孔雀亭氣田深井、超深井優(yōu)快鉆井技術(shù)實(shí)踐

左宏剛，何福耀，嚴(yán)維鋒，徐 彤，和鵬飛

（1.中海石油（中國(guó)）有限公司上海分公司，上海 200335；2.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452）

孔雀亭區(qū)塊屬中海油與中石化聯(lián)合開發(fā)海域。該區(qū)塊于2010 年12 月～2012 年5 月先后鉆探直井4口，定向井1 口，平均井深4 737 m。定向井平均日進(jìn)尺71.91 m。2014 年5 月完成了ODP 方案編制，設(shè)計(jì)兩座井口平臺(tái)，共部署9 口開發(fā)井[1]。2015 年9 月開鉆，目前已經(jīng)完鉆水平井4 口，定向井3 口，均采用五開井身結(jié)構(gòu)：762 mm 隔水管打樁至泥面以下60 m、609.6 mm 套管下至600 m 封隔淺層漏失層、339.725 mm 套管下至2 200 m 封隔不整合面、244.475 mm 套管封固壓力過(guò)渡帶、212.725 mm 井眼鉆至完鉆層位。其中A 平臺(tái)平均完鉆井深6 094.95 m、B 平臺(tái)平均完鉆井深4 896.67 m，屬深井、超深井范疇。施工前，項(xiàng)目組認(rèn)真分析已鉆探井資料，通過(guò)對(duì)泥漿體系、鉆具組合、PDC 鉆頭、井下動(dòng)力鉆具、隨鉆工具等進(jìn)行優(yōu)選，已完鉆的7 口井的平均日進(jìn)尺為113 m，平均日進(jìn)尺提高36 %，研究結(jié)果在現(xiàn)場(chǎng)取得了良好的應(yīng)用效果，極大降低了鉆井成本。

1 孔雀亭氣田面臨鉆井技術(shù)難題

1.1 鉆遇地層主要特點(diǎn)

孔雀亭氣田完鉆井深4 400 m～6 700 m，自上而下依次鉆遇第四系全-更新統(tǒng)東海群，新近系上新統(tǒng)三潭組、中新統(tǒng)柳浪組、玉泉組、龍井組，古近系漸新統(tǒng)花港組、始新統(tǒng)平湖組地層。東海群至玉泉組以灰、灰綠色泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、淺灰色砂巖為主，偶夾煤層，地層疏松，可鉆性較好。龍井組至花港組上段，灰色、深灰色、褐灰色泥巖，淺灰色砂巖，花港組頂部褐灰色泥巖水敏性較強(qiáng)，花港組上段局部含有2 mm～4 mm 的含礫砂巖?；ǜ劢M下段至平湖組上段主要為細(xì)砂巖夾泥巖、灰色泥巖，含灰質(zhì)砂巖及瀝青質(zhì)煤層，地層可鉆性較差。始新統(tǒng)與漸新統(tǒng)、中新統(tǒng)與上新統(tǒng)之間有較明顯的不整合，鉆井揭示均為砂泥巖地層，含油氣層系主要分布在漸新統(tǒng)花港組和始新統(tǒng)平湖組[2]。

1.2 淺層易發(fā)生井漏

已鉆探井444.5 mm 井段采用海水膨潤(rùn)土漿體系鉆進(jìn)，在240 m～549 m 不同程度發(fā)生井下漏失，井口返出減少，全程鉆進(jìn)過(guò)程中，每當(dāng)停泵后井口液面就逐漸下降至海面高度，后泵入堵漏稠漿循環(huán)，液面下降速度略有好轉(zhuǎn)，但漏失問(wèn)題沒(méi)有從根本解決。鉆進(jìn)過(guò)程中產(chǎn)生的鉆屑未及時(shí)帶出井筒，以致于下339.725 mm 套管過(guò)程中發(fā)生遇阻情況。

1.3 中下部地層易垮塌

柳浪組、玉泉組、龍井組、花港組、平湖組多次發(fā)生起下鉆遇卡、遇阻情況，以及電測(cè)過(guò)程中發(fā)生遇卡、遇阻。電測(cè)結(jié)果表明，各井均存在大段的井眼垮塌段，井眼擴(kuò)大明顯，大多數(shù)井鉆遇煤層段最大井眼擴(kuò)大率都達(dá)到30 %左右，某些井平湖組鉆遇煤層段井眼擴(kuò)大率超過(guò)90 %，有些甚至高達(dá)140 %。起下鉆及電測(cè)過(guò)程中遇卡、遇阻井段井眼垮塌均較嚴(yán)重。

