海上表層快鉆技術(shù)及管理探索

宋吉明，覃建宇，劉永峰，張 超

（1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)深圳分公司，廣東深圳 518067；2.中海石油（中國）有限公司深圳分公司，廣東深圳 518067；3.中海油服深圳作業(yè)公司，廣東深圳 518067）

改革開放40 年來，中國經(jīng)濟迅猛發(fā)展，能源需求持續(xù)快速增長，原油對外依存度接近70 %，逼近國際公認的能源安全警戒線，加大國內(nèi)石油勘探開發(fā)力度刻不容緩，中國油企任重道遠。同時，面對日新月異的科技進步，新能源和替代能源快速發(fā)展，正在部分替代傳統(tǒng)能源，這也給傳統(tǒng)油氣行業(yè)帶來深遠影響。在此背景下，國際油價可能將在較長時間內(nèi)低位徘徊。石油行業(yè)必須有效管控成本，通過降本增效提高油氣開發(fā)綜合效益[1]，提升企業(yè)競爭力和生存能力，在未來的油氣領域，誰控制了成本，誰就贏得了競爭優(yōu)勢和生存空間。鉆完井投資占中國海上油氣勘探開發(fā)生產(chǎn)投資半壁江山，是管控成本、提高資產(chǎn)收益的關鍵一環(huán)。

在海上石油鉆完井作業(yè)管理中開展降本增效工作，對于油企降低桶油成本的提高市場競爭力至關重要，自2014 年國際油價斷崖式下跌，南海東部鉆完井人繼承和發(fā)揚中國海油優(yōu)快鉆完井精神，堅持緊緊圍繞高質(zhì)量發(fā)展，著眼于新情況、新問題，立足于實際，著力于實效。通過開展一系列技術(shù)創(chuàng)新和管理創(chuàng)新，取得了一系列的鉆完井新技術(shù)實踐經(jīng)驗成果和良好的經(jīng)濟價值。

本文以惠州32-5/33-1 油田表層鉆井提效降本為例，通過優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)、優(yōu)選鉆頭及BHA，精細化井眼清潔措施和井眼軌跡控制技術(shù)，結(jié)合優(yōu)快鉆井的管理實踐安全高效完成首批3 口井表層，鉆井效率較鄰近區(qū)塊提高一倍以上。通過總結(jié)和研究，形成了一套適應于本區(qū)域海上表層快鉆配套技術(shù)及管理創(chuàng)新，對于海上表層鉆井提速降本具有一定的借鑒和指導意義。

1 地質(zhì)及工程概況

1.1 井身結(jié)構(gòu)設計

惠州32-5/33-1 油田基本設計井身結(jié)構(gòu)為四開設計：一開打樁錘入φ609.6 mm 隔水導管至泥面以下55 m，二開鉆表層φ404.4 mm 井眼，下入φ339.7 mm表層套管；三開鉆φ311.15 mm 井眼至著陸井深，下入φ244.5 mm 套管；四開鉆φ215.9 mm 井眼至設計井深，優(yōu)質(zhì)篩管防砂及中心管控水方式完井，詳細井身結(jié)構(gòu)（見表1）。

表1 惠州32-5/33-1 油田典型井身結(jié)構(gòu)表

1.2 表層定向井設計

惠州32-5/33-1 油田槽口信息，該油田導管架平臺共有16 個660.4 mm 井槽，井槽排列：4×4，井口間距：2.2 m×2.0 m，計劃初鉆13 口井（包括3 口大位移井），預留3 個井槽。

2 表層鉆井技術(shù)難點及風險

2.1 井壁穩(wěn)定性差、易卡鉆

惠州32-5/33-1 油田表層地質(zhì)層位為上中新統(tǒng)粵海組-上新統(tǒng)萬山組：底界深約945 m 垂深，由泥、粉砂質(zhì)泥巖組成。膠結(jié)疏松，古河道發(fā)育，在垂深700 m～890 m 井段砂礫巖層段發(fā)育普遍，地層薄弱，易漏失和發(fā)生井壁坍塌卡鉆。在惠州區(qū)塊鉆井過程中，探井、開發(fā)井及調(diào)整井作業(yè)中均在表層發(fā)生過多次卡鉆事故，僅惠州25-8 油田在表層鉆井作業(yè)中就發(fā)生3 次卡鉆事故，卡鉆風險高，工程施工難度大。

2.2 軌跡控制困難

惠州32-5DPP 為一座4 樁腿小平臺，井口間距僅為2.2 m×2 m，設計13 口井，平均井深達4 550 m，井口槽間距近，井眼必須盡早分離，防碰風險較高。

