伊拉克鉆井技術(shù)的研究與應(yīng)用

付標(biāo)(中國石油集團(tuán)長城鉆探工程有限公司工程技術(shù)研究院，遼寧 盤錦 124010)

0 引言

伊拉克油田項目是長城鉆探在海外高端石油市場上中標(biāo)的第一個鉆井總承包項目。該地區(qū)地質(zhì)情況復(fù)雜，Weatherford等國際知名公司在此施工過程中惡性卡鉆等事故頻發(fā)；也未達(dá)到甲方期望。針對上述難題，長城鉆探組織鉆、錄、測等專業(yè)開展協(xié)同技術(shù)攻關(guān)，研究并集成公司特色優(yōu)勢技術(shù)，從根本上解決了該地區(qū)工程技術(shù)服務(wù)施工難題。為長城鉆探公司進(jìn)軍國際高端市場提供了可借鑒的經(jīng)驗。

1 前期作業(yè)現(xiàn)狀

該區(qū)塊主要是定向井，之前威德福在該區(qū)塊定向井鉆井平均周期為73天。

(1)卡鉆風(fēng)險高

長城鉆探伊拉克項目部先后在E平臺和F平臺進(jìn)行了前兩輪井鉆探作業(yè)，E30P井和F22P井均發(fā)生卡鉆事故，卡鉆風(fēng)險極高。

(2)定向儀器LWD

LWD成為二開定向鉆進(jìn)以來影響鉆進(jìn)速度的最主要因素，共發(fā)生4次故障，均導(dǎo)致起鉆、維修或更換儀器。共影響工時91小時，其中LWD故障3次，影響工時62小時，貝克休斯LWD故障1次，影響工時29小時。影響施工隊20小時，影響GW52隊71小時。提高LWD 性能已經(jīng)迫在眉睫。

鉆井風(fēng)險高，施工周期長，設(shè)備受限等多種因素下，長城施工的第一口井E30P，設(shè)計周期僅60天，實際鉆井周期78.15天，落后設(shè)計周期18.15天。如何解決鉆井技術(shù)攻關(guān)問題，通過鉆井設(shè)計方案優(yōu)化和關(guān)鍵技術(shù)突破，縮短鉆井周期，成為了項目的首要任務(wù)。

2 區(qū)塊大包井作業(yè)施工方案

鉆井施工方案在積極消化吸收國外先進(jìn)鉆井經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，將井場設(shè)計、鉆機(jī)運行方式、完井等納入流水線式組織運作。方案設(shè)計整體考慮軌跡走向和防碰問題，做好施工順序安排，實現(xiàn)井組軌跡的優(yōu)化，降低施工難度和風(fēng)險。

根據(jù)區(qū)塊井位部署，分析認(rèn)為存在的施工難點主要包括以下五點：(1)平臺共28口井，每排14口井，井口間距一般為10 m，每完成一口井后，鉆機(jī)隨即平移到下一井位施工，密集式布井使得防碰問題成為了我們的首要難題。(2)水平井偏靶距較大，最大偏移距1 000 m，造成井眼三維空間旋轉(zhuǎn)，增斜與大幅度扭方位并存，井眼軌跡控制難度加大，有軌跡失控、卡鉆等風(fēng)險。水平井偏靶距較大，使造斜點上移，增加復(fù)合井眼井段，易形成鍵槽，中完技術(shù)套管下入難度增大。(3)一開為長段松軟泥巖，極易水化膨脹，造漿嚴(yán)重，采用礦化度高的鹽水配制泥漿，否則會大幅降低機(jī)械鉆速，同時容易造成鉆頭和扶正器泥包。二開為定向井段，44.45 cm的PDC鉆頭為了便于定向，設(shè)計的保徑帶較短，長井段定向鉆進(jìn)，容易造成鉆頭縮徑。三開，垂深2 150～2 250 m井段存在含量超過80%的頁巖段，頁巖段較純且厚，易剝落掉塊，井徑極不規(guī)則(井眼平均擴(kuò)大率超過30%)，井斜大于40°的井，為長段穩(wěn)斜段，容易在該井段堆積巖屑形成巖屑床，導(dǎo)致起鉆困難、易憋泵、易卡鉆。灰?guī)r泥質(zhì)含量較高，壓實程度低，孔隙較發(fā)育，易吸水膨脹，鉆屑易分散，造成鉆井液固相含量快速升高，導(dǎo)致起鉆困難。(4)油層滲透性較強(qiáng)，使用密度過高，正壓差高，壓差可達(dá)6.3 MPa，極易發(fā)生壓差卡鉆。(5)定向井儀器仍然出現(xiàn)沒有信號的問題，增加起下鉆次數(shù)，不僅對井下安全造成危險，而且浪費了大量的時間維修儀器。

