南海D氣田高溫高壓開發(fā)井定向鉆井技術(shù)分析

鄭錦堂（中海油田服務(wù)股份有限公司油田技術(shù)事業(yè)部，廣東湛江524057）

1 項(xiàng)目概況

D 氣田位于南海北部大陸架西區(qū)的鶯歌海盆地，為異常高溫高壓、高質(zhì)、高產(chǎn)、大型整裝氣田。該氣田主要目的層為中新統(tǒng)黃流組，為巖性圈閉，平均溫度梯度為4.17℃/100m,儲(chǔ)層溫度約150°C，壓力系數(shù)1.72～1.97，儲(chǔ)層在3000 多米，物性屬于中孔中滲～中孔低滲[1]。因此本文就如何優(yōu)質(zhì)高效的完成，本區(qū)塊的鉆井施工進(jìn)行分析并予以實(shí)踐，對(duì)該區(qū)塊的開發(fā)提供一定參考意義。

2 高溫高壓氣田定向鉆井技術(shù)難點(diǎn)

國內(nèi)外高溫高壓井一般很少采用大斜度定向井或水平井來開采，一是高溫高壓井井身結(jié)構(gòu)通常較復(fù)雜，表層作業(yè)尺寸較大，對(duì)于海上叢式井來說難度很大；二是下部井段溫度上升后對(duì)定向井和隨鉆測(cè)量工具的耐溫要求高，工具容易受溫度影響而失效；三是高溫高壓井鉆井液高固相帶來的摩阻扭矩比常規(guī)井大，井型復(fù)雜會(huì)導(dǎo)致地面扭矩更高，難以控制軌跡，并且容易出現(xiàn)卡鉆事故；四是高溫高壓井的壓力窗口窄，定向鉆井與直井相比環(huán)空壓耗更大，井眼清潔難度大，處理不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生井漏、井噴等事故[2]。

3 高溫高壓氣田定向鉆井技術(shù)分析

3.1 定向井井身剖面優(yōu)化設(shè)計(jì)

南海D 氣田高溫高壓定向井軌跡設(shè)計(jì)的原則是盡量使軌跡簡(jiǎn)單，避免因軌跡復(fù)雜造成摩阻增大,局部摩擦導(dǎo)致溫度升高。分析的結(jié)果是將叢式井中三維井優(yōu)化為近二維軌道設(shè)計(jì)，控制初始造斜率2～3度/30米，二次造斜井段全角變化率2度/30米以下，避免軌道急劇變化，從而起到降低鉆具疲勞及套管磨損的風(fēng)險(xiǎn)，最大程度緩解井眼清潔壓力、降低摩阻，最終獲得提高鉆井效率、降低鉆井施工風(fēng)險(xiǎn)的效果。

3.2 高溫高壓D氣田定向井表層井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化

表層Φ660.4mm 井眼的常規(guī)做法是使用鐘擺鉆具防斜打直，為了滿足下部井段承壓要求，需要將Φ660.4mm井段盡量鉆深，采用鐘擺鉆具吊打來防斜打直，影響作業(yè)時(shí)效，但各井在表層直井段仍然會(huì)存在不同程度偏斜。尤其是在井?dāng)?shù)較多的叢式井中，防碰形勢(shì)較為嚴(yán)峻。如何解決該問題，是表層作業(yè)高效實(shí)施的關(guān)鍵。通過對(duì)表層井身結(jié)構(gòu)的優(yōu)化分析，采用表層大井眼預(yù)斜技術(shù)，在Φ660.4mm井眼設(shè)計(jì)井深500米，使用1.35°彎角Φ654mm 扶正套的馬達(dá)組合，用以預(yù)斜減少防碰風(fēng)險(xiǎn)，并且大大提高了作業(yè)時(shí)效。參見圖1。

