伊拉克東巴油田Khasib層水平井定向鉆井技術(shù)實(shí)踐

周慶剛

（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院，黑龍江大慶 163413）

東巴格達(dá)EBS 油田S2 區(qū)塊淺層發(fā)育褐色泥巖，中部發(fā)育鹽巖、石膏和白云巖，下部以石灰?guī)r為主，其主力油層為Tanuma 層和Khasib 層。2019 年初開始規(guī)?；@井作業(yè)，開發(fā)目的層以Khasib層為主，計劃井型多為水平井。EBSK-8-2H井作為第一口Khasib層水平井，鉆井施工過程中，第一次鉆進(jìn)Tanuma 層底部泥灰?guī)r夾層時發(fā)生坍塌卡鉆；側(cè)鉆后第二次鉆進(jìn)相同地層時再次發(fā)生坍塌卡鉆，該井最后改為直井完鉆。此后Tanuma 層底部泥灰?guī)r成為Khasib 層水平井鉆井最大障礙，業(yè)主也為此暫停Khasib層水平井開發(fā)方案，目標(biāo)轉(zhuǎn)向Tanuma 層水平井或Khasib 層定向井。本文以EBSK-5-5H 重點(diǎn)井為例，介紹了Khasib 層水平井技術(shù)難點(diǎn)，及技術(shù)攻關(guān)和采取的相應(yīng)技術(shù)措施，EBSK-5-5H 井成功的現(xiàn)場實(shí)踐為開發(fā)東巴油田Khasib 層水平井提供了借鑒和經(jīng)驗(yàn)。

1 Khasib層水平井技術(shù)難點(diǎn)

Khasib層水平井鉆井技術(shù)難題就是如何維護(hù)上部泥灰?guī)r穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)安全鉆穿泥灰?guī)r層后水平段著陸。通過EBSK-8-2H井鉆井復(fù)雜情況分析以及后續(xù)針對性課題研究結(jié)論得出，泥灰?guī)r層鉆井技術(shù)難點(diǎn)主要有以下兩方面。

1.1 定向施工難度大

根據(jù)力學(xué)平衡原理，井壁坍塌風(fēng)險隨著井斜角增大而增加。EBSK-8-2H井兩次坍塌卡鉆井段井斜角分別69.3°和77.3°。由于Khasib主力產(chǎn)層與Tanuma底部泥灰?guī)r層底界的垂距僅為23m，使得泥灰?guī)r井段的井斜角沒有進(jìn)一步降低的空間，這為泥灰?guī)r層定向鉆井施工帶來極大的挑戰(zhàn)。

1.2 泥灰?guī)r井壁失穩(wěn)

Tanuma層底部發(fā)育約29m厚度的泥灰?guī)r，通過對該地層巖芯進(jìn)行研究可知，一方面該段泥灰?guī)r層理發(fā)育明顯，膠結(jié)性極差，當(dāng)鉆井液密度無法平衡內(nèi)應(yīng)力時快速膨脹分解；另一方面在電子顯微鏡觀察下裂縫較為發(fā)育，促進(jìn)泥灰?guī)r吸水后膨脹，加劇垮塌。

2 技術(shù)難點(diǎn)的分析研究

針對東巴作業(yè)區(qū)Khasib層水平井施工中遇到的難點(diǎn)及取得的施工經(jīng)驗(yàn)，為了更好地為后續(xù)在S2區(qū)塊鉆井提供借鑒和施工經(jīng)驗(yàn)，對該區(qū)塊的技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行了研究分析，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。

2.1 井眼軌跡方面

（1）在水平井設(shè)計中，造斜點(diǎn)適當(dāng)上移、適當(dāng)延長視平移從而降低造斜率。

（2）地質(zhì)方面準(zhǔn)確預(yù)測，避免因調(diào)整靶點(diǎn)垂深從而導(dǎo)致造斜率增大、帶來井下施工風(fēng)險的隱患。

