立秋之后,川渝大地依然被高温笼罩,位于四川省绵阳市的蓬深6井的实时气温已突破40摄氏度。川庆钻采院欠平衡公司双探片区负责人唐明刚从钻台上下来,大汗淋漓。他盯着数据不断跳动的显示屏,神情专注,这是他今年在现场服务的第4口井。
“大家注意,这口井和我们之前打的双鱼001-H6井虽然都是超深井,具有高温高压、窄密度窗口的特点,但在处理方式上还是有所不同。”就在之前的6月23日,他带领作业队在190公里之外的双鱼001-H6井,协同川庆90011队打成了中国石油历史上第一口超9000米水平井,且创造了中国石油最深井和我国陆上最深气井纪录。这次攀登“地下珠峰”的过程,让唐明记忆深刻。
准备“登顶”
双鱼001-H6井是国内第一口9000米级超深含硫高温高压天然气水平井,位于地质条件异常复杂的龙门山断褶带与川北古中拗陷低缓带过渡区,该井的实施对中国石油复杂超深井钻井技术迈向万米深层具有重大探索意义。为了打成,早在两年前,钻采院钻井完井设计中心便接到了设计任务。
“再难也要啃下这块硬骨头!”该设计中心主任乔李华在立下军令状的同时,也深知,这份设计必须通盘考虑钻井过程中可能遭遇的各种困难,诸如高温、高压条件下,钻井装备、工具、仪器以及钻井液存在的局限;诸如,复杂压力系统带来的溢、漏、垮井下复杂;再如,超深长裸眼带来的大摩阻、高扭矩等种种难题……每一个问题都是横亘于前的巨大挑战,需要反复考量井身结构、管柱强度与材质、井控装备、及钻井液、定向工具等等。
方案论证前期,设计团队系统梳理了该区域的地质特征、邻井钻探情况、钻井施工风险,明确了区域钻井工程地质难点。围绕超深水平井存在的地层压力高、压力系统复杂、裸眼段长、深部地层可钻性差、温度高等技术难点,他们在详细分析邻井实钻资料,总结侏罗系、二叠系等地层主要复杂发生的详细井段、原因及处理效果基础上,明确了优化井身结构的方向,兼顾了复杂、钻速、时效、经济性等多方面。
考虑到目的层小井眼长水平段钻井的难度,他们应用专业软件进行摩阻、水力参数模拟计算,并根据模拟情况设计采用了既能降低摩阻,也能稳定长水平段井壁的油基钻井液。另一方面,为提高定向效率,设计团队不断优化设计井眼轨迹,优选出可钻性相对较好的地层进行定向,同时为最大化降低超深水平井摩阻扭矩,设计保持了较小的狗腿度。
针对三叠系、二叠系窄密度窗口带来的溢漏同存难题,设计团队则设计采用精细控压钻井、固井工艺技术,合理配置复合钻杆,明确高强度抗硫套管和105MPa井口装备,强化了井控风险保障措施。
2020年12月中旬,设计团队如期完成设计方案,刚刚完成打印、装订上封面的《双鱼001-H6井钻井工程方案》加急递送到业主方审查组,经在场专家一致审核确认:通过!
“利剑”在手
超深井施工是世界级难题,要精准判断深埋于地下数公里外几米厚的储层在哪里,必须中靶“甜点区”才能保证找得到油气,同时,要控制钻头通过一根根钻具从地面延伸至地下9公里远,149.2毫米直径的钻头沿着储层走难度不亚于百米外穿针引线——但这是该院定向井技术团队的拿手绝活。
“防斜打直、井筒质量和井下复杂控制、克服高温高压安全钻进,这是摆在我们面前的三道难关。”在深入了解双鱼001-H6井现场地质情况之后,身经百战的定向工程师们仍不免惴惴:直井段地层倾角达15度,且要兼顾邻井防碰;要穿过加厚燧石高研磨性地层和大段易漏易垮塌井段;目的层井温超180摄氏度,压力超130兆帕,真是一关更比一关难!
