伊朗雅達油田優(yōu)快鉆井技術(shù)

侯 立 中

（中國石化集團國際石油勘探開發(fā)有限公司，北京 100029）

伊朗雅達油田優(yōu)快鉆井技術(shù)

侯 立 中

（中國石化集團國際石油勘探開發(fā)有限公司，北京 100029）

伊朗雅達油田地質(zhì)條件復雜，為碳酸鹽巖儲層，具有高溫、高壓及多壓力系統(tǒng)，并含有高濃度硫化氫及二氧化碳酸性氣體。在2001到2003年間施工了5口探井，井深4 500～5 000 m，普遍鉆井存在著機械鉆速低、井漏、壓差卡鉆、高壓瀝青層侵入等突出問題，鉆井周期長，安全快速鉆井面臨巨大的挑戰(zhàn)。文中分析了雅達油田鉆完井存在的難點以及優(yōu)快鉆井技術(shù)應用方案，包括灰?guī)r地層壓力檢測技術(shù)、非滲透防卡鉆井液技術(shù)、高效破巖及優(yōu)選鉆井參數(shù)、高壓瀝青層鉆井技術(shù)為特色的雅達油田安全快速成井配套技術(shù)等，這些成果在雅達油田一期的井身結(jié)構(gòu)、鉆頭選型、鉆井提速和鉆井液等方面進行了全面應用，平均機械鉆速較前期提高40%以上，取得了顯著的效益。

雅達油田；灰?guī)r地層；高溫高壓；酸性環(huán)境；優(yōu)快鉆井

伊朗雅達油田為世界現(xiàn)存不多的年產(chǎn)1 000萬噸的世界級未開發(fā)整裝油田之一［1］。2007年中石化與伊朗國家石油公司簽定了“伊朗雅達油田開發(fā)服務合同”。依據(jù)雙方達成的主開發(fā)合同，該油田開發(fā)的全部投資由中方承擔，中石化計劃分三期進行開發(fā)。其中第一期鉆井投資約10億美元，建成55口油井，投產(chǎn)后日產(chǎn)原油85 000桶。雅達油田的開發(fā)將是中國石化集團一個新的戰(zhàn)場，對中石化的能源接替和持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略舉足輕重。因此，如何又好又快地開發(fā)該油田是亟待解決的重大問題。針對油田鉆完井問題，開展了一系列優(yōu)化設計及技術(shù)研究工作，形成了以孔隙型灰?guī)r地層壓力綜合檢測技術(shù)、非滲透防卡鉆井液技術(shù)［2-5］、瀝青層強鉆技術(shù)為特色的雅達油田安全快速成井配套技術(shù)，研究成果在雅達油田一期近30余口Fahiliyan井中進行了應用。通過對研究成果的應用，機械鉆速得到了大幅度提高，鉆井周期縮短40%以上。取得了較大的社會與經(jīng)濟效益。雅達油田地質(zhì)條件復雜，儲層高溫高壓、含有高濃度硫化氫、二氧化碳等酸性氣體。八年前已鉆5口探井表明油田鉆井完井面臨著一系列突出問題，主要包括：鉆井周期較長；油田普遍存在井漏問題；地層存在多套壓力體系及高壓地層，壓差卡鉆問題突出。

1 地層特征

雅達油田為具有分層特點的碳酸鹽巖孔隙性油藏，油藏圈閉為大型的背斜圈閉。二迭～三疊紀主要沉積物為蒸發(fā)巖和碳酸鹽，主要有3個含油層：Sarvak，Gadvan和Fahliyan，其中Sarvak、Fahliyan為油田主力儲層。

