渤海油田鉆井提效新技術及其應用實踐

鄧建明 劉小剛 馬英文 崔治軍 葉周明

(中海石油(中國)有限公司天津分公司 天津 300452)

渤海油田鉆井提效新技術及其應用實踐

鄧建明 劉小剛 馬英文 崔治軍 葉周明

(中海石油(中國)有限公司天津分公司 天津 300452)

渤海油田部分油田已進入綜合調(diào)整開發(fā)期，鉆完井工程面臨地質(zhì)油藏條件復雜、環(huán)保和安全形勢日益嚴峻、油氣開發(fā)成本高等難題。通過創(chuàng)新發(fā)展優(yōu)快鉆完井技術體系，形成了渤海油田鉆井提效新技術體系，包括加密井網(wǎng)表層防碰技術、膨潤土深鉆技術、硬地層鉆頭綜合優(yōu)選技術、中深部地層鉆具組合優(yōu)化技術等。這一系列鉆井提效新技術已在歧口18-1、墾利3-2及秦皇島32-6等油田取得成功應用，較一次優(yōu)快鉆井作業(yè)效率提高40.54%，具有廣闊的推廣和應用價值。

渤海油田；鉆井提效新技術；加密井網(wǎng)表層防碰；膨潤土深鉆；硬地層鉆頭綜合優(yōu)選；中深部地層鉆具組合優(yōu)化；作業(yè)效率

20世紀90年代中期，原油市場低迷，而渤海地區(qū)大部分已探明油氣田屬于邊際油氣田，高效低成本鉆井成為開發(fā)渤海邊際油氣田的必由之路。通過學習和創(chuàng)新，創(chuàng)立了適合渤海油田的優(yōu)快鉆井技術體系。優(yōu)快鉆井技術是通過集成先進、適用技術，創(chuàng)新作業(yè)流程和結合應用現(xiàn)代管理模式而形成的一項系統(tǒng)優(yōu)化配套技術，體現(xiàn)了實現(xiàn)油氣田開發(fā)效益最大化的理念[1]，在渤海油田發(fā)展中起到了舉足輕重的作用，已成為中國海油的一種“優(yōu)快”精神。

目前渤海油田已進入大開發(fā)階段，面臨著2個方面的難題：一方面，預開發(fā)的油田中儲量大、油品好的大型優(yōu)質(zhì)油田越來越少，綜合調(diào)整項目、稠油油田、三低油田等開發(fā)效益差油田比例較大；另一方面，社會公眾環(huán)保意識逐步提升，提升發(fā)展的質(zhì)量和效益已經(jīng)成為社會期待的發(fā)展模式。因此，為實現(xiàn)渤海油田中長期發(fā)展規(guī)劃和“二次跨越”發(fā)展要求，必須加快油田開發(fā)進程，通過降低鉆完井成本來實現(xiàn)低品位油田及邊際油田高效開發(fā)，進一步提高油田開發(fā)效益。近年來，渤海油田通過創(chuàng)新發(fā)展優(yōu)快鉆完井技術體系，形成了一系列鉆井提效新技術并在歧口18-1、墾利3-2及秦皇島32-6等油田取得了成功應用。本文主要總結了渤海油田鉆完井過程中加密井網(wǎng)表層防碰技術、膨潤土深鉆技術、硬地層鉆頭綜合優(yōu)選技術、中深部地層鉆具組合優(yōu)化技術等鉆井提效新技術的應用實踐，以期為海上油氣田降本增效開發(fā)提供借鑒和參考。

1 渤海油田鉆完井難點

渤海油田具有構造破碎、斷裂發(fā)育、油藏復雜等地質(zhì)油藏特點，儲層以河流相、三角洲、古潛山為主，油質(zhì)較稠，稠油儲量占65%以上[2-3]。渤海油田地層主要有第四系平原組、新近系明化鎮(zhèn)組及館陶組、古近系東營組和沙河街組以及中生界及以下的潛山地層，其巖性以砂泥巖互層、花崗巖、安山巖、凝灰?guī)r為主(表1)。

