超高井斜水平井鉆井技術(shù)在復(fù)雜斷塊油田的應(yīng)用

彭 巍，劉智勤，王小龍，徐 超，任冠龍

(中海石油(中國)有限公司 湛江分公司，廣東 湛江 524057)

潿洲w油田位于南海西部海域的北部灣盆地，儲層段斷層交錯，地應(yīng)力復(fù)雜，非均質(zhì)性強(qiáng)，屬于典型的復(fù)雜斷塊油田[1]。其主力D儲層被3條斷層分隔，砂體厚度不足5 m，預(yù)計逆地層傾角高達(dá)8°～10°，設(shè)計完鉆井斜高達(dá)100°左右，且地質(zhì)部門要求水平井段貫穿3個斷塊儲層，盡可能動用3個斷塊的儲量，因此，鉆井過程中可能遭遇井壁失穩(wěn)、井漏、儲層傷害、儲層鉆遇落空等問題。針對潿洲w油田的復(fù)雜地質(zhì)條件及衍生的鉆井作業(yè)難題，參考國內(nèi)外水平井作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，通過優(yōu)選造斜工具，優(yōu)化鉆頭設(shè)計、底部鉆具組合，優(yōu)選鉆井參數(shù)和鉆井液體系等技術(shù)措施，保障了超高井斜水平井鉆井作業(yè)在復(fù)雜斷塊油田的順利實(shí)施，取得良好效益[2]。

1 作業(yè)難點(diǎn)分析

1)潿洲w油田主力D儲層被3條斷層分隔，油水關(guān)系復(fù)雜，砂體厚度不足5 m，預(yù)計逆地層傾角高達(dá)8°～10°，且存在不確定性；要求一個水平井段貫穿3個斷塊儲層，井眼軌跡控制難度大，且存在極大的儲層鉆遇落空風(fēng)險。

2)潿洲w油田主力D儲層泥巖坍塌壓力較高，超高井斜水平井段穿過多條斷層落實(shí)并開發(fā)多個斷塊儲層，作業(yè)過程中井漏、井壁失穩(wěn)風(fēng)險高。

3)超高井斜水平井段井眼清潔難度大，極易形成巖屑床，且高密度鉆井液極易導(dǎo)致鉆井壓差過大傷害儲層。

2 鉆井技術(shù)措施

2.1 工具優(yōu)選

2.1.1 造斜工具優(yōu)選[3]

潿洲w油田地質(zhì)情況復(fù)雜，主力D儲層較薄，逆地層傾角高，且不確定性較大，設(shè)計井身結(jié)構(gòu)最大井斜角為100°，造斜壓力大，一旦工具造斜能力不足，很可能打穿砂層導(dǎo)致著陸失敗。

考慮在砂層中高造斜率要求，推靠式造斜工具不合適，指向式高造斜工具可靠性更高。而PD-Xceed和PD-Archer均為指向式造斜工具，從現(xiàn)場作業(yè)經(jīng)驗(yàn)來看，采用100%的力度作業(yè)，PD-Xceed的造斜率不足5°/30 m，而彎角為0.5°的PD-Archer造斜率大于6°/30 m，且PD-Archer彎角調(diào)整至0.9°時，100%力度下，理論造斜率可達(dá)13.5°/30 m，能夠滿足因地層發(fā)生變化(比設(shè)計垂深淺)或逆地層傾角變化帶來的更高造斜率要求。因此，為確保能夠滿足設(shè)計井身結(jié)構(gòu)高造斜率要求，同時留有充足的造斜余力應(yīng)對地層變化，本技術(shù)優(yōu)選高造斜率旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具PD-Archer(彎角調(diào)整至0.9°)。同時采用先進(jìn)的地質(zhì)探邊工具Periscope，實(shí)時探明砂層邊界和預(yù)測地層傾角走向，滿足薄砂層軌跡精確控制要求。

2.1.2 優(yōu)化鉆頭設(shè)計[4-6]

鉆頭與導(dǎo)向工具的配伍性是決定造斜能力及優(yōu)快鉆進(jìn)的關(guān)鍵因素。本技術(shù)要求鉆頭具有高穩(wěn)定性、高造斜率、快鉆時、耐磨性好等特征。

考慮鉆頭長度越短造斜率越高，選取鉆頭長度為0.23 m；考慮鉆頭保徑長度越長，耐磨性越好，但造斜率越低，通過軟件模擬，在保證高造斜率的同時兼具高耐磨性的長度為63.5 mm，優(yōu)化鉆頭冠部形狀，使其平坦，減小側(cè)向接觸面積，增加側(cè)向力，從而提高造斜率；為確保鉆頭攻擊性，選擇19 mm的切削齒；為兼具高攻擊性及穩(wěn)定性，選擇5刀翼鉆頭。