3.3 鉆具力學(xué)分析

3.3.1 鉆進(jìn)扭矩分析

為模擬出更加貼近實(shí)際工況的摩阻扭矩，首先需要根據(jù)鄰近區(qū)塊的實(shí)鉆扭矩資料，反向模擬計(jì)算出各井段摩擦系數(shù)再予以運(yùn)用在設(shè)計(jì)階段。以D1-1 氣田一期調(diào)整井為例，該項(xiàng)目分別采用了水基、油基兩種體系的鉆井液進(jìn)行施工。

從實(shí)際使用效果來看，油基鉆井液在實(shí)際使用中優(yōu)勢(shì)明顯，考慮到本次設(shè)計(jì)開發(fā)井井深大幅增加，故推薦使用油基鉆井液，并以油基鉆井液作為流體模型進(jìn)行后續(xù)模擬計(jì)算工作。此處選取總井深最深的D氣田D11井為例，通過計(jì)算不難發(fā)現(xiàn)，鉆進(jìn)過程中摩阻扭矩最大工況發(fā)生在Φ311.15mm井段，最大上提懸重218t，最大扭矩64KN-m，實(shí)際作業(yè)過程中需通過上提下放等手段加強(qiáng)監(jiān)控，同時(shí)適時(shí)短起以清潔井眼，保證井下安全。Φ215.9mm及Φ149.2mm井眼鉆進(jìn)容易發(fā)生彎曲疲勞，頂驅(qū)扭矩較大，給鉆具強(qiáng)度帶來一定挑戰(zhàn)，鉆進(jìn)過程中使用Φ149.2mm大尺寸鉆桿。參見圖2。

3.4 井眼清潔分析

3.4.1 鉆桿優(yōu)選

在Φ444.5mm 及Φ311.15mm 井段使用Φ149.2mm 鉆桿，較大的內(nèi)徑可以有效降低鉆具內(nèi)壓力損耗，以保證在泵壓安全范圍內(nèi)獲得更大的排量，有利于井眼清潔。

在Φ215.9mm 井段推薦使用復(fù)合鉆桿，即在上層Φ 244.47mm 技術(shù)套管內(nèi)使用Φ149.2mm 鉆桿，裸眼段使用Φ 127mm 鉆桿。經(jīng)計(jì)算，全井使用Φ149.2mm 鉆桿將導(dǎo)致Φ 215.9mm井眼鉆進(jìn)期間井眼環(huán)空ECD（環(huán)空壓力系數(shù)）過高，產(chǎn)生漏失風(fēng)險(xiǎn)；反之若全井使用Φ127mm鉆桿對(duì)降低鉆進(jìn)時(shí)ECD幫助較小；使用復(fù)合鉆具既可以減少預(yù)接及倒換鉆具時(shí)間又保證上部鉆具強(qiáng)度，提高施工安全系數(shù)。實(shí)際作業(yè)過程中復(fù)合Φ 127mm 鉆桿至套管內(nèi)300～500 米，以便應(yīng)對(duì)因油藏位置變化而加深鉆進(jìn)的情況。

Φ149.2mm 井段使用Φ101.6mm 鉆桿復(fù)合Φ149.2mm 鉆桿，小井眼鉆進(jìn)前不回接套管，復(fù)合Φ149.2mm 鉆具可提供更多懸重，同時(shí)提供足夠強(qiáng)度抵抗彎曲風(fēng)險(xiǎn)，不易產(chǎn)生鉆具的疲勞損壞，同樣可以減少預(yù)接及倒換鉆具時(shí)間。實(shí)際作業(yè)中，同樣復(fù)合Φ127mm鉆桿至Φ244.47mm套管內(nèi)300～500米。

3.4.2 水力學(xué)分析

Φ444.5mm 及Φ311.15mm 井段特點(diǎn)是裸眼段長(zhǎng)且穩(wěn)斜角大，容易在下井壁產(chǎn)生巖屑床，鉆進(jìn)過程中易起泥球，起鉆普遍需倒劃眼，是井眼清潔問題最突出的井段。實(shí)際作業(yè)過程中應(yīng)采用大排量4500L/min 定向井工具，高轉(zhuǎn)速120轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，保持良好的鉆井液流變性，鉆進(jìn)過程中應(yīng)充分循環(huán)，減少環(huán)空巖屑的堆積，及時(shí)破壞巖屑床，保證井眼清潔。

