伊拉克米桑油田水平井鉆井關(guān)鍵技術(shù)

宋文宇，龔永華，張建國，陳 浩

(中石化華北石油工程有限公司，河南 鄭州 450000)

米桑油田位于伊拉克東南部米桑省，毗鄰伊朗邊界，南距巴士拉省約175 km，西北距巴格達(dá)約350 km。主要分布在扎格羅斯低角度褶皺帶中，整體構(gòu)造呈現(xiàn)為NW-E走向的長軸背斜，無斷層，地層傾角小[1]。地層自上而下分別是第三系的Upper Fars、Lower Fars、Jeribe組和白堊系，其中Lower Fars組為鹽膏地層，厚約800 m，埋藏深度2 000～3 000 m，巖性包含大段的硬石膏、軟石膏、軟泥巖和純鹽層等，層間夾有高壓鹽水層[2]。Jeribe至Jaddala層位為頁巖和泥灰?guī)r，下部為灰?guī)r，孔隙度大，裂縫發(fā)育，地層連通性好，易發(fā)生漏失；上Kirkuk灰?guī)r井段易漏失，下Kirkuk井段頁巖易垮塌和泥包；下部MB11、MB12地層為純灰?guī)r，地層壓力低，易漏失[3]。通過調(diào)研、分析和總結(jié)，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)識，形成了米桑油田安全鉆井關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)米桑油田的優(yōu)快鉆完井作業(yè)，節(jié)約施工成本，縮短鉆井周期，亦能有效地避免鉆井風(fēng)險(xiǎn)，降低復(fù)雜時(shí)效。

1 鉆井技術(shù)難點(diǎn)

米桑油田水平井鉆井施工主要面臨以下技術(shù)難點(diǎn)[4-6]：

1)受構(gòu)造運(yùn)動的影響，水平方向存在擠壓，水平地應(yīng)力作用使鹽膏層具有很高的壓力。鹽水層的最大壓力系數(shù)高達(dá)2.04，流動性強(qiáng)。極易侵入井筒和污染鉆井液。且鹽膏層安全密度窗口窄，一旦發(fā)生漏失處理難度大，且會誘發(fā)溢流，導(dǎo)致卡鉆、卡套管等井下事故；

2)鹽膏層下部MB1層為過渡層，厚度僅為1.3～1.5 m，卡層難度大，卡層失敗風(fēng)險(xiǎn)高；

3)鹽下碳酸鹽巖地層裂縫發(fā)育且存在不整合面，具有“上下漏、中間塌”的特點(diǎn)，上部易發(fā)生惡性失返性漏失，中部易發(fā)生坍塌卡鉆，下部為主力油層，灰?guī)r孔隙發(fā)育，易發(fā)生井漏。

2 井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

米桑油田勘探開發(fā)以Asmari和Mishrif層位為主要目的層，綜合考慮地質(zhì)目標(biāo)及必封點(diǎn)，主要采用六級井身結(jié)構(gòu)[7]，一開采用660.4 mm鉆頭配合914.4 mm擴(kuò)眼器鉆至30 m，下入762.0 mm表層套管，封隔地表松軟黃土層；二開采用660.4 mm鉆頭鉆至110 m，下入508.0 mm套管，封隔地表和保護(hù)淺層水源；三開采用444.5 mm鉆頭鉆入下Fars層MB-5(壓力過渡層)80 m，下入339.7 mm技術(shù)套管，為揭開高壓鹽膏層做準(zhǔn)備。四開采用311.2 mm鉆頭鉆至MB1層頂部0.6～0.8 m，下入244.5 mm尾管，封隔巨厚鹽膏層和高壓鹽水層。五開采用215.9 mm 鉆頭鉆至著陸點(diǎn)，下入177.8 mm套管；六開為水平段，采用152.4 mm鉆頭鉆至完鉆井深。圖1為BUCS-91H井身結(jié)構(gòu)圖。

3 鉆井提速技術(shù)

