磨性強(qiáng)等特點(diǎn),采用短保徑鉆頭,中拋冠部形狀,五刀翼弧形結(jié)構(gòu),19mm加厚環(huán)爪,增高了鉆頭的攻擊力,即提高機(jī)械鉆速,又能使鉆頭具有較長(zhǎng)的使用壽命,見(jiàn)圖6。
8.1.2 優(yōu)選螺桿動(dòng)力鉆具
螺桿動(dòng)力鉆具是多級(jí)模諾泵的逆用。螺桿動(dòng)力鉆具是正排量動(dòng)力鉆具,與鉆壓、排量、泵壓有直接關(guān)系,見(jiàn)圖7、圖8。
通過(guò)上下活動(dòng)鉆具求出摩擦阻力的大小,指重表顯示鉆壓減去摩擦阻力確定實(shí)際鉆壓。并從泵壓的變化可以較準(zhǔn)確的掌握鉆頭在井底工作狀況。單線螺桿動(dòng)力鉆具的效率達(dá)80%左右。進(jìn)而確定底部鉆具優(yōu)化的最終方案,見(jiàn)表9。
8.1.3 優(yōu)化鉆具組合
根據(jù)側(cè)鉆水平井鉆具配伍的要求,采用倒裝鉆具組合模式,見(jiàn)表10。
8.1.4案例與實(shí)施
高104-5平63側(cè)平1井是布在高淺北區(qū)局部較高部位的一口開(kāi)發(fā)側(cè)鉆水平井。設(shè)計(jì)井深2 142m,總進(jìn)尺為952m,見(jiàn)表11。
8.1.5 應(yīng)用效果
(1)鉆頭磨損情況及鉆頭使用驗(yàn)證
由于本井鉆遇地層為明化鎮(zhèn),巖性為泥砂巖和細(xì)砂巖,地層比較復(fù)雜,鉆頭表現(xiàn)為輕度磨損。故多半井段全井采用PDC(型號(hào)G1353DS)鉆頭鉆井,擬定其工程技術(shù)參數(shù),見(jiàn)表12。
該井最大機(jī)械鉆速15.38m/h,平均機(jī)械鉆速為7.5m/h,實(shí)現(xiàn)了鉆頭水功率優(yōu)化,有效消減井下工具動(dòng)力釋放不良的后果。
(2)鉆井水力效能分析及認(rèn)定(表13)
表9 YL型螺桿鉆具技術(shù)性能表(現(xiàn)場(chǎng)通用)
表10 側(cè)鉆水平井鉆具組合模式表
表11 G104-5P63CP1鉆具組合結(jié)構(gòu)表
表12 鉆頭使用情況統(tǒng)計(jì)表
根據(jù)表13鉆井效率、鉆頭使用和水功率變化的情況可以看出,采用YL型螺桿、G1353DS型PDC鉆頭與倒裝鉆具組合模式,使機(jī)械鉆速同2009年度平均值提高30%,見(jiàn)到明顯效果。
G104-5P15CP1井構(gòu)造位置位于高淺北區(qū)高104區(qū)塊Ng8小層構(gòu)造較高部位,設(shè)計(jì)垂深1 767m(海拔),井深2 381m,井型為側(cè)鉆水平井。
8.2.1 提高鉆頭水功率
運(yùn)用高效破巖及鉆井參數(shù)優(yōu)選技術(shù),并根據(jù)鉆頭水功率的計(jì)算模式(Qopt=(Pr/2.8KL)1/1.8=[Pr/2.8(n+md)]1/1.8),獲得最大鉆頭水功率、水力參數(shù)計(jì)算統(tǒng)計(jì)。其結(jié)果見(jiàn)表14。
優(yōu)選各種水功率參數(shù)后,所呈現(xiàn)的該井機(jī)械鉆速的統(tǒng)計(jì)情況,見(jiàn)圖9。
8.2.2 優(yōu)化鉆井、水力參數(shù)
(1)鉆井參數(shù)、技術(shù)參數(shù)優(yōu)化。依據(jù)鉆井工程軟件(鉆壓轉(zhuǎn)速優(yōu)選軟件、鉆井水力參數(shù)計(jì)算及優(yōu)化軟件)預(yù)優(yōu)選鉆井、水力參數(shù)。確定鉆井過(guò)程中與鉆井、水力因素有關(guān)的各變量關(guān)系,見(jiàn)圖10、圖11。
表13 鉆進(jìn)效率確認(rèn)表
表14 G104-5P15CP1井各水功率參數(shù)計(jì)算應(yīng)用情況統(tǒng)計(jì)表
(2)采用正交實(shí)驗(yàn)法確定鉆井水力參數(shù)工程技術(shù)指標(biāo)施工簡(jiǎn)況。高59-12側(cè)平1井是布在高59-35斷塊構(gòu)造較高的開(kāi)發(fā)側(cè)鉆水平井。