Φ215.9mm井段地層壓力窗口較窄，需重點(diǎn)關(guān)注ECD值，積極主動(dòng)控制泥漿比重，防止壓漏地層。比重較高時(shí)，在滿足井眼清潔條件下應(yīng)適當(dāng)降低排量至1600L/min予以緩解。

Φ149.2mm 井段目的層水平段作業(yè)時(shí)，受井斜影響攜砂效率低，泥漿比重需求高、砂巖滲透強(qiáng)，容易產(chǎn)生壓差導(dǎo)致井壁易粘附巖屑，加之附加ECD 高，排量受限。作業(yè)中應(yīng)使用小井眼鉆具和低排量500～800L/min的定向井工具。優(yōu)選高溫穩(wěn)定性強(qiáng)、潤(rùn)滑性好，封堵能力及抗污染能力強(qiáng)的泥漿[3]。保證一定的井壁沖刷能力，根據(jù)實(shí)際排量調(diào)整機(jī)械鉆速和鉆井液性能。

圖1 D10H井身結(jié)構(gòu)

圖2 D11井各井段摩阻扭矩分析

3.5 耐高溫工具優(yōu)選分析

經(jīng)過調(diào)研，目前國內(nèi)能提供定向井服務(wù)的外方分包商一共有四家，其中威德福和哈里伯頓工具穩(wěn)定性較差，且國內(nèi)暫時(shí)沒有高溫工具。貝克休斯150°C工具在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度達(dá)到130°C以后，工具穩(wěn)定性將急劇下降故障率較高，耐175°C資源較少，且國內(nèi)無該資源；斯倫貝謝Φ120.65mm 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具目前無高溫工具，但耐150°C 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向PowerDrive Orbit 屬于球型密封，在高溫和油基泥漿作業(yè)中穩(wěn)定性較可靠，LWD 工具Im?pluse 國內(nèi)有耐175°C 的資源且穩(wěn)定性較高。通過計(jì)算ECD 結(jié)果，能夠滿足鉆進(jìn)小排量的要求。綜上，優(yōu)選斯倫貝謝旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向及LWD工具進(jìn)行作業(yè)。

4 高溫高壓定向井施工工藝

4.1 降溫措施

（1）下鉆過程中，靜態(tài)溫度不高于100℃時(shí)可以正常下鉆，當(dāng)下鉆至靜態(tài)溫度達(dá)到100℃后，需要開泵循環(huán)，觀察井底循環(huán)溫度；根據(jù)地溫梯度預(yù)估靜態(tài)溫度125℃的斜深，在該深度附近開泵循環(huán)15 分鐘以上，觀察井底循環(huán)溫度。后每下鉆5 柱（約150m），開泵測(cè)井底靜態(tài)溫度，并循環(huán)15分鐘以上，監(jiān)測(cè)井下溫度。當(dāng)靜態(tài)溫度達(dá)到130℃以上，開始開泵下鉆，排量需達(dá)到工具啟動(dòng)排量（繼續(xù)下鉆前需要觀測(cè)到工具溫度），每柱循環(huán)15分鐘以上，降溫。循環(huán)溫度超過140℃之后，循環(huán)直至工具循環(huán)溫度降至低于140℃之后再繼續(xù)開泵下鉆。