3.1 鉆頭選型

一開914.4 mm井眼、二開660.4 mm井眼主要為導(dǎo)管、表層井眼，對應(yīng)地層為松軟砂泥巖，易坍塌，主要以提高機(jī)械鉆速為主。三開所鉆層位上部主要以灰棕色泥巖為主，屬塑性地層，易造漿，造成鉆井液黏切升高，致使鉆頭泥包和地層縮徑。下部以綠棕色、紅棕色泥巖為主，為脆性地層，易垮塌，形成不規(guī)則井眼。井眼尺寸大，環(huán)空返速低，井眼凈化比較困難，易發(fā)生沉砂或掉塊卡鉆，鉆頭選型主要解決鉆頭泥包問題。四開地層以石膏為主，含泥巖和鹽層夾層，存在大段鹽膏層，特別是在易增斜的鹽膏層和容易起泥球、泥包的泥巖地層。無水石膏層易吸水膨脹造成縮徑，鹽巖層易蠕變；部分區(qū)域存在異常高壓鹽水層。鉆頭選型主要解決鉆頭泥包問題。五開上部地層孔隙度大，裂縫發(fā)育，地層承壓能力差，已發(fā)生漏失，下部為大段灰?guī)r夾泥巖，部分地層硬度較高，壓實(shí)度高，可鉆性較差。鉆頭選型主要以提高機(jī)械鉆速和壽命為主。六開地層以石灰?guī)r為主，水平段地層穩(wěn)定。小井眼水平段鉆進(jìn)環(huán)空間隙小，壓耗大，且水平段灰?guī)r裂縫發(fā)育，易發(fā)生井下漏失[8]。井底位移較大，斜井段較長，滑動定向時(shí)托壓比較嚴(yán)重，鉆頭選型主要解決優(yōu)快鉆進(jìn)問題。綜上所述，結(jié)合鉆頭使用情況，鉆頭優(yōu)選方案如表1所示。

表1 各開次鉆頭選型方案

3.2 鉆具組合優(yōu)化

根據(jù)地層特性和井身結(jié)構(gòu)及軌跡特征，優(yōu)化各開次鉆具組合。直井段以防斜打直、提高鉆速為主，定向段以降摩減扭和降低施工難度為主，其中一開和二開采用塔式鐘擺鉆具組合，三開、四開及五開直井段采用雙扶塔式鐘擺鉆具組合，以加強(qiáng)防斜打直效果，采用小鉆壓吊打防斜，配合大排量和高轉(zhuǎn)速提高機(jī)械鉆速，保證施工質(zhì)量，五開0～45°井段采用常規(guī)定向組合，配合大扭矩等壁厚螺桿(1.15°～1.5°)和MWD進(jìn)行鉆進(jìn)，45°之后采用帶LWD的倒裝鉆具組合，降低環(huán)空摩阻，并可實(shí)現(xiàn)A靶點(diǎn)精準(zhǔn)著陸，六開采用小度數(shù)螺桿(0.75°～1°)和LWD綜合控制井眼軌跡，配合水力振蕩器，確保儲層鉆遇率和降低摩阻。各開次鉆具組合明細(xì)如表2所示。

表2 各開次鉆具組合

4 復(fù)雜事故預(yù)防與處理

4.1 鹽膏層安全鉆井技術(shù)

針對米桑油田鹽膏層鉆井技術(shù)難題，通過采用高密度復(fù)合鹽水強(qiáng)抑制鉆井液體系，利用化學(xué)和力學(xué)手段有效抑制地層的蠕變；并結(jié)合水力參數(shù)優(yōu)化、鉆井液性能控制措施及鹽膏層綜合卡層技術(shù)，整體上形成了鹽膏層安全鉆井技術(shù)，有效保證鹽膏層的施工安全。

