科威特BURGAN區(qū)塊防斜打快技術(shù)分析

莊緒財(cái)

（中原石油工程公司塔里木分公司，新疆巴音郭楞 841000）

1 BURGAN區(qū)塊現(xiàn)場(chǎng)情況

1.1 項(xiàng)目特點(diǎn)

科威特的BURGAN區(qū)塊位于阿拉伯盆地內(nèi)，屬于穹隆結(jié)構(gòu)，以Graben復(fù)合斷層為邊界與其他幾個(gè)區(qū)塊區(qū)分開。從原油開采情況來(lái)看，BURGAN油田儲(chǔ)量主要賦存于白堊紀(jì)砂巖的第三段和第四段中。而第三段可以進(jìn)一步細(xì)分為上、中、下油藏，第四段油藏通過(guò)石灰?guī)r與第三段上部油藏分隔開。由于布爾干油田地層存在較多斷層，引發(fā)了油藏分隔情況。同時(shí)因?yàn)樵S多斷層存在較多落差，造成砂巖和砂巖間難以連通。近年來(lái)隨著石油開采活動(dòng)的頻繁開展，多數(shù)區(qū)域已經(jīng)形成了密集的井網(wǎng)，留下的新井位有限，因此在BURGAN區(qū)塊開展鉆井作業(yè)，要求達(dá)到較高技術(shù)水平，在降低石油開采成本和提高生產(chǎn)效率的同時(shí)，能夠充分利用井位資源[1]。對(duì)BURGAN區(qū)塊儲(chǔ)層分布展開進(jìn)一步分析，主要的兩個(gè)儲(chǔ)層分別位于BUMAILA砂巖和BURGAN砂巖。前者擁有細(xì)粉砂巖和黏土巖互層結(jié)構(gòu)，擁有巖性穩(wěn)定的地層結(jié)構(gòu)，能夠布置定向井造斜點(diǎn)。而后者為石英砂巖和黏土巖互層結(jié)構(gòu)，同時(shí)黏土層具有厚度不等的特點(diǎn)，巖石為膠結(jié)狀，結(jié)構(gòu)疏松，擁有較高的孔隙度，在鉆井作業(yè)中容易出現(xiàn)井斜、結(jié)構(gòu)失穩(wěn)等問(wèn)題，給石油開采帶來(lái)較大困難。

1.2 各井段情況

從BURGAN區(qū)塊各井段情況來(lái)看，一共包含三個(gè)井段。其中，一開井段的地層表層較為松軟，底層為松軟砂巖。如果開展常規(guī)的鉆井作業(yè)，在表層鉆進(jìn)過(guò)程中可能出現(xiàn)井眼漏失情況，鉆至底層可能遭遇塌陷問(wèn)題。從二開井段的特點(diǎn)來(lái)看，地層中賦存酸性液體，部分位置存在硫化氫。分析原因可知，區(qū)塊局部瀕臨淺海，形成了快速沉積區(qū)域。隨著地層的發(fā)育，部分沉積層發(fā)生了快速沉積，造成大量地層壓力無(wú)法及時(shí)釋放，進(jìn)而導(dǎo)致大量淺層氣被圈閉。而地層巖性屬于石灰?guī)r，在鉆進(jìn)過(guò)程中容易發(fā)生有毒氣體泄漏情況。從三開井段情況來(lái)看，擁有泥頁(yè)巖地層，鉆進(jìn)期間鉆頭將遭遇較大的摩阻扭矩，同時(shí)井壁坍塌的概率較大。而其主力油層屬于石灰?guī)r，擁有較發(fā)育的孔隙，容易出現(xiàn)井漏問(wèn)題[2]。因此從總體上來(lái)看，BURGAN區(qū)塊各井段的地層可鉆性較差，存在巖性不均質(zhì)等問(wèn)題，給鉆頭使用帶來(lái)了較大限制，容易因磨損出現(xiàn)使用壽命縮短的問(wèn)題。此外，部分巖層孔隙度較高，同時(shí)地層斷層較多，容易發(fā)生井壁坍塌、井眼漏失、井斜等各種問(wèn)題，因此需要提出可靠的鉆井技術(shù)方案，確保能夠取得理想的鉆井效果。

