渤海淺部復(fù)雜地層大位移井鉆井工藝研究與實踐

范白濤 趙少偉 李 凡 張春妍

（1.中海石油（中國）有限公司天津分公司； 2.中海油能源發(fā)展股份有限公司監(jiān)督監(jiān)理技術(shù)公司）

在渤海地區(qū)，水深及油藏分布特點在一定程度上制約了大位移井鉆完井技術(shù)的應(yīng)用。根據(jù)油田開發(fā)的需要，2010年首次在渤海BZ34-1、LD32-2等油田淺部地層（明化鎮(zhèn)組及以上地層）實施了5口大位移井鉆井作業(yè)，并取得了成功。本文主要對渤海地區(qū)淺部地層首批大位移井成功實踐進行總結(jié)，以期為同類大位移井的實施提供借鑒。

1 實施大位移井的難點

渤海海域淺部地層地質(zhì)條件復(fù)雜，本次實施大位移井的BZ34-1及LD32-2油田最為典型。BZ34-1油田泥巖多砂巖少，地應(yīng)力結(jié)構(gòu)異常，據(jù)鉆井資料，多口井在鉆井過程中出現(xiàn)過起下鉆難、井塌等復(fù)雜情況，部分井由于起下鉆困難導(dǎo)致惡性卡鉆事故，造成井眼報廢。LD32-2油田巖石膠結(jié)程度差，地層疏松，井眼軌跡控制及井壁穩(wěn)定難度大，鉆井作業(yè)過程中有起泥球現(xiàn)象，井眼清潔難度大。由于上述情況，實施大位移井主要存在以下技術(shù)難點：

（1）鉆具受到的摩阻、扭矩大，會導(dǎo)致鉆具磨損程度高，從而增大鉆井、測井、下套管作業(yè)風(fēng)險；

（2）泥巖粘附性強，易吸水膨脹，井眼清潔難度大；

（3）長裸眼段井壁穩(wěn)定性差，起下鉆困難；

（4）斷層及砂巖多，易導(dǎo)致井漏；

（5）井深及井型難度大，挑戰(zhàn)作業(yè)設(shè)備及工具能力。

表1為渤海淺部地層已鉆5口大位移井的基本數(shù)據(jù)，從表中可以看出，5口井井深均超過3 000m，但垂深較淺，水垂比都大于2，穩(wěn)斜角均超過70°，穩(wěn)斜段長度都在2 000m左右。

表1 渤海淺部地層已鉆5口大位移井實鉆數(shù)據(jù)

2 大位移井鉆井工藝研究與實踐

2.1 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計

渤海地區(qū)淺部地層巖石膠結(jié)程度差，泥巖粘附性強，這會造成大位移鉆井實施中長裸眼段井壁穩(wěn)定性差、起下鉆困難。針對上述問題，本文大位移井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計分段考慮，將造斜段與下部穩(wěn)斜進行分隔，各個井眼段分別具有不同的功效，從而分解作業(yè)風(fēng)險，降低下部井段的作業(yè)風(fēng)險。設(shè)計原則如下：①將表層套管下至第一造斜結(jié)束點，即在φ444.500mm井眼段進行造斜，在φ311.150mm井眼段進行穩(wěn)斜鉆進，儲層段用φ215.900mm井眼完鉆。②對于井深超過4 000m的水平井采用四層井身結(jié)構(gòu)，φ215.900mm井眼著陸，下入φ177.800mm尾管，水平段采用φ152.400mm井眼完鉆（表2）。

表2 渤海淺部地層已鉆大位移井井身結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)

2.2 鉆具組合設(shè)計

渤海淺部地層泥巖粘附性強，易吸水膨脹，加之大位移井井斜大，裸眼段長，因此容易在下井壁形成巖屑床，井眼清潔難度很大。針對上述難點，本次大位移鉆井二開及三開井段全程選擇使用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向＋隨鉆測井鉆具組合，該鉆具組合有以下兩方面的優(yōu)點：

