福山凹陷花場構(gòu)造花東12x井側(cè)鉆施工實踐

崔 露，羅文麗，曾思云，樊 健，張曉東，張玉明

(1.渤海鉆探工程技術(shù)研究院鉆井工程設(shè)計中心，河北任丘 062552;2.南方石油勘探開發(fā)有限責(zé)任公司，海南海口 570100;3.渤海鉆探第二錄井公司，河北任丘 062552)

花東12x井是在福山凹陷花場構(gòu)造流二段部署 的一口預(yù)探雙靶點定向井?；|區(qū)塊發(fā)育3套區(qū)域性泥巖蓋層，分別為流一段頂泥巖、流二段厚層泥巖及流三段中上部泥巖 (泥脖子)，花場構(gòu)造流沙港組生儲蓋組合較為理想，生油巖單層厚度為0.8～161.0m，總厚度較厚，占剖面厚度的67.47%，埋深大于生油門限2500m，有機(jī)質(zhì)豐度高，是本區(qū)構(gòu)造帶油氣的重要來源之一。該井鉆探的目的是預(yù)測花東12斷塊含油面積及落實油氣地質(zhì)儲量。主要目的層為流沙港組二段，兼探流三段。該井鉆遇的地層主要為第四系、新近系的望樓港組、燈樓角組、角尾組、下洋組和古近系的潿洲組、流沙港組。鄰井鉆探表明燈樓角組底部含有灰黑色玄武巖，易發(fā)生漏失;潿洲組主要以砂巖、泥巖為主，泥巖易水化膨脹，造漿性強(qiáng);流沙港組主要以砂質(zhì)泥巖、輝綠巖、輝長巖及粉砂巖等為主。

1 工程概況

花東12x井設(shè)計井深為3398.37m(斜深)/3159.10m(垂深)，實際完鉆井深為3376m(斜深)/3133.36m(垂深)，造斜點深為2348m，全井最大井斜為50.75°，井底水平位移為190.97m，鉆井周期為88天，完井周期為99.92天，全井平均機(jī)械速度為6.5m/h，純鉆519小時 (時效為27.3%)，復(fù)雜時效為19.79%，完鉆層位為流三段。本井采用“直—增—穩(wěn)—降”4段制井眼軌道剖面 (表1)，設(shè)計三開井身結(jié)構(gòu)，實鉆井身結(jié)構(gòu)為:φ444.5mm×204m(φ339.7mm×202.85m)+φ311.2mm×1305m(φ244.5mm ×1303.25m)+φ215.9mm ×3376m(φ139.7mm×3365.44m)。

表1 井眼軌道剖面設(shè)計節(jié)點數(shù)據(jù)表Table 1 Node statistics of borehole trajectory profile design

2 井下復(fù)雜情況

花東12x井在施工過程中，三開井段采用BH－WEI鉆井液體系，鉆至3086m(流二段)完成調(diào)整方位，循環(huán)、起鉆、更換鉆具組合及換鉆頭;下鉆至2926.07m，遇阻40t，井斜為49.09°，方位為182.4°，循環(huán)一周后，發(fā)現(xiàn)振動篩返出2～3cm的灰黑色泥巖掉塊 (圖1)，循環(huán)處理鉆井液，短起下15柱，循環(huán)、起鉆。

下鉆遇阻時，鉆井液性能:密度為1.35g/cm3，漏斗黏度為84s，塑性黏度為54Pa·s，屈服值為 14.5Pa，初 切/終 切 為 1Pa /3Pa，中 壓(API)失水為2.5mL，高溫高壓 (HTHP)失水為8mL，膨潤土含量 (MBT)為27g/L。

鉆具組合:φ215.9mm PDC+φ172mm 螺桿(1.5°)+φ165mm NMDC×2 根+φ127mm HWDP×21根+127mmDP。起鉆前循環(huán)調(diào)整處理鉆井液6小時，鉆井液密度提至1.38g/cm3。下步進(jìn)行通井作業(yè)。

圖1 流二段灰黑色硬脆性泥巖掉塊圖Fig.1 Grey black brittle mudstone slabbing in the second member of Liushagang Formation

2.1 第一次通井劃眼作業(yè)