1.4 深部地層可鉆性差

311.15 mm 下部井段鉆遇地層為花港組下部和平湖組上部，地層的平均抗壓強(qiáng)度在55.2 MPa～82.7 MPa，屬于中硬地層，含有砂礫巖等硬夾層其抗壓強(qiáng)度超過(guò)137.9 MPa 甚至接近172.4 MPa，其可鉆性較差，具體表現(xiàn)：鉆進(jìn)過(guò)程中扭矩波動(dòng)范圍大，隨鉆儀器檢測(cè)到鉆頭橫向、縱向振動(dòng)較大，易發(fā)生黏滑；扶正器托壓明顯，機(jī)械鉆速較低，出井旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向扶正套外徑磨損7 mm～30 mm 環(huán)形槽，導(dǎo)致井眼軌跡控制困難；井下振動(dòng)造成隨鉆工具及旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具經(jīng)常失去通訊，被迫起鉆更換儀器。

1.5 目的層厚度變化大，儲(chǔ)層鉆遇率要求高

孔雀亭區(qū)塊目的層厚度介于1.3 m～18.2 m、且實(shí)鉆與預(yù)測(cè)厚度差異大，目的層埋深大、地震分辨率低，儲(chǔ)層精細(xì)刻畫困難，井眼軌跡控制難度大，地質(zhì)側(cè)鉆風(fēng)險(xiǎn)高。

2 鉆井技術(shù)優(yōu)化

2.1 上部地層采用“電動(dòng)機(jī)+PDC 鉆頭”、海水/海水聚合物體系提速技術(shù)

傳統(tǒng)的444.5 mm 井段均采用牙輪鉆頭、“海水+搬土漿”開路鉆進(jìn)，這種常規(guī)的鉆井技術(shù)有以下幾點(diǎn)難以克服的局限：牙輪鉆頭碾壓的破巖方式，機(jī)械鉆速低；海水鉆進(jìn)至后期，井壁易水化失穩(wěn)；一旦發(fā)生井漏，處理手段有限；井眼清潔不干凈，導(dǎo)致起鉆遇卡、下套管遇阻。

經(jīng)過(guò)對(duì)之前幾口井鉆井施工數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和研究，針對(duì)作業(yè)過(guò)程中出現(xiàn)的難題，在泥漿體系、鉆頭、鉆具組合方面有了針對(duì)性的提速技術(shù)：充分利用電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高、PDC 鉆頭切削破巖能力強(qiáng)的特點(diǎn)，在井底創(chuàng)造大排量、高轉(zhuǎn)速和低鉆壓的有利環(huán)境，有效提高了機(jī)械鉆速，并利用電動(dòng)機(jī)控制井眼軌跡；旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)，充分利用地層自然造斜規(guī)律、鉆井參數(shù)控制井眼軌跡；采用海水開路鉆進(jìn)、掃稠搬土漿攜砂的模式，后期轉(zhuǎn)換海水聚合物體系閉路鉆進(jìn)，減緩井壁失穩(wěn)，充分清潔井眼，快速鉆進(jìn)期間未出現(xiàn)漏失情況[3-5]。這種新的“開放式”鉆井提速技術(shù)相比傳統(tǒng)技術(shù)其ROP 大幅度提升（見表1）。

表1 提速技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)ROP 對(duì)比

2.2 泥漿體系優(yōu)選

龍井組和花港組的巖屑理化性能結(jié)果顯示，礦物含量以黏土礦物和石英為主，黏土礦物高達(dá)40 %，黏土礦物以伊蒙混層為主含有伊利石和高嶺石，巖屑水化分散性較強(qiáng)，清水回收率10 %。各個(gè)層組的井徑變化情況為井徑擴(kuò)大，說(shuō)明鉆進(jìn)過(guò)程中主要發(fā)生了井壁剝落掉塊。綜合地層巖性、井徑分析、結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜統(tǒng)計(jì)情況，認(rèn)為泥巖和煤層的剝落掉塊、泥巖分散造漿是造成前期鉆井過(guò)程阻卡的主要原因。

針對(duì)前期鉆井過(guò)程中出現(xiàn)的井壁失穩(wěn)問(wèn)題，考慮到孔雀亭氣田主要采用大位移、大斜度井開發(fā)，鉆井過(guò)程中摩阻、扭矩問(wèn)題突出，結(jié)合該區(qū)塊鉆井液體系成功應(yīng)用的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)研究與分析，水平井311.15 mm井段采用油基泥漿鉆井液體系、水平井212.725 mm 井段采用EZFLOW 鉆井液體系、定向井311.15 mm 井段和212.725 mm 井段均采用油基鉆井液體系，優(yōu)選后的鉆井液配方（見表2）。

