大港油田優(yōu)快鉆井配套技術(shù)研究

譚松成，高學(xué)生，劉 彬，黃 帆

(1．渤海鉆探工程有限公司第一鉆井工程分公司，天津300280;2．西南石油大學(xué)，四川成都610500;3．中國(guó)地質(zhì)大學(xué)〈武漢〉工程學(xué)院，湖北武漢430074)

隨著淺層油氣資源的枯竭，油氣鉆井的完鉆井深逐漸增大。中石油自“八五”開(kāi)始持續(xù)攻關(guān)，僅2012年就完成4000 m以上深井643口，完成6000 m以上超深井近100口［1］。然而實(shí)踐表明，深部地層鉆井存在地層巖石可鉆性差、深部井段井底靜止溫度高、鉆頭加壓困難，以及壓力系統(tǒng)、儲(chǔ)層流體與工程力學(xué)復(fù)雜等諸多提速難點(diǎn)［2－4］，深部鉆井提速問(wèn)題日益凸顯。

大港油田是我國(guó)主要的油氣田之一，主要包括黃驊坳陷及其周緣地區(qū)。根據(jù)構(gòu)造特征，黃驊坳陷被分為北、中、南區(qū)和8個(gè)次一級(jí)凹陷，其中中區(qū)由板橋凹陷和歧口凹陷組成［5］，本文所研究的濱深24－5－27井即位于大港油田歧口次凹馬棚口構(gòu)造。該井北鄰馬東油田，西鄰馬西油田，東鄰歧口凹陷生烴中心，其構(gòu)造為一單斜背景上的局部洼，沉積體系為遠(yuǎn)岸水下扇重力流水道沉積。為探索適合大港油田的深井超深井優(yōu)快鉆井配套技術(shù)，本文結(jié)合濱深24－5－27井的鉆井實(shí)例展開(kāi)研究，通過(guò)優(yōu)選鉆井液體系、應(yīng)用精細(xì)控壓鉆井技術(shù)，以及高效PDC鉆頭+螺桿馬達(dá)復(fù)合鉆井技術(shù)，實(shí)現(xiàn)該井完鉆井深4510 m，鉆井周期36天，建井周期57天，全井平均機(jī)械鉆速為11.56 m/h，鉆機(jī)月速2697.01 m/臺(tái)，刷新了該井所在的渤海鉆探風(fēng)險(xiǎn)合作區(qū)塊歷史最高指標(biāo)。

1 鉆井難點(diǎn)與技術(shù)預(yù)案

濱深24－5－27井為開(kāi)發(fā)井，井型為三開(kāi)四段制定向井，設(shè)計(jì)井深4514.1 m(垂深4407 m)，完鉆井深4510 m(垂深4395.18 m)，鉆探目的是開(kāi)發(fā)井位所屬區(qū)塊的沙一下段油層。全井鉆遇對(duì)象為新生界地層，主要地層和巖石類型，以及可能發(fā)生的井下工程事故如表1所示。

表1 濱深24－5－27井鉆遇地層描述和工程事故提示

根據(jù)鄰井資料，預(yù)測(cè)本井目的層段板2地層靜壓為57.81 MPa(4092 m)左右，壓力系數(shù)為1.44左右，目的層段濱1地層靜壓為61.09 MPa(4325 m)左右，壓力系數(shù)為1.44左右，地溫梯度3.17～3.90℃/100 m，屬于異常高溫、高壓構(gòu)造巖性油藏。在保障井眼穩(wěn)定的前提下，為降低鉆井液密度，發(fā)現(xiàn)和保護(hù)油氣資源，并提高機(jī)械鉆速和固井質(zhì)量，設(shè)計(jì)要求在3950～4510 m采用精細(xì)控壓鉆井工藝。根據(jù)地層巖性剖面和井眼軌跡質(zhì)量的要求，本井施工主要存在下述6方面的技術(shù)難點(diǎn)，并提出了對(duì)應(yīng)的技術(shù)預(yù)案。

(1)直井段防斜是二開(kāi)井段施工的重點(diǎn)，要求0～2970 m 井斜≯2.5°。

(2)館陶底礫巖和東一段上部含礫不等粒砂巖注意防漏，提前加入隨鉆堵漏劑，卡準(zhǔn)層位，確保二開(kāi)封固?hào)|一段。

(4)三開(kāi)井段要求依次造斜、穩(wěn)斜、降斜，而地層可鉆性差對(duì)于深定向極為困難，容易造成定向拖壓、粘卡等井下復(fù)雜，井眼軌跡難以控制，應(yīng)保證泥漿潤(rùn)滑性能。

(5)三開(kāi)裸眼段1591 m，對(duì)泥漿的攜砂能力、固相含量、HTHP等要求較高，應(yīng)控制好鉆井液性能，預(yù)防東二段、東三段泥巖垮塌。

(6)三開(kāi)進(jìn)入3840 m后實(shí)施精細(xì)控壓鉆井技術(shù)，地質(zhì)提示沙一上段有異常高壓層，鉆進(jìn)中要防噴漏，并加強(qiáng)H2、CO2等氣體含量的監(jiān)測(cè)工作，防泥漿污染。