為兼顧兩個油田開發(fā)和實現(xiàn)油藏邊鉆邊調(diào)整思路，需要在表層提前造斜，以3°/30m 造斜率連續(xù)造斜至60°左右，為下一井段長延伸段軌跡做好準備，井眼軌跡控制要求高、難度大。

2.3 井眼清潔困難

該油田13 口井表層鉆井中，有10 口井平均井深950 m，剩余3 口大位移井表層平均井深1 500 m，惠州區(qū)域表層井段地層巖性以泥巖為主，泥巖粘、軟，塑性強，極易水化，前期探井鉆進過程中，使用φ311.1 mm井眼在該區(qū)域表層井段鉆井過程中經(jīng)常出現(xiàn)出泥餅、泥球等現(xiàn)象，起鉆困難，倒劃眼起鉆困難憋漏地層造成的井下復雜情況也時有發(fā)生。砂礫巖發(fā)育井段易垮塌，井眼清潔困難。

在該區(qū)域鄰近平臺，由于表層卡鉆事故頻發(fā)，該地區(qū)的表層鉆井效率一直較低，平均ROP 僅60 m/h～70 m/h，鉆井周期偏長。

3 表層鉆井提效模型分析

針對該區(qū)域表層鉆井的困難和海上鉆井作業(yè)降本增效的迫切需求，必須結(jié)合實際，因地制宜、量體裁衣的制定一套表層鉆井提速方案。

鉆井提速是一項系統(tǒng)工程[2]，包括技術(shù)儲備、裝備能力、鉆井工藝技術(shù)和現(xiàn)場生產(chǎn)組織管理等。僅僅依靠某一單項技術(shù)來加快鉆井速度和提高鉆井整體作業(yè)效率是不夠的，只有從鉆前調(diào)研、設計優(yōu)化、優(yōu)化工序工藝和鉆井過程持續(xù)改進、完善配套工具、儀器及裝備、周密的生產(chǎn)組織和精準管理等方面多管齊下，才能達到表層鉆井的整體提效降本的目的。

在此背景下，僅考慮技術(shù)與作業(yè)組織這兩大主線方向下，采用系統(tǒng)分析方法，對表層鉆井提速的要素進行梳理和分析，形成思維導圖（見圖1）。

圖1 表層鉆井提速要素系統(tǒng)分析圖

4 表層鉆井提效技術(shù)措施

4.1 優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)及鉆具組合

（1）井眼尺寸由φ444.5 mm 優(yōu)化為φ406.4 mm，減小表層裸眼暴露面積可以顯著降低井眼坍塌的概率和風險，同時在相同機械效能比的情況下，小尺寸鉆頭比大尺寸鉆頭擁有更高的ROP 表現(xiàn)，利于表層鉆速的提高。

（2）通過優(yōu)選鉆具組合，使用IADC115 的銑齒牙輪鉆頭保證足夠的鉆頭攻擊力，配合高造斜率電動機（彎角1.5°，理論造斜率8°/30m 以上），在保證淺層造斜率的同時，能夠最大限度的提高鉆進速度。鉆具組合如下：φ406.4 mm 牙輪鉆頭（噴嘴28×3+20）+φ244.5 mm電動機（彎角1.5°）+φ241.3 mm 隨鉆測量工具+φ203.2 mm扶正器+φ203.2 mm 浮閥接頭+φ203.2 mm 非磁鉆鋌+φ203.2 mm 定向接頭+φ203.2 mm 配合接頭+φ149.2 mm加重鉆桿×3 根+φ203.2 mm 配合接頭+φ203.2 mm 液壓震擊器+φ203.2 mm 配合接頭+φ149.2 mm 加重鉆桿×12 根。

4.2 井眼清潔措施

考慮到惠州油田表層井段為粵海組和萬山組的巨厚泥巖，灰質(zhì)砂巖互層，成巖性差，地層疏松且易水化分散的特性；同時，該地區(qū)表層井段鉆遇砂礫巖及古河道發(fā)育地層疏松易垮塌，因此優(yōu)選海水+稠搬土漿的組合進行表層鉆進，替代了以往南海東部常用的海水+胍膠為主的鉆進清潔井眼泥漿作業(yè)方案。實踐表明，利用海水搬土漿在該油田表層區(qū)塊鉆進具有釋放鉆進參數(shù)、提高鉆速、適當擴大井徑等優(yōu)點，從而達到了快速鉆進、減少井下復雜情況和安全環(huán)保的目的[3]。

