古巴SEB-20大位移水平井鉆井設(shè)計(jì)與施工

倪 攀，張鴻妍，夏志華，周 偉

(1.天津石油職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津 301607;2.東北石油大學(xué)，黑龍江大慶 163318;3.長(zhǎng)城鉆探工程有限公司，遼寧盤錦 124010;4.川慶鉆探工程公司，新疆巴音郭楞 841000)

SEB－20井位于古巴首都哈瓦那東部Matanzas省Seboruco區(qū)塊，是長(zhǎng)城鉆探工程有限公司鉆井技術(shù)服務(wù)公司在古巴進(jìn)行定向服務(wù)的第5口大位移水平井。該井目的層為白堊系，設(shè)計(jì)井深為5747.54m，靶點(diǎn)垂深為 1858.1m，閉合距為4466.58m，水垂比為2.52，建井周期為179天。針對(duì)大位移水平井存在的主要技術(shù)難題，制訂了SEB－20井的技術(shù)對(duì)策，使鉆井深度為6006m，與國(guó)內(nèi)大位移水平井相比已進(jìn)入先進(jìn)行列。但SEB－20井位移較大，尤其是四開后期摩阻大，鉆井扭矩大，因此在如何選擇定向工具、優(yōu)化鉆具組合、調(diào)整鉆井液性能以最大限度降摩、減阻等方面存在巨大挑戰(zhàn)［1－3］。

1 工程設(shè)計(jì)

1.1 井眼軌跡設(shè)計(jì)

大位移水平井突出特點(diǎn)是水平位移大、裸眼井段長(zhǎng)，鉆井施工中鉆柱和套管柱在井眼內(nèi)的摩阻、扭矩大。SEB－20井水平段累計(jì)長(zhǎng)度達(dá)到1000m，采用直井—增曲率—穩(wěn)曲率—增曲率—穩(wěn)曲率—增曲率—穩(wěn)曲率7種剖面軌跡類型進(jìn)行井眼軌跡模擬設(shè)計(jì)［4］。軌跡數(shù)據(jù)見表1，垂直和水平剖面圖見圖1。

圖1 SEB－20井垂直 (a)和水平 (b)剖面圖Fig.1 Vertical(a)and horizontal(b)profiles of Well SEB－20

1.2 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

SEB－20井初始設(shè)計(jì)水垂比為2.52，采用常規(guī)鉆井方式施工，如何有效傳遞鉆壓、確保套管順利下入是鉆進(jìn)的關(guān)鍵［5］，結(jié)合所在區(qū)塊的地層巖性、壓力情況及目前大位移水平井鉆井技術(shù)水平，在井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)以降低摩阻、扭矩為主要目標(biāo)。套管程序的選擇為各次開鉆的安全鉆進(jìn)留有余地［6］。該井采用五開井身結(jié)構(gòu) (表2)。

表2 SEB-20井井身結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)表Table 2 Wellbore configuration data of Well SEB-20

1.3 鉆井液設(shè)計(jì)

水平井段采用高性能聚合物鉆井液體系鉆進(jìn)，以鹽水鉆井液、氯化鉀為主，抑制地層水化膨脹，同時(shí)減少鉆具與地層的摩擦。在鉆進(jìn)過程中，不斷調(diào)整優(yōu)化鉆井液的參數(shù)與性能，增強(qiáng)鉆井液的攜巖、潤(rùn)滑、防塌能力，滿足井下安全的需要［7］。

2 主要施工難點(diǎn)與對(duì)策

工程技術(shù)難點(diǎn)有:

(1)表層巖性主要為巨厚石灰?guī)r礁，局部發(fā)育鈣質(zhì)粉砂巖和泥灰?guī)r，極易漏，與下伏地層呈角度不整合接觸。

(2)在淺部地層鉆進(jìn)時(shí)，會(huì)造成鉆具的劇烈震動(dòng)及井眼的大排量沖刷，鉆井液含砂量高，井眼清潔困難。

(3)古巴地處中北美，Navigator公司開發(fā)的軟件沒有古巴的坐標(biāo)系統(tǒng)，在大地坐標(biāo)和經(jīng)緯度這兩項(xiàng)數(shù)據(jù)上，軟件計(jì)算結(jié)果與甲方設(shè)計(jì)不吻合。