試驗(yàn)?zāi)康模翰捎谩罢粚?shí)驗(yàn)法”進(jìn)行評(píng)價(jià),找出提高鉆井參數(shù)、水力參數(shù)的優(yōu)化指標(biāo),達(dá)到提高鉆井“機(jī)械鉆速”的目的。
①確定因素位級(jí) 。高59-12CP1井現(xiàn)場(chǎng)改變“鉆壓、轉(zhuǎn)數(shù)、泵壓、排量”4個(gè)因數(shù)變化,確定4個(gè)因數(shù)做為參考對(duì)象,如表15所示。
表15 因素設(shè)定表
②實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)與實(shí)施。根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)原理對(duì)鉆壓、轉(zhuǎn)數(shù)、泵壓、排量與“機(jī)械鉆速”之間的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),建立正交實(shí)驗(yàn)L9(34)模式統(tǒng)計(jì)表,見(jiàn)表16。
③實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析。直接比較9次試驗(yàn)的“機(jī)械鉆速”,第5號(hào)試驗(yàn)的“機(jī)械鉆速”為10.2m/h。表明當(dāng)鉆壓20~35kN、轉(zhuǎn)數(shù)60~70r/min、泵壓11~13MPa、排量12L/s時(shí)提高“機(jī)械鉆速”效果最佳。
④現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果。該井總進(jìn)尺為692m,平均機(jī)械鉆速6.7m/h。通過(guò)提高“鉆頭水功率”和優(yōu)化“鉆井、水力參數(shù)”完全地改善鉆井、水力效應(yīng)弱的現(xiàn)象,完成提高機(jī)械鉆速的預(yù)期目標(biāo),見(jiàn)表17。
8.3.1 MC15-2CP1井現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況
工程技術(shù)狀況:開(kāi)窗1 528m、完鉆井深:2 032m。
(1)鉆井液的選擇主要的目的是改善鉆井液流變性、降低摩阻。
(2)通過(guò)正交試驗(yàn)法調(diào)整KCL-有機(jī)正電膠鉆井液中“正電膠、NH4-HPAN、原油和極壓潤(rùn)滑劑”的含量配方,確定正4個(gè)因素的參數(shù)比,見(jiàn)表18。
(3)部署設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案。實(shí)施正交試驗(yàn),對(duì)“正電膠、NH4-HPAN、原油和極壓潤(rùn)滑劑”的含量與鉆井液摩阻系數(shù)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總,建立正交實(shí)驗(yàn)L9(34)統(tǒng)計(jì)模型,如表19所示。
由正交實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)模型,可以計(jì)算出來(lái)諸因數(shù)在每個(gè)水平下的平均機(jī)械效率?;烊胝娔z后3次實(shí)驗(yàn)“機(jī)械鉆速”之和CP(ZD0.5-1.0)=0.078+0.065+ 0.058=0.723,其平均值CP30/3=0.049,CP(ZD1.5-2.5)和 CP(ZD2.5-3.5)時(shí)“平均機(jī)械鉆速”分別為 CP(ZD1.5-2.5)/3=0.071,CP(ZD2.5-3.5)/3=0.072。