表1 雅達油田地層分層描述

2 鉆井難點

雅達油田早期鉆過5口探井，KSK-1井為該油田在構(gòu)造北部（KSK區(qū)塊）部署的第1口探井，于1999年開鉆，2001年9月完鉆，完鉆井深5 187 m，完鉆層位為侏羅系頂部Gotnia組，完整地揭示了下第三系和白堊系地層。2002年7月在構(gòu)造南部（HOS區(qū)塊）完鉆第2口探井HOS-1井，完鉆井深4 360 m，完鉆層位為白堊系Fahliyan組。2口井在Sarvak和Fahliyan組均獲得工業(yè)油氣流，展示了該區(qū)的勘探開發(fā)前景。為了加快該油田的勘探開發(fā)步伐，相繼又完鉆了3口評價井，即北部KSK-2和南部HOS-2、HOS-3井。在鉆井方面主要存在如下問題（1）與國內(nèi)相近井深井相比，鉆井速度低、周期長。（2）井漏問題突出，造成了大量的鉆井液損失，增加鉆井成本及鉆井施工的風險，并對油氣層造成損害。（3）存在多套壓力體系及高壓地層，溢流、卡鉆等復雜情況頻繁發(fā)生。（4）上部地層易漏、中部高壓鹽水層及下部小間隙導致的固井質(zhì)量不理想。（5）井內(nèi)富含CO2和H2S氣體，對管材與水泥石有腐蝕風險。（6）Kazhdumi地層瀝青侵入嚴重。瀝青質(zhì)稠油主要存在于Kazhdumi地層（厚度約150 m），目前已鉆穿該地層的20口井中，7口井出現(xiàn)了明顯的瀝青質(zhì)稠油污染問題，其中F13井、APP2井由于瀝青量大，無法控制導致工程臨時棄井。

3 優(yōu)快鉆井技術(shù)

3.1 優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)

雅達油田開發(fā)Fahliyan 儲層現(xiàn)用的井身結(jié)構(gòu)為一開?444.5 mm鉆頭鉆至300 m，?339.7 mm套管下至298 m；二開?311.2 mm鉆頭鉆至1 497 m，? 244.5 mm技術(shù)套管下至1 495 m；三開?212.7 mm鉆頭鉆至3 987 m，?177.8 mm尾管下深1 395～3 985 m；四開?149.2 mm鉆頭鉆至4 505 m，?114.3 mm尾管下深3 885～4 503 m。通過不斷總結(jié)和提高，對井身結(jié)構(gòu)進一步優(yōu)化。主要思路是在保證安全的前提下，簡化套管程序，實現(xiàn)安全與優(yōu)快統(tǒng)一的目標。

3.1.1 延長?311.2 mm技術(shù)套管方案 Kazhdumi地層存在高壓瀝青地層，由于瀝青侵入井筒，嚴重污染了鉆井液，嚴重時使鉆井液失去了流動性，影響了正常的鉆井施工。在處理瀝青侵入時，需要調(diào)整鉆井液性能控制瀝青侵入，如提高鉆井液密度。然而在中上部的Asmari及Pabdeh地層存在易漏地層，如果與瀝青層同一裸眼段，在加重鉆井液密度時造成此段地層的漏失。根據(jù)構(gòu)造位置情況，預測潛在存在高壓瀝青層的井，采用了加深技術(shù)套管的方案，即將技術(shù)套管加深至Pabdeh地層以下，封隔上部的易漏地層，為下部控制瀝青層創(chuàng)造條件。

3.1.2 專打?qū)７饩斫Y(jié)構(gòu)方案［6-8］?244.5 mm技術(shù)套管下深到Sarvak儲層底部，揭開Kazhdumi地層之前，深度為3 400 m左右，單獨揭開瀝青層的方式為處理瀝青時各種措施實施創(chuàng)造了條件。由于? 244.5 mm技術(shù)套管由上層2 200 m延長到3 400 m，存在3 000多米的長裸眼段，裸眼段內(nèi)包含2個易漏層，一個潛在高壓鹽水層，需要增加一層技術(shù)套管，下深到Gachsaran潛在高壓鹽水層底部。

3.1.3 控壓鉆井技術(shù)強鉆 漏噴同存情況下，安全密度窗口較窄（甚至不存在），選擇鉆井液密度至關重要，但難度很大。結(jié)合控壓鉆井的優(yōu)勢，認為采用控壓鉆井鉆穿該層成功的幾率較大，決定在F13的替代井S3進行嘗試。其工藝原理是停泵時通過節(jié)流閥把等同于循環(huán)壓降的壓力施加到井口上，使井底壓力與循環(huán)鉆進時維持不變，避免了井底壓力的波動，使其始終處在窄密度窗口之內(nèi)，從而避免井漏或坍塌問題，維持安全鉆井。

