肯基亞克鹽下油田H8089水平井安全鉆井技術(shù)

章增光，陳志勇，薛繼彪，唐習(xí)之

（中國(guó)石油西部鉆探公司國(guó)際工程公司，新疆 烏魯木齊 830000）

肯基亞克鹽下油田位于西哈薩克斯坦濱里海盆地東緣肯基亞克構(gòu)造帶上，區(qū)域構(gòu)造屬于烏拉爾—恩巴鹽丘構(gòu)造帶。地層序列自上而下為白堊系、侏羅系、下三疊統(tǒng)、上二疊統(tǒng)、下二疊統(tǒng)和石炭系儲(chǔ)油層，見表1。石炭系碳酸鹽巖儲(chǔ)層是鹽下油田主力開發(fā)層，油氣異?；钴S，單井產(chǎn)量高，并含有H2S腐蝕性有毒氣體。

表1 H8089井地質(zhì)分層及巖性表

H8089 水平井為四開次井身結(jié)構(gòu)、石炭系目的層專打，其中四開?149.2mm鉆頭鉆至井深5086m完鉆，水平段長(zhǎng)度605m，裸眼完井及下入帶遇油膨脹封隔器的一體化完井管柱見圖1。

圖1 H8089井實(shí)鉆井身結(jié)構(gòu)圖

1 鹽下水平井鉆井技術(shù)難點(diǎn)分析

肯基亞克鹽下油田前期鉆井實(shí)踐表明，鉆井周期長(zhǎng)、機(jī)械鉆速慢及事故復(fù)雜多一直是制約鹽下油田高效開發(fā)的主要瓶頸，而對(duì)于水平井井型，面臨的鉆井難題將進(jìn)一步放大，水平井主要技術(shù)難點(diǎn)為：

（1）上二疊統(tǒng)地層易斜，防斜打快難度大。

（2）孔谷階鹽層、下二疊統(tǒng)地層井壁失穩(wěn)，以及鹽層下部有高壓氣層。

（3）下二疊統(tǒng)及石炭系可鉆性極差。

（4）下二疊統(tǒng)地層窄密度窗口，井漏、氣侵，復(fù)雜時(shí)率高。

（5）裂縫性風(fēng)化殼及石炭系頂部，易發(fā)生惡性井漏。

（6）石炭系井漏及高含硫、水平段鉆具阻卡。

（7）技套高密度固完井難度大。

2 技術(shù)對(duì)策

針對(duì)上述肯基亞克鹽下水平井鉆井施工的突出復(fù)雜和技術(shù)難點(diǎn)[1-3]，H8089 水平井從以下幾方面提出相應(yīng)技術(shù)對(duì)策。

2.1 水平井軌道優(yōu)化

為減小水平井鉆井摩阻和扭矩，重點(diǎn)從井眼軌道設(shè)計(jì)入手設(shè)計(jì)出摩阻扭矩較小的井眼軌道及確保作業(yè)難度大的滑動(dòng)鉆進(jìn)順利定向施工[4-5]。

（1）靶前距和造斜率的選擇。H8089 水平井造斜點(diǎn)選擇在3750m 左右的穩(wěn)定地層及避開孔古階鹽層。根據(jù)鹽下油田的油藏埋深，選取水平段長(zhǎng)約600m，靶前位移分別選取200m、300m、400m、500m、600m 及700m，進(jìn)行井眼軌道優(yōu)化試驗(yàn)，對(duì)比顯示本井靶前位移控制在500m左右較為合理，見圖2。

圖2 不同靶前位移摩阻扭矩值模擬計(jì)算圖

根據(jù)石炭系油藏垂深4375m，結(jié)合前期對(duì)靶前位移、造斜點(diǎn)的優(yōu)選，分別選取不同造斜率進(jìn)行軟件模擬，計(jì)算分析不同造斜率條件下的鉆具摩阻扭矩情況，綜合對(duì)比優(yōu)選最優(yōu)的造斜率，可知扭矩值最低值時(shí)對(duì)應(yīng)的造斜率在4.5°/30m左右，見圖3。

