應(yīng)用數(shù)字技術(shù)降低鉆井成本

1、摘 要 本文闡述了在意大利的多倫特、斯格諾油田，如何運(yùn)用數(shù)字化技術(shù)優(yōu)選鉆頭 , 以顯著降低鉆井成本。譯自 SPE/1ADC 52877引言位于意大利中部多倫特斯格諾油田的蒙特恩1井，設(shè)計(jì)井深2350米,鉆到上白堊紀(jì)含亞平寧酸氣的石灰?guī)r， 穿過一系列夾層，巖性預(yù)測(cè)及相關(guān)套管深度和尺寸參見圖 1。該地區(qū)地質(zhì)狀況復(fù)雜，砂巖和泥巖上覆有中新世逆掩斷層，使得鉆頭設(shè)計(jì)比較困難，最靠近的鄰井是瑪沙利 亞韋斯利1井，蒙特恩1井的設(shè)計(jì)要緊基于該井的記錄。作業(yè)商最初設(shè)計(jì) 42 天鉆至設(shè)計(jì)井深，不包括下套管和完井作業(yè)。 81/2 井段是最具挑戰(zhàn)性的，也是本文的主 題。該地區(qū)通常的做法是將套管下到中新世的底部， 以防

2、止下部上新世高壓地層發(fā)生井涌。 瑪沙利亞 韋斯利 1 井表明將套管下到 1100 米中新世泥灰?guī)r能夠有足夠的安全系數(shù)保證安全鉆進(jìn)。 作業(yè)商也了解到主油藏石灰 巖能夠“裸眼完井 ”。這些措施將縮小井眼，大幅度降低成本。作業(yè)商設(shè)計(jì) 19 天鉆過該井段，包括全部非鉆 進(jìn)作業(yè)。 依照預(yù)測(cè)， 1100-2110 米之間的 81/2 井段由致密的中新世石灰?guī)r和含上新世膠結(jié)石英砂巖的淤積 泥巖夾層組成?，?沙 利 亞 韋 斯 利 1 井鄰井的對(duì)應(yīng)段是用三個(gè) 121/4和四個(gè) 81/2 牙輪鉆頭鉆進(jìn)， 見表 1 所示。僅考慮鉆進(jìn)和起下鉆時(shí)刻， 鉆完該 段用了 16.7 天，按照目前匯率成本為 623000美元

3、。第一個(gè) 121/4 IADC 517 型鑲齒鉆頭，用于鉆過上新世地層的石灰?guī)r / 泥巖段。 起出后大部分切削刃損壞， 看起來(lái)象是斷齒。第二個(gè) 121/4 1ADC437 鑲齒鉆頭鉆完上中新世底部的 80 米地層和中新世中部的泥巖 / 砂 巖地層，其它的鉆頭鉆完了中新世中段和下段的泥巖 / 砂巖。這些鉆頭起出后，切削結(jié)構(gòu)幾乎完好無(wú)損?；谏鲜隹紤]和巖性描述,顯示81/2 井段的最好方法是：下入鉆速高的 PDC鉆頭鉆過中新世泥巖段，然而， 第一個(gè)121/4 鉆頭的磨損情況表明，上中新世地層的石灰?guī)r不適于用 PCD鉆頭，因此應(yīng)選擇一只牙輪鉆頭。圖1 地質(zhì)柱狀圖表一1瑪沙利亞韋斯利1井一部分鉆頭記錄

4、尺寸IADC水眼下入起出進(jìn)尺小時(shí)鉆速泥漿巖性磨損分級(jí)121/ 45172X 161X 1511441321177424.21WBMLS68BT A0E JD PR121/ 44472X 161X 1513211477156374.22WBMSH-LS140(T.B.G.)121/ 45171X 162X 151477179331678.54.03WBMSH180(T.B.G.)81/21163X 1417931959166642.59WBMSH280(T.B.G.)81/21161 X 142X 121960213917954.53.28WBMSH150 (T.B.G.)81/21161 X1

5、42X 1221392239100392.56WBMSH-LS240(T.B.G.)81/25173X 16223922531 1443.5WBMSH-LS010 (T.B.G.)LS 石灰?guī)rSH 泥巖T 牙齒B 軸承G 保徑圖2是最初的鉆頭設(shè)計(jì)，要求用一只81/2 IADC-447型牙輪鉆頭鉆過300米的石灰?guī)r，一只81/2 IADCM332 型PDC鉆頭鉆過中新世泥巖。第一個(gè)牙輪鉆頭應(yīng)以4.5m/h的鉆速鉆完致密的石灰?guī)r，PDC鉆頭應(yīng)以5m/h鉆完 全段?？赡茉摱文軌蛴?.6天鉆完，總成本約266000美元。鉆地加h大為這一目的，作業(yè)者向幾個(gè)鉆頭廠商提供了瑪沙利亞 韋利斯1井的電纜測(cè)井資料