2 BURGAN區(qū)塊鉆井要點(diǎn)

2.1 井斜控制

BURGAN區(qū)塊的地層傾角較大，對(duì)井斜加以控制的難度有目共睹，與此同時(shí)，過(guò)大的地層傾角還致使機(jī)械鉆速難以得到顯著提高，即便引入空氣鉆井，同樣難以保證井斜控制效果達(dá)到預(yù)期。

2.2 鉆頭選型

鉆井施工所使用主要工具為鉆頭，其作用是通過(guò)破碎巖石的方式，形成相應(yīng)的井眼。由此可見(jiàn)，井眼形成速度及整體質(zhì)量，不僅受鉆頭性能、地層條件影響，還受鉆頭和地層匹配度的影響，只有以現(xiàn)場(chǎng)情況為依據(jù)，對(duì)鉆頭進(jìn)行科學(xué)選型，才能既保證轉(zhuǎn)速得到提高，又使鉆井成本有所降低。現(xiàn)階段，天然氣以及石油開發(fā)領(lǐng)域所使用鉆頭多為PDC鉆頭，該鉆頭以硬質(zhì)合金、金剛石微粉為主要原料，這也決定其既具備與硬質(zhì)合金相同的良好韌性和強(qiáng)度，同時(shí)又繼承了金剛石的耐磨性以及硬度，利用其開展鉆井作業(yè)是大勢(shì)所趨[3]。

BURGAN區(qū)塊地層的特點(diǎn)為含有大量礫石，研磨性較強(qiáng)，可鉆性不理想。在鉆進(jìn)施工環(huán)節(jié)，施工人員極易遇到跳鉆或是蹩鉆的情況，導(dǎo)致鉆頭壽命縮短、無(wú)法正常使用。研究表明，導(dǎo)致牙輪鉆頭難以發(fā)揮出自身優(yōu)勢(shì)的原因，主要是鉆頭出現(xiàn)斷齒、掉齒或是牙齒磨損問(wèn)題，僅有少數(shù)鉆頭存在軸承受損的情況?？紤]到BURGAN區(qū)塊各井段均具有巖性不均、礫石占比較大的問(wèn)題，導(dǎo)致鉆頭使用受限，可供選擇的牙輪鉆頭類型有限，鉆速自然難以得到提高。鑒于此，在對(duì)牙輪鉆頭加以應(yīng)用時(shí)，施工方應(yīng)先通過(guò)實(shí)地勘察的方式，明確現(xiàn)場(chǎng)是否存在軟硬交錯(cuò)或曲線作業(yè)的情況，確保牙輪鉆頭所具有優(yōu)勢(shì)能夠得到充分發(fā)揮。

3 防斜打快技術(shù)的應(yīng)用

3.1 防塌技術(shù)分析

BURGAN區(qū)塊所采用技術(shù)以滿眼打直為主，該技術(shù)強(qiáng)調(diào)通過(guò)對(duì)底部鉆具整體剛性進(jìn)行增強(qiáng)的方式，確保鉆具組合可表現(xiàn)出更加理想的抗彎曲性，由此來(lái)達(dá)到糾斜和降斜的最終目的。在實(shí)際施工中，施工方應(yīng)優(yōu)先選擇鉆壓低、排量大、泵速快且泵壓高的鉆井參數(shù)。

BURGAN區(qū)塊各井段均有埋深不定、厚度不等的不連續(xù)大段砂巖存在，砂巖多為黑色及灰色，要想避免該區(qū)塊出現(xiàn)地層坍塌或類似問(wèn)題，關(guān)鍵是要對(duì)鉆井液比重進(jìn)行提高，但隨著比重的提高，機(jī)械鉆速必然會(huì)受到制約，在鉆進(jìn)各井段期間，出現(xiàn)井壁坍塌或類似問(wèn)題的概率將有所增加，由此可見(jiàn)，加大對(duì)防塌技術(shù)進(jìn)行研究的力度，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況選擇切實(shí)可行的防塌技術(shù)很有必要。

該區(qū)塊鉆井液體系以聚磺等聚合物為主，其特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下方面：①具有極強(qiáng)的抑制性。②防塌效果理想。③包被能力突出。④在高密度情況下，鉆井液具有良好的流變性。⑤可有效抵抗酸根、鹽膏所造成污染。

