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1、南祁连地区疏勒坳陷钻井配套技术的研究与应用,汇报内容,六应用前景,一、成果背景,玉门油田公司为了落实新探区油气储量，2011年在南祁连盆地，部署了世界第一高海拔油井祁参1井。施工区域海拔4100m、表层有冻土层、地层及钻井资料缺失，由西部钻探统一部署，组织科研单位和院校对冻土层施工、地层岩性、物性及压力剖面、可钻性等进行研究，顺利完成了祁参1井的钻探作业。,二、技术研究,（一）、钻井难点分析,二、技术研究,南祁连区块年最低气温-31.3，最高20，全年夜间温度在0以下。据地质勘探及临近煤矿开采资料显示，其地表至600m深度存在冻土层，地层温度在0以下，冻土厚度不清。温度升高冻土溶解速度快、井壁
2、垮塌严重、地层下陷施工风险高、环境污染严重、复杂事故预防手段少。,冻土层照片,地表冻土情况,地表2-5米深处冻土情况,地表3-9米处坚硬冻土层,冻土层是指0以下，含有冰的各种岩石和土壤。它是一种对温度极为敏感的土体介质，含有丰富的地下冰，冻土中有一定数量的未冻水存在，具有流变性。祁参1井表层和技套1需封固冻土层。而冻土固井作业与常规固井不同，因常规水泥浆体系在低温下强度发展极为缓慢，在环境温度低于0时，由于水泥浆体系中水组份凝固结冰，不参与水泥水化反应，导致水泥浆不凝固无强度，从而影响固井质量。,二、技术研究,钻头选型难度大。钻头选型只有通过录井岩性分析和上一只起出钻头具体情况,再决定下一只钻
3、头选型。复杂事故预防难度大。煤层情况不清。中侏罗统窑街组、罗统红沟组、三叠统尕勒得寺组300m井段存在煤层，但具体厚度不清楚，施工难度大。提速新工艺选择困难。提前制定提速方案难度较大，只有根据实钻遇到的困难，随时调整提速方案。地层倾角大，井斜控制难度大。,二、技术研究,地层测线提供的地层压力与实际相差较大，不能为实际钻井提供参考价值，容易出现喷漏，井控风险高。,参数井施工，只能依据地质设计预测的地层，参考国内外同类型地层进行方案准备，施工工程存在众多变数，各种方案变化过程必须紧跟实际钻井，各项应变处置能力要求高，不可预见风险大。,二、技术研究,海拔4100m进行钻井作业，远离公司后勤基地(10
4、00KM)，工作区域50KM内荒无人烟，道路只有简易的沼泽路，人员如何进入、如何正常工作作为祁参1井工作首要难题。,二、技术研究,该区域 3-5月份为风季（最大达到7.0级以上），7月份进入雨季，8月底雨季结束，日最大降雨量42.8mm，施工现场紧邻河道，粉尘和钻井液对环境污染防护工作难度大。,二、技术研究,二、技术研究,（二）、冻土层固井技术研究,1、水泥的优选,对于低温水泥浆体系，其强度和游离液是两项最重要的指标，对比天山和葛洲坝水泥可以看出，葛洲坝水泥质检游离液更小，其强度发展更快更高，由此选择葛洲坝水泥。,（二）、冻土层固井技术研究,2、外加剂的优选,以M59S与中石化DZ-Z和西南石
5、油大学ZC-2S两种早强剂对比，发现后两种最低实验温度在30-50，不适合冻土层0的条件。对比M59S与DWZ-1发现，同样的配方M59S在温度更低时强度发展更快，由此选择早强剂M59S。,油井水泥胶结剂M19S是一种水泥水化激活剂，能增进氢氧钙的反应速度，提高水泥石强度，同时改善水泥浆的沉降稳定性。特别是它与M59S低温油井水泥早强剂配合使用，在低温下，对水泥石强度的发展，有显著的促进作用。,（二）、冻土层固井技术研究,7、0水泥浆体系的调配,早强剂加量对流变性的影响 通过改变早强剂加量，发现早强剂对水泥浆流变性影响较大，在室温6下，将早强剂的加量从0.5%增加到4%，其流行指数显著降低，稠
6、度系数明显增加，水泥浆有明显增稠现象。,（二）、冻土层固井技术研究,7、0水泥浆体系的调配,同时改变早强剂和胶结剂M19s的加量，发现水泥浆反而没有单一增加早强剂明显，说明胶结剂对浆体流变性并无明显影响。,（二）、冻土层固井技术研究,对比外加剂对强度的影响，我们取纯水泥、盐水速凝水泥以及加早强剂和胶结剂的水泥进行对比，发现在低温下，5%盐水不能起到提高早期强度的作用，而早强剂和胶结剂加量在2-3%性能差异较小。通过加入3%早强剂和胶结剂后，72h水泥石强度可达到8.5MPa，可满足固井施工的要求。,3、0水泥浆体系的调配,（二）、冻土层固井技术研究,对稳定性、触变性、失水的影响实验发现早强剂和