油基鉆井液具有良好的井壁穩(wěn)定性和潤(rùn)滑性。油基鉆井液濾液具有低的表面張力，可預(yù)防液鎖和水敏傷害，對(duì)中孔、中滲地層具有更好的儲(chǔ)層保護(hù)效果；形成薄而韌的泥餅，不僅有效地控制了失水量，維持井壁穩(wěn)定，有利于降低摩阻、扭矩；通過(guò)流型調(diào)節(jié)劑合理控制流變性，保證有效攜巖，適當(dāng)沖刷井壁，最大程度保證井眼清潔，同時(shí)維持較低井底ECD，避免發(fā)生漏失，其作業(yè)費(fèi)用和平均單井費(fèi)用與水基作業(yè)相當(dāng)，經(jīng)濟(jì)可行。

針對(duì)水平段儲(chǔ)層鉆進(jìn)，選用EZFLOW 弱凝膠體系減少儲(chǔ)層傷害。該體系能夠有效阻止鉆井液對(duì)儲(chǔ)層的污染傷害；較高的低剪切速率黏度有利于懸浮鉆屑，提高井眼凈化能力；特殊結(jié)構(gòu)形成的單向強(qiáng)封堵反向易膨脹濾餅，完井時(shí)僅需微小的生產(chǎn)壓降就能清除，避免了常規(guī)完鉆泥漿對(duì)儲(chǔ)層的堵塞，具有很好的儲(chǔ)保效果；下入下部完井管柱后無(wú)需破膠，不需要下入中心管，單口井可節(jié)約工期1 天，提高了誘噴作業(yè)時(shí)效[6，7]。

2.3 井下動(dòng)力鉆具優(yōu)選

該區(qū)塊定向探井311.15 mm 井眼上部井段采用電動(dòng)機(jī)定向，滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)工具面不穩(wěn)定，易黏、托壓嚴(yán)重，滑動(dòng)困難、效果較差。根據(jù)東海其他開發(fā)深井定向作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)鉆進(jìn)至花港組以后，地層可鉆性變差，井下摩阻、扭矩增大，工具振動(dòng)加劇，PD X6 工具造斜能力有限，不能滿足軌跡控制要求。

孔雀亭深井、超深井311.15 mm 井段、212.725 mm井段優(yōu)選旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具Xceed，若311.15 mm 井段軌跡失控，則212.725 mm 井段備用高造斜率旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具PD Archer 以達(dá)到中靶的目的。Xceed 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具造斜率為（0°～5°）/30m，具有以下優(yōu)點(diǎn)：完全旋轉(zhuǎn)，增加鉆井效率，具有良好的井眼清潔效果；定向能力受井眼尺寸和地層影響小，軟硬地層造斜穩(wěn)定、定向容易；適合強(qiáng)研磨性地層鉆進(jìn)；井眼規(guī)整，有利于完井作業(yè)。PD Archer 相比Xceed 具有更高的造斜率[8，9]，可以達(dá)到（0°～15°）/30m（見圖1）。

圖1 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具Xceed 與PD Archer

2.4 鉆具組合優(yōu)化

孔雀亭定向探井鉆井過(guò)程中，基于節(jié)約成本的原則，鉆具組合通常采用PDC+電動(dòng)機(jī)+隨鉆工具或采用PDC+PD X6+隨鉆工具。這種常規(guī)的鉆具組合有以下幾點(diǎn)難以克服的困難：

（1）電動(dòng)機(jī)定向過(guò)程中在造斜井段滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)易托壓，工具面不穩(wěn)定，機(jī)械鉆速較低；

（2）井下摩阻、扭矩大，鉆具屈曲導(dǎo)致ROP 下降、鉆具易疲勞損壞；

（3）井下BHA 振動(dòng)加劇，導(dǎo)致鉆頭提前磨損、隨鉆工具信號(hào)傳輸故障，被迫起鉆更換鉆頭或隨鉆工具；

表2 優(yōu)選后鉆井液體系

表3 優(yōu)化后各井段鉆具組合

（4）電動(dòng)機(jī)或Xceed 組合提速效果不明顯，純鉆機(jī)械鉆速低于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向+vorteX 組合純鉆機(jī)械鉆速。

針對(duì)定向探井鉆進(jìn)期間出現(xiàn)的技術(shù)難題，經(jīng)過(guò)對(duì)已鉆井資料與數(shù)據(jù)分析，優(yōu)化了311.15 mm、212.725 mm兩個(gè)井段的鉆具組合（見表3）。