6、。這些資料先后用多種軟件 分析。所有鉆頭廠商起初設(shè)計(jì)要求用一個(gè)或兩個(gè)牙輪鉆頭鉆過上中新世和一個(gè)鉆速高的PCD鉆頭鉆過中新世中段。然而，一個(gè)鉆頭廠商提議用一只 PDC鉆完全段?；谶@些結(jié)果和計(jì)算分析， 作業(yè)者選中了一個(gè)專門鉆頭生產(chǎn)商的結(jié)果， 這是由于它對(duì)預(yù)測(cè)下部無(wú)約束壓縮的可靠性。該程序計(jì)算出中新世石灰?guī)r的無(wú)約束壓縮強(qiáng)度值為10000-20000psi其聲波數(shù)據(jù)傳輸值為45-60訓(xùn)，如圖3。該程序建議這些石灰?guī)r能夠用 PDCB頭，只要它牢固足以破壞地層強(qiáng)度。作業(yè)者最初懷疑這一建議。但簽訂了 一個(gè)共擔(dān)經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)的協(xié)議后，作業(yè)者決定使用該鉆頭。鉆頭公司不得不研究切削刃技術(shù)以便能經(jīng)受研磨性石灰?guī)r的磨損，

7、 并在保持高鉆速的同時(shí)防止下部泥巖段井斜 和泥包。鉆頭進(jìn)展鉆進(jìn)中新世中等強(qiáng)度石灰?guī)r時(shí)， 牙輪耐用性通常是鉆頭性能的決定性因素。 底部鉆具組合和鉆頭的震動(dòng)經(jīng)常導(dǎo) 致牢固的切削刃破裂， 使切削結(jié)構(gòu)不能有效地鉆進(jìn)后續(xù)的泥巖。 對(duì)上部石灰?guī)r通常加大鉆壓以減輕底部鉆具及 鉆頭的震動(dòng)。 相對(duì)而言， 石灰?guī)r下部的泥巖段適用低鉆壓， 且鉆進(jìn)最快。 它具有好的水力流型以利于有效清潔 鉆頭，鉆頭頂部有足夠空間以利于快速鉆進(jìn)泥巖時(shí)容納大量巖屑。為獲得在石灰?guī)r中的耐用性和泥巖中的高鉆速，決定選擇較低鉆壓的PDC鉆頭，選擇較低鉆壓的鉆頭意味著在石灰?guī)r地層中切削件必須耐用，在泥巖中鉆頭有出色的清潔特征。在實(shí)驗(yàn)室里，用每一

8、新切削件刨切賽里拉白色花崗巖（抗壓強(qiáng)度約為 25000psi ），改變切削深度和其它參數(shù) 以改變極值載荷,在一定時(shí)刻范圍內(nèi)引發(fā)切削件破壞。每一次實(shí)驗(yàn)進(jìn)行到切削件破壞或破壞巖石的預(yù)定上限。由于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的 分散性， 因此實(shí)驗(yàn)了許多切削刃。 有兩個(gè)切削刃在卡圖沙實(shí)驗(yàn)中心進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)評(píng)價(jià)中（ “甲”和“乙”），性 能明顯優(yōu)于其它切削刃，被選中用作操縱現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)。在此之后， 三個(gè)切削刃在卡圖沙實(shí)驗(yàn)中心進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)評(píng)價(jià)。 “甲”和“乙”是具有新特征的切削件， 在實(shí)驗(yàn)室實(shí) 驗(yàn)的性能專門好。而 “丙”是目前不易磨損的標(biāo)準(zhǔn)切削件，它已是商業(yè)產(chǎn)品作為對(duì)比的基準(zhǔn)?？▓D沙的地層包括幾段石灰?guī)r，其聲波傳輸時(shí)刻為卩s/ft。在卡圖

9、沙共鉆進(jìn)1200到1500英尺。第一部分的特點(diǎn)是泥巖中帶有硬石灰?guī)r夾層，而后者是泥巖 / 石灰?guī)r，接下來(lái)是大量石灰?guī)r和白云巖床。81/2 IADC-M332 PDC鉆頭被選中在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上作切削件試驗(yàn)，鉆頭含三種型號(hào)，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)切削件及兩個(gè)試驗(yàn)件。切削件的排列通過認(rèn)真篩選以使每一個(gè)都有大約相同的靜態(tài)破裂幾率。 并確保每一切削刃從中心到邊緣分 布均勻以使鉆頭的錐體頂部、臺(tái)階和外周環(huán)境相同?；旌涎垒喸囼?yàn)的結(jié)果大體上與實(shí)驗(yàn)室結(jié)果一致。 明顯看出 “甲”刃是最持久的，因此它被選中用于鉆中新世地 層。確保成功的第二個(gè)要求， 是通過平衡水眼或排屑槽及排除巖屑的能量實(shí)現(xiàn)鉆頭清潔。 均勻分布排出的巖屑量也 是必要的