根據(jù)這些施工難點，結(jié)合鉆井施工特點，制定鉆井工程施工方案。

3 鉆頭和鉆井參數(shù)設(shè)計

油田目的層普遍在2 400～2 500 m之間、地層老、牙輪鉆頭可鉆性差，鉆頭應(yīng)根據(jù)巖石可鉆性并參考鉆頭使用情況進(jìn)行選擇。試驗表明，PDC鉆頭可鉆性級別最高達(dá)到10.0～15.0 m，機(jī)械鉆速很快。 推薦采用PDC鉆頭，定向段選擇保徑PDC鉆頭，以提高鉆頭壽命，縮短鉆井周期。

為提高機(jī)械鉆速，縮短鉆井周期，二開全部使用PDC鉆頭鉆進(jìn)。鉆頭方面44.45 cm和31.115 cm 井段該井首次選用鉆技服鉆頭，相比NOV鉆頭，鉆技服鉆頭切片傾角更小，侵入地層多攻擊性更強(qiáng)。并且均選用直刀翼設(shè)計，更有利于井底巖削清潔。兩個開次的鉆頭在保徑方面均采用合金柱取代NOV的硬質(zhì)復(fù)合晶體，保徑效果更好。

4 鉆井液設(shè)計

根據(jù)井眼鉆井特點，對以往鉆井液體系進(jìn)行了優(yōu)化。

(1)一開為長段松軟泥巖，極易水化膨脹，造漿嚴(yán)重，采用礦化度高的鹽水配制泥漿，否則會大幅降低機(jī)械鉆速，同時容易造成鉆頭和扶正器泥包。

(2)二開為定向井段，使用淡水配新漿80～100 m3；淡水+0.2%燒堿+2%SPF-1+1.5%PAC-LV；加入1%～1.2%包被劑K-inhib，并持續(xù)加入，保持泥漿中的有效含量；鉆進(jìn)時，膠液采用PAC-LV、 SPF-1、燒堿、純堿維護(hù)；粘度保持在34～40s。

(3)三開、四開泥漿轉(zhuǎn)化，盡量降低地面泥漿的固相含量，補充水到需要量，加入NaCl使氯離子含量達(dá)到80 000 mg/L以上，加入2%SPF-1+1.5%PAC-LV，調(diào)整粘度到35左右，失水不高于4 mL/30 min左右；鉆進(jìn)時加入1%～1.2%包被劑K-inhib，從三開開始到四開完鉆，持續(xù)加入，保持泥漿中的有效含量。

(4)低壓地層防漏堵漏措施

①下鉆時，嚴(yán)格控制下放速度，分段打通水眼、循環(huán)鉆井液，避免產(chǎn)生壓力激動，導(dǎo)致井漏；下鉆到底或接單根開泵時，排量由小到大，嚴(yán)禁開泵過猛憋漏地層；堅持短程起下鉆，配合稠塞清掃，保持井眼清潔和暢通；②Dammam易發(fā)生井漏，鉆遇該層以防漏為主，提前加入隨鉆堵漏劑及部分堵漏材料，適當(dāng)提高鉆井液粘度，保持足量的鉆井液，進(jìn)Dammam前盡可能將密度控制在1.15 g/cm3以內(nèi)，以防Dammam發(fā)生壓力誘導(dǎo)性井漏；