渤海油田油氣儲層大多具有埋藏深、壓力系統(tǒng)復雜、井眼密集等特點，鉆完井作業(yè)面臨的主要難點有：

1) 地質(zhì)條件復雜，多套壓力系統(tǒng)并存，地層薄弱點較多，坍塌周期短，易失穩(wěn)；斷裂發(fā)育，部分斷層通至海底，鉆完井安全風險大。

表1 渤海油田地層巖性特征

2) 調(diào)整井和綜合調(diào)整井地層壓力虧空、儲層衰竭嚴重，鉆井液密度窗口小，地層漏失和井控風險并存。如歧口18-1油田(綜合調(diào)整)儲層沙二段壓力系數(shù)最低0.625，而旅大10-1油田儲層壓力系數(shù)最低可降至0.5左右。

3) 加密調(diào)整井井網(wǎng)密集、井距小，淺層防碰嚴重，深部地層軌跡復雜，軌跡控制困難，作業(yè)風險大，作業(yè)時效和生產(chǎn)時效有待提高。

2 加密井網(wǎng)表層防碰技術

針對渤海油田開發(fā)過程中存在的層間矛盾和定向井開采底水油藏效果差的主要問題，實施了密集交叉井網(wǎng)整體加密調(diào)整來調(diào)整優(yōu)化油田注采井網(wǎng)，使鉆井過程中形成了新老井網(wǎng)交叉的復雜情況，作業(yè)難度極大。針對這一問題，“十一五”期間開始研制以鉆頭破巖時產(chǎn)生的振動為信號源的防碰預警裝置，可以實現(xiàn)鉆頭與鄰井的趨近報警。近年來，通過研究振動波在巖石及鋼管中的傳播規(guī)律、鉆頭振動波在地層中的傳播規(guī)律，并綜合考慮震源工作腔的空間及其與底部鉆具組合的最優(yōu)化匹配，提出了井間相對距離計算模型[4-5]，進而形成了淺層防碰監(jiān)測技術。該項技術在綏中36-1和秦皇島32-6等油田32口井進行了應用，表層作業(yè)效率提高20%以上，生產(chǎn)時效達80%以上，提高了鉆完井作業(yè)效率，達到了提效降本的目的。

3 膨潤土深鉆技術

膨潤土漿深鉆技術，是指在非儲層段井壁失穩(wěn)周期內(nèi)利用膨潤土鉆進至最大許可的地層深度[6]。渤海油田鉆井以前的習慣做法是上部地層采用海水代替鉆井液鉆進至明化鎮(zhèn)組上段后再轉化為設計的鉆井液體系。通過認真分析地層巖性和渤海油田的沉積環(huán)境，優(yōu)化扶正器尺寸，創(chuàng)新性地將膨潤土漿鉆進至館陶組中部，結果表明膨潤土深鉆具有釋放鉆進參數(shù)、提高鉆速、適當擴大井徑等優(yōu)點，從而達到了快速鉆進、減少井下復雜情況(起下鉆和下套管無阻卡)和安全環(huán)保的目的[7]。據(jù)統(tǒng)計，在歧口18-1油田綜合調(diào)整井中，上部地層利用膨潤土深鉆技術提效12%左右，同時將易失穩(wěn)的明化鎮(zhèn)組地層的作業(yè)周期縮短至井壁失穩(wěn)周期以內(nèi)，節(jié)約綜合鉆井成本10%左右。目前該項技術已全面推廣至渤海油田鉆井作業(yè)中。

4 硬地層鉆頭綜合優(yōu)選技術

鉆頭綜合優(yōu)選是指先將鉆井參數(shù)比對選型法和等概鉆頭選型法相結合，然后再利用經(jīng)濟性評價最終選擇合適的鉆頭的一種方法。參數(shù)比對選型法體現(xiàn)了地層因素對鉆頭選型的重要意義，并且選型依據(jù)充分、方便快捷，但在巖性變化頻繁及地層起伏變化較大的地區(qū)應用受到限制；等概鉆頭選型法是基于“地層因素”而建立的，是利用巖石可鉆性選擇鉆頭類型方法的完善和提高，它的理論基礎是巖石可鉆性級別服從正態(tài)分布，地層可鉆性宏觀均質(zhì)特性和地層可鉆性級別與鉆頭類型具有等概關系，是一種室內(nèi)試驗與數(shù)理統(tǒng)計相結合的方法[8]。