（1）表層鉆進過程中，選擇了最大排量4 500 L/min的高排量定向井工具，配合φ149.2 mm 鉆桿使用，可以降低泥漿泵壓力并最大程度的提供足夠的環(huán)空返速，在φ406.4 mm 井眼中環(huán)空返速可達到0.7 m/s 的理想狀態(tài)，利于井眼清潔。

（2）稠搬土漿較胍膠而言，攜巖能力更強，搬土漿密度較胍膠高，在易水化分散和易垮塌的表層井段，能夠形成較厚的泥餅，具備一定的維持井壁穩(wěn)定的功能。

（3）鉆進過程中，用海水鉆進，每鉆進一柱，替2 倍所鉆井眼體積的稠搬土漿（約8 m3）墊至井底，計算好頂替量，保證停泵接立柱時搬土漿至少返至底部大鉆具以上[4]，防止鉆屑下沉造成BHA 沉砂卡鉆。

（4）鉆進過程中，考慮到模塊鉆機泥漿池體積、灰罐體積和鉆井水等資源的局限性，對現(xiàn)場物料組織帶來較大挑戰(zhàn)[5]，可采取每替兩次稠搬土漿清潔井眼，替一次胍膠的交替清掃井眼的措施，中完后全井筒墊搬土漿，直接起鉆下φ339.7 mm 表層套管。

4.3 井眼軌跡控制措施

在鉆井過程中,鉆井參數(shù)是影響鉆井速度和成本的重要因素。水力參數(shù)的優(yōu)化是優(yōu)選鉆井參數(shù)的重要組成部分。在該油田表層鉆井過程中，將鉆井參數(shù)與軌跡控制、井眼清潔措施進行有力結(jié)合取得了良好的現(xiàn)場應用實踐。

在表層直井段，必須保證防斜打直，不碰和不竄，防止直井段偏離設計而占用了鄰井位置，給后續(xù)施工帶來一系列嚴重問題。采用海水鉆進，“輕壓吊打”方式，控制鉆壓0～2.5 t 以內(nèi)（同時需控制鉆進速度不超過50 m/h 為宜），頂驅(qū)轉(zhuǎn)速不超過40 r/min（1.5°彎角電動機最大限制轉(zhuǎn)速），鉆井排量控制在3 200 L/min 左右，既能保證井眼打直，也能避免過大的水力沖刷對上層隔水導管鞋過度沖刷，造成不利影響。

在井深300 m 左右開始造斜，淺部地層松軟，膠結(jié)和成巖性差，采用低鉆壓，小排量鉆井參數(shù)進行定向和鉆進，保證造斜的連貫性和井眼軌跡的平滑?？刂婆帕坎怀^2 800 L/min，保持鉆壓控制在5 t～6 t，均勻送鉆，機械鉆速可達300 m/h～500 m/h，利用電動機采取整柱滑動鉆進的方式，第一柱不進行倒劃眼[5]，防止井眼擴大和造斜失敗，保證鉆具在淺部井段有足夠的造斜率，基本均可實現(xiàn)3°/30m～4°/30m 的造斜率。

在成功造斜后，在后續(xù)造斜過程中，電動機滑動采用高鉆壓15 t～25 t，逐漸提高排量自3 200 L/min～4 500 L/min，選擇勤滑多調(diào)的方式，保證連續(xù)造斜率不低于3°/30m，同時要充分利用地層的自然造斜趨勢，旋轉(zhuǎn)鉆進頂驅(qū)轉(zhuǎn)速不超過40 r/min，保證井眼軌跡平滑，既能保證最大化的提高鉆進速度，也能保證造斜效果。每鉆完一柱，上下劃眼一遍，修整井壁破壞局部狗腿度過大的不規(guī)則井眼。

定向鉆進過程中，鉆遇砂礫巖層段，鉆速有明顯降低，同時鉆具扭矩波動大，應適當降低鉆井參數(shù)，防止該薄弱層坍塌造成井下事故。

5 快速鉆井精準管理措施

針對表層鉆井提速，在鉆前組織現(xiàn)場各承包商領隊及關鍵崗位，就該油田表層鉆井作業(yè)提速進行宣貫，制定詳細的提速方案，討論現(xiàn)場各崗位應對管理措施并要求落實到位：