2.5 PDC 鉆頭優(yōu)選

各井段均采用現(xiàn)場(chǎng)鉆井資料選型法優(yōu)選鉆頭，該方法簡(jiǎn)單實(shí)用，適合現(xiàn)場(chǎng)鉆井技術(shù)人員采用。通過(guò)對(duì)該區(qū)塊探井鉆頭使用指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，依據(jù)機(jī)械鉆速、進(jìn)尺、磨損評(píng)價(jià)、使用地層等條件進(jìn)行綜合評(píng)定，初選出機(jī)械鉆速高、壽命長(zhǎng)、耐磨損的PDC 鉆頭。

采用以上鉆頭選型方法對(duì)該區(qū)塊分井段進(jìn)行鉆頭優(yōu)選（見表4）。

311.15 mm 井眼上部井段地層可鉆性較好，第一趟鉆優(yōu)選19 mm 齒、5 刀翼、鋼體鉆頭，大的切削齒、深、寬的排屑槽有利于快速穩(wěn)斜鉆進(jìn)至花港組礫石層，以ROP 持續(xù)低于15 m/h 為起鉆原則；第二趟鉆選取強(qiáng)攻擊性、短保徑的16 mm 齒、6 刀翼、雙排齒、胎體鉆頭，有利于配合旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具在強(qiáng)研磨性地層中控制井眼軌跡，定向井該只鉆頭可直接鉆至花港組底部中完，對(duì)于水平井，根據(jù)鉆頭的實(shí)鉆情況綜合分析，判斷鉆頭狀態(tài)已經(jīng)較差，則起鉆[10]；水平井第三趟鉆選取混合布齒（16 mm、13 mm 切削齒、圓錐形齒）的506 鉆頭，增強(qiáng)鉆頭的抗沖擊性強(qiáng)，用于鉆進(jìn)花港組與平湖組過(guò)渡段的軟硬交錯(cuò)砂泥巖夾層。

212.725 mm 井段井斜變化較小，但方位調(diào)整較大，要求鉆頭具備較強(qiáng)側(cè)向切削能力以及穩(wěn)定的工具面，地層研磨性中等，綜合考慮，選取具有抗研磨性強(qiáng)的保徑鉆頭616，有利于水平段及大斜度井段優(yōu)快鉆井。

2.6 隨鉆測(cè)井技術(shù)應(yīng)用

孔雀亭氣田儲(chǔ)層平均孔隙度15.6%、滲透率27 mD，主要為中孔、中滲儲(chǔ)層。由于目的層埋深大、地震分辨率低，儲(chǔ)層精細(xì)刻畫困難，為此引進(jìn)新型近鉆頭伽馬、電阻率隨鉆測(cè)井工具指導(dǎo)軌跡實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)整，始終將水平段控制在儲(chǔ)層有利位置，避免了在目的層里進(jìn)行大的調(diào)整，確保砂巖鉆遇率超過(guò)90 %。

3 優(yōu)快鉆井技術(shù)效果評(píng)價(jià)

本輪開發(fā)井采用優(yōu)快鉆井配套技術(shù)，集成表層快速鉆進(jìn)技術(shù)、泥漿體系、井下動(dòng)力鉆具、PDC 鉆頭優(yōu)選、鉆具組合優(yōu)化等技術(shù)，通過(guò)新技術(shù)的集成應(yīng)用，平均機(jī)械鉆速提高20.6 %，鉆井周期相比前期幾口井大幅度提高（見表5）。

表4 鉆頭優(yōu)選表

表5 該區(qū)塊前期探井與后期開發(fā)鉆井指標(biāo)對(duì)比

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）上部地層采用“電動(dòng)機(jī)+PDC 鉆頭”組合、海水（開路）/海水聚合物（閉路循環(huán)）泥漿體系，ROP 相比傳統(tǒng)的技術(shù)大幅度提高。

（2）根據(jù)巖屑理化性能結(jié)果，結(jié)合實(shí)鉆工程資料，綜合分析前期井壁失穩(wěn)的主要因素，并據(jù)此優(yōu)選鉆井液體系，解決了井壁失穩(wěn)的問(wèn)題，并很好的保護(hù)了油氣層。

（3）新型旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具配合優(yōu)選的PDC 鉆頭，克服了電動(dòng)機(jī)、常規(guī)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向在深井、超深井造斜率低的缺點(diǎn)，提高了機(jī)械鉆速。

（4）在常規(guī)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆具組合中增加了vorteX，降低了鉆進(jìn)期間的摩阻、扭矩，有效的解決了深部地層鉆進(jìn)時(shí)造斜率低、井下工具頻繁故障的難題，提高了鉆井時(shí)效。

（5）應(yīng)用隨鉆測(cè)井技術(shù)指導(dǎo)軌跡實(shí)施調(diào)整，確保了砂巖的鉆遇率。