綜合考慮與造斜工具PD Archer配合度情況，優(yōu)選Mi519LMHBPX。Mi519LMHBPX鉆頭采用5刀翼設(shè)計，總布齒29個(面部19個×19 mm，保徑5個×16 mm，側(cè)面切削齒5個×13 mm)，每個刀翼保徑部分分布熱穩(wěn)定聚晶金剛石齒加強(qiáng)保徑，刀翼上部布有PDC復(fù)合片倒劃眼齒，鉆頭配有7個水眼，泄流面積496.8 mm2。鉆頭帶倒角設(shè)計，降低工具面角，確保PD Archer工具面的精確控制，保證狗腿度。通過IDEAS軟件對鉆頭、鉆具組合及井身軌跡進(jìn)行有限元分析，并結(jié)合地質(zhì)信息整體模擬了該套鉆具系統(tǒng)在井下的表現(xiàn)，模擬結(jié)果顯示鉆具穩(wěn)定性、導(dǎo)向性、快速性及耐久性良好。

2.1.3 優(yōu)化鉆具組合[7-8]

1)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具PD-Archer的造斜能力高，打鉆時的局部狗腿度較大，為防止大狗腿度產(chǎn)生的應(yīng)力疲勞破壞工具，底部鉆具應(yīng)該具有足夠的撓性。因此對底部鉆具組合進(jìn)行了簡化和優(yōu)化，在PD-Archer上方增加撓性短節(jié)，減少鉆具組合的大尺寸鉆具，不使用加重鉆桿、鉆鋌及扶正器，降低鉆進(jìn)時的摩阻，增加底部鉆具撓性。

2)使用φ127.0 mm鉆桿+φ149.2 mm鉆桿的組合式鉆桿。在φ215.9 mm裸眼中使用φ127.0 mm 鉆桿，降低ECD，防止憋漏地層而導(dǎo)致地層不穩(wěn)定，同時降低摩阻扭矩，提高ROP；在上部φ244.5 mm套管中使用φ149.2 mm鉆桿，減少鉆具內(nèi)部的壓耗，降低泵壓，避免泵壓限制排量，加大環(huán)空返速，有利于井眼清潔。

3)上部小井斜井段倒裝部分加重鉆桿有利于傳遞鉆壓。

因此，本技術(shù)采用的鉆具組合為：φ215.9 mm PDC Bit(水眼7×12)+φ171.5 mm PD-Archer+φ171.5 mm Periscope+φ171.5 mm Telescope+φ171.5 mm NMDC+φ127.0 mm HWDP+φ171.5 mm F/J+φ127.0 mm DP+φ171.5 mm X/O+φ149.2 mm DP+φ149.2 mm HWDP+φ149.2 mm DP。

2.2 鉆井參數(shù)優(yōu)選

鉆井參數(shù)對于井下安全和井身軌跡調(diào)整控制尤為重要，對造斜率影響明顯。PD-Archer工具在不同地層下要獲得更高的造斜率有不同措施：在松軟地層、可鉆性較好的地層，低排量、低轉(zhuǎn)速盡量跟上鉆壓可以有效降低地層沖刷，對于保證工具的造斜率有著重要意義；在較硬地層使用高排量、高轉(zhuǎn)速、高鉆壓，能有效提高造斜率。

潿洲w油田主力D儲層埋深較深，考慮超高井斜、高造斜率下大彎角(0.9°)PD-Archer工具穩(wěn)定性需求，轉(zhuǎn)速不能太高。因此，優(yōu)化鉆進(jìn)參數(shù)為：鉆壓25 000 lb，排量2 400 L/min，轉(zhuǎn)速100 r/min，PD-Archer使用75%力度滿足10°/30 m左右的造斜率要求，優(yōu)化后的鉆井參數(shù)既能保證鉆進(jìn)速度、井眼清潔和工具穩(wěn)定可靠，也能有效滿足作業(yè)高造斜率需求。

2.3 儲層鉆開液優(yōu)化[9-10]

潿洲w油田主力D儲層段地質(zhì)情況極其復(fù)雜，非均質(zhì)性特征顯著，儲層保護(hù)形勢嚴(yán)峻，同時水平段井斜超高，巖屑攜帶較為困難，井眼清潔難度大。