关关难过关关过。接到任务,定向井技术团队第一时间汇集科研技术骨干开专题会,认真分析地质资料和邻井工程资料,细致商定了技术方案,决定采用自主研发的“CQ-IGS水平井一体化地质导向技术”为水平段提供实时地质导向技术服务;同时,钻采院的的专家组通过远程平台随时为现场提供助力。前方,是双项目长现场24小时值守,关键节点安排作业部负责人驻井把关;后方,是高性能装备整装待发,维保车间24小时轮班为工具仪器做好检测与保养。
所有这一切,只为万无一失。
3月15日,定向设备入井,这趟钻要进A点。但到了3月18日,当钻至7800米、距A点仅25米时,钻时遽然降至每米100分钟。“托压现象”,这个让定向工程师们恨得牙痒痒的“老熟人”又不请自来。
托压是水平井在长裸眼段几乎必然伴随的顽症。因为钻柱与大段不光滑井壁接触造成越来越大的摩阻,致使钻压不能有效加到钻头上,从而导致机械钻速降低,岩屑难以有效返出。这种情况下,钻井时效受影响,且极有可能引发井下安全事故。
“特别是在8650米到8700米那一段,太难了!”作业组长胥鹏程不胜感慨。当时正在作业的他们突然接到地质方指令:“应地质情况变化,为更好追踪储层,从90度增斜至91.5度。”8650米的井深,严重的托压现象导致扭矩传不下去、工具面摆不准,为了有效增斜,他们24小时坚守钻台,每钻进30厘米或者30分钟,准时提示司钻将钻具提离井底,重新设置工具面,再下放钻进,如此反复,每10厘米就要重新定一次向:短短50米进尺,他们硬是磨了4天5夜。
而另一边,该院精细控压作业技术团队面对的,又是不一样的难题。
“我们此前了解到,邻井在飞仙关~茅口组井段均发生不同程度井漏复杂,单井钻井液漏失量500~1000m3,伴强烈气液置换,又漏又喷,复杂处理时间最长20天以上,不但严重影响该构造油田勘探开发进程,还给钻探作业造成极大井控风险。”精细控压作业队长许强紧锁的眉头已将难度值刻在了脸上。
双鱼001-H6井属于双鱼石构造,该构造地层压力系统复杂多变,高低压力层段同时存在,极易出现严重井漏、又漏又喷的井下复杂。特别在吴家坪~栖霞组,常规钻井过程中钻遇严重井漏,多次堵漏作业使得地层形成圈闭压力,诱发漏转喷,处理难度极大。
登顶的艰难时刻已到,精细控压钻井技术应召出马!
作为国际钻井工程前沿技术之一,该技术是世界公认的解决深井钻井中由窄安全密度窗口、多压力系统引起的严重井漏、喷漏同存等井下复杂情况的“杀手锏”,而川庆公司的“钻、测、固、完全过程精细控压钻完井技术”更是在理念和工艺方面处于国际领先地位。
“绝不能出丝毫差错!”面对该井地层窄安全密度窗口这个“老相识”和地层圈闭压力、高压低渗两名“熟客”,虽然此前处理过很多井的复杂,但精细控压双探片区负责人唐明还是慎之又慎。
这是百米高空走钢丝的时刻。精细控压团队采用“排气降压”、“承压堵漏”相结合的方式,通过19次释放地层压力,将压力系数由2.12降低至1.98,钻井液密度由2.10g/cm3逐步降低至1.96g/cm3,重新建立了安全密度窗口,有效控制住了溢漏复杂。
在后续嘉陵江至茅口组的井段固井作业中,为确保窄安全密度窗口地层固井质量与固井效率,团队采用了自研控压固井动态井筒压力监控系统,根据浆柱结构及注入排量的不断变化,进行井筒压力“实时算、自动控”,有效控制井筒压力在安全密度窗口范围内,成功实现本井固井作业的不溢、不漏,作业风险大大降低,大幅提高了固井效率。
“云端”加持
如果说向上登顶需直面风云变幻,那么向下延伸的地质攀爬需要面对波谲云诡的未知和无常。
钻头的每一次前行稍有不慎,井漏、溢流、卡钻等复杂都将接踵而至。因此,对钻井大数据进行智能分析,成为及时矫正轨迹、确保永不偏航的有效手段。
“多亏了EISS系统强大的数据流转支撑功能,整合了钻井、测录井等现场多专业数据资源及工程参数,实时在线分析模块还能形成报警算法,真正实现了对复杂事故的预判和提前介入。”90011队队长王坚感慨数字赋能的伟力。