圖3 不同造斜率摩阻扭矩值模擬計(jì)算圖

因此，H8089 水平井選取靶前位移500m、造斜率在4.5°/30m左右進(jìn)行軌跡設(shè)計(jì)。

（2）井眼軌道類型優(yōu)選。確定靶前位移和造斜率后，基于水平段鉆遇石炭系儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，靶窗垂深深度精確預(yù)測(cè)和入地質(zhì)靶窗均困難，同時(shí)考慮到定向儀器誤差等因素，將H8089井眼軌道優(yōu)化為“直—增—穩(wěn)—增—水平”五段制剖面[6]，設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。

表2 H8089水平井井眼軌道設(shè)計(jì)

2.2 個(gè)性化鉆頭優(yōu)選

利用鹽下已鉆鄰井測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，通過巖石力學(xué)分析軟件反演計(jì)算得出區(qū)域巖石力參數(shù)特征，見表3。

表3 地層巖石力學(xué)參數(shù)表

根據(jù)上述地層巖石力學(xué)特性參數(shù)剖面，分析對(duì)比已鉆井實(shí)鉆鉆頭的使用經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化形成高效破巖鉆頭系列如表4所示。

表4 鉆頭優(yōu)選序列表

2.3 配套提速工具優(yōu)選

（1）鹽上易斜直井段（1200～3300m）、?311.2mm井眼。鹽下水平井造斜點(diǎn)較深，二疊統(tǒng)孔谷階泥巖、砂巖及鹽膏層段，即上二疊統(tǒng)井深3300m 以上地層容易發(fā)生井斜，前期已鉆井基本采用鐘擺鉆具組合吊打的方式，提速與井身質(zhì)量控制矛盾較為突出。因此，根據(jù)已鉆井實(shí)鉆經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合國(guó)內(nèi)外的成熟防斜打直技術(shù)，建議井深3300m以上地層防斜打直的主要應(yīng)對(duì)技術(shù)預(yù)案為：帶螺桿復(fù)合鉆井，并加裝MWD 工具便于糾斜，控制井身質(zhì)量及提速。

（2）下二疊統(tǒng)造斜段（3727m 至A 點(diǎn)）、?215.9mm井眼。針對(duì)鹽下下二疊統(tǒng)造斜段巖石抗壓強(qiáng)度高，研磨性變強(qiáng)，可鉆性變差，機(jī)械鉆速極低，主要提速應(yīng)對(duì)技術(shù)預(yù)案為可調(diào)式高速渦輪+孕鑲PDC 鉆頭，利于鉆硬及研磨性地層[7]。

（3）水平段鉆進(jìn)、?149.2mm井眼。為提高肯基亞克水平段石炭系難鉆地層的鉆速，提速方式為加裝旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具提速，它是在鉆柱旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)，隨鉆實(shí)時(shí)完成導(dǎo)向功能的一種導(dǎo)向式鉆井系統(tǒng)，能有效防止托壓，大幅度地提高鉆井速度，并能精確控制軌跡[8]。

2.4 鉆井液體系優(yōu)化

肯基亞克鹽下已鉆井的井徑擴(kuò)大情況為：二開孔谷階鹽層井徑擴(kuò)大率為25%左右；三開下二疊統(tǒng)地層阿爾琴階—阿塞利階井徑擴(kuò)大率最多在25%左右；可見，可見孔谷階鹽層、下二疊統(tǒng)屬于不穩(wěn)定地層。

因此，針對(duì)H8089井二開、三開不穩(wěn)定地層選用強(qiáng)抑制的聚磺飽和鹽水鉆井液體系，該體系的性能評(píng)價(jià)如圖4、圖5 所示，可見具有良好抗污染性能和強(qiáng)抑制性能力。

圖4 體系抗污染性能評(píng)價(jià)

圖5 體系抑制性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

綜上所述，一開采用兩性離子聚合物、二開采用欠飽和鹽水聚合物/飽和鹽水聚磺體系，三開采用飽和鹽水聚磺體系，四開采用鉀鹽聚磺體系。

3 現(xiàn)場(chǎng)施工情況

肯基亞克鹽下復(fù)雜井通過上述一系列優(yōu)化技術(shù)措施的落實(shí)，H8089 水平井自2019 年7 月25 日開鉆，于2019 年12 月27 日順利完鉆，完鉆井深為5086m/垂深4373.80m，水平段長(zhǎng)605m（A點(diǎn)4481m至B點(diǎn)5086m）。

