Stone能源公司在墨西哥湾Amberjack油田再开发初期,用控压钻井技术缩短了非生产时间,并避免了早期井钻探时遇到的意外侧钻。
Amberjack油田发现于1983年。该油田距路易斯安那州海岸50公里,位于密西西比峡谷109块,水深314米。至1992年,该油田共完成38口井。1999年,为了提高Amberjack油田产量,启动了再开发程序。最初的两口侧钻开发井由于孔隙压力不确定,且目的砂层内孔隙压力和抗压强度范围很窄等原因,钻目的砂层上部时,遇到了非常复杂的情况。这些情况引起严重井漏,主要是由环空憋堵、卡钻、气侵和最后两次意外侧钻等原因造成的。当时作业公司还没有找到可行的钻井方法减轻井漏,并减少额外非生产时间。
积极规划钻井作业
Stone能源公司刚接管Amberjack油田,就开始积极寻找避免这些问题的钻井方法。在前期策划阶段,钻井工程师分析后,发现事故主要原因是井底压力不能连续控制。Stone能源公司的工程师研究了使用不同钻井液、不同井底钻具组合设计、并通过改变井的设计来维持井眼稳定性,减少当量循环密度,避免钻井液漏失,非生产时间减至最少。最后,他们还是选择了控压钻井技术。因为控压钻井可有效控制井底压力。
为了用标准做法制定合理的液压和钻井设计,Stone能源公司和斯伦贝谢公司的钻井工程师从设计阶段就开始联合工作。Amberjack油田首口井的早期准备由经验丰富的控压钻井监督从钻机调查开始。钻井监督提前筹划和设计安装钻机。准备和设计阶段还包括相关井设计元素的钻井工程审核、控制井底压力和制定钻井应急预案。
设计过程的最后一步包括用理论钻井的标准做法来识别钻井风险,制定降低风险计划。开钻前召开理论钻井、危险源识别分析和危险与可操作性研究专题讨论会以便为设计井选择钻井队伍、钻机和服务人员。
钻井的重要目标是把井底压力控制在大于地层孔隙压力、小于抗压强度范围内。在Amberjack油田,这两个压力极限之差比较小,必须准确控制压力。理论下,钻井中允许工程师测试所有可能发生的情况,确保他们自己准备设备和人员。Amberjack平台上的钻井人员在目前计划内和意外事件的常用方法和行动实践过程中,都熟练掌握了控压钻井服务技术。
建立和实施控压钻井服务
Amberjack油田有四口井用动态环空压力控制系统和控压钻井技术钻探。该系统的主要部件由模块化管汇、回压泵、复合流量计和控制模块组成。安装该系统可有效监控流入和流出的泥浆量、环空压力、井深和其他钻井参数。该控制器用钻井和实时水力学数据就可以计算出在设计深度期望的井底压力需要的回压值。
当动态环空压力控制系统检测到流量下降时,系统开始调控节流器以增加回压。继续调控节流器直至达到设计要求点,然后在关闭泥浆泵后保持环空压力不变。钻进、接单根和起钻换钻头这三种情况下均可以实现这些功能。
实践还证明,复合流量计和动态环空压力控制系统不仅对井涌监测有用,而且对确定孔隙压力也很有用。工程师采用特定技术测量一系列静态流量,来检查孔隙压力不确定的已探明地层。在检查期间,动态环空压力控制系统通过控制增量,来逐步降低静态井底压力,直到泥浆柱压力等于静水压力为止。当井底压力逐步下降时,系统监测复合流量计的流出量。这些测试有助于工程师确定钻井和起下钻期间合适的泥浆比重。
在设计阶段,工程师确定Amberjack油田井压力窗口较窄,需要更严格的回压控制。他们认为,环空压力控制系统的压力必须略大于圈闭压力,关闭钻井泥浆泵时必须增加回压。动态环空压力控制系统一个非常有用的特点是能够控制辅助泵,增加与钻井泥浆泵有关的回压。一些特征证明,绝对有必要把井底压力控制在大于原来值。在这种情况下,钻工很难在30秒内停泵的情况下,进行突击消防演习。泵冲内初始变化的20秒内,关闭节流器并打开辅助泵时控压钻井系统自动响应。再过20秒后,系统使井底压力稳定在程序设置点,由于突变反而导致泥浆密度下降0.15磅/加仑。
图1详细说明了实施动态环空压力控制系统后的流量检测。在不连续的地方,井底压力分段下降直到静态环空压力稳定在14.7ppg。井中流出量(蓝色曲线)表明井底压力等于或小于孔隙压力。用一种控制方法可循环出注入的流体(图片由斯伦贝谢公司提供)。
钻井效益大幅提升
实践还证明控压钻井对起钻很有利。回压稳定时起钻,工程师就可以减少气体抽汲对井眼的影响。过渡作业期间,当钻压增至起下钻重量时,泥浆比重增加。
然而在Amberjack油田,控压钻井最有价值的效益与常规钻井比较时更加明显。四口采用控压钻井技术钻的井中有三口井总非生产时间不到半天,而早期常规钻井总非生产时间则一个多月。图2表明Amberjack油田以前常规钻邻井与实施控压钻井的三口井的非生产时间记录。
在Amberjack油田,用控压钻井技术有助于公司更有效地钻达史上难以达到的地质目标,大大缩短非生产时间。由于准备工作做得充分,钻井施工非常顺利。