他提到的EISS便是钻采院信息化团队以川庆钻探一体化平台为基础升级打造的中油技服工程作业智能支持系统。该系统上线三年多来,深度融合了井筒工程与现代信息技术,建设了涵盖工程动态、实时动态的10大功能模块,实现了多专业、多岗位的信息共享,复杂作业环境下实时数据的流转与应用对实钻支撑极大。
“这样的井深史无前例,我们想要做出一个车载导航般的智能模块,它既能对位置信息和‘路况’作出准确判断,还必须在发现‘偏航’时及时预警。”信息化团队负责人信息技术应用企业技术专家钱浩东抓住这次跨越9000米的机会,带领团队反复研究井漏、溢流、卡钻故障复杂预警规则,将数字技术与工程技术融合创新,集多套独创算法与结构化钻井技术标准规范于一体,形成了“计算机监控实时曲线+智能预警模型”的自动推送报警信息模式。实际钻进中,该系统根据流量与钻时实时分析,绘制变化趋势线,同时综合大数据算法,不仅做到了溢流的早预见、早报警,还能进行起钻前安全分析及起钻过程中监控分析,为科学制定技术措施提供了依据,对于最大限度避免事故复杂出现发挥了作用。
“再深也不慌,因为我们还有一支最强的后援团!”而在两百公里外的大后方,以川庆公司专家为主的精英技术力量以EISC中心为平台集结成“最强大脑天团”,他们时刻紧盯大屏幕前现场传回的视频影像,追踪着寸寸延伸的钻井数据,结合系统知识库中的海量数据进行实时分析。每一个钻进的关键节点,他们的建议都准确无误地传达至一线。
“登顶”时刻
6月23日13时10分,备受瞩目的双鱼001-H6井安全钻至9010米井深顺利完钻,为这次“地下珠峰”登顶之旅画下完美句点,数代石油人的夙愿一朝实现!9000米的突破,攻克了“超高温、超高压、超井深”等地质复杂难题,更为钻井工程技术发展提供了宝贵经验。
“我们的目标就是全力将钻头安全且精准送的至地层更深处,幸不辱命!”定向井公司片区经理杨瑞帆激动不已。这次,他们成功将直井段井斜控制在1度以内,为下部井段定向提供了优质环境;轨迹控制质量达标率100%,目的层钻进扭矩仅16000-18000牛米,较邻井动则超30000牛米的数据有了质的提升,上提摩阻不超过25吨;全井段仪器及工具失效率同比降低31.74%。
唐明靠在数控房的椅背上,长长舒了口气,在与井底压力和痛风连续“作战”了40余天之后,他终于可以安心睡个好觉了。历经数十天的昼夜奋战,他带领队伍将井筒压力控制的精度锁定在0.1MPa,建立了安全密度窗口控制溢漏复杂;固井效率大幅提高,顶替效率达90%以上,二界面固井合格率高达98.4%,为确保井筒完整性、降低后续作业风险提供了坚实的基础。
工信中心的信息工程师谢寅溥打开工程作业智能支持系统,在当天的钻井日报上,郑重将“9010”这一具有里程碑意义的数字录入;随后,不敢有一分钟耽搁,他立即着手生成全井数据库。在这历时490余天的登顶历程中,EISC工作平台累计形成涵盖各项提示预警、专家日检分析等在内的6253条数据记录,累计预警信息1723条,各级中心为现场推送井控及提速内容信息280条、单井分析会信息近20条……钻井虽然告一段落,但这一条条宝贵的数据,将在云端智能数据库进行不断再分析,成为将来钻井走向万米的“智能经验导师”。
双鱼001-H6的顺利完钻,为超深井优快钻井技术积累了宝贵经验。随着油气勘探的不断深入,常规油气田开采逐渐进入后期,向深井、超深井和非常规油气资源发展已成为一种必然趋势。接下来,钻采院将根据储层解释情况,加快该井完井、试油方案论证和实施;同时,进一步加大特色技术研发,让更多拥有自主知识产权的新工艺、新技术破茧而出,在征服万米深井的过程中大放异彩。
【致谢被采访者】
谭清明 钻采院定向井技术服务公司党支部书记
李枝林 钻采院科技研发中心主任
左星 钻采院欠平衡钻井技术服务公司党支部书记
刘宝军 钻采院钻井完井设计中心副主任
谢寅溥 钻采院工程技术信息研究中心副主任
钻采工程技术研究院钻井完井设计、定向井、精细控压、信息技术相关科研人员