渤海油田南部區(qū)域淺層預(yù)防新井眼措施探析

彭江

中海石油（中國）有限公司天津分公司 天津 300459

渤海油田油氣田普遍采用集中導(dǎo)管架鉆叢式井的方式進(jìn)行大規(guī)模開發(fā)，為滿足井網(wǎng)布置要求和降低井眼防碰風(fēng)險(xiǎn)，井眼軌跡控制一般要求出隔水導(dǎo)管后盡快定向鉆進(jìn)預(yù)斜以達(dá)到整體井網(wǎng)軌跡盡快分散分離的目的，因此初始造斜井段普遍位于平原組、明化鎮(zhèn)上部等淺部地層。渤海油田南部區(qū)域淺部地層巖性以泥巖為主，局部含少量粉砂巖，地層可鉆性好，具有疏松黏軟，巖屑不成型，吸水易分散等明顯特征。本區(qū)域淺部地層鉆井過程中為提高作業(yè)效率和避免鉆屑攜帶過程中形成較大泥球堵塞井口和循環(huán)通道等風(fēng)險(xiǎn)，以往開發(fā)調(diào)整井普遍采用海水膨潤土漿大排量快速鉆進(jìn)。大排量鉆進(jìn)提供的高速水利沖擊力可顯著提高機(jī)械鉆速，同時(shí)高返速也能較好的清潔井眼，配合較低粘度的海水膨潤土漿，可有效降低淺層粘軟泥巖聚集出泥球的風(fēng)險(xiǎn)。但以此同時(shí)，大排量的沖刷也會造成淺層松軟地層井徑擴(kuò)大，形成“葫蘆串”型不規(guī)則擴(kuò)眼井段，當(dāng)后續(xù)鉆進(jìn)產(chǎn)生的巖屑上返至擴(kuò)大井段時(shí)易大量沉降堆積在下井壁，經(jīng)過鉆具長時(shí)間旋轉(zhuǎn)擾動，進(jìn)一步形成不規(guī)則井徑。當(dāng)鉆具在該井段下鉆遇阻時(shí)，極易出現(xiàn)新井眼。為了有效降低出現(xiàn)新井眼的風(fēng)險(xiǎn)，通過實(shí)際案例分析總結(jié)，結(jié)合本區(qū)域地層特性，制定了一系列優(yōu)化控制措施，在后續(xù)施工過程中取得了良好效果。

1 地層巖性分析

渤海油田南部區(qū)域淺部地層自上而下分別鉆遇平原組和明化鎮(zhèn)組上部，地層巖性主要為疏松砂泥巖不等厚互層。巖石粘土礦物成分以無序伊利石、蒙脫石混層為主，成巖程度低，巖屑成團(tuán)塊狀。泥巖具有易膨脹、強(qiáng)分散的特性，膨脹率超過20%，回收率小于10%。砂巖以淺灰色疏松粉砂巖為主，泥質(zhì)膠結(jié)，滲透率高。

2 案例簡述和原因分析

本區(qū)域1井、14井、15井先后在12.25in井眼下鉆過程中遇阻出新井眼，出新井眼位置均為明化鎮(zhèn)上部垂深600～800m井段。通過錄井巖性分析，該井段巖屑以褐灰色泥巖為主，含少量粉砂巖，巖屑分散不成型。該井段鉆進(jìn)期間使用海水膨潤土漿體系鉆進(jìn)，鉆進(jìn)排量3800～4000L/min，期間間歇性掃高粘度膨潤土漿清潔井眼，每鉆完一個(gè)立柱倒劃眼一遍修整井眼。該井段地層可鉆性較好，平均機(jī)械鉆速達(dá)180m/h以上。

14井12.25in井眼使用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆具鉆進(jìn)至著陸井深后，倒劃眼起鉆至678～657m，倒劃眼排量3800L/min，頂驅(qū)轉(zhuǎn)速50rpm。倒劃眼期間扭矩波動較大，準(zhǔn)備第二遍倒劃眼修整井壁，鉆具原參數(shù)下劃眼過程中在原井眼右上方出新井眼。該井段為增斜降方位井段，全角變化率3.7°/30m，鉆具原參數(shù)下劃眼過程中無明顯遇阻顯示，下放速度正常，其他各項(xiàng)鉆井參數(shù)無明顯異常。