主要技術(shù)對(duì)策有:

黃岑苷為黃岑莖葉黃酮的主要藥理成分，具有消炎、調(diào)節(jié)免疫功能的作用［9-10］，其對(duì)感染CVB3病毒的Hela細(xì)胞具有保護(hù)作用［11］。黃岑可通過抑制免疫細(xì)胞活性，降低機(jī)體內(nèi)炎癥因子水平，進(jìn)而緩解患者炎癥反應(yīng)發(fā)展［12］。本研究結(jié)果顯示通過給予黃岑莖葉黃酮干預(yù)后，小鼠心功能得到緩解，心肌細(xì)胞炎性浸潤(rùn)以及間質(zhì)纖維化比例均降低，說明黃岑莖葉黃酮能夠一定程度上緩解VM小鼠心功能以及炎癥反應(yīng)，且高劑量作用效果與利巴韋林效果相似，提示黃岑莖葉黃酮可能為治療VM的新型藥物。

(1)下套管前充分利用膨潤(rùn)土漿清掃井底［8］，井口即使沒有返出也能懸浮住部分巖屑，在鉆進(jìn)過程中，選擇高性能的聚合物鉆井液體系。

(2)在井底鉆具組合中加入減振器，保護(hù)鉆具，確保井下鉆具安全［9］。定向過程中，采用二級(jí)井底鉆具組合法，井斜在35°以前采用塔式井底鉆具組合定向，即139.7mm加重鉆桿直接接在鉆鋌上部，而不采用倒裝鉆具組合，便于加壓;井斜在35°以后，采用倒裝鉆具組合，139.7mm加重鉆桿上移至直井段。

(3)定向施工過程中，及時(shí)與軟件開發(fā)公司取得聯(lián)系，在軟件中植入古巴當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系統(tǒng)，使計(jì)算結(jié)果與甲方設(shè)計(jì)吻合。

3 現(xiàn)場(chǎng)施工工藝

3.1 一開井段 (26in井眼，井段為0～470m)

領(lǐng)眼鉆具組合:φ444.5mm鉆頭+1根φ228.6mm鉆鋌+φ440mm扶正器+2根φ228.6mm鉆鋌+變扣731×630+φ203mm減振器+9根φ203mm鉆鋌+φ203mm震擊器+變扣631×410+3根φ171mm鉆鋌+變扣4in IF×5in FH+27 根 φ139.7mm 斜坡鉆桿到轉(zhuǎn)盤面。

擴(kuò)眼鉆具組合:φ660.4mm鉆頭+雙母接頭730/730+擴(kuò)眼鉆頭φ660.4mm+變扣630/730+2根φ228.6mm鉆鋌+變扣731/630+3根φ203mm鉆鋌+φ203mm震擊器 +6根φ203mm鉆鋌+變扣631×410+3 根 φ171mm 鉆鋌+變扣 4in IF×5in FH+27根φ139.7mm斜坡鉆桿到轉(zhuǎn)盤面。

關(guān)鍵工藝:表層下鐘擺鉆具組合，盡量打直，中途不測(cè)斜。一開井段采用海水鉆進(jìn)，鉆進(jìn)過程中300m以上地層很可能井漏，甚至是“只進(jìn)不出”，需要有大量供水才能維持鉆進(jìn)，同時(shí)需控制鉆速，堅(jiān)持每根劃眼，接立柱前循環(huán)1周，接立柱時(shí)鉆頭盡量提高，防止巖屑下沉卡鉆，表層套管口袋原則上應(yīng)小于0.8m。

3.2 二開井段(17in井眼，井段為470～1400m)

