福山油田鉆井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)用現(xiàn)狀

崔 露，張曉東，楊雪松，徐明磊，羅文麗

（1.渤海鉆探工程技術(shù)研究院，河北 任丘062552；2.南方石油勘探開發(fā)有限責(zé)任公司，海南 ?？?70100；3.華北油田公司合作開發(fā)部，河北 任丘062552）

井身結(jié)構(gòu)既是影響油氣井鉆完井安全生產(chǎn)的重要因素也是油氣田勘探開發(fā)鉆達(dá)目的層的先決條件。因此，井身結(jié)構(gòu)設(shè)計是鉆井工程設(shè)計的基礎(chǔ)，其合理性關(guān)系著鉆井工程的施工和經(jīng)濟效益，影響著油氣井的質(zhì)量和壽命。

目前井身結(jié)構(gòu)設(shè)計由早期的經(jīng)驗設(shè)計上升到以科學(xué)分析、計算為原則的系統(tǒng)工程設(shè)計階段，主要取決于對四條壓力預(yù)測剖面（地層孔隙壓力、坍塌壓力、破裂壓力、漏失壓力）、六個參數(shù)取值（抽吸壓力允值、激動壓力允值、井涌條件允值、正?；虍惓毫翰羁ㄣ@臨界值、鉆井液密度允值）、地質(zhì)巖性、復(fù)雜地層的分布（必封點的確定－垮塌井段、漏失井段）、井壁穩(wěn)定性、地下流體特性等的認(rèn)識程度和鉆井裝備條件以及鉆井工藝技術(shù)水平。

1 地質(zhì)概況

福山油田是位于海南島北部灣盆地的一個新生代含油氣凹陷油田，地質(zhì)條件復(fù)雜，多屬小型斷塊構(gòu)造。目前重點勘探開發(fā)區(qū)塊為花場、花東、永安、美臺，紅光及白蓮等，鉆遇地層從上而下依次為第四系、上第三系（望樓港組、燈樓角組、角尾組、下洋組）、下第三系（潿洲組、流沙港組）和前第三系（表1）。

表1 地質(zhì)分層巖性描述

油氣主要目的層為潿洲組二、三段及流沙港組流一、二、三段，油藏類型為凝析油氣田，圈閉高點埋深為1 600～3 900m。儲集層潿洲組以沖積扇、河流沖積平原相為主，河道沉積的砂巖十分發(fā)育，物性較好，為中高孔、中高滲型儲集層；流沙港組以三角洲前緣水下分支河道、河口砂壩和席狀砂為主，砂巖單層厚度變化大，為中低孔～中低滲型儲集層，具體表現(xiàn)為氣油比高，原油密度低。

2 福山凹陷地層壓力特性及復(fù)雜地層

2.1 地層壓力

地層壓力是鉆井工程設(shè)計和施工的重要地質(zhì)參數(shù)，直接關(guān)系到井身結(jié)構(gòu)的設(shè)計和各開次鉆井液密度的取值。地層壓力可以進行預(yù)測、監(jiān)測、檢測，主要體現(xiàn)形式是在未鉆井前利用鄰井以及本井區(qū)地震資料可以預(yù)測待鉆井的地層壓力，在鉆井過程中利用實鉆獲取的鉆井與錄井資料可以進行地層壓力監(jiān)測，而完鉆（或中完）后利用測井、測試資料可以進行檢測。針對福山油田花場、花東、永安、美臺、白蓮及紅光區(qū)塊，共統(tǒng)計300余井次的測試試油數(shù)據(jù)（表2）及實測地層破裂壓力數(shù)據(jù)（表3）。