錦州9-3油田綜合調(diào)整作業(yè)期間，利用鉆頭綜合優(yōu)選技術，根據(jù)已鉆井資料和測井結果及館陶組底礫巖發(fā)育的特點，制定了鉆頭技術方案，即對于φ311.15 mm鉆頭，上部鉆頭優(yōu)選7刀翼、19 mm切削齒、雙排齒剛體鉆頭，抗沖擊和研磨設計，實現(xiàn)了一只鉆頭鉆上部地層和館陶組底礫巖；下部鉆頭優(yōu)選5刀翼、19 mm切削齒、剛體鉆頭，輻射狀井底水力流場和防泥包設計，使布齒避免重復切削，提高了機械鉆速，同時利用倒劃眼齒結構增強鉆頭的穩(wěn)定性。據(jù)統(tǒng)計，錦州9-3油田φ311.15 mm井眼館陶組底礫巖層以上平均機械鉆速達74.38 m/h，底礫巖段平均機械鉆速為9.02 m/h，絕大部分井均是一次性鉆穿底礫巖，特別是D2H井，1只7刀翼、19 mm切削齒、雙排齒剛體PDC鉆頭鉆穿上部地層和200多米的底礫巖；而在下部地層，通過優(yōu)選鉆頭使東營組平均機械鉆速達49.64 m/h，大大提高了鉆井效率，縮短了鉆井工期(圖1)。

圖1 錦州9-3油田綜合調(diào)整井鉆井工期對比

5 中深部地層鉆具組合優(yōu)化技術

5.1 隨鉆擴眼+隨鉆測井(導向)+旋轉導向多功能組合技術

針對復雜井眼軌跡條件下，井下鉆進期間易出現(xiàn)進尺緩慢、井下馬達頻繁制動、井眼軌跡控制困難及后續(xù)尾管下入困難等問題，創(chuàng)新性地提出了隨鉆擴眼+隨鉆測井+旋轉導向多功能組合提效技術，將鉆進組合和擴眼有機結合，不但實現(xiàn)了鉆進和擴眼一次到位，而且通過在擴眼器上面加隨鉆測量工具，擴眼過程中可以隨時監(jiān)測軌跡情況，降低了擴眼時出現(xiàn)新井眼的幾率，同時也降低了倒劃擴眼過程中容易出現(xiàn)的蹩、卡等現(xiàn)象。

墾利油田群利用隨鉆擴眼技術，根據(jù)已鉆井資料和該地區(qū)地層特點，制定了相應的技術方案。通過已完鉆井數(shù)據(jù)統(tǒng)計，φ215.9 mm井眼平均機械鉆速為34 m/h，而在隨鉆擴眼井(φ215.9 mm擴至φ241.3 mm)平均機械鉆速為33 m/h，可見隨鉆擴眼器對該地區(qū)機械鉆速影響不大；然而，對比整體工期，隨鉆擴眼(φ215.9 mm擴至φ241.3 mm)井平均工期為8.9 d，而完鉆后采用相同組合單獨一趟倒劃擴眼至相同井徑則為13.8 d。由此可見，隨鉆擴眼+隨鉆測井+旋轉導向多功能組合可以大大提高鉆井效率，縮短鉆井工期。