井斜大于35°的定向組合:φ444.5mm牙輪鉆頭+φ244.4mm螺桿×9.70m+φ203mm定位接頭×0.75m+φ203mm浮閥接頭×0.75m+φ203mm螺旋無磁鉆鋌×9.14m+φ203mm切割接頭×0.33m+φ203mm液壓上擊器×6.60m+φ203mm變扣×0.75m+3根φ139.7mm加重鉆桿+90根φ139.7mm斜坡鉆桿+36根φ139.7mm加重鉆桿+15根φ139.7mm斜坡鉆桿到轉(zhuǎn)盤面。

關(guān)鍵工藝:排量達(dá)到3.6～3.8m3/min，保證良好的攜砂效果，每100m進(jìn)行1次稀、重稠塞清掃井眼。每鉆進(jìn)150m左右或鉆進(jìn)24小時(shí)短起下一次，同一只鉆頭所鉆井段前兩次短起起出新井眼，以后每次短起起至套管內(nèi)，短起及起鉆前循環(huán)充分。每鉆完一個(gè)單根劃眼兩遍，每鉆完一個(gè)立柱劃眼兩遍后接立柱，造斜時(shí)控制造斜率不超過3°/30m。充分利用綜合錄井異常預(yù)報(bào)，及時(shí)掌握井下情況，避免復(fù)雜事故的發(fā)生。

3.3 三開井段(12in井眼，井段為1400～2850m)

鉆具組合:φ311.1mmPDC鉆頭+φ215.9mm螺桿×8.20m+φ308mm球形扶正器×1.50m+φ203mm浮閥接頭×0.75m+φ203mm定位接頭×0.75m+φ203mm螺旋無磁鉆鋌×9.14m+φ203mm切割接頭×0.33m+φ203mm液壓上擊器×6.60m+φ203mm變扣×0.75m+3根φ139.7mm加重鉆桿 +6根φ139.7mm鉆桿+φ139.7mm CBM×2.85m+30根φ139.7mm鉆桿+φ139.7mmCBM×2.85m+30根φ139.7mm 鉆桿 +φ139.7mm CBM×2.85m+45根φ127.0mm鉆桿+φ139.7mm CBM×2.85m+60根φ139.7mm鉆桿+φ39.7mm CBM×2.85m+69根φ139.7mm鉆桿+36根φ139.7mm加重鉆桿+14根φ139.7mm鉆桿到轉(zhuǎn)盤面。

通井鉆具組合:φ308mm雙向劃眼工具+變扣411×630+φ203mm 浮閥接頭×0.75m++φ203mm 螺旋鉆鋌×9.14m+φ203mm液壓上擊器×6.60m+φ203mm變扣×0.75m+3根φ139.7mm加重鉆桿+6根 φ139.7mm 鉆桿+φ139.7mm CBM×2.85m+30根 φ139.7mm 鉆桿+φ139.7mmCBM×2.85m+30根φ139.7mm 鉆桿 +φ139.7mm CBM×2.85m+45根φ127.0mm鉆桿+φ139.7mm CBM×2.85m+60根φ139.7mm鉆桿+φ39.7mm CBM×2.85m+69根φ139.7mm鉆桿+36根φ139.7mm加重鉆桿+14根φ139.7mm鉆桿到轉(zhuǎn)盤面。

關(guān)鍵工藝:SEB－2井在鉆進(jìn)過程中，據(jù)鄰井資料，該井段存在大段泥巖，極易吸水膨脹產(chǎn)生縮徑、坍塌，起下鉆易發(fā)生阻卡，劃眼易出新眼，技術(shù)套管不易下到位，巖屑床不易清除等復(fù)雜情況。需保證鉆井液具有良好的抑制性和井眼穩(wěn)定功能、保證井眼清潔與凈化和工程措施到位。另外，嚴(yán)格控制造斜率不超過設(shè)計(jì)曲率 (3.5°/30m)，下鉆發(fā)生遇阻不超過50kN;否則，應(yīng)采用開泵、循環(huán)、沖井、試下管柱等方法處理。在施工過程中定期進(jìn)行防噴演習(xí)，確保井控安全。

3.4 四開井段(8in井眼，井段為2850～4745m)