(5)易垮塌地層井壁穩(wěn)定措施

①嚴(yán)格控制鉆井液濾失量，防止因泥巖井段水化縮徑起鉆抽吸引起井壁坍塌；②優(yōu)化處理劑配方，采用強(qiáng)封堵、強(qiáng)抑制等技術(shù)，最大程度地減緩了頁巖垮塌程度，保證了井壁穩(wěn)定，避免了塌卡事故的發(fā)生。

(6)潤滑防卡、摩阻扭矩控制措施

①優(yōu)選潤滑材料品種，固體潤滑劑和液體潤滑劑復(fù)配使用，增強(qiáng)了潤滑防卡能力，極大地降低了粘附卡鉆的風(fēng)險。進(jìn)入頁巖層前，加入2%～3%瀝青，盡量降低失水(小于4.0 mL/30 min)；水平段鉆進(jìn)時，適當(dāng)提高泥漿粘度(40 S)，加入1%～2%塑料小球進(jìn)一步增加體系的潤滑效果。②采用固、液潤滑劑相結(jié)合，通過對各種潤滑劑的優(yōu)選和復(fù)配，特別是進(jìn)入頁巖地層和水平段前，加入6%～10%潤滑劑(頁巖地層和水平段到10%)和3%～4%石墨，保持摩阻系數(shù)不大于0.069 9，增強(qiáng)鉆井液潤滑能力，有效緩解托壓問題，降低摩阻與扭矩。在F27P水平井使用效果較明顯，該井偏靶距1 318 m，3 059 m定向，定進(jìn)后期托壓問題得到了有效緩解。

5 結(jié)語

大包井技術(shù)攻關(guān)研究與現(xiàn)場試驗，從井位部署、搬家安裝、快速鉆井等全面的開展攻關(guān)技術(shù)研究，通過一體化管理，整合資源流水作業(yè)；生產(chǎn)協(xié)調(diào)深度融合，實現(xiàn)無縫隙配合；優(yōu)化結(jié)構(gòu)，精細(xì)分工，使生產(chǎn)要素優(yōu)化配置，通過大包井集成化鉆井技術(shù)，降低開發(fā)成本，提高開發(fā)效果。在項目運行過程中形成了一系列配套技術(shù)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、操作規(guī)程、大包鉆井技術(shù)模板等成果。創(chuàng)新形成如下技術(shù)：

(1)單平臺、多井?dāng)?shù)、大偏移距[1]水平井三維井眼軌跡優(yōu)化設(shè)計及控制技術(shù)。該技術(shù)很好地解決了區(qū)塊工廠試驗平臺20口井、19口常規(guī)井的多井防碰問題、井眼大，軌跡控制難的問題，水平井最大位偏移距達(dá)1 000 m，該技術(shù)達(dá)國內(nèi)先進(jìn)水平；

(2)通過標(biāo)準(zhǔn)化操作和精細(xì)化組織管理，集成應(yīng)用井場優(yōu)化布局、鉆機(jī)整體平移、精細(xì)化作業(yè)施工程序、即時壓裂施工，油井投產(chǎn)等技術(shù)，實現(xiàn)鉆井、完井、壓裂、投產(chǎn)，無縫銜接，提高了生產(chǎn)時效，有效地降低了成本，該技術(shù)達(dá)國內(nèi)先進(jìn)水平；

(3)大包井集成應(yīng)用快速鉆井技術(shù)，集成應(yīng)用了井眼軌跡優(yōu)化、鉆柱力學(xué)分析、鉆具優(yōu)化組合、自主研發(fā)高性能抗研磨鉆頭、科學(xué)鉆井液及完井設(shè)計等技術(shù)，最終形成了定向井、裸眼井和水平井鉆井設(shè)計模板，該技術(shù)達(dá)國內(nèi)先進(jìn)水平。提前完成20口井全部鉆井和壓裂投產(chǎn)任務(wù)，取得了伊拉克區(qū)塊三個鉆井記錄的突出業(yè)績，即大井斜定向井的最快鉆井記錄，并獲得最佳承包商的光榮稱號，該項目的成功也為開發(fā)區(qū)塊油田摸索出一種新的高效、降本的大包開發(fā)模式。