在鉆井期間遇到砂巖，則應(yīng)遵循進(jìn)一退二的原則，對(duì)返沙情況進(jìn)行仔細(xì)觀察，根據(jù)巖屑數(shù)量、形狀以及大小，對(duì)鉆井液密度能否起到平衡砂巖地層的效果加以判斷，循環(huán)施工期間應(yīng)避免在砂巖井段進(jìn)行定點(diǎn)循環(huán)，將坍塌問(wèn)題出現(xiàn)的概率降至最低[4]。

BURGAN區(qū)塊對(duì)目的層失水所提出要求為不超過(guò)4mL，項(xiàng)目實(shí)際失水量未達(dá)到3.5mL，井徑擴(kuò)大平均值為8.45%，目的層井徑擴(kuò)大了7.4%，全井質(zhì)量合格率達(dá)到了100%。

3.2 優(yōu)選鉆頭及鉆具

3.2.1 鉆頭

BURGAN區(qū)塊地層的特點(diǎn)為抗壓強(qiáng)度較高，砂礫巖占比大，巖性隨機(jī)分布，由此而造成的問(wèn)題，主要是機(jī)械鉆速難以提高，而礫石的存在無(wú)形中增強(qiáng)了地層的研磨性，導(dǎo)致施工方對(duì)PDC鉆頭進(jìn)行選型的難度極大。要想通過(guò)提升機(jī)械鉆速的方式，對(duì)鉆井周期加以控制，使項(xiàng)目所取得社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到預(yù)期，關(guān)鍵是要以各井段所表現(xiàn)出巖性特點(diǎn)、地層特點(diǎn)為依據(jù)，在現(xiàn)有PDC鉆頭中選擇符合現(xiàn)場(chǎng)情況的鉆頭，真正做到利用PDC鉆頭進(jìn)行全井施工。

對(duì)鉆頭進(jìn)行選擇時(shí)，施工方應(yīng)重點(diǎn)考慮以下內(nèi)容：首先是優(yōu)先選擇刀冀呈進(jìn)攻螺旋狀的鉆頭。其次是選擇對(duì)外界沖擊具有較強(qiáng)抵抗力的雙排齒鉆頭。再次是要做到強(qiáng)力保徑。最后是對(duì)防沖蝕硬化以及胎體防磨性能進(jìn)行增強(qiáng)。本項(xiàng)目所選擇PDC鉆頭的單只進(jìn)尺均打破以往指標(biāo)，使得BURGAN區(qū)塊相關(guān)指標(biāo)得到刷新。

3.2.2 鉆具組合

BURGAN區(qū)塊各井段地層均含有一定比例的礫巖，地層中部含存在大量不連續(xù)砂巖，使地層巖性受到負(fù)面影響，PDC鉆頭應(yīng)用受限。此外，對(duì)牙輪鉆頭加以應(yīng)用期間，由于地層巖性較為特殊，斷齒和磨損問(wèn)題無(wú)法徹底解決，由此而帶來(lái)的問(wèn)題，主要是鉆頭壽命被大幅縮短，項(xiàng)目成本隨之提高。要想解決該問(wèn)題，關(guān)鍵是要做到以現(xiàn)場(chǎng)情況為依據(jù)，對(duì)鉆頭進(jìn)行優(yōu)選，同時(shí)對(duì)鉆具進(jìn)行科學(xué)組合。

一開井段井眼所適用鉆具結(jié)構(gòu)為塔式鉆具，組合方案為7"鉆鋌、8"鉆鋌以及9"鉆鋌。二開井段井眼所適用鉆具結(jié)構(gòu)同樣為塔式鉆具，組合形式為6.5"鉆鋌、7"鉆鋌以及8"鉆鋌。三開井段井眼應(yīng)該用PDC鉆頭，同時(shí)配合鐘擺鉆具、直螺桿，其中，鐘擺鉆具的規(guī)格為18m，直螺桿的規(guī)格為172mm。事實(shí)證明，對(duì)以上鉆鋌進(jìn)行組合應(yīng)用，一方面能夠有效避免鉆具刺斷的情況出現(xiàn)，另一方面可使鉆壓得到有效解放，同時(shí)防斜效果也能夠達(dá)到預(yù)期[5]。