3.2 優(yōu)選鉆頭

開展了地層巖石的力學參數(shù)實驗和地層可鉆性分析，建立了巖石力學與可鉆性剖面，以此為基礎，結(jié)合實鉆資料進行了鉆頭選型及參數(shù)優(yōu)化，見表2。

表2 鉆頭選型推薦

3.3 優(yōu)選鉆井液體系

3.3.1 鉆井液主要問題

（1）一開井段?444.5 mm鉆頭×300 m，鉆遇的地層為Aghajari頂部泥巖段。鉆井液的處理重點是大井眼尺寸的井眼清潔問題。

（2）二開井段?311.2 mm鉆頭×（300～1 560）m，鉆遇地層為Aghajari中下部及Gachsaran地層。鉆井液的處理重點是上部井段大段泥巖易縮徑，易造成短起下遇阻和劃眼困難，Aghajari底部和Gachsaran地層硬質(zhì)石膏夾層，鉆井液性能易遭受鈣侵污染，影響鉆井液流變性和失水量，處理不及時或處理不當會進一步增加短起下遇阻和劃眼困難。

（3）三開井段?212.7 mm鉆頭×（1 560～3 900）m，裸眼段長達2 340 m，鉆遇地層為Asmari、Pabdeh、Gurpi、Ilam、Laffan、Sarvak、Kazhdumi、Dariyan和Gadvan地層。本開次長裸眼段鉆進地層差異性大，部分地層孔隙發(fā)育及不整合面發(fā)育易導致鉆井液嚴重漏失，如Pabdeh/Jahrum地層易發(fā)生嚴重或失返性漏失，Sarvak地層滲漏較為普遍；Kazhdumi地層易出現(xiàn)瀝青質(zhì)稠油，造成鉆井液流變性能變差、劣質(zhì)固相增加等，且常出現(xiàn)井涌和井漏同時發(fā)生的復雜情況；Gadvan地層巖性多樣，膠結(jié)性差，泥頁巖易發(fā)生剝落掉塊的問題。

（4）四開井段?149.2 mm鉆頭×（3 900～4 500）m，該井段主要鉆遇Fahliyan儲層段，由于Fahliyan Upper與Fahliyan Lower地層壓力差別大，同時揭開的情況下，鉆井液液柱壓力與Fahliyn Lower地層間的壓力差會達到15～20 MPa，且Fahliyan Lower層物性發(fā)育好，極易發(fā)生壓差黏附卡鉆，對鉆井液的封堵潤滑性能提出嚴峻考驗。

3.3.2 鉆井液體系的優(yōu)化

（1）KCl聚合物鉆井液體系。上部Gachsaran為潛在高壓鹽水層，考慮到高壓鹽水層易出現(xiàn)嚴重蠕變和鹽水侵等問題，上下兩層鉆進時分別采用KCl聚合物體系和欠飽和鹽水體系，實際鉆井過程中并未發(fā)現(xiàn)預期高壓，Gachsaran層返出巖屑為富含硬質(zhì)石膏夾層泥巖，Gachsaran井段鉆進過程中未出現(xiàn)任何鉆井復雜，因此配合井身結(jié)構(gòu)的調(diào)整，鉆井液體系也進行了相應優(yōu)化，現(xiàn)場選擇了延續(xù)使用KCl聚合物鉆井液來鉆穿Gachsaran井段。

鉆井液在原二開KCl聚合物鉆井液體系配方的基礎上，重點優(yōu)化提高了鉆井液的穩(wěn)定性和抗鈣侵能力。優(yōu)化后的KCl聚合物鉆井液體系為3%膨潤土+0.4%Na2CO3+0.3%NaOH+0.2%XXNPACCD+ 0.3%（H）+0.5%SWQW（L）+0.3%XNPAC（L）+1%ZWJS+5%KCl。

（2）儲層高密度KCl聚磺鉆井液體系。Fahliyan地層作為雅達油田的主要開發(fā)目的層之一，屬于異常壓力層，F(xiàn)ahliyan Upper和Fahliyan Lower盡管都屬于良好的油氣儲層，但兩層間的地層壓力差別較大，F(xiàn)ahliyan Upper地層壓力系數(shù)為1.60～1.65，F(xiàn)ahliyan Lower地層壓力系數(shù)則為1.38～1.40，在同時揭開的情況下鉆井液密度需要達到1.75 g/cm3左右，這就要求鉆井液具有良好的高溫穩(wěn)定性和封堵潤滑防卡能力。項目組根據(jù)地層特點KCl聚磺鉆井液體系進行了區(qū)域應用性優(yōu)化。配方：2%膨潤土+0.2% Na2CO3+1%NaOH+0.5%SWQW（L）+0.5%XNPAC（L）+4%NBGS-2+2%XNJS+4%TCFD+3%JHC+3%K CL+0.5% 堿式碳酸鋅。