采用常規(guī)柔性通井鉆具，鉆具組合:φ215.9mm牙輪+φ127mm HWDP×21根+φ127mmDP。通至2926.07m遇阻。循環(huán)，沖劃井眼到2938m，無法接單根。沖劃過程中蹩跳，出現(xiàn)打倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象，劃眼困難。調(diào)整鉆井液性能，提高黏切攜砂能力，增強(qiáng)封堵能力，保持井壁穩(wěn)定。

鉆井液性能:密度為1.38g/cm3，漏斗黏度為108s，塑性黏度為68Pa·s，屈服值為24 Pa，初切/終切為 2 Pa/5.5Pa，API失水為 1.8mL，HTHP失水為6.8mL，MBT為27g/L。繼續(xù)劃眼，上提下放仍有阻卡、憋泵現(xiàn)象，劃眼期間維護(hù)鉆井液，通過裹稠塞 (黏度為 145s、塑性黏度為73Pa·s、動切力為29Pa、靜切力為4.5Pa/9Pa)振動篩返出掉塊增多，決定全井提高黏切力 (黏度為152s、塑性黏度為75Pa·s、動切力為31Pa、靜切力為4.5Pa/9.5Pa)，加強(qiáng)巖屑攜帶懸浮能力。強(qiáng)行劃眼至2944m，上提阻卡、憋泵情況嚴(yán)重，無法接單根，決定循環(huán)起鉆更換剛性強(qiáng)的鉆具組合通井。

2.2 第二次通井劃眼作業(yè)

采用剛性通井鉆具，鉆具組合:φ215.9mm牙輪+φ165mm NMDC×3根+φ127mm HWDP×21根φ127mm DP。通井至2936m遇阻，技術(shù)劃眼至井深2979m，短起下12柱，下鉆至2938m遇阻，循環(huán)繼續(xù)劃眼，劃眼困難，技術(shù)劃眼至井底3086m，鉆至3090m，循環(huán)處理鉆井液。鉆井液性能:密度為1.42g/cm3，黏度為151s，塑性黏度為79Pa·s，屈服值為 32.5Pa，初切/終切為 4.5Pa/10.5Pa，API失水為2mL，HTHP失水為7mL。

循環(huán)處理鉆井液后，短起下10柱，下至2936m遇阻，施工作業(yè)情況與前期通井劃眼作業(yè)相同，技術(shù)沖劃至井底3090m，增大排量為33L/s循環(huán)兩周后，打封閉36m3，壓帽起鉆換鉆頭。起鉆過程中前5柱起鉆非常困難，每一柱都要經(jīng)過反復(fù)活動多次才能起出，起鉆完。鉆井液性能:密度為1.44g/cm3，漏斗黏度為151s，塑性黏度為75Pa·s，屈服值為32Pa，初切/終切為4.5 Pa/10Pa，API失水為2mL，HTHP失水為7mL。

3 側(cè)鉆原因

三開φ215.9mm井眼2926.07m以下井段發(fā)生井壁失穩(wěn)，垮塌掉塊現(xiàn)象嚴(yán)重，判斷可能形成大肚子井眼，且下部井段井斜達(dá)49°左右，鉆具在井底處于緊貼下井壁，兩次劃眼沒有效果。通井作業(yè)上提下放不暢通，處理井下復(fù)雜作業(yè)周期長，可能發(fā)生事故套事故情況，使井下更加復(fù)雜。若繼續(xù)按原井眼軌跡進(jìn)行施工，可能帶來更多不利因素:

(1)后續(xù)300m鉆進(jìn)每趟起下鉆不順暢，可能耗時長，影響鉆井周期。

(2)鉆井過程中巖屑在大肚子井眼處攜巖困難，效率低，易堆積，可能形成巖屑床，增加卡鉆風(fēng)險。

(3)完井下套管作業(yè)困難，可能造成下套管遇阻，下不到井底，影響后期采油生產(chǎn)作業(yè)，達(dá)不到開發(fā)目的。

(4)套管居中度差，封固段長，固井作業(yè)過程中水泥漿頂替效率低，影響固井質(zhì)量。

4 側(cè)鉆施工難點與對策

側(cè)鉆施工作業(yè)能否取得成功除了施工操作過程外，還需要充分掌握地層和原井筒信息，主要包括巖性及可鉆性、地層走向及傾角、井身質(zhì)量、鉆頭使用情況、機(jī)械鉆速、鉆井液性能、側(cè)鉆定向工具面穩(wěn)定性及發(fā)生井下復(fù)雜的井段等，同時加強(qiáng)地質(zhì)與側(cè)鉆工程方案的結(jié)合。優(yōu)選側(cè)鉆點及優(yōu)化側(cè)鉆井眼軌跡，保證側(cè)鉆井段地層均勻、井徑規(guī)則、沒有夾層和斷層及便于側(cè)鉆。

4.1 側(cè)鉆前打水泥漿

4.1.1 不確定性

本井三開φ215.9mm井眼從井深2926m至3090m(164m)出現(xiàn)遇阻現(xiàn)象，決定施工側(cè)鉆方案后，注水泥塞存在如下兩方面的不確定性:

一是，由于井斜大，不可能進(jìn)行測井徑作業(yè)，無法判斷下部井眼垮塌段長度和井眼擴(kuò)大率，造成注水泥塞施工作業(yè)對水泥用量把握不準(zhǔn)。

二是，沒有進(jìn)行測井作業(yè)，對井底溫度預(yù)測不準(zhǔn)，室內(nèi)實驗與現(xiàn)場施工條件存在較大差異，室內(nèi)實驗水泥漿性能與現(xiàn)場不配伍，為了確定施工安全，可能要求水泥漿稠化時間長，導(dǎo)致水泥塞上部水泥石強(qiáng)度達(dá)不到側(cè)鉆要求，致使側(cè)鉆點位置下移，增加側(cè)鉆難度。

4.1.2 技術(shù)措施

針對上述難點，采取以下主要技術(shù)措施:

一是，加大水泥量。按原井眼井徑擴(kuò)大率10%計算水泥量，在此基礎(chǔ)上水泥量另增加40%～50%。

二是，做幾組相同稠化時間 (180min)，不同溫度 (110℃、115℃、120℃、125℃、130℃)條件下室內(nèi)配方實驗，根據(jù)這幾組配方稠化時間，分別制訂相應(yīng)的施工方案，第一次根據(jù)130℃室內(nèi)配方實驗的水泥漿性能進(jìn)行施工，后續(xù)觀察后進(jìn)行第二次注水泥塞。

三是，增加水泥石強(qiáng)度，確保側(cè)鉆成功。采用密度1.85g/cm3水泥漿注水泥塞，在水泥塞配方添加30%硅粉和5%微硅 (質(zhì)量百分?jǐn)?shù))。

四是，加強(qiáng)溝通、協(xié)同作業(yè)。固井施工隊與鉆井隊針對打水泥塞施工細(xì)化方案，驗證水泥漿稠化時間，準(zhǔn)確計算泵水泥漿與起鉆時間，并循環(huán)沖洗鉆具，防止“插旗桿”事故。

4.2 側(cè)鉆點的選擇

4.2.1 因素

優(yōu)選合適的側(cè)鉆點是實施側(cè)鉆成功的先決條件，側(cè)鉆點選擇考慮的因素有:

一是，側(cè)鉆點首先要滿足地質(zhì)目的和工程施工的要求，便于后續(xù)完井作業(yè)。

二是，側(cè)鉆點處地層巖性穩(wěn)定，井徑規(guī)則，避開斷層、玄武巖及軟硬交錯夾層。

三是，確保側(cè)鉆點處水泥塞強(qiáng)度達(dá)到正常鉆壓鉆進(jìn)不放空工況，在開泵條件下承壓不小于10t。

四是，要盡量減少報廢進(jìn)尺，縮短施工周期，節(jié)約成本。

4.2.2 技術(shù)措施

根據(jù)花東12x井施工情況，應(yīng)用以下主要技術(shù)措施:

一是，由于地質(zhì)目標(biāo)為雙靶點，結(jié)合地質(zhì)要求與實鉆井眼軌跡，盡量采用降斜降方位側(cè)鉆或直接降斜扭方位側(cè)鉆作業(yè)。