2 優(yōu)快鉆完井技術(shù)分析

2．1 鉆井液體系優(yōu)選

良好的鉆井液性能是保持井眼穩(wěn)定、防止井下復(fù)雜事故和鉆井提速的前提條件，濱深24－5－27井只在鉆進(jìn)至3637 m時(shí)出現(xiàn)過(guò)一次氣侵(全烴值最高90%)，并迅速完成泥漿性能調(diào)整。實(shí)踐當(dāng)中，三開(kāi)鉆進(jìn)至3840 m后開(kāi)始實(shí)施精細(xì)控壓鉆井技術(shù)直至完鉆，控壓鉆井過(guò)程中，隨著鉆井工況的變化，需要及時(shí)調(diào)整好鉆井液密度，平衡地層壓力。

一開(kāi)井段(0～500 m)地層為平原組和明化鎮(zhèn)組，技術(shù)難點(diǎn)是保持井眼凈化和防止井口垮塌，采用膨潤(rùn)土鉆井液體系，泥漿粘度控制為30～35 s，密度維持在1.03～1.10 g/cm3之間。二開(kāi)上部井段(500～2420 m)地層為明化鎮(zhèn)組和館陶組，技術(shù)難點(diǎn)是保持井眼凈化、防止明化鎮(zhèn)組泥巖縮徑和垮塌、防止館陶組底礫巖地層漏失，采用聚合物鉆井液體系，維持鉆井液粘度40～45 s，密度1.10～1.18 g/cm3。二開(kāi)下部井段(2420～2923 m)地層為東營(yíng)組，技術(shù)難點(diǎn)是保持井眼凈化和防止垮塌，采用硅基防塌鉆井液體系，維持鉆井液粘度45～50 s，密度1.20～1.25 g/cm3。三開(kāi)井段(2923～4510 m)地層為東營(yíng)組和沙河街組，技術(shù)難點(diǎn)是保持井眼凈化和井壁穩(wěn)定，同時(shí)加強(qiáng)泥漿潤(rùn)滑性能，防止定向過(guò)程中出現(xiàn)托壓現(xiàn)象，采用BH－KSM鉆井液體系，東營(yíng)組鉆井液粘度維持在45～55 s，進(jìn)入沙河街組后鉆井液粘度維持在55～65 s。

2．2 精細(xì)控壓鉆井技術(shù)的應(yīng)用

精細(xì)控壓鉆井技術(shù)是指在鉆井過(guò)程中，能精確控制井筒環(huán)空壓力剖面，有效實(shí)現(xiàn)安全鉆井的技術(shù)［6］，其核心即對(duì)井底壓力實(shí)現(xiàn)精確控制，保持井底壓力在安全密度窗口之內(nèi)［7］，可有效預(yù)防和控制溢流、井漏、避免井下出現(xiàn)復(fù)雜情況、大幅度降低非生產(chǎn)時(shí)間和縮短鉆井周期、有效保護(hù)油氣層、提高水平段延伸能力［8］。

濱深24－5－27井目的層為沙一段板2、板3油組，三開(kāi)地層孔隙壓力系數(shù)為1.27～1.39，坍塌壓力系數(shù)為1.34～1.53，井壁穩(wěn)定性問(wèn)題較大，且地質(zhì)預(yù)測(cè)沙一上地層可能存在異常高壓層，為大港油田一級(jí)井控風(fēng)險(xiǎn)井。鄰井采用常規(guī)鉆井工藝時(shí)，需要將鉆井液密度提高至井壁穩(wěn)定后才能實(shí)現(xiàn)安全鉆井(完鉆時(shí)鉆井液密度為1.52 g/cm3)，但過(guò)高的鉆井液密度會(huì)污染油氣資源，降低勘探開(kāi)發(fā)效果。濱深24－5－27井在采用PCDS－1精細(xì)控壓鉆井系統(tǒng)控壓鉆井之前，為維持井壁穩(wěn)定，鉆井液密度已提高到1.50 g/cm3。為實(shí)施控壓鉆井，需要在鉆井液循環(huán)系統(tǒng)流經(jīng)控壓設(shè)備之后，以每個(gè)循環(huán)周期降低0.02 g/cm3的速度逐漸降低鉆井液密度。以該井地質(zhì)設(shè)計(jì)提示的坍塌壓力系數(shù)1.53作為井底當(dāng)量循環(huán)密度，根據(jù)開(kāi)始控壓鉆井時(shí)的井深設(shè)定環(huán)空壓耗為3.5 MPa，取低限鉆井液密度為1.40 g/cm3，在鉆井過(guò)程中逐漸降低泥漿密度，計(jì)算的井口回壓控制數(shù)據(jù)提示如表2所示。

