“一趟鉆”技術(shù)在福山油田花121-18x井的應(yīng)用

張濤，董宏偉，孫麟，馬杰

1.中國石油渤海鉆探工程有限公司 第一鉆井工程公司（天津 300280）

2.中國石油渤海鉆探工程有限公司 第三鉆井工程公司（天津 300280）

福山油田位于海南省北部，主要開發(fā)的區(qū)塊包括花場、朝陽、永安、白蓮等。隨著油田開發(fā)的不斷深入，國際油價的持續(xù)下滑，鉆井開發(fā)的成本被不斷壓縮，如何保障鉆井盈利成為鉆井開發(fā)的一大難題。目前“一趟鉆”技術(shù)的應(yīng)用成為鉆井作業(yè)提速創(chuàng)效的重要途徑，該技術(shù)近年來在國內(nèi)外各大油氣田被廣泛推廣。通過分析制約福山油田“一趟鉆”技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵因素，展開技術(shù)攻關(guān)，在花場區(qū)塊花121-18x井首次成功實現(xiàn)了二開“一趟鉆”完鉆，對于進一步提高該油田施工井整體鉆井速度、降低鉆井成本具有重要意義。

1 “一趟鉆”技術(shù)國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀

所謂“一趟鉆”，是指一個鉆頭一次下井鉆完一個開次的所有進尺，而一個開次可能涉及一個、兩個或多個井段，如直井段、斜井段、水平段，斜井段可包括造斜段、穩(wěn)斜段、降斜段。最初“一趟鉆”技術(shù)是在國外頁巖油氣水平井中，通過應(yīng)用先進的自動化鉆井設(shè)備、高效PDC鉆頭、優(yōu)質(zhì)的鉆井液、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)及隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)等，一次性完成多個井段的施工，從而實現(xiàn)提速創(chuàng)效。美國在頁巖油氣水平井鉆井中，單一井段的“一趟鉆”漸成常態(tài)，多個井段的“一趟鉆”也已不是個案，“一趟鉆”完成的進尺從幾百米到幾千米，最長的“一趟鉆”進尺已超過6 000 m[1-2]。

隨著鉆井技術(shù)的進步和降本增效的要求日益迫切，“一趟鉆”的應(yīng)用規(guī)模不斷擴大，逐漸應(yīng)用到直井、定向井、水平井、多分支井、老井側(cè)鉆等各類井型。近年來，國內(nèi)各油田也開始推廣應(yīng)用“一趟鉆”技術(shù)，在大港油田頁巖油區(qū)塊，已逐漸形成了一開、二開、三開分別“一趟鉆”完鉆的“1+1+1”鉆井模式，為頁巖油井施工降本增效作出巨大貢獻。據(jù)調(diào)研，2018—2019年福山油田施工井平均需要7.4趟鉆才能完鉆，頻繁的起下鉆大大降低了鉆井速度，增加了開發(fā)成本。借鑒國內(nèi)外各大油田的施工經(jīng)驗，在福山油田推廣“一趟鉆”技術(shù)有望成為降本增效的有效手段。

2 制約“一趟鉆”關(guān)鍵因素分析

2.1 鉆頭壽命

福山凹陷地質(zhì)分層自上而下依次為：望樓港組、燈樓角組、角尾組、下洋組、潿洲組、流沙港組；潿洲組及以上地層以大段的砂礫巖為主，尤其角尾組和下洋組礫巖較純、膠結(jié)好、粒徑大；流沙港組主要為砂泥巖互層，砂巖普遍含礫，粒徑較小，但研磨性較強，泥巖呈灰褐色、深灰黑色，堅硬致密，可鉆性差。

通過巖性分析可以看出，福山油田地層普遍含礫，對鉆頭的磨損非常嚴(yán)重，近3年施工井平均每口井使用鉆頭數(shù)為7.98只。因此，若想實現(xiàn)“一趟鉆”，優(yōu)選鉆頭是重中之重。

2.2 井眼軌跡難控制

福山油田施工井設(shè)計井斜大、位移長，近年來由于征地困難，為確保實現(xiàn)地質(zhì)目的，大部分的井都設(shè)計成四段制、五段制軌跡，且對下部直井段位移要求嚴(yán)格；受構(gòu)造運動影響，福山凹陷地層傾角大，斷層多，井斜方位變化沒有規(guī)律，深層定向拖壓現(xiàn)象非常嚴(yán)重，PDC+螺桿定向進尺慢效果差。為確保中靶，超過75%以上的井必須起鉆換牙輪鉆頭定向調(diào)整井斜方位。