二是，該井巖屑錄井表明，2798～2870m井段存在輝長巖，與泥巖相比可鉆性較差，該井段井斜在42°左右，側(cè)鉆點為2800m。

三是，水泥塞設(shè)計為2750m，側(cè)鉆點以下保證水泥塞長度在200m以上;注完水泥塞后，候凝72小時以上，并用單穩(wěn)定器鉆具組合通井，充分循環(huán);對水泥塞質(zhì)量進(jìn)行承載檢驗，承壓不小于100kN。

四是，優(yōu)化側(cè)鉆軌跡剖面和狗腿度，側(cè)鉆施工過程加強(qiáng)坐崗，及時觀察返出巖屑，分析判斷側(cè)鉆軌跡是否偏離原井眼，及早形成一道夾墻，防止鉆頭沿原井眼鉆進(jìn)。

4.3 側(cè)鉆工具的優(yōu)選

選擇合理的側(cè)鉆工具也是側(cè)鉆成功的前提，目前常規(guī)的側(cè)鉆工具主要為“彎殼體螺桿”和“彎接頭+直螺桿”。這兩種側(cè)鉆工具的作用原理不同:一種是側(cè)向力側(cè)鉆 (彎殼體螺桿)，另一種為側(cè)位移側(cè)鉆 (彎接頭+直螺桿)，分別適用于不同的井眼狀況。

由于對側(cè)鉆點處的井徑擴(kuò)大率不甚了解，若側(cè)鉆工具選擇不合理，可能影響側(cè)鉆效果，導(dǎo)致側(cè)鉆不成功，造成反復(fù)打水泥塞側(cè)鉆，延長側(cè)鉆周期。根據(jù)這兩種側(cè)鉆工具的力學(xué)特性及調(diào)研鄰井對應(yīng)層位井徑擴(kuò)大率、可鉆性等，優(yōu)選“彎接頭 (1.5°～1.75°)”，充分利用大角度彎殼體螺桿側(cè)向力較大和連續(xù)造斜率高的特性進(jìn)行側(cè)鉆作業(yè)，解決頻繁調(diào)整井斜或扭方位問題，采用旋轉(zhuǎn)復(fù)合鉆進(jìn)的優(yōu)勢，力爭一次性側(cè)鉆成功。

4.4 鉆頭選型

花東12x井采用降斜扭方位側(cè)鉆施工，側(cè)鉆定向?qū)ぞ呙娣€(wěn)定性要求高。牙輪鉆頭與PDC鉆頭破巖機(jī)理不同，牙輪鉆頭沖擊破碎巖石，附帶切削作用;PDC鉆頭破巖主要為切削剪切作用。

牙輪鉆頭鉆進(jìn)速度相比PDC鉆頭慢，但定向工具面相對穩(wěn)定。為便于觀察返出巖屑，及時判斷側(cè)鉆井眼，防止鉆頭泥包，推薦使用牙輪鉆頭。

4.5 側(cè)鉆施工關(guān)鍵技術(shù)

通過側(cè)鉆工藝采用控時控壓實施側(cè)鉆，組合鉆具鉆至側(cè)鉆位置后，擺好工具面，采用隨鉆測斜儀 (MWD)無線隨鉆測斜儀進(jìn)行監(jiān)測，方位控制在250°～260°，充分循環(huán)一段時間后靜置，做好井底側(cè)鉆造臺階，控制鉆井參數(shù) (鉆壓小于0.5t)，采取輕壓慢鉆穩(wěn)住工具面，鉆進(jìn)3～5m，及時撈沙子對比 (1包/0.5m)，觀察巖屑變化，校核方位，待夾壁墻足夠厚 (0.5～1.0m)后，逐漸加大鉆壓至3～5t。側(cè)鉆鉆進(jìn)過程中控制鉆時，即:第1m(4小時)、第2m(3.5小時)、第3m(3小時)、第4m(2.5小時)、第5m(2小時)，造臺階成功后，繼續(xù)控制好鉆時，鉆進(jìn)30m，利用MWD隨鉆測斜儀井斜數(shù)據(jù)與原井眼軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行防碰掃描，確保側(cè)鉆盡量偏離原井眼。

