北部灣盆地開(kāi)發(fā)井表層鉆井模式

趙寶祥陳江華徐一龍鄭浩鵬殷水平

（1.中海石油（中國(guó)）有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057；2.中海油田服務(wù)股份有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057）

北部灣盆地開(kāi)發(fā)井表層鉆井模式

趙寶祥1陳江華1徐一龍1鄭浩鵬1殷水平2

（1.中海石油（中國(guó)）有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057；2.中海油田服務(wù)股份有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057）

引用格式：趙寶祥，陳江華，徐一龍，等.北部灣盆地開(kāi)發(fā)井表層鉆井模式［J］.石油鉆采工藝，2015，37（6）：23-26.

南海西部海域北部灣盆地地質(zhì)條件復(fù)雜，進(jìn)行開(kāi)發(fā)井表層鉆井時(shí)，存在井壁失穩(wěn)、鉆井液性能不易控制、井眼軌跡不易控制等問(wèn)題，導(dǎo)致表層鉆井井眼攜巖困難、定向滑動(dòng)鉆進(jìn)摩阻大效率低，還存在較大的防碰風(fēng)險(xiǎn)。而目前該盆地以低品位油氣藏或邊際油氣田為主，油田開(kāi)發(fā)效益低，因此需要進(jìn)行有效的鉆井成本控制。介紹了北部灣盆地開(kāi)發(fā)井表層鉆井的技術(shù)難點(diǎn)；通過(guò)優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)、選用經(jīng)濟(jì)適用型海水膨潤(rùn)土漿鉆井液體系、優(yōu)化設(shè)計(jì)螺桿鉆具組合及改進(jìn)隨鉆測(cè)量系統(tǒng)，形成了一套提高該盆地開(kāi)發(fā)井表層鉆井效率、降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)的方法。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，該模式能在保障作業(yè)安全與質(zhì)量的前提下，提高鉆井效率，降低鉆井成本，該模式也可為現(xiàn)場(chǎng)施工人員提供技術(shù)參考。

北部灣盆地； 開(kāi)發(fā)井； 表層鉆井； 作業(yè)模式； 鉆井效率

在進(jìn)行北部灣盆地開(kāi)發(fā)井表層鉆井過(guò)程中，鉆遇的角尾組泥巖易水化膨脹縮徑，導(dǎo)致起下鉆阻卡；表層鉆進(jìn)排量大、含砂量高導(dǎo)致鉆頭沖蝕嚴(yán)重，影響鉆頭使用壽命；井深摩阻大、深層定向工具面不穩(wěn)定導(dǎo)致鉆進(jìn)效率低；隨鉆測(cè)量工具穩(wěn)定性差，導(dǎo)致定向鉆進(jìn)及隨鉆測(cè)量效率低等。而該盆地是一個(gè)開(kāi)發(fā)程度超過(guò)30年老礦區(qū)，經(jīng)過(guò)多年的持續(xù)開(kāi)發(fā)，目前以低品位油氣藏及邊際油氣田為主，油田開(kāi)發(fā)效益低，因此需要進(jìn)行有效的鉆井成本控制。而海洋油氣資源的開(kāi)發(fā)受客觀(guān)環(huán)境的制約，成本一直居高不下，提高作業(yè)時(shí)效對(duì)提高海洋油氣田經(jīng)濟(jì)效益顯得十分重要［1］。

根據(jù)北部灣盆地的地質(zhì)特點(diǎn)，借鑒國(guó)內(nèi)外快速鉆井技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，不斷優(yōu)化開(kāi)發(fā)井井身結(jié)構(gòu)，采用海水膨潤(rùn)土鉆井液體系快速鉆進(jìn)、高效率定向鉆進(jìn)等技術(shù)方案，形成了一套成熟的開(kāi)發(fā)井表層鉆井作業(yè)模式，在保障作業(yè)安全與質(zhì)量的前提下，極大地提高了鉆井效率，為北部灣盆地縮短建井周期、降低油田開(kāi)發(fā)成本、開(kāi)發(fā)邊際油田提供了有力的保障。

1　鉆井難點(diǎn)

北部灣盆地已開(kāi)發(fā)的油田有潿11-4、潿12-1、潿11-1、潿11-1N及潿6-8等，常規(guī)開(kāi)發(fā)井井身結(jié)構(gòu)為：?609.6 mm隔水導(dǎo)管+ ?444.5 mm井眼（?339.7 mm套管）+?311.1 mm井眼（?244.5 mm套管）+ ?215.9 mm井眼（?177.8 mm尾管）。一般隔水導(dǎo)管由工程打樁錘入，鉆井作業(yè)從?444.5 mm井段開(kāi)始，因此習(xí)慣將該井段作業(yè)稱(chēng)為表層作業(yè)。

1.1易發(fā)生井壁失穩(wěn)