（3）優(yōu)化軌跡設(shè)計，頁巖段下部狗腿度調(diào)小，在進(jìn)入小狗腿度段前起鉆甩掉螺桿和定向儀器，更換微增鉆具組合，用牙輪鉆頭盲穿頁巖段，通過頁巖層后，下套管封固頁巖段，以保證下部無后顧之憂。

2.2 頁巖的不穩(wěn)定性

在改善泥漿性能的同時，優(yōu)化井眼軌跡設(shè)計，在Tanuma層頁巖段盡量設(shè)計成穩(wěn)斜或者狗腿較低，保證安全快速鉆過該頁巖層，降低頁巖的失穩(wěn)坍塌幾率。保證上部井眼施工時的劃眼次數(shù)，確保返砂量和及時修整井壁，為快速穿過下部頁巖層打好基礎(chǔ)。

3 EBSK-5-5H井的現(xiàn)場實(shí)踐

通過Khasib 層水平井鉆井技術(shù)難題的技術(shù)攻關(guān)，在EBSK-5-5H井的鉆井實(shí)踐過程中通過改進(jìn)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計、優(yōu)化井眼軌跡、改進(jìn)鉆井液配方、優(yōu)選鉆頭以及鉆具組合、完善定向技術(shù)措施，和精細(xì)井眼軌跡控制等辦法，成功地完成東巴油田第一口Khasib層水平井。

3.1 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計與井眼軌跡優(yōu)化

本井為四開，三維水平井且扭方位角度大于80°，采用直—增—穩(wěn)—增—穩(wěn)五段制井眼軌跡，針對S2區(qū)塊地質(zhì)特點(diǎn)，井身結(jié)構(gòu)設(shè)計上重點(diǎn)考慮了壓穩(wěn)地層的同時兼顧儲層保護(hù)，實(shí)現(xiàn)泥灰?guī)r安全鉆進(jìn)，并盡可能緩解巖屑床積累和降低施工摩阻。井眼軌跡如圖1所示。

圖1 井眼軌跡設(shè)計圖

（1）三開設(shè)計直增穩(wěn)方案，定向狗腿度6.0°/30m，井斜42°前完成穿靶方位調(diào)整。

（2）前期定向狗腿度6.0°/30m。

（3）T8層設(shè)計微增1.0°/30m。

（4）四開定向狗腿度7.0°/30m。

3.2 鉆井液設(shè)計

依據(jù)泥灰?guī)r坍塌機(jī)理研究成果，對現(xiàn)場用KCl 聚磺鉆井液進(jìn)行了改進(jìn)，優(yōu)選出聚胺抑制劑ULTRAHIB替換原配方中的AP-1，并引入納米封堵劑Nano-Seal，形成了鉀氨聚磺納米封堵鉆井液，流變性穩(wěn)定，失水量降低。鉆井液改進(jìn)前后對比如表1所示。

表1 鉆井液改進(jìn)前后性能對比

3.3 鉆具結(jié)構(gòu)的優(yōu)選

針對不同井段的技術(shù)難點(diǎn)、特點(diǎn)分析，通過優(yōu)選鉆具結(jié)構(gòu)和降摩減阻措施，針對不同工況采用不同的鉆具結(jié)構(gòu)。

（1）增斜段：?215.9mm 鉆頭+ ?172mm 螺桿+?178mm 浮閥+?172mmMWD+?172mm 無磁鉆鋌+ ?127mm 無磁加重鉆桿+?127mm 加重鉆桿+?165mm 震擊器+ ?127mm 加重鉆桿+?127mm 鉆桿+ ?127mm加重鉆桿+?127mm鉆桿。

（2）微增段：?215.9mm 鉆頭+ ?212/210mm 穩(wěn)定器+?178mm 浮閥+?172mmMWD+?172mm 無磁鉆鋌+ ?127mm 無磁加重鉆桿+?127mm 加重鉆桿+?165mm 震擊器+?127mm 加重鉆桿+?127mm鉆桿+ ?127mm加重鉆桿+?127mm鉆桿。

