深井钻井技术问题及其系统的适用性问题

  依据.

 

  国内真正提出深井钻井技术适用性问题分析或适用技术研究,并纳入复杂性系统工程或系统科学概念是在20世纪90年代初,直接源于水平钻井和欠平衡钻井技术研讨,与可持续发展战略密切相关。

 

  20世纪90年代,刘长生等根据国外水平井状况,研究过水平井钻井技术是否适用于各类型油气藏问题;蒋传新等根据国内水平井现状描述了共3类油气藏水平井技术适用性;笔者参与探讨和全面总结了国内水平钻井适用技术研究成果,分别指出水平井的2种基本功能和6种适用技术特性,对西部钻深水平井和提高深钻认识有积极作用;曾义金等对深井欠平衡钻井技术适用性问题进行了系统研究,考虑钻井地质、储层、产量、工程难度及作业者水平等因素后,认为欠平衡钻井适用于7类地层和不适用于5类地层。这比美国威德福公司研究认为欠平衡钻井适用于5种地层和不适用于4种地层更进一步。

 

  方法.

 

  系统分析与系统综合相结合,采用与复杂性处理相同的方法。

 

  结果与讨论.

 

  通过对塔北地区以及川渝东部地区深井功能性分析与评价,得到国内西部探区复杂深井钻井适用技术概略性分析意见。通过10余口5000~6000 m深井功能性分析与评价,发现塔里木盆地北部地区深井超深井的功能各异,井钻浅了不起作用但也并非越深越适用,其中5300~5800 m深井欠平衡钻井技术有利于解决深部碳酸盐岩地层漏失、储层损害、低产层不易发现、井下事故多及机械钻速低等问题,特别是垂直欠平衡井在开发奥陶系高密度、高黏度和低流动性油藏中价值系数最高。

 

  近15年实践证明,塔里木盆地深井范围5500~6200 m,适用于6000 m深井钻井技术趋于成熟,用其揭示的储层自上而下多达十几层,基本达到地质目的要求。但是由于深层地质条件更加复杂,油气钻井先进技术往往系于一身,加上近年来注重经济性评价和投资决策,导致原来薄弱的深井超深井钻井技术适用性研究更加落后。例如,至今对深层水平井是否适用所有探井的问题还在探讨中,而塔里木盆地已习惯于采用深水平井既探且采,这种做法世界罕见。如果仅从4个安全可比性技术经济角度考虑,深于5750 m的水平井段对目前塔里木盆地成批探与采结合的不适用性是明显的,相反, 5750 m以深直井勘探价值系数更大,至于5750 m以深开发井则应强调深直井动态结构性评价,而不局限于深水平井成功试验,从而把深井超深井钻井技术适用性研究推上新台阶。

 

  又通过20余口深直井及定向(侧钻)井功能性分析与评价,发现川渝东部地区复杂深井、超深井功能相近,而且在/九五0期间完成井平均井深(4786m)比在/八五0期间完成井平均井深(4568 m)仅增218m。尽管由于技术进步和科学管理,平均机械钻速/九五0比/八五0提高18. 7%,而平均钻机月速/九五0比/八五0提高46. 56%,但川渝东部深井钻井技术系统比塔里木深井还复杂,因此在完钻深井中,除高密度条件下气层安全钻井技术有新突破外,高陡地层井斜超标,易塌、易漏层失控,喷漏同层及地面条件复杂等问题突出,不仅影响钻井速度和建井周期,也从根本上限制了深井功能。

 

  近10年实践证明,川渝东部开江区块5158~5170 m地层电测解释定为气层,深井钻井中应随时改变井身结构设计,提前下入各级套管,以适应封隔飞仙关组、使215. 9 mm和152. 4 mm段内3个压力系统关系协调的要求,这时,井身结构优化设计的目的变为/安全钻进油气层并减少套管下入深度使套管进尺比降低0。这种合理简化处理,实质上就是变复杂系统为简单系统,从实际出发适当降低5 何金南:深井钻井技术问题及其系统分析技术难度和综合成本,以提高深井价值系数。从侧面说明深井钻井复杂系统和简单系统之间,既是联系的,也是发展变化的。深井钻井技术适用性问题作为复杂系统工程的重要内容,亟待深入探讨。

 

  实例.

 

  以塔里木山前构造深井为例,围绕山前构造钻井技术诸多难点(含溶、缩、塌、胀、漏、卡、喷、损等)进行钻井技术适用性问题分析。

 

  首先进行深探井复杂性巨系统工程的分析研究,然后通过跨部门、多学科、多层次的联合攻关,形成适用于塔里木山前构造的以防斜打快、提高机械钻速、复杂地层钻井液、超高压气层固井为核心技术的综合技术系统,从而在山前构造上明显提高钻速、降低钻探成本、加快勘探进度。

 

  1954 -1986年先后在10个地面构造上钻探63口井,最深的是南部平缓背斜带上亚(参)2井(完钻井深5390. 54 m),耗时939 d,其中大部分为浅井和中深井,而且受当时钻井条件限制,钻井周期长,成功率低,半数井属工程报废。通过深入研究深井适用性及复杂性问题, 1993 -1998年在山前地区先后钻成东秋5井、亚肯3井、克参1井、阳霞1井等深井超深井,不仅从技术上突破了6000 m深度大关,而且对困扰该地区深井40年的陡倾及复合盐层钻探等难题提高了认识,相应地山前深井钻井技术适用性研究内容大大丰富,包括适应山前深井煤层和破碎性泥页岩层垮塌、超高压层井喷、可钻性差层钻速低等条件的要求。