4.1.1 高密度復(fù)合鹽水強(qiáng)抑制鉆井液體系

高密度復(fù)合鹽水強(qiáng)抑制鉆井液體系既能有效地控制鹽膏層的溶解和吸水膨脹，又能有效降低鉆井液活度，同時(shí)通過加強(qiáng)鉆井液體系封堵性，提高泥頁巖半滲透膜特性，使井壁在鉆井液靜壓力的基礎(chǔ)上，又增加了滲透壓，協(xié)同抑制地層中泥巖的水化膨脹能力，提高井眼的穩(wěn)定性?；疃瓤刂坪湍ば实奶岣呤窃擉w系的基礎(chǔ)，根據(jù)米桑油田地層巖性特點(diǎn)，通過NaC1、KC1和HCOONa 三種常用鹽的復(fù)配，使鉆井液活度控制在0.60～0.65，同時(shí)由于甲酸鹽的HCOO-易與水分子形成氫鍵，對自由水具有很強(qiáng)的束縛能力，鉀離子能鑲嵌在黏土顆粒的層間，有利于減少泥頁巖的水化膨脹，也提高了膜效率，有效阻止壓力傳遞和濾液侵入[9]。

在鉆井液維護(hù)上，嚴(yán)格控制濾失量在3～8 mL，pH控制在8.5～10，密度隨井深逐步由2.2 g/cm3提高至2.30 g/cm3，且每循環(huán)周提密度不超過0.01 g/cm3，黏度控制在45～60 s。篩布以140和120目為主，振動篩最外側(cè)安裝80目，不能運(yùn)轉(zhuǎn)其它固控設(shè)備，并嚴(yán)禁長時(shí)間用水沖洗振動篩。在鉆井液靜止時(shí)間較長時(shí)，應(yīng)緩慢開停泵，并分段小排量頂通。鉆進(jìn)時(shí)排量控制在2 000～2 100 L/min，機(jī)械鉆速不大于10 m/h，防止井底壓力過高，憋漏地層。

4.1.2 鹽膏層綜合卡層技術(shù)

米桑油田鹽膏層井段壓力系數(shù)高，但是鹽膏層段卡層較困難，尤其是下部MB1段，通常要求進(jìn)入MB1層位0.6～0.8 m，卡層難度較大，下部mb2鹽層、mb1交結(jié)層壓力系數(shù)低，卡層失敗會造成井漏及失返，誘發(fā)卡鉆、溢流、井噴等惡性事故。

其中MB2層為一套純鹽層，厚度20～80 m 不等，根據(jù)鄰井鉆錄井資料及返出巖屑情況，可預(yù)判MB2標(biāo)志層層位置及厚度，精確預(yù)判卡層層位。同時(shí)穩(wěn)定控制鉆井參數(shù)，將機(jī)械鉆速精確到0.1 m計(jì)算，根據(jù)直觀的鉆時(shí)數(shù)據(jù)來判斷巖性變化，避穿MB1組的第一膏巖。如圖2所示，BUCS-91H井根據(jù)MB1和MB2交界面鉆時(shí)變化關(guān)系成功判斷出MB1組頂界為2 814.8 m。

4.2 鹽下地層安全鉆井技術(shù)

針對米桑油田鹽下地層“上下漏、中間塌”的特點(diǎn)，應(yīng)用高性能水基鉆井液、優(yōu)選高效物理和化學(xué)封堵劑和優(yōu)化水力參數(shù)等技術(shù)措施，形成了鹽下地層安全鉆井技術(shù)。

4.2.1 高性能水基鉆井液

高性能水基鉆井液采用抗鹽潤滑劑復(fù)配聚合醇可將水基鉆井液潤滑系數(shù)降至0.15以下，有效保證鉆進(jìn)中摩阻降至最低，減少鉆具與井壁的摩擦，同時(shí)利用聚合醇的濁點(diǎn)效應(yīng)封堵微裂縫；采用復(fù)合鹽來維持體系較低的活度，提高抑制性；利用成膜劑提高井筒與地層之間的滲透壓，從而進(jìn)一步提高井壁穩(wěn)定性。維持鉆井液中有效MBT在20～25 g/L，配合優(yōu)質(zhì)瀝青改善泥餅的質(zhì)量，封堵泥頁巖的微裂縫，提高井眼的穩(wěn)定性；利用物理封堵劑PF-GreenSeal和化學(xué)封堵劑PF-ChemSeal進(jìn)一步封堵成巖性好的泥巖微裂縫，減緩壓力傳遞、降低濾液滲透，延長井壁穩(wěn)定時(shí)間[10]。