周期和復(fù)雜情況：H8089 井鉆井周期154.63d，相比前期同類井平均鉆井周期208.25d 縮短了53.62d 及25.75%；平均事故復(fù)雜時(shí)率0.35%，相比前期同類井平均事故復(fù)雜3.70%降低3.35%。

鉆頭鉆速情況：H8089 井使用優(yōu)選鉆頭序列和配套提速工具機(jī)械鉆速取得突破，平均機(jī)械鉆速為3.56m/h，相比前期同類井平均2.43m/h提高46.51%。

其中，螺桿+個(gè)性化高效PDC鉆頭提速情況：二開直井段311.2mm 井眼采用螺桿+川石SP1935 系列PDC 鉆頭實(shí)施復(fù)合鉆井方式，應(yīng)用井段平均機(jī)械鉆速4.42m/h，相比前期同類井平均3.13m/h提速41.21%。

渦輪工具+孕鑲鉆頭提速情況：H8089 井三開215.9mm井眼使用斯倫貝謝高速渦輪+K705孕鑲金剛石鉆頭，應(yīng)用井段平均機(jī)械鉆速1.75m/h，相比前期同類井螺桿+MWD的常規(guī)復(fù)合鉆進(jìn)方式平均0.86m/h提速103.49%。

旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具提速情況：H8089 井四開水平段149.2mm 井眼應(yīng)用斯倫貝謝旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具+XS516 型PDC鉆頭，應(yīng)用井段平均機(jī)械鉆速6.43m/h，相比前期同類井平均機(jī)械鉆速1.64m/h，提速292.07%，同時(shí)，H8089井用單只鉆頭就鉆完整個(gè)605m水平段。

鉆井液使用情況：針對(duì)二開鹽層及三開下二疊統(tǒng)不穩(wěn)定地層，H8089 井應(yīng)用高密度聚磺飽和鹽水鉆井液體系效果良好，有效降低了事故復(fù)雜時(shí)率和井下阻卡，在鉆進(jìn)過程中無坍塌掉塊及阻卡現(xiàn)象；同時(shí)，四開水平段應(yīng)用鉀鹽聚磺體系返砂正常，起下鉆開泵順利；水平段摩阻系數(shù)控制在0.05以內(nèi)，濾餅質(zhì)量良好，無粘卡現(xiàn)象，無托壓現(xiàn)象。

4 結(jié)論與建議

（1）通過應(yīng)用肯基亞克鹽下水平井安全鉆井技術(shù)方案，2019年在目標(biāo)區(qū)域成功鉆成H8089水平井，有效縮短了鉆井周期和降低了復(fù)雜時(shí)率，實(shí)現(xiàn)了整體提速和高效開發(fā)。

（2）通過選取造斜點(diǎn)井深3750m，控制靶前距在500m和造斜率為4°～5°/30m左右，造斜段采用在井斜70°微增探油頂著陸等方式，利于水平井減摩降阻和提速，減少了定向復(fù)雜，并實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)目標(biāo)。

（3）在二開311.2mm 井眼上二疊統(tǒng)和鹽層應(yīng)用尖圓混合齒、斧型齒PDC 鉆頭，三開?215.9mm 井眼下二疊統(tǒng)地層應(yīng)用K705 孕鑲鉆頭、斧型齒PDC 鉆頭，四開水平段149.2mm 井眼石炭系地層應(yīng)用斧型齒+柱狀齒PDC 鉆頭，能有效提高鹽下井的整體機(jī)械鉆速，值得后期進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

（4）二開上二疊統(tǒng)和鹽層應(yīng)用PDC 鉆頭+高效螺桿復(fù)合鉆井防斜打快技術(shù)、三開難鉆下二疊統(tǒng)地層直應(yīng)用高速渦輪+孕鑲PDC 鉆頭提速技術(shù)、四開水平段應(yīng)用旋鉆導(dǎo)向工具鉆水平段，有利于提高難鉆地層的機(jī)械鉆速及縮短鉆井周期。