（1）在井眼清潔方面，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆具無需滑動且鉆柱轉(zhuǎn)速高，能及時破壞巖屑床，提高井眼凈化效果，同時旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具ECD實時監(jiān)測功能能直接反映井眼的清潔程度，如果實時監(jiān)測ECD值異常，可立即采取循環(huán)或倒劃眼短起下鉆等措施攜砂，清潔井眼，降低鉆井液中的有害固相，防止巖屑床的堆積。

（2）在井眼軌跡控制方面，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆具能形成相對平滑的井眼，并具備近鉆頭井斜和方位測量功能，井眼軌跡控制精度更高，位移延伸能力更強；而利用隨鉆測井?dāng)?shù)據(jù)，可不斷修正地質(zhì)導(dǎo)向模型，適時調(diào)整井眼軌跡，使實鉆井眼軌跡準(zhǔn)確鉆遇目的層，并始終處于油層的最佳位置。本次大位移井取得了在垂厚1m范圍內(nèi)控制井眼軌跡定向鉆進的成效，投產(chǎn)后，單井日產(chǎn)均超過了設(shè)計配產(chǎn)。

2.3 摩阻扭矩隨鉆校正

大位移井鉆井過程中的摩阻扭矩預(yù)測和控制是成功實施大位移井的關(guān)鍵和難點所在。準(zhǔn)確的摩阻扭矩預(yù)測，可以為大位移井鉆井作業(yè)提供依據(jù)。利用軟件預(yù)測摩阻-隨鉆校正摩阻系數(shù)方法，能夠較準(zhǔn)確地預(yù)測鉆具在井下不同深度的摩阻，并通過實際摩阻與預(yù)測摩阻的對比，可以起到對井下情況惡化的預(yù)警作用，能夠預(yù)防井下嚴(yán)重復(fù)雜情況的發(fā)生，保證鉆進及下套管作業(yè)的順利進行［1］。

BZ34-1-D6井鉆井過程中根據(jù)上部井段實際摩阻數(shù)據(jù)反推得到上提下放摩阻系數(shù)為套管內(nèi)0.25、裸眼0.15，旋轉(zhuǎn)摩阻系數(shù)為套管內(nèi)0.55、裸眼0.15。根據(jù)反推得到的摩阻系數(shù)，對井眼完鉆摩阻數(shù)據(jù)進行預(yù)測，并與實際數(shù)據(jù)進行對比，結(jié)果見圖1。

圖1 BZ34-1-D6井實測懸重與預(yù)測懸重對比（包括游動系統(tǒng)懸重39t）

如圖1所示，BZ34-1-D6井鉆進至2 556m時測得實際摩阻遠(yuǎn)大于預(yù)測摩阻，具體表現(xiàn)為：上提懸重由95t增加至107t，下放懸重由67t減小至62t。根據(jù)以上狀況，初步判斷為井眼不干凈，存在巖屑床，因此采取了循環(huán)、短起下的措施清潔井眼。短起下后摩阻有所降低，但對比預(yù)測摩阻仍然偏大，判斷為鉆井液性能不好，潤滑性差，因此在后續(xù)鉆進時調(diào)整了鉆井液性能，井下摩阻大幅降低，大大降低了鉆井作業(yè)時的風(fēng)險。

2.4 鉆井液性能維護

鉆井液性能維護，主要有兩方面的措施。①上部井段，即進入明下段（含油氣層段）之前，以滿足安全、快速鉆進為出發(fā)點，同時考慮成本因素使用海水膨潤土漿，其性能維護措施如下：掃稠漿堅持“少量多次”的原則，盡量做到鉆進產(chǎn)生的巖屑能夠及時返出，保持環(huán)空暢通。②下部井段，即明下段，鉆井液體系必須滿足抑制泥巖的水化膨脹、防止井壁坍塌、防止卡鉆、提高鉆速、泥餅具有良好的潤滑性和柔韌性以利于減少扭矩和摩阻，同時滿足儲層保護要求。下部井段使用PEC鉆井液，其性能維護措施如下：提高R3／R6的讀數(shù)，以保證鉆井液攜砂及懸浮能力；下套管前加入1%甲酸鉀，硬化井壁，保證套管順利下入。