7、胶结剂的加入使得浆体触变性明显增强，且随着早强剂和胶结剂加量从0.5%提高到4%的过程中，水泥浆触变性越来越强，当早强剂加量超过3%，新浆静置3min后，流动度从20cm降为13cm，静置5min后浆体基本失去流动性，但一经搅拌，浆体又逐渐恢复流动性。,其稳定性和失水大小与早强剂和胶结剂的加量呈规律变化，外加剂加量越大，浆体稳定性越好，失水量越小。,新搅浆,5min后,（二）、冻土层固井技术研究,通过对外加剂对水泥浆各性能的影响规律，我们发现当早强剂和胶结剂的加量均为3%时，水泥浆浆体具有较好的搅动流变性、水泥石有明显的早期强度（72h强度达到8.5MPa，满足后期作业要求）、浆体的触变性强、
8、稳定性高、失水量小、短期可凝固，可满足冻土层固井的需要。,配方及性能,（二）、冻土层固井技术研究,4、冻土层固井配套技术措施,尽量减少裸眼口袋的长度，套管鞋距井底长度控制在0.5m以内。严格控制注水泥浆及替浆的排量，采用层流顶替，防止在高速流冲蚀下冻土层坍塌。降低配浆水的温度，将配浆水的温度控制在0-10，减少因温差大而加速冻土层的溶蚀。延长测井时间，根据化验时间的强度发展情况，确定测井时间为72h。,（二）、冻土层固井技术研究,（三）、地层可钻性研究,岩石三轴实验结果表,（1）岩石力学实验,岩石三轴实验内聚力、内摩擦角结果表,（三）、地层可钻性研究,根据随钻录井资料，建立了祁参1井全井段地层
9、岩性剖面图。,（三）、地层可钻性研究,（2）建立岩石力学剖面,通过岩石力学参数模型研究，选择符合祁参1井的计算参数，建立岩石力学剖面。,（三）、地层可钻性研究,根据岩石力学剖面、岩性剖面及工程地质设计，形成以下钻头选型。,（四）、钻头选型研究,（五）、地层三压力剖面研究,通过地层孔隙压力计算模型、层速度-有效应力关系预测地层压力、地层坍塌压力计算模型、地层破裂压力计算模型、建立了祁参1井三压力剖面。,祁参1井破裂压力总体上随着井深呈现规律性增加的趋势，三叠系，二叠系地层中有一定的波动；孔隙压力在2300 m以上的井段呈规律性增加的趋势，侏罗系下部到三叠系中部的孔隙压力较上部地层有较为明显的增幅
10、，下部孔隙压力波动较为明显。坍塌压力在该井的整个井段都有一定的波动值，但整体趋势明显。,（六）、地应力特征研究,通过研究，得出：祁参1井全井段三地应力剖面关系为：上覆岩层压力最大水平主应力最小水平主应力。祁参1井三地应力总体趋势随着井深的增加而增大，3400 m以下井段的最大水平主应力和最小水平主应力增加趋势小于上部井段，且呈现较大的波动。,（七）、井身结构优化研究,（1）井身结构优化原则 1)表层套管：钻穿第四系冻土层和砾石层完钻，设计井深60m，下入表层套管，水泥返至地面。封固第四系冻土层、砾石层和浅层水，安装井口装置，确保二开安全钻进。2)技术套管：钻穿上第三系的砾石层，进入侏罗系稳定地
11、层50m-100m完钻，设计井深500m，下入套管，水泥返至地面。3)技术套管：钻穿侏罗系进入三叠系，钻过3#煤页岩层和2#油气层进入泥岩稳定地层完钻，设计井深3200m，下入套管，水泥返至地面。三叠系3#煤页岩层预计底界深度3000m，2#油气层底界深度3000m，如钻遇好的显示，可提前中完。4)油层套管：钻至4150m完钻，确认为气层，套管下入井段：0-4150m，水泥返至井口；若确认为油层，套管下入井段：0-4150m，水泥返至1800米。5)油层套管（备用）：四开后若钻遇复杂地层无法继续安全钻进，先期中完，下入177.8mm油层套管，尾管悬挂，水泥返至喇叭口，而后采用152mm钻头五开
12、，若存在气层下入127mm直联气密封套管，井段0-4150m，水泥返至地面。,（2）井身结构优化结果,（七）、井身结构优化研究,（八）、钻井液技术研究,钻井液配方,针对祁参1井实际情况，强化了阳离子体系的抑制性和封堵防塌性能。,修造简易道路，达到通行要求；保证基础稳定，使用电热毯等克服低温，实现基础养护要求；对周围环境进行防污隔离。,基础建设结实可靠，设备顺利搬运至井场。,三、现场应用,三、现场应用,工程：加固导管胶结质量，优化参数及钻具结构，达到快速钻进，快速下入套管。泥浆：严禁加入无机盐，准备足够泥浆并增加循环周时间，使钻井液自然降温。,1.83小时完成表层，固井水泥浆顺利返至地面；没有造