（2）鉆進(jìn)過程中，縮短接立柱時(shí)間和停泵時(shí)間，盡量避免在不開泵的情況下轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具；正常鉆進(jìn)中，當(dāng)循環(huán)溫度接近工具極限溫度時(shí)，循環(huán)降溫，循環(huán)降溫時(shí)降低轉(zhuǎn)速至50轉(zhuǎn)，降溫效果較好；工具在高溫環(huán)境下，井下震動(dòng)導(dǎo)致工具出現(xiàn)故障的幾率將大大增加，因此，在鉆進(jìn)過程中若出現(xiàn)震動(dòng)，應(yīng)及時(shí)采取措施(調(diào)整鉆參、活動(dòng)鉆具等)降低或者避免震動(dòng)；如果泥漿失返或不能建立循環(huán)，盡快短起到靜態(tài)溫度小于125℃的深度；若地面設(shè)備異常需接循環(huán)頭循環(huán)時(shí)，縮短轉(zhuǎn)換時(shí)間；循環(huán)溫度超過140℃并且增長(zhǎng)過快時(shí)，停止鉆進(jìn)，循環(huán)觀察，直到溫度穩(wěn)定下來之后再繼續(xù)鉆進(jìn)。

（3）起鉆過程中，裸眼段全程倒劃眼起鉆直到套管鞋，每10柱循環(huán)一次，每次15分鐘以上；起鉆進(jìn)套管內(nèi)后，同樣采用循環(huán)起鉆，直到靜態(tài)溫度125度以內(nèi)井段，每10柱循環(huán)一次，每次15分鐘，可以小排量循環(huán)；避免井下工具因?yàn)闇囟冗^高導(dǎo)致內(nèi)存電路板失效而丟失內(nèi)存數(shù)據(jù)；靜止溫度125℃以內(nèi)井段，可以直接起鉆。

4.2 高溫高壓地層防漏措施

Φ244.47mm 技術(shù)套管保證下入泥巖段，保證管鞋承壓，以確保目的層作業(yè)窗口。Φ215.9mm 井段壓力窗口在1.80～2.05，壓力窗口窄存在漏失風(fēng)險(xiǎn)，泥漿比重及流變性控制是關(guān)鍵；根據(jù)目的層壓力系數(shù)使用泥漿密度，鉆進(jìn)過程中控制ECD 在1.85～2.03；完鉆后根據(jù)氣測(cè)情況再調(diào)整，使用與地層粒級(jí)匹配的承壓增強(qiáng)劑，提高地層承壓（PF-EZCARB、PF-MOSTRH）使用合適排量鉆進(jìn)；起下鉆過程中適當(dāng)中途循環(huán)破壞泥漿靜切力，鉆進(jìn)過程中密切關(guān)注泵壓扭矩，開泵緩慢平穩(wěn)，階梯式開泵。

5 結(jié)語

（1）高溫高壓叢式井放射性布井及近二維剖面平滑軌跡設(shè)計(jì)，有效降低了定向鉆井的摩阻，使定向井工具造斜能力得到最大程度上發(fā)揮。

（2）采用更為接近實(shí)際的摩阻系數(shù)及鉆井參數(shù)，進(jìn)行摩阻扭矩模擬計(jì)算出的結(jié)果，能夠較真實(shí)的反應(yīng)井下情況。通過對(duì)鉆桿尺寸分析優(yōu)選，結(jié)合水力學(xué)模擬分析，能夠更好的解決高溫高壓叢式井各井段井眼清潔問題。

（3）高溫高壓井段施工過程中，根據(jù)目的層壓力系數(shù)使用泥漿密度，嚴(yán)格控制

ECD 在1.85～2.03，比重較高時(shí)，在滿足井眼清潔條件下應(yīng)適當(dāng)降低排量，使用與地層粒級(jí)匹配的承壓增強(qiáng)劑，提高地層承壓，防止壓漏地層。

（4）當(dāng)靜止溫度大于130℃時(shí)，采用開泵下鉆，鉆進(jìn)過程中，當(dāng)循環(huán)溫度140℃且在加速增長(zhǎng)時(shí)停止鉆進(jìn)，循環(huán)觀察溫度穩(wěn)定在140℃繼續(xù)鉆進(jìn)。在高溫井段起鉆過程中，采用倒劃眼起鉆至井溫小于125℃井段。防止井下定向井工具高溫?fù)p壞。