在實(shí)際施工中，施工方對(duì)以上技術(shù)加以應(yīng)用，沒(méi)有出現(xiàn)由于地層斷層或是傾角過(guò)大，導(dǎo)致井斜失控的問(wèn)題，井身質(zhì)量得到了有效控制。通過(guò)測(cè)量可知，井斜最大值為2.9°/2 595m，未超過(guò)設(shè)計(jì)井斜的最大值5°/2 595m。井底水平位移的最大值為17.6m，同樣未超過(guò)設(shè)計(jì)水平位移的最大值58m，由此可見(jiàn)，現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量與設(shè)計(jì)方案所提出要求相符，該鉆具組合具有大范圍推廣的意義。

3.3 各井段技術(shù)說(shuō)明

3.3.1 一開井段

該井段Dammam地層的巖性以砂巖為主，要想有效鉆穿地層，施工方應(yīng)對(duì)Varel鉆頭加以應(yīng)用。鉆井參數(shù)如下：鉆壓應(yīng)控制在4~8klb，排量以300加侖/min為宜，開眼轉(zhuǎn)速上限為40r/min、下限為30r/min。在扶正器出導(dǎo)管的前提下，每隔20ft~30ft，便可將排量提升約50加侖/min，同時(shí)對(duì)其他鉆井參數(shù)進(jìn)行增大，確保各項(xiàng)參數(shù)均能夠達(dá)到設(shè)計(jì)方案所提出要求。在施工期間，施工人員應(yīng)對(duì)圓井周圍情況進(jìn)行密切關(guān)注，如果發(fā)現(xiàn)地表有鉆井液漏出，則應(yīng)第一時(shí)間停止施工。在利用水泥對(duì)問(wèn)題區(qū)域進(jìn)行塞堵后，重新加固各導(dǎo)管并繼續(xù)施工。

3.3.2 二開井段

該井段以石灰?guī)r、白云巖以及硬石膏為主，施工方計(jì)劃利用Baker和REED鉆頭將Rus地層、Dammam地層鉆穿。鉆井參數(shù)如下：WOB的取值為30~60KIP，排量的取值為600~750加侖/min，轉(zhuǎn)速取值為90~110r/min。將鉆井液的酸堿值維持在9~10之間，以此來(lái)中和Rus地層、Dammam地層所含有的大量酸性液體。提前對(duì)隨鉆堵漏劑進(jìn)行準(zhǔn)備，一旦地層出現(xiàn)漏失問(wèn)題，便可利用隨鉆堵漏劑加以處理，以免造成更嚴(yán)重的后果。

上文所提到隨鉆漏堵劑的成分以聚戊糖、植物膠、纖維素、腐植鹽酸及相關(guān)衍生物為主。其外觀為固體粉末，具有良好的流動(dòng)性，通常配合鉆井液加以應(yīng)用。研究表明，按照固定比例將其與鉆井液進(jìn)行混合，可達(dá)到降低濾失的效果，為儲(chǔ)層提供有力保護(hù)。隨鉆堵漏劑所含纖維、晶片和封堵顆粒的級(jí)配并不相同，對(duì)其加以應(yīng)用可使漏失地層得到快速封堵，在阻斷液相、固相深入儲(chǔ)層的途徑的基礎(chǔ)上，避免鉆井液被大量浪費(fèi)的情況出現(xiàn)，使井壁穩(wěn)定性最大程度接近理想水平。若施工需求為預(yù)防滲漏，隨鉆堵漏劑的摻入量以 1%~2%為宜，如果施工需求為封堵微裂隙與砂層空隙，為儲(chǔ)層提供保護(hù)，則應(yīng)將其摻入量調(diào)整為 2%~4%，若封堵對(duì)象為嚴(yán)重漏失層，施工方應(yīng)將摻入量增加至4%~6%，確保隨鉆堵漏劑所具有價(jià)值可得到最大程度的實(shí)現(xiàn)。

3.3.3 三開井段

該井段以石灰?guī)r為主，對(duì)該井段進(jìn)行施工的主要工具為SMOTH PDC鉆頭，鉆井參數(shù)如下：WOB的取值為10~40KIP，排量的取值為500~650加侖/min，RPM的取值為60~100r/min。鉆井液體系以KCl為首選，該體系可有效應(yīng)對(duì)Ahamadi地層，最大程度避免坍塌情況發(fā)生。與此同時(shí)，引入固液復(fù)合潤(rùn)滑的相關(guān)技術(shù)，通過(guò)對(duì)鉆井液所具有潤(rùn)滑性進(jìn)行增強(qiáng)的方式，有效弱化該地層所具有高摩阻扭矩給施工造成的不利影響。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況采購(gòu)適合的隨鉆漏堵劑，對(duì)鉆井液、鉆井各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，確保即使主力油層出現(xiàn)井漏問(wèn)題，施工人員仍然能夠做到從容應(yīng)對(duì)，將井漏所造成損失降至最低。