花東12x井井斜大，前期由于鉆井液密度偏低，發(fā)生垮塌、掉塊現(xiàn)象，破壞了井壁地層原有應(yīng)力，導(dǎo)致側(cè)鉆作業(yè)。因此，側(cè)鉆前鉆井液密度提至1.44～1.45g/cm3。側(cè)鉆過程中，加足防塌劑和潤滑劑，強(qiáng)化鉆井液防塌、防垮性能，控制失水，保持井壁穩(wěn)定，提高潤滑性，降低摩阻扭矩，摩阻系數(shù)盡量控制在0.08以內(nèi);鑒于BH－WEI鉆井液體系抑制性高、封堵能力差的問題，建議添加封堵類的防塌抑制劑。

側(cè)鉆成功后，多采用復(fù)合旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，每鉆進(jìn)100m進(jìn)行短起下鉆作業(yè)，活動鉆具，破壞巖屑床，凈化井眼，并每次起下鉆至側(cè)鉆點時，一定要控制起下鉆速度，禁止在側(cè)鉆點開泵劃眼，降低卡鉆風(fēng)險。

5 現(xiàn)場施工

花東12x井是福山油田實施的第一口大包井項目工程，實施側(cè)鉆過程中各施工單位溝通不緊密，現(xiàn)場施工措施不到位，鉆井隊為了搶工期，發(fā)生兩次注水泥作業(yè)和兩次側(cè)鉆作業(yè)，延長了鉆井周期，影響了勘探開發(fā)進(jìn)程。

5.1 第一次側(cè)鉆作業(yè)

5.1.1 作業(yè)情況

注水泥作業(yè)采用G級水泥，設(shè)計水泥漿密度為1.85～1.87g/cm3。

室內(nèi)實驗水泥漿性能:稠化時間大于260min(溫度135℃)，封填井段為2780～2944m。光鉆桿下鉆至2944m，注水泥作業(yè)完后，候凝36小時(小于72小時)，下鉆探塞面2862m，實際水泥塞估計只有 82m。修塞面至 2863m，側(cè)鉆鉆進(jìn)至2882m，側(cè)鉆失敗 (側(cè)鉆前6m鉆時分別為59min、160min、135 min、95min、98min、35min)。

鉆具組合:φ215.9mm MD 517X+φ172mm螺桿 (1.5°)+φ165mm NMDC×2根+φ127mm HWDP×21根+φ127mm DP。

鉆井參數(shù):鉆壓為40～70kN，轉(zhuǎn)速為DN，排量為36L/s，泵壓為17MPa。

鉆井液性能:密度為1.41g/cm3，漏斗黏度為105s，塑性黏度為63Pa·s，屈服值為23Pa，初切/終切為 3Pa/9Pa，API失水 2mL，HTHP失水7mL。

5.1.2 失敗原因

原因分析:一是水泥塞長度太短，強(qiáng)度不夠;二是側(cè)鉆施工過程中，操作不當(dāng);三是盲目選擇側(cè)鉆點，2862m處正是流二段中部，可鉆性差，易垮塌。

5.2 第二次側(cè)鉆作業(yè)

基于第一次側(cè)鉆失敗，第二次重新進(jìn)行注水泥作業(yè)，采用G級水泥，設(shè)計水泥漿密度為1.85～1.87g/cm3。

室內(nèi)實驗水泥漿性能:稠化時間大于260min(溫度為130℃)，封填井段為2680～2882m。光鉆桿下鉆至2881m注水泥作業(yè)完后，候凝36小時(小于72小時)。光鉆桿下至2881m，候凝36小時;下鉆探塞為2779m，實際水泥塞估計只有102m。修塞面至2782m，鉆至2783m開始側(cè)鉆。側(cè)鉆第一次采用“彎接頭+直螺桿”側(cè)鉆鉆至2798m，加鉆壓至100kN，無進(jìn)尺。起鉆換“彎殼體螺桿”鉆具組合，鉆至2802m，觀察返出巖屑為輝長巖，水泥含量為5%，鉆入新井眼，側(cè)鉆成功 (側(cè)鉆前 6m鉆時分別為 317min、265min、100min、112min、156min、181min)。側(cè)鉆第 1趟鉆具組合:φ215.9mm MD 517X+φ172mm直螺桿+彎接頭 (1.75°)+φ165mm NMDC×2根+φ127mm HWDP×21根+φ127mm DP;第 2趟鉆具組合:φ215.9mm MD 517X+ φ172mm 螺 桿 (1.5°)+φ165mm NMDC×2根+φ127mm HWDP×21根+φ127mmDP。