RT101鉆井液材料是中海油服針對大位移井扭矩高、摩阻大的特點所研發(fā)的新型高效極壓潤滑劑。該潤滑劑對摩阻及扭矩均有很好的降低作用。為了保障大位移井鉆進及下套管順利，本次大位移井實施將RT101材料應(yīng)用于鉆井全過程中。本次實踐表明，在鉆井液中加入1%的RT101后，扭矩可下降5kN·m左右，摩阻可下降20t左右。

2.5 套管漂浮技術(shù)的應(yīng)用

大位移井的大斜度延伸段長會造成技術(shù)套管下入困難。套管漂浮技術(shù)是在套管柱上加入漂浮接箍，封閉一段空氣或較輕的鉆井液在下部套管內(nèi)，以增大套管柱在井內(nèi)鉆井液中的浮力，從而達(dá)到減小摩阻的目的。

漂浮接箍由內(nèi)筒和外筒兩部分組成，內(nèi)筒分上滑套和下滑套。下套管到位后，地面加壓剪斷剪切球，上滑套下移，露出循環(huán)孔即可循環(huán)。固井時，底膠塞下行坐在上滑套上，通過水泥漿的自重即打掉下滑套［2］。

以LD32-2-A10H井為例，從圖2預(yù)測數(shù)據(jù)可以看出，如果不帶漂浮接箍，套管下至預(yù)定深度3 051m時，除去游動系統(tǒng)重量，懸重余量已不足8t，顯然已無法滿足作業(yè)要求。為保證φ244.475mm套管下入順利，采用了漂浮接箍技術(shù)。從圖2可以看出，套管下入900m左右時（即套管進入裸眼），懸重開始減??；因此在此處下入漂浮接箍，即浮鞋以上900m套管內(nèi)不灌漿。套管到位后除去游動系統(tǒng)的重量仍有18t的懸重余量，因此方案可行。從圖2還可以看出，預(yù)測結(jié)果與實際符合較好。實踐證明，套管漂浮技術(shù)能有效降低下套管過程中的摩阻，可保證套管的順利下入，是在渤海淺部地層順利實施大位移井的關(guān)鍵技術(shù)之一。

圖2 LD32-2-A10H井下φ244.475mm套管懸重曲線（套管內(nèi)摩阻系數(shù)0.25，裸眼摩阻系數(shù)0.45）

3 結(jié)束語

渤海淺部復(fù)雜地層首批大位移井的成功實施，給該地區(qū)油田滾動開發(fā)及后期調(diào)整提供了新的思路與技術(shù)保障。大位移井技術(shù)可在同類油田推廣應(yīng)用，可利用現(xiàn)有平臺設(shè)施及基礎(chǔ)增加油田產(chǎn)能。另外，對具備衛(wèi)星型區(qū)塊的油田來說，可利用大位移井實現(xiàn)有效開發(fā)。雖然首批大位移井取得了成功，但是大位移井的作業(yè)效率有待進一步提高。應(yīng)從鉆井設(shè)備的選擇、井下工具性能的優(yōu)化、鉆井液體系的優(yōu)選與創(chuàng)新等方面進行研究。

［1］劉曉坡，廖前華，李剛.軟件預(yù)測摩阻-隨鉆校正摩阻系數(shù)方法及其在BZ34-1-D6大位移井鉆井中的應(yīng)用［J］.中國海上油氣，2010，22（5）：320-322.

［2］陳建兵，安文忠，馬健.套管漂浮技術(shù)在海洋鉆井中的應(yīng)用［J］.石油鉆采工藝，2001，23（5）：19-22.