肯尼亚OL KARIA高温地热井钻井技术应用

2010-10-13王龙张子桥张华伟王颖

石油石化节能 2010年10期

关键词：井眼钻具井筒

王龙张子桥张华伟王颖

(1.长城钻探公司工程技术研究院;2.长城钻探公司固井公司; 3.辽河油田筑路工程公司)

肯尼亚OL KARIA高温地热井钻井技术应用

王龙1张子桥2张华伟2王颖3

(1.长城钻探公司工程技术研究院;2.长城钻探公司固井公司; 3.辽河油田筑路工程公司)

地热资源是蕴藏丰富且无污染的清洁能源。因石油、煤炭等传统能源逐渐枯竭,开发地热资源成为未来缓解能源危机的一个重要途径。肯尼亚地下蕴含大量的高温地热资源,OL KARIA是肯尼亚地热面积最大的区块,地热面积大约80 km2。该区块是一个火山喷发岩沉积的开放性隆起构造。在钻井过程中存在地下温度高 (最高可达到350℃),地层严重漏失,定向轨迹控制难度大,钻具磨损严重,卡钻事故频繁,钻井速度慢等技术难题。针对这些问题,长城钻探公司开展了肯尼亚高温地热井定向钻井技术研究,经过近3年的室内研究和现场实践,形成了高温定向钻井、空气泡沫钻井液、钻具防磨损、钻井提速、井筒降温盲钻等高温地热井钻井技术,成功解决了以上难题,现场应用取得了明显效果。

地热井井筒降温空气泡沫井眼轨迹控制

1 高温地热井钻井技术

1.1 高温定向钻井

地热井地层温度高,决定了只能使用 E型高温单点测斜仪和井下动力钻具进行定向造斜。造斜钻具组合为:311 mm钻头+高温泡沫螺杆+定位接头+无磁钻铤 (1～2根)+127 mm加重钻杆(15根)+127 mm钻杆。由于使用单点测斜仪进行定向造斜,工具面不稳定,造斜难度大,因此,采用计算法和经验法综合考虑反扭角的大小,提高定向造斜的精确度,并缩短测斜间距,以便对工具面的角度进行小范围调整[1]。为了解决严重的井漏和井眼清洁问题,定向时采用空气泡沫钻井液进行循环。同时,为了保证定向施工顺利进行,在实际施工时制定了以下措施:①尽可能选择低温区和稳定性非破碎岩层作为造斜段;②采用0.5°以下的螺杆,造斜率应控制在每30 m 1.5°～2°之间,以降低定向井眼曲率;③在造斜达到一定角度且方位稳定后,应尽可能使用转盘动力增斜钻进,以提高工作效率;④增斜稳斜段缩短测斜间距,及时控制井眼轨迹;⑤测斜时要向井内注入大量的冷水,减少高温对仪器的影响。稳斜时通常采用的钻具组合为:钻头+双母 (带浮阀)+回压阀+滚子扶正器+钻铤 (2根)+滚子扶正器+无磁钻铤 (1～2根)+钻铤 (6～8根)+127 mm加重钻杆 (12根)+127 mm钻杆。

1.2 空气泡沫钻井液技术

根据地热井的特点,地热井钻井液必须满足以下两个要求:①泥浆密度较低,携砂能力强;②钻井液和处理剂抗温能力高,温度要达到200℃以上。为此,研发了空气泡沫钻井液。在清水中加入适量的发泡剂作为泡沫基液,并根据井深和地层漏失状况在泡沫基液中充入一定量的空气,使泡沫的质量系数达到0.55左右。泡沫钻井液的最大优点是低密度、高黏度。泡沫流体的密度为0.036～0.424 g/cm3,泡沫由紧密而细小且有坚固薄膜的气泡组成,具有较强的表面黏度和强度,因而具有良好的防漏堵漏和保持井眼清洁的作用。在形成泡沫的基液中加入抗高温保护剂HT-1能提高发泡剂的抗温能力,抗温极限从180℃提高到240℃,满足了现场高温施工的要求[2]。

1.3 钻具防磨损

在地热井钻井过程中,由于经常出现严重井漏,钻井液只进不出,钻具磨损严重。通常,2～3口井就需要换一套钻具。为此,设计了专用钻杆保径接头、新型滚子扶正器、钻杆减阻耐磨接头等辅助钻井工具,大大降低了钻具的损坏程度。

1.4 钻井提速

钻头选型是提高钻井速度的关键,该区块钻头问题主要出现在四开段,通过对地层特点、钻头使用难点和已完钻井钻头使用情况的分析,加强了钻头牙轮牙掌保径能力和钻头耐温性能。钻头选型遵循以下原则:

◇800～1 800 m井段,岩性可钻性较好,可使用甲方提供的S86F或江钻生产的 HJ T537GL或MD537,齿型为楔形齿;

◇1 800～2 400 m井段,地层研磨性增强,地温升高,推荐使用江钻生产的 HJ T617GL或MD617,齿型为楔形齿;

◇2 400～3 000 m井段,地层研磨性强,地温达到300℃以上,轴承热损坏严重,推荐使用江钻生产的HJ T637GL或MD637,齿型为球形齿。

通过9口井的试验,单只钻头平均进尺提高了300%,平均机械钻速提高了57.6%。此外,通过改变原来的钻具组合,将螺旋扶正器换成滚子扶正器,机械钻速得到大幅度提高,钻头蹩跳、高扭矩问题也得到了有效缓解。

1.5 井筒降温盲钻

肯尼亚OL KARIA区块是一个火山喷发岩沉积的开放性隆起构造,存在大量熔洞,出现循环完全漏失。为此,采用了井筒降温盲钻技术,就是用清水加一定量的发泡剂代替钻井液进行钻井作业。但在盲钻过程中要经常测试井眼是否清洁。测试的方法是:刚开始盲钻时,先钻井3～4 m上提钻具,停止泡沫流体的注入,静止5 min左右再次下入钻具,测试井底是否有沉砂。如果没有沉砂则开泵继续往下钻进;如果有沉砂,则当钻头接近井底时,开泵泵入高黏钻井液清洁井眼,然后再进行井筒降温盲钻。

2 现场应用

2.1 施工简介

OW-904B井一开钻进 (0～64 m井段),清水钻进,从地表一直钻至表层深度,没有发生漏失,返出良好。二开钻进 (64～322 m),清水钻至109 m,井口返出良好,之后发生完全性漏失,采用清水盲钻至套管深度322 m。三开钻进(322～1 206 m),用空气泡沫钻至定向井段610 m,没有发生漏失,返出良好。定向段后采用空气泡沫增斜钻进,井口返出良好。四开钻进 (1 206～1 838 m),用空气泡沫从1 206 m开始钻进,顺利钻到3 000 m,钻进速度比较快。

OW-904A井是同一平台的另一口地热井,井身结构如表1所示,施工情况如表2所示。

表1 OW-904A井实钻井身结构

2.2 效果评价

2007年,长城钻探公司进入肯尼亚地热井钻井市场,先期钻井速度低,定向难度高,卡钻事故频繁。通过应用高温定向钻井、井筒降温、钻头选型、空气泡沫钻井液等高温地热井钻井技术,成功解决了这些难题。截至2008年12月,共完成了9口井 (表3)。同当地其他公司相比,单只钻头平均进尺提高了300%,使用时间提高129%,平均机械钻速由1.26 m/h提高到6.33 m/h,钻速提高了5倍多,平均钻井周期缩短了18天,取得了明显的效果。