5.2 水力振蕩器+等壁厚馬達鉆具組合技術

隨著渤海油田綜合調(diào)整項目的增多，大斜度井、大位移井等復雜井數(shù)量的不斷增加，常規(guī)馬達橡膠襯套厚薄不均勻，其輸出功率和井下最大許可時間無法滿足大斜度井和大位移井的工況要求，容易導致馬達失效。等壁厚馬達是定子內(nèi)孔為可與轉子相配的輪廓螺旋曲線設計，縮小了橡膠的厚度，增大了橡膠與金屬的粘著面積(圖2)，而且將動力提升為原來的2倍，其獨特的等壁厚技術有效降低了定子滯脹，因此更適合復雜工況，具有有效延長工具壽命和擁有更高輸出扭矩等優(yōu)點[9]。在軌跡復雜井中，為了傳遞平穩(wěn)的鉆壓，提高對鉆頭工具面的調(diào)整能力，保持工具面的穩(wěn)定，提高機械鉆速，成功應用了水力振蕩器。水力振蕩器通過自身產(chǎn)生的縱向振動來提高鉆進過程中鉆壓傳遞的有效性和減少底部鉆具與井眼之間的摩阻，特別是在使用動力鉆具的定向鉆進中可以改善鉆壓的傳遞，減少鉆具組合粘卡的可能性，減少扭轉振動[10]。水力振蕩器+等壁厚馬達鉆具組合技術已在墾利油田群、秦皇島32-6油田、綏中36-1油田成功推廣應用，其中秦皇島32-6油田機械鉆速提高30%左右，滑動鉆速提高60%以上(表2)；綏中36-1油田綜合調(diào)整中滑動鉆速提高1倍左右(表3)。由此可見，水力振蕩器+等壁厚馬達鉆具組合的成功應用，不僅可以提高機械鉆速，而且能夠解決鉆進過程中出現(xiàn)的托壓，改善鉆壓傳遞效果，減少鉆具組合粘附卡鉆等復雜情況。

圖2 常規(guī)馬達(左)與等壁厚馬達(右)定子示意圖

表2 水力振蕩器在秦皇島32-6油田使用對比

表3 水力振蕩器在綏中36-1油田使用對比

6 結論

渤海油田鉆井提效新技術是渤海油田高效快速開發(fā)的重要技術措施。該項技術已在歧口18-1油田、墾利3-2油田及秦皇島32-6等油田進行了成功應用，極大提高了鉆完井作業(yè)效率，達到了提效降本的目的，較一次優(yōu)快鉆井作業(yè)效率提高40.54%，生產(chǎn)時效提高到92.31%，具有廣闊的推廣和應用前景。

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(編輯：孫豐成)

Novel and efficient drilling technology and its application in Bohai oilfields

Deng Jianming Liu Xiaogang Ma Yingwen Cui Zhijun Ye Zhouming

(TianjinBranchofCNOOCLtd.,Tianjin300452,China)

The development of some oilfields in Bohai sea has entered a comprehensive adjustment period, with drilling and completion engineering facing complex geological reservoir conditions, more and more demanding environmental and safety rules, high cost of oil and gas development and other problems. By the innovation and development of fast drilling and completion technologies, new technology system for improving efficiency was formed, which includes anti-collision of infilling wells, bentonite deep drilling, integrated optimization of bits for hard formations, BHA optimization in medium-deep formations etc. This series of new technologies has been successfully used in QK 18-1, KL 3-2 and QHD 32-6 oilfields, and improved the efficiency by 40.54% compared with the previous drilling operations. The new technology has a high potential of dissemination and application.

Bohai oilfields; efficient drilling technology; infilling well anti-collision; bentonite deep drilling; hard formation bit optimization; BHA optimization for medium-deep formation; opearation efficiency

鄧建明，男，教授級高級工程師， 1989年畢業(yè)于天津大學石油分校鉆井工程專業(yè)，現(xiàn)任中海石油(中國)有限公司天津分公司總工程師(鉆完井)，主要從事鉆完井技術研究與管理工作。地址：天津市濱海新區(qū)渤海石油大廈A座(郵編：300452)。E-mail：dengjm@cnooc.com.cn。

1673-1506(2016)03-0106-05

10.11935/j.issn.1673-1506.2016.03.016

TE242

A

2015-12-16 改回日期：2016-01-15

鄧建明,劉小剛,馬英文，等.渤海油田鉆井提效新技術及其應用實踐[J].中國海上油氣，2016,28(3)：106-110.

Deng Jianming,Liu Xiaogang,Ma Yingwen，et al.Novel and efficient drilling technology and its application in Bohai oilfields[J].China Offshore Oil and Gas,2016,28(3):106-110.