10、。 例如，成功的做法意味著主切削刃排出巖屑體積比例與第二個(gè)及第三個(gè)產(chǎn)生的比例相同。為提高在泥巖中的效率，選中了獲得專利的拋光切削刃。高壓鉆井模擬器的一系列實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)顯示， 通過平衡流量及每一刃產(chǎn)生的巖屑， 在泥巖中不再堵塞， 鉆速比未 經(jīng)平衡水力參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)鉆頭快得多。5 / 9tNO| iao1150LUO116011SQ not)1240J2b(?I3HA13001做IN4U I詢 138014)0K2014014iUKKD intin 1520印曲利亞-爭(zhēng)可刮l訐 o flll 150 21010 fl 戸替 100 20和l-1i)爭(zhēng)卡|-.:如血刑 沖40 fl ;p-s 蘋KMl 山

11、sti圖3 ,瑪1井巖石強(qiáng)度計(jì)算蒙特恩1井81/2 IADC-M423型PD（鉆占頭被選中用于該試驗(yàn)，因?yàn)樵撱@頭的剖面和分布使最小沖擊力負(fù)荷的穩(wěn)定性增強(qiáng), 當(dāng)新鉆頭長(zhǎng)時(shí)刻在上中新世石灰?guī)r地層鉆進(jìn)時(shí)，可不能過度磨損。作業(yè)者在能否一趟鉆完全段的懷疑中，同意6 / 9試一下其性能。按照打算，該鉆頭一次入井鉆過浮鞋，上中新世石灰?guī)r和中新世泥巖到 1686米。水眼為：4X 11和2X 12/32以 平衡水力參數(shù)。 底部鉆具組合如下： 鉆頭近鉆頭穩(wěn)定器 短鉆鋌扶正器2根鉆鋌穩(wěn)定器10根鉆鋌 震擊器 4 根鉆鋌 配合接頭 12 根加重鉆桿。泥漿比重為 1.18 1 .20SG。鉆頭鉆過石灰?guī)r/泥巖夾層的瞬時(shí)

12、鉆速為4-35m/h，平均機(jī)械鉆速為10.25m/h。該段有扭矩變化和鉆柱遇阻。 為操縱這些情況，要不斷調(diào)整鉆井參數(shù)，見圖 4。作者希望強(qiáng)調(diào)的是對(duì)鉆井參數(shù)的良好操縱是必要的。以幸免 夾層構(gòu)造應(yīng)力引起的跳鉆。鉆頭公司工程師的現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)關(guān)于獲得鉆頭高性能也是專門重要的。由于地質(zhì)緣故起鉆后又下到同一深度， 鉆過剩余的中新世泥巖到 2283米,由于氣體顯示限制了鉆井參數(shù)， 盡管 降低了參數(shù)，但鉆頭第二次下井的瞬時(shí)鉆速為2-35m/h，平均為6.15m/h。鉆頭起出狀況良好， 切削刃和基體少量磨損。這一應(yīng)用使作業(yè)者以 7.1 天鉆完該段， 包括兩趟起鉆， 比鄰井縮 短了 9.6 天作業(yè)時(shí)刻。該井比作業(yè)者的

13、設(shè)計(jì)提早了 4.5 天，比鉆頭公司的設(shè)計(jì)提早了 2.5 天。該井的鉆井成本約 200,000 美元，比鄰井節(jié)約成本 423,000 美元，比鉆井公司的起初設(shè)計(jì)節(jié)約 66,000 美元。 蒙特恩1井的電測(cè)數(shù)據(jù)用同一軟件分析，并與鄰井巖石強(qiáng)度比較。為便于比較，作業(yè)調(diào)整了瑪沙利亞韋斯利 1 井的電測(cè)井深以與蒙特恩 1 井相對(duì)應(yīng)，如圖 5。分析表明，蒙特恩 1 井石灰?guī)r段夾有比瑪沙利亞 韋斯利 1 井多的泥巖夾層。 81/2段地層的厚度為 310米， 比瑪沙利亞 韋斯利 1 井厚 18米。分析也表明蒙特恩1井石灰?guī)r聲波數(shù)據(jù)傳輸值在45-60卩s/ft的范圍變化。這些石灰?guī)r的計(jì)算無(wú)約束壓縮強(qiáng)度 與瑪沙利亞 韋斯利 1 井的相同，這在上中新世石灰?guī)r地層的底部更明顯。結(jié)論(1) 計(jì)算機(jī)程序的新算法使作業(yè)者可從鄰井的電測(cè)數(shù)據(jù)更精確地預(yù)測(cè)下部巖層的無(wú)約束壓縮強(qiáng)度。(2) 這一新的數(shù)字工具向作業(yè)者提供了第一次在專門構(gòu)造層位使用PDCB頭的依據(jù)。(3) PDC技術(shù)的進(jìn)展已能