含盐膏层段的井身结构优化设计——以X油田BU-51井为例

2022-09-12

0概况

X油田构造范围为约40km×7km, 具有南北两个高点, 南部构造较浅, 但圈闭面积较大, 油藏埋藏深, 地质条件复杂, 其中下fars地层中含有大量的硬石膏、页岩和盐岩是造成井下复杂情况的主要原因, 是安全、经济钻井作业的重要威胁。因此设计合理的井身结构是X油田深井钻井成功的关键。BU-51井结合邻井的钻井资料优化井身结构, 封堵了含异常高压的盐膏层, 避免漏失、井喷、坍塌、卡钻等井下复杂情况的发生, 使钻井作业顺利进行, 降低成本, 缩短周期, 提高钻井施工的安全与经济。

1 井身结构设计方案优选

(1) 从上到下设计套管层次, 此种方法适用于对于区块地层情况不清楚的探井, 为不可知的复杂层位预留起封隔作用的技术套管。而BU-51井是一口生产加密井, 对于该井所钻遇地层均有足够的认识。因此该种从上到下设计的方式对于BU-51井的井身结构设计不够经济。

(2) 从下到上设计套管层次, 此种方法适用于地层属于正常压实地层, 地层情况较简单即钻井过程中不存在由于地层异常高压所引起的压差卡钻以及漏失、溢流等复杂情况。

(3) 从中间向两边设计套管层次, 此种方法适用于对于所钻地层情况较清楚的生产加密井。通过考虑中间套管是否存在被卡的情况来确定套管所下深度, 既保证套管的安全, 而且节约了成本。因此BU-51选择从中间向两边的设计方式最为经济合理。

2 BU-51井井身结构设计

井身结构优化设计的主要任务就是确定套管的下入层次、下入深度、套管与钻头尺寸及配合等。[1]

2.1 根据地层岩性及复杂情况确定必封点

下fars地层主要岩性组成为页岩、硬石膏、盐岩等, 其厚度达到800m, 属于典型的巨厚盐膏层。由于地层的欠压实作用造成下fars地层异常高压, 导致钻井过程中漏、阻、卡、塌等复杂事故发生频率占总复杂情况的23.48%。依据安全优快钻井的基本原则, 下fars地层巨厚盐膏层段为地层必封点。

2.2 地层三压力

准确地层三压力的预测是井身结构优化设计的关键所在, 尤其对于地层存在异常压力体系 (一般为异常高压) 。精确的三压力预测不仅是确定安全泥浆密度窗口, 减少钻井过程中漏、喷、卡、塌等事故的基础, 而且也是确定套管的下入深度, 防止下套管过程中出现压差卡套管和钻下部地层时压漏上部套管鞋处裸露地层的依据。根据地层三压力的预测确定合理的套管下入深度既保证钻井作业安全高效的进行, 也节约了套管成本。

如图1所示:纵坐标表示井深, 横坐标表示压力当量密度。其中Ppw为地层空隙压力当量密度;其中Pfw为地层破裂压力当量密度。

2.3 套管层次和下入深度的确定

由于油层套管的下入深度取决于油气藏的埋藏深度以及完井方式, 所以主要确定的是中间套管 (即技术套管) 的层次及下深。

中间套管的层次及下深的确定根据试算法[2], 具体参见陈庭根、管志川编写的《钻井工程理论与技术》书中井身结构设计一节。通过对BU-51井地层岩性及复杂情况分析, 结合三压力图确定2050m左右的下fars地层为必封层段。从三压力图中可以看出由于存在异常高压, 因此选用预计发生井涌的公式, 试算准确的封隔点。最后将试算的深度代入相应公式检验是否会发生压差卡套管情况。以此类推, 求出中间套管层次及下入深度, 最后再进行表层套管下入深度计算以完成全部井身结构设计。注意表层套管应坐封于坚硬的地层, 避免漏、塌事故的发生。

根据上述方法, BU-51井井身结构优化设计如下, 其中抽吸压力系数Sb、激动压力系数Sg、安全系数St、井涌允量Sk、压差允值△p六个参数根据X油田已钻井统计资料确定。见表1。

3 结语

(1) 封堵盐膏层段必须考虑由于蠕变缩径对套管的挤压, 针对不同岩性的地层优选合理的套管钢级显得尤为重要;

(2) 从中间向两边的井身结构设计适合于油田开采后期的生产加密井, 既保证钻井的安全, 也节约了钻井的成本。其中地层三压力预测的准确性是井身结构设计安全合理的关键所在。

摘要：井身结构设计是钻井过程中至关重要的环节, 井身结构设计的优劣直接影响到钻井能否安全、快速、经济的实施。X油田下fars地层中含有大量的硬石膏、页岩和盐岩造成钻井过程中漏、阻、卡、溢流等复杂情况时有发生, 如何准确封隔盐膏层段显得尤为重要。本文以BU-51井为例在地层岩性及复杂情况分析和三压力 (即孔隙压力、坍塌压力、破裂压力) 预测的基础上优选从中间向两边的设计方案, 成功封堵存在异常高压的盐膏层段, 节约了钻井成本, 为今后该地区含盐膏层段的井身结构设计提供范例。

关键词：盐膏层,井身结构设计