實驗結(jié)果表明，優(yōu)化后的KCl聚磺體系鉆井液密度為1.60～1.80 g/cm3可調(diào)，且能保持較好的鉆井液性能，滿足鉆進過程中密度的調(diào)整變化。

（3）鉆井液性能設計見表3。

表3 雅達油田Fahliyan生產(chǎn)井鉆井液性能

3.4 復合鉆進和防斜打直技術(shù)

3.4.1 井斜因素分析 在早期生產(chǎn)井施工中，多井發(fā)生井斜，最大井斜角達12°。分析了各井鉆具組合及鉆井參數(shù)，井斜影響因素較多，如地質(zhì)因素、工程因素等。鉆壓除了影響B(tài)HA的降斜力以外，也能引起地層造斜力的線性增加。當?shù)貙釉煨绷Υ笥贐HA降斜力時，井眼增斜。當?shù)貙釉煨绷π∮贐HA降斜力時，井眼降斜。根據(jù)統(tǒng)計的鉆具組合和實際的井斜角，結(jié)合計算結(jié)果，大體估計地層造斜系數(shù)在80～120 N/t左右。即地層造斜力可計算為WOB×（80～120）。通過此造斜力與計算出的BHA降斜力只能初步估計井斜趨勢。計算結(jié)果顯示，現(xiàn)場采用的這幾種降斜組合都具有降斜作用，但降斜力大小與井斜角和鉆壓都有關系，結(jié)果較為復雜。對雅達油田已鉆井的?212.7 mm及?311.2 mm井眼的井斜、鉆具組合進行了分析，模擬不同的鉆壓、不同的初始井斜角情況下，鉆具組合的降斜效果。

3.4.2 防斜技術(shù)對策 通過實踐表明，采用不同的BHA、PDM優(yōu)選鉆頭能夠起到防斜打直的效果。

（1）優(yōu)選鉆具組合。不宜將BHA配置為鉆頭+3根鉆鋌+穩(wěn)定器的形式，更不宜配成鉆頭+3根鉆鋌+穩(wěn)定器+1根鉆鋌+穩(wěn)定器，上述兩種BHA由于鉆頭與穩(wěn)定器之間距離過長，鉆鋌變形較大，導致鉆頭向上井壁傾斜的角度變大，引導鉆壓造斜嚴重抵消了BHA的降斜作用，嚴重時甚至會產(chǎn)生增斜作用。

鉆頭+2根鉆鋌+穩(wěn)定器+1根鉆鋌+穩(wěn)定器+鉆鋌的配置，綜合來看降斜效果最好，但是當鉆壓大于10 t，井斜角小于3°時，鉆頭+2根鉆鋌+穩(wěn)定器+鉆鋌的配置更好一些。

對于?212.7 mm井眼，推薦采用鉆頭+2根鉆鋌+穩(wěn)定器+1根鉆鋌+穩(wěn)定器+鉆鋌的配置。

（2）優(yōu)選采用井下動力鉆具。實踐表明，井下動力鉆具（PDM）+PDC具有較好的降斜效果，因此推薦采用：鉆頭+PDM+1根鉆鋌+穩(wěn)定器+鉆鋌。其防斜機理是：由于PDM本身具有較高的轉(zhuǎn)速，如再加上轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速，鉆頭轉(zhuǎn)速提高，可以采用較小的鉆壓，從而降低了地層造斜力。

（3）可試用短鉆頭體的PDC鉆頭或牙輪鉆頭。各井使用的PDC鉆頭為常規(guī)強保徑鉆頭，該鉆頭的保徑部分較長，側(cè)向切削差，不利于降斜。因此，推薦在該易斜井段使用鐘擺鉆具組合的情況下，可試用短鉆頭體的PDC鉆頭或牙輪鉆頭。