事實(shí)證明，合理應(yīng)用隨鉆堵漏劑，可取得以下良好效果：首先是使微裂漏失和孔隙得到及時(shí)封堵，將相關(guān)問(wèn)題所造成影響降至最低。其次是可快速形成強(qiáng)度符合項(xiàng)目特點(diǎn)的屏蔽帶，屏蔽帶具有非滲透特性，可有效阻止儲(chǔ)層被工作液固相及液相侵入，待施工告一段落，有關(guān)人員可經(jīng)由射孔反排將屏蔽帶解除，以免給后續(xù)施工造成困擾。再次是可使泥漿濾失量得到大幅降低，同時(shí)不給泥漿固有流變性能帶來(lái)影響，在耐溫性方面的表現(xiàn)較為理想。最后是不被電解質(zhì)污染所影響，真正做到了無(wú)害無(wú)毒。

4 研究成果與展望

隨著防斜打快技術(shù)研究的深入，BURGAN區(qū)塊的鉆井速度較以往有所提高，鉆速得到顯著提升的關(guān)鍵點(diǎn)可歸納如下：①施工方以現(xiàn)場(chǎng)情況為依據(jù)，對(duì)鉆頭進(jìn)行優(yōu)選，并對(duì)鉆具組合進(jìn)行了調(diào)整。②引入了復(fù)合鉆進(jìn)技術(shù)，在保留PDC鉆頭的基礎(chǔ)上，新增了液力推進(jìn)器以及螺桿。③根據(jù)施工要求，對(duì)安全系數(shù)較高的鉆進(jìn)技術(shù)進(jìn)行了充分利用。事實(shí)證明，隨著以液力推進(jìn)器為代表的新型工具的加入，PDC鉆頭所具有穩(wěn)定性得到顯著提升，不僅定向托壓等問(wèn)題迎刃而解，鉆頭壽命和機(jī)械鉆速也更接近預(yù)期水平，但引入新技術(shù)必然伴隨著成本的增加，除特殊情況外，以上技術(shù)通常被用來(lái)對(duì)3 000m或以上的井進(jìn)行施工。④要想實(shí)現(xiàn)防斜打快的目標(biāo)，關(guān)鍵是要引入滿眼打直技術(shù)，同時(shí)采用鉆壓低、排量大、泵速快且泵壓高的鉆井參數(shù)。⑤要想提高井壁穩(wěn)定性，使減摩降扭效果更加理想，施工方應(yīng)確?，F(xiàn)場(chǎng)所用鉆井液體系為KCl，同時(shí)根據(jù)實(shí)際情況采取相應(yīng)的固液潤(rùn)滑技術(shù)。⑥如果條件允許，施工方可聯(lián)合鉆頭生產(chǎn)商、石油院校，共同對(duì)抗鉆強(qiáng)度、巖石可鉆性以及塑性系數(shù)等地質(zhì)相關(guān)因素進(jìn)行研究，為鉆頭指明優(yōu)化方向，并為日后選型工作的高效開展提供參考。未來(lái)相關(guān)人員應(yīng)將工作重心放在對(duì)鉆頭數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行建立健全上，根據(jù)實(shí)際施工所積累經(jīng)驗(yàn)，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行更新，以免出現(xiàn)反復(fù)試驗(yàn)的情況。

5 結(jié)束語(yǔ)

BURGAN區(qū)塊作為科威特主要產(chǎn)油區(qū)，應(yīng)當(dāng)做到科學(xué)應(yīng)用鉆井技術(shù)，有效利用油田井位實(shí)現(xiàn)石油高效開采。而在實(shí)踐工作中，需要認(rèn)識(shí)到區(qū)塊地層特殊性，根據(jù)各井段鉆井遇到的技術(shù)難題制定科學(xué)鉆井方案，運(yùn)用防斜打快技術(shù)避免鉆井過(guò)程中出現(xiàn)井壁塌陷、井眼漏失、井斜等問(wèn)題。把握技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)，合理進(jìn)行鉆頭和鉆具選擇，最終能夠取得理想鉆井效果，為類似項(xiàng)目的開展提供指導(dǎo)。