15井使用12.25in井眼馬達(dá)定向鉆具鉆進(jìn)著陸井深后，倒劃眼起鉆至上層套管鞋，隨后起出鉆進(jìn)鉆具，更換隨鉆核磁測井鉆具下鉆進(jìn)行測井作業(yè)。期間下鉆至633m遇阻無法通過，嘗試小排量低轉(zhuǎn)速劃眼通過遇阻點(diǎn)，持續(xù)遇阻3～5t，從原井眼下方出新井眼。該井段為增斜井段，全角變化率2.1°/30m。

1井12.25in井眼使用馬達(dá)鉆具鉆進(jìn)至著陸井深后，倒劃眼起鉆至966m時(shí)參數(shù)異常，頻繁憋壓蹩扭矩，倒劃眼排量3200L/min，頂驅(qū)轉(zhuǎn)速40rpm。隨后根據(jù)反向原則下放鉆具處理蹩卡復(fù)雜情況，下放時(shí)排量2500L/min，下放懸重在3-5t范圍內(nèi)波動，下放鉆具至969m時(shí)憋壓1Mpa，從原井眼上方出新井眼。該井段為穩(wěn)斜段，地層輕微自然降斜趨勢，全角變化率0.8°/30m，

對上述三個(gè)案例進(jìn)行對比分析可見：出現(xiàn)新井眼的地層均位于明化鎮(zhèn)上部垂深800m以上井段，巖性以疏松粘軟砂泥巖為主；該井段中不同的鉆具組合（原鉆具和測井鉆具），不同的井斜（30°～70°），不同的井段（造斜段和穩(wěn)斜段）在下劃眼或下鉆期間均可能出新井眼；新井眼出去的方向有上有下，無明顯規(guī)律。

綜合以上情況分析，本區(qū)域淺層易出新井眼的主要原因?yàn)榈貙訋r性為疏松砂巖和軟泥巖，成巖程度差，地層強(qiáng)度低，抗變形能力差。鉆進(jìn)期間大排量沖刷下，井壁易分散變形失穩(wěn)，井徑嚴(yán)重?cái)U(kuò)大。后續(xù)鉆進(jìn)產(chǎn)生的鉆屑在擴(kuò)大井段堆積，經(jīng)過鉆具不斷旋轉(zhuǎn)擾動，形成不規(guī)則井壁，導(dǎo)致鉆具下放遇阻，小排量開泵下放也很難通過，極易出新井眼。

3 預(yù)防出新井眼優(yōu)化措施

針對先后出現(xiàn)的三次新井眼案例，結(jié)合本區(qū)域以往開發(fā)項(xiàng)目作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，為有效降低淺層出新井眼風(fēng)險(xiǎn)，從以下幾個(gè)方面制定優(yōu)化改進(jìn)方案。

3.1 軌跡設(shè)計(jì)和定向鉆具組合優(yōu)化

后續(xù)井進(jìn)行定向井軌跡設(shè)計(jì)時(shí)，在保證平臺整體井網(wǎng)布置合理和防碰安全的前提下，優(yōu)化簡化井眼軌跡設(shè)計(jì)，上部井段優(yōu)選簡單的二維井型，造斜段盡可能設(shè)計(jì)較低的全角變化率，使淺層松軟地層定向軌跡相對簡單平滑。對于三維需同時(shí)造斜和扭方位的井眼軌跡，應(yīng)盡可能降低設(shè)計(jì)扭方位幅度，每鉆完一個(gè)立柱及時(shí)倒劃眼修整井壁，避免出現(xiàn)局部較大全角變化率。實(shí)際施工時(shí)，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)實(shí)施，一旦造斜率落后設(shè)計(jì)，在滿足防碰和地質(zhì)油藏需求的前提下可適當(dāng)延長造斜段，避免因?yàn)樽肪被蚍轿恍纬删植看笕亲兓剩黾雍罄m(xù)鉆具通過風(fēng)險(xiǎn)。