13、成井口大面积坍塌、环境污染等更多复杂事故。,通过测井检验，祁参1井表层固井水泥返至地面，固井质量优质；技套一固井虽然发生漏失，但下部有效封固井段声幅值在10%以内，固井质量优质。综合分析评价，该项技术能够满足南祁连冻土层固井的要求。,三、现场应用,通过调研其它油田同类地层，钻头应用情况，准备不同型号的牙轮及PDC，实钻过程不断调整，形成初步应用系列。在井深1744-2359m井段，应用一只ST915TU，完成进尺615m，平均机速4.29m/h，相比牙轮机速1.05m/h提高了308.57%。,三、现场应用,根据井下状况和地层实钻情况，选用川7-4取心筒,CQP688、CQT405取心钻头；取
14、心前制方案，取心后重新评估，不断改进。共取心5筒，进尺20.91m，收获率99.62%。,三、现场应用,钻至三叠系地层，砂砾岩坚硬，牙轮钻头断掉齿严重，常规PDC不能应用，机速在1m/h以下，为加快速度，将青西白垩系提速效果较好的扭力钻井在该井应用，机速相比同井段牙轮钻头和PDC分别提高101.04%和116.98%。,应用强刚性钻具结构，制定合理钻井参数，及时进行质量监测，井身质量的到良好控制。,三、现场应用,应用MEG甲基葡萄糖甙仿油基阳离子钻井液体系；全井保持低失水；减少滤液侵入半径，增加井壁稳定；配合低失水改善泥饼质量；减少水化分散，降低泥页岩膨胀性坍塌或缩径。,测井成功率100%；复
15、杂损失0.04%；井径扩大率小于10%（三开5.3%、四开9.03%）。,三、现场应用,针对高原施工，配置专用医生、高压氧仓、氧气瓶、正压式呼吸器、防毒面具等防护工具，同时联系驻守部队，必要时寻求空运支持，在人员安全方面做到了“未雨绸缪”。挑选身体素质良好员工，并定期对员工进行身体检查，一旦发现异常，及时转移到低海拔地区休息，做到了“身体状况不佳不上岗”。,对污水坑进行加固，防止污水侵入河水中；每周定时对周边的白色垃圾进去清理；每一个月把收集的垃圾拉到垃圾处理场进行集中处理；完井后以最快时间完成地貌恢复工作；学习法律法规，最大限度降低环境损害。,开钻前对施工区域的道路交通、气候情况等进行多次调
16、研，做到心中有数，准备好各种生产、生活物资，提前做好应急准备；7-8月为雨季，道路问题显得尤为重要，简易道路在河道处按要求铺设涵管，确保道路通畅，保障生产、生活正常进行。,环境保护,人员安全,后勤保障,全井施工过程未发生一起人员受伤、环境污染、生态破坏事件，全井停工时效1.62%。,三、现场应用,1、祁参1井实际完钻井深4065m，建井周期219.5天，平均机械钻速1.68m/h。共取心5筒，总进尺20.91m，收获率99.62%。2、事故损失率0，固井质量合格率100%，固井质量优质率78%。,三、现场应用,主要技术指标完成情况,1、对该区块岩石力学特征、地层压力系统进行了研究，建立了三压力
17、剖面和岩性剖面。2、首次针对冻土层，应用合理的钻井工程技术、钻井液技术及固井技术，顺利完成冻土层、流沙层施工。3、通过对压力系统、温度系统分析、粘土矿物组分分析，优化阳离子钻井液体系，全井无事故，实现了确保打成的既定目标。4、通过集成应用了扭力冲击钻井技术、复合钻井、个性化钻头等技术，形成了一整套较完善的钻井工程配套技术，在4000米以上高海拔进行钻探施工，并取得成功，积累了高海拔钻井经验。,四、主要技术及创新点,五、与国内外同类技术相比,狮20井位于柴达木盆地西部南区狮子沟构造花土沟高点轴线附近，油井海拔3430.09米。是目前世界上海拔最高的采油井。,五、与国内外同类技术相比,羊八井位于拉萨市西北90公里的当雄县境内，海拔4300米，是世界上海拔最高的井，是地热井。,五、与国内外同类技术相比,国内石油、能源媒体对祁参1井进行了相关报导。,中国石油企业,五、与国内外同类技术相比,祁参1井是世界上海拔最高的一口油探井，施工过程中安全、快速的钻穿了冻土层、侏罗系、三叠系地层，开发应用了冻土层钻进技术、冻土层固井技术，填补了国内高原钻井技术的多项空白。,六、应用前景,所形成的高原钻井技术、冻土层钻井技术在青海、西藏等高海拔区域具有一定的应用前景。,汇报完毕，谢谢大家！,