根據(jù)已完鉆鄰井實鉆情況（地層壓力隨鉆監(jiān)測、井身結(jié)構(gòu)、鉆井液密度、井下復(fù)雜等因素）、實測測試試油數(shù)據(jù)及地層破裂壓力數(shù)據(jù)，利用測井?dāng)?shù)據(jù)（井深、自然伽瑪、縱波時差、井徑、體積密度），應(yīng)用地層壓力預(yù)測軟件聲波時差法進行地層壓力預(yù)測評估分析，得出福山油田地層壓力在同一井眼內(nèi)基本規(guī)律：孔隙壓力＜坍塌壓力＜破裂壓力。如，花8－6x井地層壓力預(yù)測數(shù)據(jù)（表4）－含流三段垂深最深井。

表2 已完鉆井測試試油統(tǒng)計分析

表3 實測地層破裂壓力數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

表4 花8－6x井地層壓力預(yù)測結(jié)果

2.2 復(fù)雜地層鉆井共性分析

1）上第三系望樓港組至下洋組地層巖性夾有玄武巖，上部鉆井過程中易發(fā)生井漏，且玄武巖可鉆性差，研磨性強，鉆井過程中蹩跳嚴(yán)重，經(jīng)常發(fā)生斷鉆具和卡鉆等井下復(fù)雜情況。

2）下第三系潿洲組底部以軟泥巖為主，具有可塑性，鉆井液造漿率高，易縮徑；同時，含大理的成巖性差的砂礫巖、礫狀砂巖及含礫細(xì)砂巖滲透性好、孔隙度大，鉆井過程中由于泥漿慮失量大，易形成虛厚泥餅，也易造成縮徑。起鉆過程中阻卡嚴(yán)重，劃眼過程時有蹩泵、跳泵現(xiàn)象發(fā)生。平均阻卡力200～400KN，起鉆后需多次正反劃眼才通過，如果操作不當(dāng)，鉆具靜止時間過長，還極易發(fā)生粘卡。

3）下第三系流沙港組流二段為硬脆性泥頁巖地層層理，微裂縫發(fā)育，斷口光滑平坦，泥漿濾失自由水侵入巖石后，易造成泥頁巖吸水膨脹，這種微裂縫有虹吸作用，易吸收濾液于裂縫內(nèi)，產(chǎn)生膨脹和水化應(yīng)力，進而發(fā)生剪切破壞，產(chǎn)生破碎，造成剝落、掉塊、垮塌；另外，地層本身具有應(yīng)力性垮塌的特性，鉆井過程中為了保護油氣層采取近平衡鉆進，泥漿密度不足以平衡坍塌壓力，也易造成掉塊垮塌。由于物理化學(xué)應(yīng)力性作用，在鉆井過程中易產(chǎn)生掉塊、垮塌，形成“大肚子”井眼和砂泥巖互層的鋸齒狀井眼。

3 現(xiàn)有井身結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)用

通過統(tǒng)計分析近兩年福山油田72口井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計及鉆井情況，認(rèn)為目前現(xiàn)有井身結(jié)構(gòu)主要為常規(guī)井身結(jié)構(gòu)及套管與鉆頭尺寸標(biāo)配，其形式有3種：①二開制鉆頭×套管系列為Φ311.2mm×Φ244.5mm＋Φ215.9 mm×Φ139.7mm；②二開制鉆頭×套管系列為Φ444.5 mm×Φ339.7mm＋Φ215.9mm×Φ139.7mm；③三開制鉆頭×套管系列為Φ444.5mm×Φ339.7mm＋Φ311.2 mm×Φ244.5mm＋Φ215.9mm×Φ139.7mm。

方案1：二開制井身結(jié)構(gòu)Φ311.2mm×Φ244.5mm（下深300～400m）＋Φ215.9mm×Φ139.7mm主要應(yīng)用于花場、白蓮區(qū)塊完鉆層位為流一段的評價、開發(fā)井。其在花場構(gòu)造花107、花108、花121斷塊及白蓮構(gòu)造蓮103斷塊完鉆井深（垂深）小于3 300m／3 500m（斜深），井斜角小于40°，最大完鉆鉆井液密度為1.24～1.26g／cm3。