定向鉆具組合方面，使用馬達(dá)鉆具時(shí)，對本區(qū)域造斜率對比分析，將淺層預(yù)斜馬達(dá)彎角從1.25°優(yōu)化為1.15°，滿足造斜率的同時(shí)，減少鉆進(jìn)期間井眼擴(kuò)大率和后續(xù)馬達(dá)鉆具下鉆遇阻風(fēng)險(xiǎn)；馬達(dá)鉆具需配合使用徑向短節(jié)等提速工具時(shí)，從第一趟鉆開始每趟鉆都選擇入井，保證鉆具組合前后剛性一致；使用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆具時(shí)，如考慮配合使用倒劃眼扶正器，使用欠尺寸扶正器以降低鉆具組合剛性；測井鉆具或通井鉆具組合盡可能簡化，鉆具剛性不超過鉆進(jìn)鉆具組合，并選擇與鉆進(jìn)鉆具尺寸相當(dāng)?shù)姆稣?；通井和測井鉆具使用大水眼攻擊性較弱的牙輪鉆頭，降低劃眼下鉆時(shí)出新井眼風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 鉆井參數(shù)和鉆井液方案優(yōu)化

淺部地層鉆進(jìn)改變常規(guī)海水開路大排量鉆進(jìn)思路，鉆穿水泥塞后，改用海水半開半閉路鉆進(jìn)，利用淺部地層泥巖分散自然造漿能力，維持海水膨潤土漿黏度30～35s左右，同時(shí)控制初始排量不超過3200L/min，垂深800m之前控制最高排量3500L/min，在滿足鉆井液攜巖環(huán)空返速的前提下，減少鉆井液對井壁的沖刷力，控制井徑擴(kuò)大率。

鉆進(jìn)期間每柱鉆完后泵入5～10m3高黏度膨潤土漿清潔井眼，高粘度膨潤土漿出鉆頭前后適當(dāng)控制鉆壓和機(jī)械鉆速，預(yù)防環(huán)空鉆屑瞬時(shí)大量堆積造成鉆具蹩卡，高粘度膨潤土漿全部返出井口前不停泵和降低排量，維持鉆屑上返效率和井眼清潔。每鉆進(jìn)150～200m左右，泵入高粘度膨潤土漿15～20m3左右，適時(shí)循環(huán)進(jìn)一步清潔井眼，減少鉆屑堆積。

通過高黏度膨潤土漿返出遲到時(shí)間推算，采用上述優(yōu)化措施后，垂深800m以上井段平均井眼擴(kuò)大率由35%降低至15%左右，同時(shí)上部井段巖屑堆積量明顯減少，倒劃眼起鉆時(shí)效提高30%。

3.3 工程措施優(yōu)化

對于上部井段定向井軌跡設(shè)計(jì)復(fù)雜，或因?yàn)榉琅鲲L(fēng)險(xiǎn)需較高造斜率的井，對井身結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，適當(dāng)增加上層套管下入深度，對淺層復(fù)雜軌跡井段提前進(jìn)行封隔，從根本上降低淺層復(fù)雜井段出新井眼風(fēng)險(xiǎn)。本區(qū)域先后對十余口淺層為三維增斜反扣扭方位復(fù)雜軌跡井進(jìn)行井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化，一開16in井眼中完井深由設(shè)計(jì)400m增加600～1000m不等，優(yōu)化控制二開12.25in井眼復(fù)雜軌跡井段長度，降低關(guān)鍵井段難度和風(fēng)險(xiǎn)。

鉆進(jìn)期間，優(yōu)化MWD測斜工具工作模式，縮短鉆具靜止測斜時(shí)間，在滿足傳輸信號的前提下使用測斜下限排量。MWD工具測斜失敗時(shí)，禁止同一位置重復(fù)測斜，繼續(xù)鉆進(jìn)5～10m后重新測斜。有條件還可選擇具備動態(tài)測斜能力的新型MWD工具，有效減少鉆具靜止循環(huán)時(shí)間。另外盡可能減少其他非必要鉆具靜止長時(shí)間循環(huán)工況，避免長時(shí)間定點(diǎn)循環(huán)沖刷形成局部臺階。