2.3 井下工具

“一趟鉆”技術(shù)主要是通過螺桿+PDC鉆頭復(fù)合鉆井的方式實現(xiàn)，完成造斜、穩(wěn)斜、降斜，從而達(dá)到減少起下鉆次數(shù)、提高機械鉆速的目的，而實際施工中經(jīng)常出現(xiàn)螺桿鉆具失效、測斜儀器無信號的現(xiàn)象，因此螺桿鉆具、測斜儀器的下井使用壽命、可靠性也是制約“一趟鉆”實現(xiàn)的關(guān)鍵因素。

2.4 井下安全

福山油田施工井潿洲組以上地層以砂礫巖為主，砂巖段滲透性強，泥巖段分散造漿，易發(fā)生井漏、黏卡、砂卡等事故復(fù)雜，流沙港組大段硬脆性泥巖易垮塌致使井徑不規(guī)則，導(dǎo)致劃眼、電測遇阻等井下復(fù)雜。施工中，一旦發(fā)生事故復(fù)雜，勢必要起鉆更換鉆具組合處理異常情況，從而阻礙“一趟鉆”的實現(xiàn)[3-5]。

3 花121-18x井基本情況

花121-18x井位于海南省澄邁縣橋頭鎮(zhèn)文旭村西南約300 m，是一口二開定向開發(fā)井，地層情況見表1。井身結(jié)構(gòu)Ф339.7 mm導(dǎo)管×20 m+Ф244.5 mm表套×380 m+ Ф139.7 mm油套×3 119 m。井眼軌跡：0～500 m上直段；500～939 m 造斜段，造斜至35.12°，方位167.82°；939～2 740 m穩(wěn)斜段；2 740 m至井底降斜段，降斜至19.75°。

表1 花121-18x井地層情況

4 花121-18x井施工難點及應(yīng)對措施

從工程設(shè)計及鄰井調(diào)研分析，影響該井實現(xiàn)一趟鉆技術(shù)應(yīng)用的主要難點如下。

1）表層下深僅為380 m，二開井段需要鉆穿燈樓角組至流一段底部，從地層巖性描述上可以看出，整個二開井段地層巖石普遍含礫，而單只鉆頭需要完成進尺2 743 m，這對PDC鉆頭的抗研磨性是極大的考驗。

應(yīng)對措施：選用新型PDC鉆頭，該鉆頭采用前排PX齒（圖1）與后排錐型齒（圖2）相結(jié)合，具有更好的抗沖擊力，更高的破巖效率，使用壽命得到大幅度提升。在大港油田應(yīng)用時，實現(xiàn)了一只鉆頭鉆穿館陶組礫巖，取得了重大突破[6-8]。

圖1 PX齒細(xì)節(jié)圖

圖2 錐形齒細(xì)節(jié)圖

2）井眼軌跡控制難度大。該井軌跡為四段制，設(shè)計最大井斜35°，井底位移1 342 m，中靶井深2 740 m，要求靶心距≤40 m，且鉆井液密度最高1.28 g/cm3，地層孔隙壓力系數(shù)僅1.08，井底壓差大，造成托壓嚴(yán)重，后期定向異常困難。

應(yīng)對措施：施工前，充分調(diào)研花121平臺鉆井資料，總結(jié)出該區(qū)塊施工時井斜、方位變化規(guī)律，潿洲組導(dǎo)向鉆進井斜微增、方位穩(wěn)，而進入流一段后導(dǎo)向鉆進井斜微降、方位小漂，因此在施工中在不同地層鉆進時，根據(jù)規(guī)律提前控制井斜方位；施工中，加大潤滑材料的投入，增加鉆井液的潤滑性，保證摩阻＜0.08；當(dāng)需要定向時，提前配置一罐潤滑漿（極壓潤滑劑、液體潤滑劑和石墨配合使用），待潤滑漿進入裸眼段后開始定向，有效緩解定向托壓。

3）通過調(diào)研，花121斷塊已完成的15口井平均鉆井周期為19.12 d，二開井段鉆井總時間約15 d。而目前普遍使用的螺桿鉆具下井工作時間約150 h，隨鉆測斜儀器下井工作時間約200 h，可以看出井下工具的壽命很難滿足“一趟鉆”的要求。

應(yīng)對措施：優(yōu)選大扭矩長壽命螺桿鉆具[9-10]，該井選擇的螺桿是奧瑞拓生產(chǎn)的7LZ172×7.0L-5，推薦排量19～39 L/s，最高輸出轉(zhuǎn)速168 r/min，最大輸出扭矩7 176 N·m，工作壓降約4 MPa，耐溫120℃，廠家推薦使用壽命200 h左右。隨鉆測斜儀選擇的海藍(lán)正脈沖無線隨鉆測斜儀，下井前脈沖、探管等配件全部更換新的，并使用高溫電池，工作時間可達(dá)220 h。