鉆具組合:φ215.9mm長(zhǎng)城 PDC鉆頭+φ172.0mm螺桿×8.00m+φ203mm球形扶正器×1.50m+φ172.0mm 浮閥接頭×0.75m+φ172.0mm 定位接頭×0.75m+φ165mm無磁鉆鋌×9.08m+φ172mm切割接頭×0.33m+3根φ127.0mm加重鉆桿+φ165mm液壓上擊器×4.50m+3根φ127.0mm加重鉆桿+9根φ127.0mm鉆桿+φ127.0mm CBM×2.85m+9根φ127.0mm鉆桿+φ172mm脈沖式軸向振蕩器×9.00m+30根 φ127.0mm 鉆桿+φ127.0mm CBM×2.85m+99根 φ127.0mm 鉆桿+φ127.0mm CBM×2.85m+63根φ127.0mm鉆桿+變扣411×5 1/2FH ×0.75m+36根 φ139.7mm 鉆桿+φ139.7mm CBM×2.85m+99根 φ139.7mm 鉆桿+φ139.7mm CBM×2.85m+105根 φ139.7mm 鉆桿+30根φ139.7mm加重鉆桿+4根φ139.7mm鉆桿到轉(zhuǎn)盤面。

通井鉆具組合:φ213mm雙向劃眼工具+φ172.0mm浮閥接頭×0.75m+3根φ127.0mm加重鉆桿+φ165mm液壓上擊器×4.50m+φ165mm液壓上擊器×4.50m+3根 φ127.0mm加重鉆桿+9根φ127.0mm 鉆桿+φ127.0mm CBM×2.85m+9根φ127.0mm鉆桿+30根φ127.0mm鉆桿+φ127.0mm CBM×2.85m+99根 φ127.0mm 鉆桿+ φ127.0mm CBM×2.85m+63根φ127.0mm鉆桿+變扣411×5 1/2FH ×0.75m+36根 φ139.7mm鉆桿+φ139.7mm CBM×2.85m+99根 φ139.7mm 鉆桿+φ139.7mmCBM×2.85m+105根φ139.7mm鉆桿+30根φ139.7mm加重鉆桿+4根φ139.7mm鉆桿到轉(zhuǎn)盤面。

關(guān)鍵工藝:每單根測(cè)量一次，此段為大斜度井段，井斜為83.48°，同時(shí)扭方位達(dá)40°，鉆進(jìn)過程根據(jù)實(shí)際情況采用合適的鉆井參數(shù)，及時(shí)調(diào)整軌跡，達(dá)到較理想的穩(wěn)斜、穩(wěn)方位效果。嚴(yán)格控制實(shí)鉆曲率不超標(biāo)，保證井眼軌跡圓滑，利于降摩減阻。該井段可能存在H2S，鉆進(jìn)過程密切做好H2S監(jiān)測(cè)工作，一旦發(fā)現(xiàn)H2S溢出，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行工程措施、鉆井液性能調(diào)整。充分利用綜合錄井參數(shù)監(jiān)測(cè)儀對(duì)鉆頭進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)鉆頭異常及時(shí)匯報(bào)，防止鉆頭掉牙輪事故發(fā)生。

3.5 五開井段(6in井眼，井段為4745～5747.54m)

鉆具組合:φ152.4mmPDC鉆頭+φ121mm螺桿×5.70m+φ145mm球形扶正器×1.20m+φ121mm浮閥接頭×0.70m+φ121mm定位接頭×0.70m+2根φ96mm無磁承壓鉆桿×18.29m+φ121mm切割接頭×0.33m+3根φ88.9mm加重鉆桿×9.30m+φ121mm液壓上擊器×4.70m+3根φ88.9mm加重鉆桿+變扣×0.50m+60根 φ101mm 鉆桿+φ101.4mmCBM×2.85m+99根 φ101.4mm 鉆桿+φ101.4mmCBM×2.85m+99根 φ101.4mm 鉆桿+φ101.4mm CBM×2.85m+48根 φ101.4mm鉆桿 +變扣×0.50m+51根φ139.7mm 鉆桿+φ139.7mm CBM×2.85m+99根φ139.7mm 鉆桿+φ139.7mm CBM×2.85m+90根φ139.7mm鉆桿+30根φ139.7mm加重鉆桿+10根φ139.7mm鉆桿到轉(zhuǎn)盤面。