（3）定向段：?152.4mm 鉆頭+120mm 螺桿+?120mm 浮閥+?120mmLWD +?120mm 無磁鉆鋌+?88.9mm加重鉆桿+?88.9mm鉆桿+?88.9mm加重鉆桿+轉(zhuǎn)換接頭+?127mm 加重鉆桿+?127mm震擊器+?127mm 加重鉆桿+?127mm鉆桿。

（4）水平段：?152.4mm 鉆頭+?120mm 螺桿+?120mm 浮閥+?145mm 穩(wěn)定器+?120mmLWD+?120mm無磁鉆鋌+?88.9mm加重鉆桿+?88.9mm鉆桿+?88.9mm 加重鉆桿+轉(zhuǎn)換接頭+?127mm加重鉆桿+?127mm 震擊器+?127mm 加重鉆桿+?127mm 鉆桿。

采用了微增鉆具組合，每根鉆桿微增0.3°左右。2627～2643m 采用7～8t 鉆壓，鉆時7～24min/m,頂驅(qū)轉(zhuǎn)速60r/min。微增鉆具組合，非常好地滿足設(shè)計里對造斜率的要求，同時還可以采用鉆壓來對井斜微調(diào)整作用，保證了井眼軌跡的精確控制。

3.4 鉆頭優(yōu)化設(shè)計

根據(jù)S2區(qū)塊鉆頭使用情況統(tǒng)計，優(yōu)選一開使用鉆頭FS2663；二開使用鉆頭TS1664PI，機(jī)械鉆速大，單只鉆頭可完成二開進(jìn)尺；三開使用鉆頭TKC56，機(jī)械鉆速大，單只鉆頭可完成三開進(jìn)尺；四開使用鉆頭T1665GU。鉆頭使用情況如表2所示。

表2 鉆頭使用情況

3.5 定向施工難點(diǎn)分析

（1）地層夾雜頁巖，且穿過頁巖層后上部不斷剝落。給定向施工造成很大的困難：工具面不穩(wěn)，整體摩阻較大，給施工帶來了風(fēng)險。如有稍大的頁巖塊在鉆進(jìn)過程中處于鉆頭、螺桿螺扶或鉆具接箍處導(dǎo)致扭矩增大甚至憋停的現(xiàn)象。頁巖層巖屑塊如圖2 所示。

圖2 頁巖層的返出的巖屑

（2）由于本井為Khasib 層三維水平井且扭方位角度大于80°，鉆井液密度、粘度高。施工時的摩阻較大，且從2442m 開始有上提超拉現(xiàn)象，三開共處理卡鉆2次。均為上部頁巖剝落塊。

（3）通過在定向鉆進(jìn)過程中工具面穩(wěn)定情況、定向鉆進(jìn)速度、鉆壓和泵壓等參數(shù)對比，頁巖塊較多時定向困難、摩阻大、托壓嚴(yán)重。井底的清潔程度、頁巖塊的多少、大小等因素都影響定向時效。

（4）四開使用GE-LWD 測量電阻率和伽馬數(shù)據(jù)。井斜探管無法調(diào)整到近鉆頭位置，導(dǎo)致測量井斜滯后距最大達(dá)到19.05m。再加上為了施工安全上提1m。井底需要預(yù)測井斜的距離超過20m，當(dāng)發(fā)現(xiàn)井斜變化規(guī)律突變時無法迅速響應(yīng)，增大了四開軌跡控制施工的難度。

3.6 定向施工技術(shù)措施

(1)通過優(yōu)化鉆具結(jié)構(gòu)，優(yōu)選鉆井參數(shù)，在造斜段施工及時摸索鉆具的造斜率，確保中靶，施工盡量多復(fù)合少定向，精細(xì)控制軌跡，確保軌跡平滑。