北部灣盆地內(nèi)存在3條大的斷裂帶，其中2號(hào)斷裂帶附近的潿洲組二段地層上部地層沉積了大段的灰色泥巖，該灰色泥巖微裂隙發(fā)育，極易吸水膨脹、垮塌，且坍塌壓力高［2］。已開(kāi)發(fā)油田的儲(chǔ)層主要分布在潿洲組和流沙港組，因此，表層套管下深對(duì)于開(kāi)發(fā)井井身結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化起到?jīng)Q定性作用。

位于2號(hào)斷裂帶附近的潿10-3油田、潿12-1油田是井壁失穩(wěn)的“雷區(qū)”，2個(gè)油田開(kāi)發(fā)井作業(yè)中井壁失穩(wěn)、井漏、卡鉆事故率高。經(jīng)過(guò)分析，認(rèn)為該區(qū)域開(kāi)發(fā)井表層?339.7 mm套管下深淺（一般下在800 m左右），致使套管鞋附近地層承壓有限，而在?311.1 mm井段鉆井作業(yè)中為了平衡地層坍塌壓力，使用較高密度的鉆井液，導(dǎo)致上部地層發(fā)生漏失，處理井漏時(shí)間過(guò)長(zhǎng)又可能導(dǎo)致下部潿二段地層垮塌。

1.2鉆井液性能不易控制

北部灣盆地表層砂泥巖互層，壓實(shí)程度低，成巖性差。而角尾組沉積大段綠灰色泥巖，水化造漿嚴(yán)重，固控設(shè)備處理能力有限，加上定向井工具限制了排量，巖屑不能被及時(shí)有效地?cái)y帶出井筒，在井筒內(nèi)水化導(dǎo)致鉆井液性能惡化。同時(shí)巖屑在環(huán)空“滾雪球”式的發(fā)展，形成泥團(tuán)不易被攜帶出井筒造成起下鉆困難，甚至堵塞循環(huán)系統(tǒng)，對(duì)作業(yè)效率和安全產(chǎn)生較大影響。這需要在鉆井液體系方面進(jìn)行針對(duì)性的改進(jìn)［3-5］。

北部灣盆地表層主要用2種鉆井液體系：聚合物體系和海水膨潤(rùn)土漿體系，這2種體系都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)。聚合物體系是以KCl抑制泥巖水化、PLUS抑制包被攜帶巖屑的，該體系抑制性強(qiáng)、濾失量低，但由于表層井眼容積大、鉆井液循環(huán)量大，客觀(guān)條件限制體系維護(hù)難度大，易出泥球，角尾組易縮徑，且成本較高。海水膨潤(rùn)土漿體系主要靠稠膨潤(rùn)土漿攜巖來(lái)保持井眼清潔，分散性強(qiáng)，不易起泥球，成本低；但是其濾失量大，深井滑動(dòng)摩阻大，定向滑動(dòng)鉆進(jìn)困難，不能形成有效的濾餅維護(hù)井壁穩(wěn)定，疏松砂巖易發(fā)生井壁坍塌，下洋組砂礫巖發(fā)育，地層易漏失，井下安全風(fēng)險(xiǎn)高。

1.3井眼軌跡不易控制

海上油氣田開(kāi)發(fā)井基本都是叢式井，井網(wǎng)密集，存在相對(duì)嚴(yán)峻的防碰風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)，北部灣盆地開(kāi)發(fā)井的造斜段幾乎均在表層，由于表層地層膠結(jié)疏松，影響井眼軌跡的控制。因此需要根據(jù)地層對(duì)井眼軌跡的影響規(guī)律，采用新工藝與工具，使得表層井眼軌跡的控制更加優(yōu)質(zhì)、高效，防碰措施更加安全有效［3-6］。

2　鉆井技術(shù)措施

2.1井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化

根據(jù)開(kāi)發(fā)井井壁失穩(wěn)機(jī)理和地應(yīng)力分布規(guī)律研究結(jié)果，并結(jié)合地層三壓力分析結(jié)果，對(duì)開(kāi)發(fā)井的井身結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，合理設(shè)計(jì)表層套管下深，表層套管下深從800 m到超過(guò)1 300 m，將下洋組易漏砂巖封隔。提高表層套管下深后，易垮塌井段上部地層的承壓能力大幅提高，為鉆開(kāi)易垮塌井段留足了鉆井液密度窗口，避免了后續(xù)井段井下漏失與垮塌并存的風(fēng)險(xiǎn)，使易垮塌井段鉆井事故率降為0。