3個(gè)平均值的極差:R=max{0.067,0.071,0.072}-min{0.067,0.071,0.072}=0.072-0.067=0.005,類似地可以計(jì)算應(yīng)用因素NH4-HPAN含量、原油含量和極壓潤(rùn)滑劑含量的極差分別為0.015;0.008;0.003。將3個(gè)因素的4個(gè)平均“機(jī)械鉆速”數(shù)值作圖,如圖12所示。
表16 提高“機(jī)械鉆速”正交試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表
表17 鉆進(jìn)效能評(píng)價(jià)表
表18 降低摩阻系數(shù)因素確定表
表19 鉆井液摩阻系數(shù)正交試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表
(4)確定KCL-有機(jī)正電膠鉆井液現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的最佳配方。由圖12應(yīng)用因素?cái)?shù)值對(duì)照評(píng)價(jià)分析圖可以看出,得出KCL-有機(jī)正電膠鉆井液基礎(chǔ)配方的最佳組合。
6%膨潤(rùn)土+1.5%~2.5%有機(jī)正電膠+1%~2% NH4-HPAN+8%~10%原油+2%~3%極壓潤(rùn)滑劑+ 0.2%~0.5%KCl+0.2%~0.3%PMHA-Ⅱ+2%~3%SAS+ 0.2%~0.3%乳化劑+2%~3%單向壓力封閉劑+NaOH +……
(5)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果。MC15-2CP1井現(xiàn)場(chǎng)錄取泥漿性能參數(shù),通過(guò)調(diào)整鉆井液性能,使鉆井液摩阻系數(shù)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)Kf≤0.008的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),見(jiàn)表20。
應(yīng)用MWD井下隨鉆測(cè)量控制技術(shù)及定向鉆井實(shí)際需求,地層評(píng)估與井下鉆井工況綜合影響著整體鉆進(jìn)的機(jī)械鉆速。
8.4.1 NP1-7CP1井地質(zhì)導(dǎo)向與三維繞障技術(shù)應(yīng)用
根據(jù)地層巖性描述和鄰近井身數(shù)據(jù)確定地質(zhì)導(dǎo)向與三維繞障數(shù)據(jù),制定施工方案與工藝措施,完善并修正井深軌跡,縮短鉆進(jìn)時(shí)的判斷等停時(shí)間。依據(jù)地層構(gòu)造圖13和表21設(shè)計(jì)井眼軌跡。
表20 MC15-2CP1井鉆井液班報(bào)表
表21 NP1-7CP1井地層及巖性描述表
優(yōu)化井眼方向控制方案設(shè)計(jì)時(shí),需要計(jì)算出井眼軌跡的特征參數(shù),現(xiàn)場(chǎng)羅列出井眼軌道的分點(diǎn)數(shù)據(jù),現(xiàn)場(chǎng)優(yōu)化見(jiàn)表22。
8.4.2 效果驗(yàn)證
通過(guò)合理控制井眼軌跡走向,及時(shí)準(zhǔn)確判斷油氣藏深度、地層傾角及層間地質(zhì)特性,提出合理決策,縮短整體的純鉆進(jìn)時(shí)間,完成單井三維繞障與地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行準(zhǔn)確率,見(jiàn)表23。
9.1.1 對(duì)策實(shí)施后機(jī)械鉆速低于6.24m/h的影響因素發(fā)生頻次
(1)在2010年度6口側(cè)鉆井水平井施工中,機(jī)械鉆速低于6.24m/h的影響因素發(fā)生頻次調(diào)查表和頻次、頻率分析統(tǒng)計(jì)表,見(jiàn)表24與表25。