4 現(xiàn)場應用及效果

通過井身結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、高效破巖工具優(yōu)選以及先進提速技術(shù)應用，鉆井周期顯著縮短，F(xiàn)ahliyan生產(chǎn)井平均鉆井周期較早期生產(chǎn)井縮短40%以上，較前期探井平均縮短60%以上。井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化后節(jié)省了大量的鉆井物資，鉆井周期的縮短節(jié)省了大量的鉆井成本，取得了巨大的社會與經(jīng)濟效益。

根據(jù)探井實鉆情況，在一期鉆井施工中大量采用PDC鉆頭代替牙輪鉆頭，取得顯著提速效果，鉆井進展過程中繼續(xù)對鉆頭選型方案進行優(yōu)化、不斷采用新技術(shù)，如PDC+螺桿的復合鉆進技術(shù)，空化射流技術(shù)。圖1列出了詳細數(shù)據(jù)，從圖中可以看出，機械鉆速是逐步提高的。

圖1 前期探井和評價井與目前施工井平均機械鉆速對比

5 結(jié)論

（1）針對伊朗雅達油田復雜地質(zhì)條件下的鉆井難題，通過不斷分析研究，建立了一套安全快速成井工藝，取得了較好的效果，為類似的地區(qū)高效鉆井提供了好的經(jīng)驗。

（2）碳酸鹽巖地層的壓力預測是世界性難題，通過對雅達油田孔隙型灰?guī)r的研究、應用及完善了先進的有效應力模型，建立了油田的地層壓力剖面。在此基礎上，完成了井身結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，鉆井實踐取得了較好的效果，鉆井安全順利，效率提高。

（3）研究分析了雅達油田地層的強度及可鉆性基礎數(shù)據(jù)，以及實鉆資料，開展了鉆頭優(yōu)選、空化射流、PDC+螺桿等研究，建立了一套適合雅達油田的鉆井地質(zhì)特點提速配套技術(shù)，是雅達油田提速的重要手段。

（4）針對雅達油田井斜等問題，從地層及井下鉆具、鉆井參數(shù)等幾個方面，提出了復合鉆進等措施，并取得了較好的防斜效果，提高了機械鉆速。

（5）針對瀝青層侵入復雜難題，實踐表明利用控壓鉆井技術(shù)是可行的，在S3井及APP2井取得了成功，為該油田的高效開發(fā)探索了一條卓有成效的途徑。

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（修改稿收到日期 2014-06-24）

〔編輯 薛改珍〕

Optimized fast drilling technology for Yadavaran Oilfield of Iran

HOU Lizhong
（Sinopec International Petroleum Exploration and Production Corporation,Beijing100029,China）

Yadavaran Oilfield of Iran has complex geologic conditions;it is a carbonate reservoir with high temperature and high pressure and multiple pressure systems,and contains acidic gases like high concentrations of hydrogen sulfide,carbon dioxide,etc.Five exploration wells with depths of 4 500-5 000 m were drilled from 2001 to 2003,which all experienced outstanding issues of low rate of penetration,mud loss,differential sticking,heavy oil influx,etc.These wells were drilled with long drilling period,and so safe and fast drilling faced great challenge.This paper has analyzed the difficulties in drilling and completion operations and the application scheme of optimized fast drilling technology in the field,including pressure detection technique in limestone formation,non-permeate anti-sticking drilling fluid technology,highly efficient rock breaking and parameters optimization,heavy oil layer drilling technology,etc. These solutions were fully utilized in casing program,bit selection,rate of penetration improvement and drilling fluids,etc.,and have achieved remarkable economic benefit with average rate of penetration up by over 40%.

Yadavaran Oilfield;limestone formation;high temperature and high pressure;acid environment;optimized fast drilling

侯立中.伊朗雅達油田優(yōu)快鉆井技術(shù)［J］.石油鉆采工藝，2014，36（4）：13-17.

TE242

：A

1000–7393（2014）04–0013–05

10.13639/j.odpt.2014.04.004

侯立中，1971年生。1994年畢業(yè)于江漢石油學院鉆井專業(yè)，2005年畢業(yè)于北京理工大學工商管理專業(yè)，高級工程師，工程部副經(jīng)理，多年從事國際石油工程管理和項目管理工作。電話：010-69165308。E-mail：lzhou.sipc@sinopec.com。