（2）優(yōu)選鉆頭類型，保證鉆頭的側(cè)切能力，提高鉆具組合的造斜能力，同時改善井眼狀況，可以提高造斜段的機(jī)械鉆速。

（3）加強(qiáng)井眼軌跡控制，在頁巖段盡量保持穩(wěn)斜或者較低狗腿，保證安全快速鉆過該頁巖層，降低頁巖的失穩(wěn)坍塌幾率。

（4）保證上部井眼施工時的劃眼次數(shù)，確保返砂量和及時修整井壁，為快速穿過下部頁巖層打好基礎(chǔ)。

3.7 頁巖層鉆進(jìn)措施

(1)加強(qiáng)地質(zhì)監(jiān)測，鉆達(dá)Tanuma泥灰?guī)r層前起出螺桿鉆具，換單螺扶增斜鉆具。

(2)調(diào)整鉆井液性能，鉆井液高密度、低濾失和適當(dāng)?shù)恼扯群颓辛Α?/p>

(3)泥灰?guī)r段鉆井參數(shù)：鉆壓20～80kN，轉(zhuǎn)速40～60r/min，排量30～40L/s，開泵先小排量頂通，泵壓正常后再逐漸增加排量，快速鉆穿泥灰?guī)r層。

(4)每打完一個立柱正向以50～70r/min 劃眼2遍。泥灰?guī)r層嚴(yán)禁定點(diǎn)循環(huán)。

(5)正常情況下上提鉆具嚴(yán)禁倒劃，如果必要倒劃則控制轉(zhuǎn)速20～40r/min為宜。

(6)鉆穿泥灰?guī)r層16m完鉆，充分循環(huán)返砂，待返砂干凈后短起至套鞋，然后通井。

(7)保持井內(nèi)液柱壓力:起鉆要連續(xù)或定時灌漿，保持井口液面不降，減少抽吸壓力。

(8)控制泥灰?guī)r層起鉆速度，發(fā)現(xiàn)井口液面不降或外溢，停止起鉆，如有井塌征兆，務(wù)必小排量頂通，逐漸提高排量，中間不可停泵。

(9)下鉆過程如井口不返鉆井液，應(yīng)立即停止下鉆，開泵循環(huán)通井或劃眼，恢復(fù)正常后繼續(xù)下鉆。

(10)通井到底后充分循環(huán)，待返砂干凈后，井底泵入高粘。

(11)防粘卡措施：①降低摩阻系數(shù)不大于0.08；②鉆具靜止時間不能超過2min。

4 結(jié)論與認(rèn)識

通過EBSK-5-5H 井的鉆井實(shí)踐，總結(jié)出如下經(jīng)驗(yàn)與建議：

（1）在頁巖易剝落地層，井眼凈化問題是施工的重點(diǎn)。在滿足井下儀器和螺桿鉆具正常工作的條件下，應(yīng)盡可能使用較高排量，提高巖屑上返速度；適當(dāng)采用低轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)、高轉(zhuǎn)速劃眼的方式進(jìn)行攜砂，有效地破壞巖屑床，保證返砂效果，保證井眼干凈。

（2）建議優(yōu)化井眼軌跡設(shè)計，設(shè)計K層水平井時盡量設(shè)計成二維井型。如果無法滿足也要盡量設(shè)計扭方位角度較小，同時造斜點(diǎn)盡量避開油層，避免前期造斜率不足導(dǎo)致更換鉆具組合。

（3）采用優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)設(shè)計，設(shè)計直—增—穩(wěn)—增—穩(wěn)五段制井眼軌跡，計算并應(yīng)用近鉆頭扶正器微增鉆具組合，優(yōu)化井眼軌跡控制以及泥灰?guī)r層鉆井技術(shù)措施，克服了定向難度大以及頁巖層脫落造成卡鉆埋鉆具等問題，成功地完成了伊拉克東巴油田第一口Khasib層水平井，為今后的Khasib層水平井施工提供了借鑒。