控壓鉆進(jìn)過(guò)程中，優(yōu)選泥漿密度1.40 g/cm3，運(yùn)用PCDS－1精細(xì)控壓鉆井系統(tǒng)控制井口回壓1～2MPa，保持井底ECD為1.53。接立柱時(shí)運(yùn)用回壓補(bǔ)償系統(tǒng)，補(bǔ)償井口回壓和環(huán)空壓耗4.5～5.5 MPa，保持井底ECD不變。若鉆進(jìn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)掉塊，增大井口回壓至4〗MPa(井底ECD為1.60)抑制掉塊。同時(shí)，循環(huán)提高密度，降低井口回壓至1～2 MPa，無(wú)掉塊恢復(fù)控壓鉆進(jìn)。

表2 井口回壓控制數(shù)據(jù)提示

2．3 高效PDC鉆頭+螺桿復(fù)合鉆井

為實(shí)現(xiàn)深井優(yōu)快鉆進(jìn)，濱深24－5－27井從二開(kāi)鉆井開(kāi)始，除采用三牙輪鉆頭穿館陶底礫巖之外，全部采用“高效PDC鉆頭+螺桿”復(fù)合鉆井技術(shù)提高機(jī)械鉆速。根據(jù)所鉆地層巖性進(jìn)行鉆頭選型，鉆頭使用效果如表3所示。

表3 濱深24－5－27井鉆頭使用效果

圖1 鉆頭使用后的實(shí)物照片

3 討論

按照鉆完井施工作業(yè)順序，將濱深24－5－27井同所在渤海鉆探風(fēng)險(xiǎn)合作區(qū)塊已鉆指標(biāo)井(濱深24－5－25井)進(jìn)行逐項(xiàng)比較，如表4所示。由表4可知，濱深24－5－27井鉆井周期36天，比指標(biāo)井提前8天完鉆，提速空間來(lái)源于機(jī)械鉆速的提高(全井平均機(jī)械鉆速提高15.27%)和生產(chǎn)組織的有序保障(二開(kāi)、三開(kāi)準(zhǔn)備時(shí)間節(jié)省31.68%)。

表4 濱深24－5－27井與指標(biāo)井(濱深24－5－25井)的鉆完井施工作業(yè)周期對(duì)比

完井周期與指標(biāo)井相比超出5.46天的時(shí)間，其原因是完井作業(yè)過(guò)程中出現(xiàn)2次電測(cè)遇阻和1次測(cè)聲幅遇阻。裸眼電測(cè)遇阻的常見(jiàn)原因包括井眼不規(guī)則、井壁摩擦阻力大、井壁垮塌、砂橋、鉆井液粘度過(guò)高，以及吸附粘卡等［9－10］。濱深24－5－27井電測(cè)遇阻點(diǎn)位于3320 m(井斜23.4°)和3490 m(井斜24.5°)，電測(cè)遇阻的原因是儀器偏心程度高，且井眼地層滲透性好，容易形成壓差粘卡遇阻。常見(jiàn)的測(cè)聲幅遇阻原因有2個(gè)方面［11－12］:(1)頂替液的粘度和切力過(guò)低，造成巖屑等固相沉積形成砂橋，造成測(cè)聲幅遇阻;(2)頂替液受到殘留水泥漿污染，造成污染處頂替液粘切值過(guò)高可能導(dǎo)致儀器下行困難;同時(shí)，污染處還有可能托住套管內(nèi)頂替液中沉淀的固相，造成測(cè)聲幅遇阻。濱深24－5－27井三開(kāi)測(cè)聲幅遇阻(3277 m)，分析原因?yàn)楣叹z塞在高溫條件下變形損壞，且由于高溫條件下水泥漿附著力強(qiáng)，導(dǎo)致井壁刮削不干凈，殘留水泥漿造成頂替液污染。

4 結(jié)論與建議

(1)濱深24－5－27井鉆井周期36天，比該區(qū)塊已鉆指標(biāo)井提前8天完鉆，提速空間來(lái)源于機(jī)械鉆速的提高(全井平均機(jī)械鉆速提高15.27%)和生產(chǎn)組織的有序保障(二開(kāi)、三開(kāi)準(zhǔn)備時(shí)間節(jié)省31.68%)。

(2)啟用精細(xì)控壓鉆井技術(shù)之前，應(yīng)落實(shí)常規(guī)鉆井技術(shù)向控壓鉆井轉(zhuǎn)換的具體方案，以及控壓鉆井過(guò)程中可能鉆遇的工況類型和應(yīng)對(duì)措施。

(3)高效PDC鉆頭+螺桿復(fù)合鉆井技術(shù)對(duì)實(shí)現(xiàn)深井超深井優(yōu)快鉆井提速具有重要意義，鉆井過(guò)程中應(yīng)在確保良好泥漿性能前提下，根據(jù)井身結(jié)構(gòu)和所鉆地層巖性，選擇高效鉆頭鉆進(jìn)，在定向井中應(yīng)特別注意鉆頭定向鉆進(jìn)時(shí)的工作特性。

(4)濱深24－5－27井在完井作業(yè)過(guò)程中發(fā)生了2次電測(cè)遇阻和1次測(cè)聲幅遇阻，后續(xù)在該區(qū)塊鉆井時(shí)應(yīng)注意避免發(fā)生類似井下復(fù)雜。

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