通井鉆具組合:φ152mm雙向劃眼工具+φ121mm浮閥接頭×0.70m+3根φ88.9mm加重鉆桿×9.30m+φ121mm液壓上擊器×4.70m+3根φ88.9mm加重鉆桿+變扣×0.50m+60根φ101mm鉆桿 +φ101.4mm CBM×2.85m+99根φ101.4mm鉆桿+φ101.4mm CBM×2.85m+99根 φ101.4mm 鉆桿+φ101.4mmCBM×2.85m+48根 φ101.4mm 鉆桿+變扣 ×0.50m+51根 φ139.7mm 鉆 桿+φ139.7mmCBM×2.85m+99根 φ139.7mm 鉆桿+φ139.7mm CBM×2.85m+90根φ139.7mm 鉆桿+30根φ139.7mm加重鉆桿+10根φ139.7mm鉆桿到轉(zhuǎn)盤面。

關(guān)鍵工藝:儲(chǔ)層為穩(wěn)斜段，確保井身軌跡在靶框內(nèi)，避免曲率極變。進(jìn)入油層后應(yīng)加強(qiáng)防噴演習(xí)，確保井控安全。每鉆進(jìn)60m左右或鉆進(jìn)24小時(shí)短起下一次，同一只鉆頭所鉆井段前兩次短起起出新井眼，以后每次短起起至套管內(nèi)。短起及起鉆前循環(huán)充分，控制好固相含量［10］。

4 結(jié)束語

(1)古巴SEB－20井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和井眼軌跡設(shè)計(jì)可操作性強(qiáng)，所選鉆具組合合理，滿足施工要求。

(2)古巴SEB－20井應(yīng)用高性能聚合物鉆井液體系，具有良好的攜巖和潤(rùn)滑性能，可有效保護(hù)油層和穩(wěn)定井壁。

(3)長(zhǎng)水平段大位移水平井施工是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，整體協(xié)調(diào)組織與相互密切配合是安全、高效施工的保障。

［1］蘇道敏.國(guó)外油氣勘探開發(fā)熱點(diǎn)及中國(guó)開拓國(guó)外市場(chǎng)的前景［J］.中國(guó)石油勘探，1999，4(2):65－69.

［2］蔡利山，林永學(xué)，王文立，等.大位移井鉆井液技術(shù)綜述［J］.鉆井液與完井液，2010，27(3):1－13.

［3］楊金榮，賈建文，穆西偉.古巴GBO－103大位移井鉆井液技術(shù) ［J］.鉆井液與完井液，2011，28(6):35－38.

［4］劉振武，撒利明，張少華，等.中國(guó)石油物探國(guó)際領(lǐng)先技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略研究與思考［J］.石油科技論壇，2014，33(6):6－16，35.

［5］王俊良，陳洪亮，劉永峰.大位移井鉆具組合設(shè)計(jì)及摩阻扭矩分析 ［J］.鉆采工藝，2012，35(1):24－26.

［6］梁爾國(guó)，李自國(guó)，王長(zhǎng)進(jìn)，等.深井和大位移井套管磨損程度預(yù)測(cè) ［J］.石油鉆探技術(shù)，2013，41(2):65－69.

［7］張志財(cái)，趙懷珍，慈國(guó)良，等.樁129－1HF大位移井鉆井液技術(shù) ［J］.石油鉆探技術(shù)，2014，42(6):34－39.

［8］崔月明，郝忠寶，白向雙，等.深井水平井欠平衡鉆井液技術(shù)研究 ［J］.中國(guó)石油勘探，2009，14(4):66－69，10.

［9］竇玉玲.大位移井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討 ［J］.特種油氣藏，2013，20(5):141－145.

［10］陶永金，鄢捷年，楊國(guó)輝，等.昆2井優(yōu)快鉆井及油氣層保護(hù)技術(shù) ［J］.中國(guó)石油勘探，2006，11(6):77－84，131.