(2)由此可知:“地層可鉆性差、氣候因素惡劣”是客觀存在的,已成為影響機(jī)械鉆速的主要問(wèn)題,“鉆井水力效應(yīng)欠佳、井下工具動(dòng)力釋放弱、泥漿性能差”3個(gè)問(wèn)題均的到有效控制。
9.1.2 采取措施前后同一條件下側(cè)鉆水平井機(jī)械鉆速對(duì)比
為檢驗(yàn)是否達(dá)到了活動(dòng)目標(biāo),小組進(jìn)行同期的統(tǒng)計(jì)對(duì)比,見(jiàn)表26。
從表26可以看出,活動(dòng)前機(jī)械鉆速為4.77m/h,活動(dòng)后機(jī)械鉆速為7.58m/h,超出目標(biāo)值1.34m/h,達(dá)到并超過(guò)預(yù)期目標(biāo)。
表23 三維繞障與地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行情況統(tǒng)計(jì)表
表24 對(duì)策實(shí)施后機(jī)械鉆速低于6.24m/h的影響因素發(fā)生頻次調(diào)查表
表25 “機(jī)械鉆速”影響因素頻次、頻率分析統(tǒng)計(jì)表
根據(jù)完成6口井的實(shí)際情況,依據(jù)每米鉆井成本計(jì)算模式C=Cb+(Cr+CP)(T+T1)/F,進(jìn)行統(tǒng)計(jì)因提高機(jī)械鉆速而節(jié)約的施工周期及日成本耗費(fèi),建立應(yīng)用情況評(píng)價(jià)表,見(jiàn)表27。
在2010年10月的鞏固期期間,成功地進(jìn)行了G105-5CP1井與G104-6P11CP1井施工,機(jī)械鉆速分別提高到9.1m/h和8.7m/h,見(jiàn)到了明顯的實(shí)施效果。
通過(guò)技術(shù)的推廣與應(yīng)用,冀東項(xiàng)目部C12294隊(duì)先后完成了3口小井眼、大位移、中長(zhǎng)半徑的側(cè)鉆水平井業(yè)務(wù),躋身于長(zhǎng)城鉆探公司小井眼側(cè)鉆水平井的先進(jìn)行列。
(1)將“鉆井及水力參數(shù)優(yōu)化、地質(zhì)導(dǎo)向與三維繞障技術(shù)”等工藝編入中石油長(zhǎng)城鉆探井下作業(yè)公司《冀東油區(qū)側(cè)鉆水平井工程實(shí)施方案》,并在冀東項(xiàng)目部推廣應(yīng)用。
(2)將成果中“KCL-有機(jī)正電膠鉆井液基礎(chǔ)配方”的最佳組合:6%膨潤(rùn)土+1.5%~2.5%有機(jī)正電膠+1%~2%NH4-HPAN+8%~10%原油+2%~3%極壓潤(rùn)滑劑+……編入 《提高冀東油區(qū)側(cè)鉆水平井的機(jī)械鉆速主要技術(shù)措施》;并納入長(zhǎng)城鉆探井下作業(yè)公司冀東項(xiàng)目部《教育培訓(xùn)管理規(guī)定》予以執(zhí)行。文件編號(hào):Q/GWDS.G.10.01-R-JD01
表26 對(duì)策實(shí)施前后基本數(shù)據(jù)對(duì)照表
表27 提高機(jī)械鉆速效益評(píng)價(jià)表
(1)在小組成員的共同努力,使長(zhǎng)城井下冀東項(xiàng)目部在冀東油區(qū)側(cè)鉆水平井施工中機(jī)械鉆速有了大幅度的提高,實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)。小組成員的質(zhì)量意識(shí)、技術(shù)水平、攻關(guān)能力均得以提高。
(2)通過(guò)采用PDCA管理運(yùn)作模式,有效的優(yōu)化技術(shù)與革新觀念,為今后實(shí)施套管內(nèi)分支井技術(shù)、裸眼導(dǎo)向與三維繞障技術(shù)提供經(jīng)驗(yàn)和指導(dǎo)作用。使其側(cè)鉆水平井工程更有效地用于薄層油藏、斷塊油藏和邊界油藏的開(kāi)采需求,進(jìn)一步完善側(cè)鉆水平井在完井工藝上技術(shù)難題,把“提高礫砂篩管完井一次成功率”作為下次攻關(guān)課題,不斷拓展側(cè)鉆水平井在鉆修井市場(chǎng)的廣闊領(lǐng)域。