鉆井參數(shù):鉆壓為5～100kN，轉(zhuǎn)速為DN，排量為32L/s，泵壓為18MPa。

鉆井液性能:密度為1.43g/cm3，漏斗黏度為145s，塑性黏度為76Pa·s，屈服值為27Pa，初切/終切為3 Pa/10Pa，API失水2.5mL，HTHP失水7.6mL。

6 結(jié)束語

(1)實施總包井項目工程，應(yīng)強(qiáng)化管理，明確職責(zé)，加強(qiáng)技術(shù)溝通，直接施工單位應(yīng)從合作角度出發(fā)，同時采納各相關(guān)技術(shù)部門提出的合理化建議。

(2)大斜度祼眼井段打塞側(cè)鉆是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，能否成功除施工過程本身之外，更需要綜合考慮地質(zhì)條件、地層巖性、井下復(fù)雜情況等因素。合理選擇側(cè)鉆點，避開“大肚子”井段，選擇可鉆性好的地層及斷層。

(3)針對發(fā)生井塌復(fù)雜井段，在沒有測井徑及無法分析井眼擴(kuò)大率的前提下，注水泥塞應(yīng)按原井眼10%考慮，再附加40%～50%的用量，堅持“寧可多注”原則，避免重復(fù)注水泥塞;同時應(yīng)提高水泥塞的強(qiáng)度，滿足側(cè)鉆要求。

(4)在井比較淺、可鉆性好、井眼尺寸小、井斜大的情況下，優(yōu)先選用“大角度彎殼體螺桿”進(jìn)行側(cè)鉆施工;反之，選擇“彎接頭+直螺桿”側(cè)鉆。

(5)大斜度井采用降斜扭方位側(cè)鉆施工時，優(yōu)選牙輪鉆頭，保持工具面穩(wěn)定，提高側(cè)鉆效率。

(6)開始造臺階施工時，應(yīng)采取控時控壓鉆進(jìn)，側(cè)鉆成功后，應(yīng)繼續(xù)鉆進(jìn)30m，盡可能偏離原井眼。

［1］劉鵬飛，和鵬飛，李凡，等.欠位移水平井C33H井裸眼懸空側(cè)鉆技術(shù) ［J］.石油鉆采工藝，2014，36(1):44－47.

［2］楊仲涵，何世明，鄭鋒輝.懸空側(cè)鉆技術(shù)在大牛地氣田DP22水平井的應(yīng)用 ［J］.石油鉆采工藝，2012，34(3):20－23.

［3］王恒.裸眼側(cè)鉆關(guān)鍵技術(shù)的研究與應(yīng)用 ［J］.探礦工程 (巖土鉆掘工程)，2011，38(10):26－29.

［4］陳本順，韓金寶，沈獻(xiàn)良.劉28井深部側(cè)鉆技術(shù)［J］.石油鉆探技術(shù)，2002，30(5):65－66.

［5］劉易思，金莉，甘濤.宜18井大斜度側(cè)鉆鉆水平井技術(shù) ［J］.鉆采工藝，2006，29(5):18－19.

［6］劉修善.三維側(cè)鉆繞障井的設(shè)計方法 ［J］.石油學(xué)報，2009，30(6):916－922.

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

［8］于連杰，魏向輝，曹麗萍.特殊井 PDC鉆頭 ［J］.石油科技論壇，2013，32(3):50－51.

［9］于連杰，魏向輝，張松峰.定向PDC鉆頭 ［J］.石油科技論壇，2011，30(2):51－62.

［10］李光翼，牟德剛，張浩.曲斜七井懸空側(cè)鉆技術(shù)［J］.石油鉆探技術(shù)，1999，27(3):9－10.

［11］任家川，蔣才軍.川孝267井定向側(cè)鉆井卡鉆及事故處理 ［J］.鉆采工藝，2003，26(1):17－19.