4）設(shè)計提示，花121-18x井所在地層潿洲組1 600～1 900 m存在斷層和井漏風(fēng)險，鄰井花121-13x固井時發(fā)生過漏失；流一段大段硬脆性泥巖，容易吸水膨脹發(fā)生坍塌，從而造成卡鉆、劃眼等風(fēng)險。

應(yīng)對措施：優(yōu)選BH-POM鉆井液體系，該泥漿體系擁有較強的抑制封堵性和抗高溫穩(wěn)定性，在穩(wěn)定井壁、封堵地層和抑制泥巖坍塌方面有良好效果。施工中，進入易漏井段前100 m加入足量的細(xì)目鈣、單封等隨鉆堵漏材料，接單根、短起下到底開泵要緩慢、下放鉆具控制好速度，以防憋漏地層；進入流一段前加大BZ-BYJ加量，維持有效含量0.3%以上，保證鉆井液體系抑制性，確保對泥頁巖地層的水化抑制，同時增加BZ-DFT、BZ-FFT-I、SD201的用量，增強封堵性，減少濾液侵入地層，避免泥巖坍塌。

5 應(yīng)用效果

花121-18x井于2019年07月23日08:00開鉆，于2019年08月06日08:00完鉆，于2019年08月11日12:00完井，鉆井周期14.0 d，完井周期19.17 d，機械鉆速20.1 m/h，鉆機月速4 844.35 m，4項指標(biāo)均刷新同區(qū)塊同類型井記錄。

同時，該井施工中在二開井段381～3 095 m一趟鉆完成二開進尺，這是福山油田歷史上首次實現(xiàn)“一趟鉆”技術(shù)的應(yīng)用。單只鉆頭、單趟鉆完成進尺2 714 m，創(chuàng)造了該區(qū)塊單只鉆頭、單趟鉆進尺紀(jì)錄。

表2為花121-18x井與原區(qū)塊指標(biāo)井花121-11x井的數(shù)據(jù)對比。從表2可以看出，花121-18x井較指標(biāo)井機械鉆速提高6.69%，鉆機月速提高24.21%，鉆井周期縮短24.21%，完井周期縮短23.32%，在提高鉆井速度方面效果非常顯著。

在降低鉆井成本方面，花121-18x井二開僅使用了1只PDC鉆頭即鉆完所有進尺，而花121區(qū)塊口井二開平均使用鉆頭4.6只，鉆頭成本降幅高達(dá)78.3%；而且，鉆井液材料投入、井下工具費用、鉆井設(shè)備損耗、能源消耗、人員成本都會隨著鉆井周期的縮短同比例下降，這些都是直觀的經(jīng)濟收益。同時，由于鉆井時間的縮短，油氣層的浸泡時間也相應(yīng)減少，對油氣層也是一種有效的保護，進一步為油田提高產(chǎn)能作出積極貢獻。

表2 花121-18x井與花121-11x井?dāng)?shù)據(jù)對比

6 認(rèn)識及建議

1）在福山油田鉆井施工中制約“一趟鉆”技術(shù)應(yīng)用的因素主要為PDC鉆頭壽命短、井眼軌跡控制困難和井下工具壽命短、可靠性差等。

2）施工中從細(xì)化施工方案、優(yōu)選PDC鉆頭、合理控制井眼軌跡、合理匹配井下工具、加強過程控制等多方面著手，是實現(xiàn)“一趟鉆”的必要保障。

3）“一趟鉆”技術(shù)的應(yīng)用在提速增效方面取得的效果非常顯著，機械鉆速較指標(biāo)井雖提升僅6.69%，但鉆機月速、鉆完井周期提升的幅度都接近1/4，主要是因為減少了大量的起下鉆時間，從而使得整體鉆井時間大大縮短。同時，在使用鉆頭數(shù)量方面平均減少了約5只，大大降低了鉆頭成本。

4）三段制、四段制軌跡后期定向調(diào)整的工作量較小，更有利于實現(xiàn)“一趟鉆”技術(shù)，建議在能滿足地質(zhì)要求的前提下盡量將軌跡設(shè)計成三段制或四段制。

5）除鉆頭、螺桿等硬件因素外，施工中、后期定向調(diào)整軌跡困難是重中之重，建議鉆具組合中加入水力振蕩器、減震推力器等提速工具，一方面可以緩解定向托壓，提高定向效率，另一方面可以提高鉆壓傳遞效率，減少鉆頭磨損，提高機械鉆速。