（1）各專業(yè)服務商領隊要向本公司員工宣貫本井表層鉆進作業(yè)目標及存在的風險，要求全部人員提高警惕，嚴格執(zhí)行鉆進崗位要求，避免麻痹大意。

（2）在鉆進過程中，鉆井各承包商與鉆臺及監(jiān)督組時刻保持溝通通暢。

（3）鉆進過程中，每一次井底墊稠搬土漿安排兩名熟練人員導閥門，做到不停泵墊漿，減小井下沉砂卡鉆風險。

（4）通過鉆井過程中的磨合，不斷提高鉆臺人員操作熟練程度，以最快速度接立柱，起下鉆操作，帶動了整個鉆井過程中的工作節(jié)奏，所有工作有條不紊的開展。

（5）鉆井總監(jiān)及高級隊長、定向井工程師在鉆進過程中，保持鉆臺全程值班，保證制定的計劃執(zhí)行到位，對井下情況時刻掌握，并能立即根據(jù)預案在第一時間做出應對，防止因快出錯，造成更大的損失。

6 現(xiàn)場應用效果

通過一系列技術(shù)創(chuàng)新和精準管理舉措，在表層鉆進過程中，做到作業(yè)前有清晰的方案，執(zhí)行有效率，過程有監(jiān)控，不足再改進的持續(xù)提升循環(huán)，取得了良好的管理實踐。在惠州32-5/33-1 油田第一批次3 口井中的應用中，通過不斷總結(jié)作業(yè)經(jīng)驗，優(yōu)化作業(yè)流程和鉆井工藝措施，作業(yè)組織實現(xiàn)精準管理。最終3 口井安全高效完成，3 口井ROP 均創(chuàng)區(qū)域最高，其中A4H 井深940 m，平均ROP：205.45 m/h 創(chuàng)造南海東部最高紀錄，表層建井周期僅1.45 d（見表2）。

表2 惠州32-5/33-1 實鉆數(shù)據(jù)表

圖2 表層鉆井提速學習曲線圖

同等工作量對比工期提前設計50 %以上，對比鄰近區(qū)域19 口井，在井深增加150 m 的前提下，平均ROP 提高110 %，表層建井周期平均降低33 %以上，取得了良好的現(xiàn)場技術(shù)和管理實踐創(chuàng)新（見圖2）。

7 結(jié)論及建議

7.1 結(jié)論

（1）通過優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)、優(yōu)選鉆具組合使用φ406.4 mm牙輪鉆頭鉆表層在提高鉆井速度和井眼清潔效率的同時，也減小了井眼敞開面積和暴露時間，降低了井眼坍塌風險。

（2）本井利用高造斜率電動機和良好的鉆井參數(shù)調(diào)整，結(jié)合現(xiàn)場實際進行實鉆預測和調(diào)整，在表層井段鉆井過程中，實現(xiàn)了理想的造斜率，達到了精確控制軌跡的目的。

（3）采用海水搬土漿替代以往的胍膠清潔井眼，有利于井壁穩(wěn)定和井眼清潔，在操作過程中制定良好的計劃并監(jiān)控執(zhí)行過程，確保落實到位，提高了鉆井作業(yè)效率的同時，也避免了井下風險。

（4）將表層鉆井提效進行系統(tǒng)分析，制定良好的作業(yè)計劃和技術(shù)應對措施，并堅決執(zhí)行，不斷學習和改進，是提高作業(yè)效率實現(xiàn)精準提速和精確管理的基礎。

（5）通過本油田3 口井表層快速鉆井技術(shù)的成功實施，認為在南海東部表層井段制定針對性的技術(shù)和管理措施，能夠大大提高海上表層鉆井的速度和效率，保證作業(yè)安全高效，取得良好的經(jīng)濟效益。

7.2 建議

（1）表層鉆進過程中，根據(jù)不同井段的風險制定針對性的作業(yè)控制措施是保證作業(yè)順利高效的前提。

（2）在軟地層初始造斜階段，選取合適電動機彎角的同時，盡可能配合鉆井參數(shù)以獲得理想的造斜效果，確保萬無一失，寧提前不落后。

（3）考慮后續(xù)的調(diào)整井作業(yè)需要，建議在開發(fā)井階段取全取準軌跡數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)質(zhì)量能更好的降低后續(xù)調(diào)整井作業(yè)風險。

（4）在表層鉆井過程中，使用大彎角高造斜率電動機保證了造斜率，但同時也造成淺部井段局部狗腿度過大，需在后續(xù)作業(yè)中，重新評估鉆具在此處的側(cè)向力和疲勞損壞風險；另外也要能夠在實鉆過程中利用地層的自然造斜趨勢，減少連續(xù)滑動鉆進，盡最大可能保證井眼軌跡平滑，給后續(xù)起下鉆及下套管作業(yè)打下良好的工程基礎。