根據(jù)本區(qū)域明化鎮(zhèn)上部泥巖疏松易分散的特性，工程作業(yè)計(jì)劃上需考慮上部井段裸眼暴露時(shí)間，避免松軟泥巖段長時(shí)間浸泡后井壁失穩(wěn)。根據(jù)多口井實(shí)際作業(yè)經(jīng)驗(yàn)摸索，本區(qū)域上部井段裸眼安全暴露周期約為60h左右，工程上根據(jù)實(shí)際作業(yè)進(jìn)度，一井一策制定短起下鉆計(jì)劃，及時(shí)修整上部地層井壁并清理堆積的鉆屑，保證上部井壁穩(wěn)定，為后續(xù)其他作業(yè)順利進(jìn)行打好基礎(chǔ)。

3.4 起下鉆遇阻關(guān)鍵處理措施

倒劃眼起鉆至上部井段時(shí)，適當(dāng)控制倒劃眼速度均勻修整井壁，盡量不在造斜段長時(shí)間循環(huán)，能不下劃眼盡量不下劃眼。需要下放重復(fù)修整的井段，建議停泵下放或排量降至正常排量1/3以下劃眼，能不開轉(zhuǎn)速盡量不開轉(zhuǎn)速。上部地層比較軟，參考14井案例，若使用原倒劃眼參數(shù)下放時(shí)，即使在出新井眼的過程中，鉆具遇阻情況也并不明顯，泵壓、扭矩和懸重都不一定有較大變化，判斷較為困難。下鉆過程中遇阻，應(yīng)避免同一位置反復(fù)下放嘗試通過遇阻點(diǎn)，參數(shù)異常時(shí)及時(shí)開泵測斜對比軌跡數(shù)據(jù)，判斷是否已出新井眼，再考慮下步措施。

馬達(dá)鉆具下放遇阻時(shí)，建議上提鉆具至遇阻點(diǎn)10m以上位置，開泵測斜后，將馬達(dá)高邊調(diào)整至與鉆進(jìn)時(shí)工具面一致，再嘗試小排量下劃眼通過，如下放速度較快超過正常鉆進(jìn)速度2倍以上，可適當(dāng)提高下劃眼參數(shù)，最大排量不超過正常鉆進(jìn)排量的1/3，最大遇阻噸位不超過鉆進(jìn)時(shí)鉆壓。

旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆具下放遇阻時(shí)，可將鉆具上提至遇阻點(diǎn)10m以上，先嘗試快速下放觀察遇阻情況；若無法通過，上提鉆具至自由井段開泵建立通訊，確認(rèn)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具處于自由狀態(tài)，先嘗試小排量低轉(zhuǎn)速劃眼通過，必要時(shí)提高至旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工作排量，發(fā)指令至鉆進(jìn)工具面或高出鉆進(jìn)導(dǎo)向力10%～20%，使用工具最低工作參數(shù)劃眼下鉆通過。

4 結(jié)束語

渤海油田淺部松軟地層造斜井段，為出新井眼高風(fēng)險(xiǎn)井段，應(yīng)根據(jù)各區(qū)域地層特點(diǎn)從定向井軌跡設(shè)計(jì)，鉆具組合設(shè)計(jì)，工程與鉆井液方案優(yōu)化等方面制定針對性的控制措施，保證井眼軌跡平滑，井徑規(guī)則，井眼清潔，可有效降低出新井眼風(fēng)險(xiǎn)。

淺部地層應(yīng)根據(jù)安全周期控制裸眼暴露時(shí)間，及時(shí)通過鉆井液性能調(diào)整，倒劃眼起鉆，增加循環(huán)時(shí)間等方式清潔井眼和修整井壁，維持井壁穩(wěn)定，降低后續(xù)鉆具通過風(fēng)險(xiǎn)。

應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)場人員預(yù)防新井眼意識，對易出新井眼的關(guān)鍵井段加強(qiáng)重視，做好起下鉆參數(shù)記錄和對比。下放遇阻后根據(jù)地層信息和軌跡數(shù)據(jù)，及時(shí)采用正確的參數(shù)和方式處理，避免人為原因出新井眼。