方案2：二開制井身結(jié)構(gòu)Φ444.5mm×Φ339.7mm（下深350～450m）＋Φ215.9mm×Φ139.7mm主要應(yīng)用于：①花場構(gòu)造完鉆層位為流一段的開發(fā)井，完鉆井深（垂深 ）大于3 300m／3 500m（斜深）或是新斷塊第一、二口井，完鉆井深（垂深）小于3 300m／3 500m（斜深），最大完鉆鉆井液密度為1.27～1.33g／cm3；②花東構(gòu)造完鉆層位為流二、三段的評價、開發(fā)井，完鉆井深（垂深）小于3 300m／3 500m（斜深），最大完鉆鉆井液密度為1.40g／cm3以上；③白蓮區(qū)塊完鉆層位為流二、三段，完鉆井深（垂深）小于3 300m／3 500m（斜深），最大完鉆鉆井液密度為1.22～1.31g／cm3左右；④美臺區(qū)塊完鉆層位為流三段、長流組，完鉆井深小于3 100m（垂深）；⑤紅光區(qū)塊完鉆層位為流三段的井，最大完鉆鉆井液密度為1.27～1.36g／cm3。

方案3：三開制井身結(jié)構(gòu)Φ444.5mm×Φ339.7mm（下深200m）＋Φ311.2mm×Φ244.5mm＋Φ215.9mm×Φ139.7mm應(yīng)用如下：①花場構(gòu)造完鉆層位為流一段水平井及完鉆層位為流二、三段，完鉆井深（垂深）大于3 500m（斜深），最大完鉆鉆井液密度為1.34～1.50g／cm3左右；②花東構(gòu)造完鉆層位為流二、三段所有井；③永安構(gòu)造完鉆層位為流一段的所有井；④白蓮地區(qū)流二、三段井深超過3 500m的井；⑤美臺地區(qū)流三段井深大于（垂深）3 100 m的井；⑥紅光構(gòu)造完鉆層位為長流組的井。

4 應(yīng)用效果分析

分析已完鉆72口井實鉆情況（表5）得出，完鉆井深2 090.98～4 301.74m（垂深）／2 940～4 480m（斜深），主要井下復(fù)雜情況為上部地層井漏5井次、砂卡3井次、電測遇阻11井次、垮塌掉塊填井側(cè)鉆7井次等，紅光地區(qū)無發(fā)生任何井下復(fù)雜情況。

表5 已完鉆72口井技術(shù)指標(biāo)統(tǒng)計

（接上表）

5 結(jié)論及認(rèn)識

1）目前，這3種常規(guī)井身結(jié)構(gòu)方案能夠滿足福山油田勘探開發(fā)鉆井的需求，在經(jīng)濟性、高效性及配套附件等方面可行性較高。由于井身結(jié)構(gòu)設(shè)計綜合考慮到了各種因素，應(yīng)根據(jù)因素條件變化情況，在確保安全鉆進的前提下可以適當(dāng)優(yōu)化，從整體上進一步節(jié)約高投資成本。

2）根據(jù)花場流一段已完鉆水平井地層壓力和實鉆情況，在采用強抑制性鉆井液體系的前提下，建議試驗二開井身結(jié)構(gòu)Φ444.5mm×Φ339.7mm（下深400m）＋Φ215.9mm×Φ139.7m。

3）根據(jù)工程設(shè)計中地層壓力評估、實測試油和已完鉆井實鉆情況調(diào)研分析，在施工方進一步強化鉆井液性能的條件下，建議花場、白蓮及美臺完鉆層位流一段，完鉆井深小于3 500m，采用方案1的井身結(jié)構(gòu)；花東、白蓮、美臺完鉆層位為流二、三段、永安完鉆層位為流一段，井深小于3 500m，采用方案2的井身結(jié)構(gòu)；其余完鉆層位的井則采用方案3的井身結(jié)構(gòu)。

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