其中，物理封堵劑PF-GreenSeal為白色顆粒，易在水中分散，作用機(jī)理為在正向壓差作用下迅速進(jìn)入近井壁帶，形成致密隔離層帶，封堵微裂縫和孔喉，減緩壓力傳遞、降低濾液滲透，延長井壁穩(wěn)定時(shí)間。該材料在高鹽度的環(huán)境下穩(wěn)定，可與常規(guī)堵漏材料達(dá)成極配，從而更好地封固地層?；瘜W(xué)封堵劑(PH-chemical)為黑褐色片狀固體，鋁鹽磺化有機(jī)高分子絡(luò)合物，高pH值下的游離態(tài)的鋁絡(luò)合物隨濾液進(jìn)入淺部地層，少量的濾液被大量的地層水稀釋，pH值降低，導(dǎo)致鋁絡(luò)合物轉(zhuǎn)化為Al(OH)3沉淀，形成內(nèi)泥餅，進(jìn)一步提高地層的漏失壓力。

4.2.2 水力參數(shù)優(yōu)化

綜合考慮井壁穩(wěn)定、高效攜巖、鉆井提速等因素，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)踐應(yīng)用，得出米桑油田鹽下地層推薦水力參數(shù)如下[11-13]：在Jaddala層位之前，采用1 500 L/min排量高效攜巖鉆進(jìn)，強(qiáng)化鉆井參數(shù)，提高機(jī)械鉆速。Jaddala至Aliji層位控制排量不超過1 200 L/min，同時(shí)控制鉆時(shí)不超過10 m/h，以降低環(huán)空當(dāng)量密度，保證井底ECD處于安全密度窗口之內(nèi)，降低漏失風(fēng)險(xiǎn)。Aliji層位之后，逐步提高鉆井液排量，但不超過1 500 L/min，根據(jù)地層漏失和巖屑返出情況，排量可進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

5 現(xiàn)場應(yīng)用

項(xiàng)目研究期間共施工5口井，平均鉆井周期109.19 d，平均機(jī)械鉆速7.62 m/h，非生產(chǎn)時(shí)間(NPT)12.27 d，與前期米桑油田施工水平相比，各項(xiàng)指標(biāo)較工區(qū)平均水平均有大幅度提高。

統(tǒng)計(jì)施工的5口井鹽膏層施工均較順利，鉆井液性能穩(wěn)定，井眼通暢，井徑較規(guī)則。鹽膏層平均施工時(shí)間21.2 d，其中BUCS-91H井鹽膏層機(jī)械鉆速達(dá)4.32 m/h，較工區(qū)平均水平提高33.7%，刷新米桑油田鹽膏層機(jī)械鉆速記錄。

鹽下地層安全鉆井技術(shù)有效地預(yù)防了井下復(fù)雜情況的發(fā)生，其中BUCS-117H井為部署在高漏失風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的一口水平井，周邊鄰井均發(fā)生較嚴(yán)重漏失。通過強(qiáng)化高性能水基鉆井液的防漏性能和優(yōu)化水力參數(shù)，精細(xì)控制井底當(dāng)量密度，有效降低了鉆穿漏層過程中的漏速和減少了總漏失量。揭穿漏層后采用水泥塞堵漏一次成功，大幅度減少了井漏處理時(shí)間。該井總漏失量為36 m3，井漏處理時(shí)間29.5 h，與鄰井BUCS-116相比，總漏失量減少230余m3，井漏處理時(shí)間減少97.7 h，大幅度提升了施工效率和降低了施工成本。

6 結(jié)論及建議

伊拉克米桑油田鉆井關(guān)鍵技術(shù)基本滿足該油田的開發(fā)要求，但與低成本高效開發(fā)和先進(jìn)技術(shù)相比仍然存在一定的差距，仍需優(yōu)化提升，開展持續(xù)攻關(guān)。建議持續(xù)優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)和鉆井提速技術(shù)，開展近鉆頭測量、扭力沖擊器、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向和高效PDC鉆頭等先導(dǎo)性試驗(yàn)，并進(jìn)行相關(guān)示范應(yīng)用研究，進(jìn)一步促進(jìn)技術(shù)水平的提升，實(shí)現(xiàn)該油田經(jīng)濟(jì)高效開發(fā)。