常規(guī)儲層鉆開液因動塑比小，低剪切速率黏度無法滿足超高井斜水平井段攜砂需求，井眼清潔效果難以保證；同時常規(guī)儲層鉆開液體系沒有針對非均質(zhì)性較強(qiáng)的儲層進(jìn)行暫堵材料粒徑級配，導(dǎo)致儲層保護(hù)效果欠佳。因此，本技術(shù)開展了儲層鉆開液體系流變性和儲層保護(hù)優(yōu)化研究，優(yōu)選增黏劑和進(jìn)行暫堵劑粒徑級配以滿足超高井斜水平井段井眼清潔和高滲透率恢復(fù)的要求，并進(jìn)行配套的抑制性、防塌性、抗污染性能室內(nèi)評價，最后得到一套適用于南海西部北部灣盆地復(fù)雜斷塊油田超高井斜儲層段鉆開液體系。該體系在常規(guī)儲層鉆開液基礎(chǔ)上優(yōu)選PF-VIS(增黏劑)，當(dāng)其加量達(dá)到0.7%時，具有較高的低剪切速率黏度(LSRV>40 000 mPa·s)，具有優(yōu)良的攜帶和懸浮鉆屑的能力，滿足超高井斜水平段井眼清潔需求；同時該體系加入2%PF-GJC(聚合醇)，潤滑系數(shù)僅為0.11，降低大狗腿井段鉆井摩阻和扭矩；該體系優(yōu)選碳酸鈣作為暫堵劑并進(jìn)行粒度分布優(yōu)化，利用自主研發(fā)的“復(fù)雜結(jié)構(gòu)井儲層損害評價系統(tǒng)” 優(yōu)選碳酸鈣800目 ∶400目=4.01 ∶1。對優(yōu)化后的儲層鉆開液體系進(jìn)行室內(nèi)封堵性和儲層保護(hù)評價，結(jié)果顯示在壓差13 MPa、溫度120 ℃工況下，鉆井液侵入深度僅4.1 cm，濾失量低，具有良好的封堵效果；同時優(yōu)化后儲層巖心滲透率恢復(fù)值超過90%；優(yōu)選的暫堵劑碳酸鈣能顯著提高儲層滲透率恢復(fù)值；優(yōu)化后的暫堵劑粒度分布儲層保護(hù)效果較優(yōu)。因此，優(yōu)化后的儲層鉆開液配方為：0.3%燒堿+2%PF-FLOTROL(流型控制劑)+2%PF-GBL(白瀝青)+1.5%PF-LPF H (封堵劑)+3%CaCO3(封堵劑)+PF-CONA(加重至1.30 g/cm3)+PF-HCOOK(抑制劑，加重至所需密度1.40g/cm3)+0.7% VIS+2%PF-GJC(聚合醇)+3%CaCO3(800目 ∶400目=4.01 ∶1)。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

超高井斜水平井鉆井技術(shù)在潿洲w油田M井成功實(shí)施，該井φ311.1 mm井段鉆進(jìn)至2 849 m完鉆，著陸井斜為84°，φ215.9 mm水平井段從2 849 m開始，以2°/30m的造斜率鉆進(jìn)至2 897 m，井斜增至87°，根據(jù)地質(zhì)探邊工具Periscope結(jié)果顯示，逆地層傾角達(dá)2°，因此，從2 897 m開始以6°/30 m的造斜率鉆進(jìn)至2 930 m，井斜達(dá)到92.5°，平行地層鉆進(jìn)至3 000 m，此時，地質(zhì)探邊工具Periscope結(jié)果顯示逆地層傾角將高達(dá)8°～10°，決定以9.81°/30 m的造斜率鉆進(jìn)至3 030 m，井斜激增至101.6°，繼續(xù)平行地層鉆進(jìn)至3 200 m，此時，地質(zhì)探邊工具Periscope結(jié)果顯示逆地層傾角將增至15°左右，決定以4°/30 m 的造斜率鉆進(jìn)至3 250 m，井斜角高達(dá)107.8°，平行地層鉆進(jìn)至3 304 m，地質(zhì)探邊工具Periscope結(jié)果顯示逆地層傾角繼續(xù)增大，考慮作業(yè)區(qū)域河道沉積復(fù)雜性及鉆井作業(yè)安全性，決定在3 304 m完鉆。M井軌跡數(shù)據(jù)見表1。

4 結(jié)論與建議

1)復(fù)雜斷塊油田地質(zhì)情況復(fù)雜，地層非均質(zhì)性強(qiáng)且不確定性大，儲層較薄且被多條斷層分隔，井眼軌跡控制難度和儲層鉆遇落空風(fēng)險大。造斜工具優(yōu)選時在確保滿足設(shè)計造斜率要求外，必須留有充足的造斜余力應(yīng)對地層變化。

2)優(yōu)化后的儲層鉆開液具有良好的攜帶和懸浮鉆屑能力，儲層巖心滲透率恢復(fù)值超過90%，能解決超高井斜水平井段攜砂和儲層保護(hù)問題。

3)超高井斜水平井鉆井技術(shù)實(shí)現(xiàn)了完鉆井斜107.8°，最高造斜率9.81°/30 m的高難度作業(yè)，為后續(xù)超高井斜水平井鉆井技術(shù)在復(fù)雜斷塊油田的應(yīng)用提供技術(shù)參考。

表1 M井軌跡相關(guān)數(shù)據(jù)