2.2鉆井液優(yōu)化

上部地層可鉆性雖好，但存在角尾組泥巖膨脹縮徑及出泥球等問(wèn)題，同時(shí)，表層套管深度增加，會(huì)增加大尺寸斜井井眼清潔難度和大井眼定向滑動(dòng)鉆進(jìn)難度，因此，在已有海水膨潤(rùn)土漿體系基礎(chǔ)上，通過(guò)實(shí)驗(yàn)優(yōu)選了聚合醇、PAC-LV、FLO作為泥巖抑制劑和降失水劑，抑制了泥巖段井壁縮徑，增強(qiáng)了鉆井液潤(rùn)滑性，維護(hù)了井壁穩(wěn)定。主要思路是：（1）在該井段的上部（600 m以上）采用海水鉆進(jìn)、稠膨潤(rùn)土漿段塞攜巖的措施。（2）600～800 m屬于疏松砂巖段，從防止疏松砂巖垮塌方面考慮，使用海水膨潤(rùn)土漿鉆進(jìn)，提高鉆井液的流態(tài)，調(diào)整其黏度在32 s左右，提高懸浮性；向循環(huán)系統(tǒng)補(bǔ)充0.5%的PAC-LV膠液，控制失水，維護(hù)井壁穩(wěn)定。（3）進(jìn)入角尾組后，控制鉆井液體系的膨潤(rùn)土含量，使泥巖鉆屑能夠充分水化分散，同時(shí)向循環(huán)系統(tǒng)補(bǔ)充聚合醇膠液。聚合醇膠液潤(rùn)滑性好，“濁點(diǎn)效應(yīng)”的特點(diǎn)使其具有較強(qiáng)的抑制能力，其分子在井壁泥巖表面聚集形成乳狀顆粒，阻止流體的侵入實(shí)現(xiàn)抑制泥巖水化的效果。通過(guò)聚合醇的使用，抑制了角尾組泥巖水化膨脹縮徑，同時(shí)也提高了體系的潤(rùn)滑性，解決了長(zhǎng)裸眼段海水膨潤(rùn)土漿滑動(dòng)摩阻大的難題，達(dá)到了抑制性和分散性的平衡，有效防止了泥球的產(chǎn)生，同時(shí)整個(gè)井段的摩阻小，定向鉆進(jìn)效率高。由于鉆井液在維護(hù)方面的優(yōu)化，降低了循環(huán)系統(tǒng)的含砂量，減少了鉆頭的沖蝕。待鉆進(jìn)至下洋組后，通過(guò)向循環(huán)系統(tǒng)補(bǔ)充高濃度的PAC-LV膠液或FLO膠液，轉(zhuǎn)化為海水聚合物鉆井液體系，達(dá)到降低濾失、穩(wěn)定井壁的作用，保證后續(xù)下套管作業(yè)的順利［7-8］。鉆井液性能見(jiàn)表1。

表1　3種鉆井液體系性能的對(duì)比

由于表層鉆井液使用量大，常規(guī)鉆井液成本高，要實(shí)現(xiàn)上述功能，必須尋求經(jīng)濟(jì)適用的鉆井液體系。對(duì)大井眼易水化泥巖，采用海水膨潤(rùn)土漿體系鉆進(jìn)，給予巖屑充分的水化空間，避免了巖屑抱團(tuán)出泥球現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了井眼清潔；在易水化縮徑地層，優(yōu)選抑制劑，解決井眼縮徑問(wèn)題；對(duì)于疏松砂巖，提高鉆井液流態(tài)，降低對(duì)井壁的沖刷，通過(guò)補(bǔ)充降失水劑達(dá)到維護(hù)井壁穩(wěn)定的目的；對(duì)于易漏失砂巖地層，優(yōu)選降失水劑并轉(zhuǎn)化為海水聚合物體系，降低鉆井液的濾失，避免沉砂卡鉆等復(fù)雜情況的發(fā)生；在實(shí)現(xiàn)井眼清潔的基礎(chǔ)上，提高體系潤(rùn)滑性及濾餅質(zhì)量，降低了大井眼螺桿鉆具深井定向滑動(dòng)鉆進(jìn)摩阻，提高了定向鉆進(jìn)效率。

2.3表層優(yōu)快定向技術(shù)

北部灣盆地開(kāi)發(fā)井的造斜段絕大部分在表層，由于表層地層膠結(jié)疏松、井深造成摩阻大，影響井眼軌跡控制。通過(guò)采用新工藝與新工具，使表層井眼軌跡控制更加優(yōu)質(zhì)、高效，防碰措施更加安全有效［7，9］。2.3.1 優(yōu)化鉆具組合 根據(jù)表層井段作業(yè)難點(diǎn)及特點(diǎn)優(yōu)化鉆具組合。目前該區(qū)域常用的表層定向井鉆具組合為：?444.5 mm牙輪鉆頭+ ? 244.48 mm螺桿鉆具（1.5°彎角）+ ? 393.7 mm扶正器+ ? 203.2 mm浮閥+ ? 203.2 mm 無(wú)磁鉆鋌+ ? 203.2 mmMWD+ ? 203.2 mm短無(wú)磁鉆鋌+ ? 203.2 mm定向接頭+ ? 203.2 mm變扣接頭+ ? 139.7 mm加重鉆桿。

優(yōu)化后的鉆具組合的優(yōu)點(diǎn)：

（1）減少了鉆鋌的使用，減小了鉆具和井壁的接觸面積，減小了定向滑動(dòng)摩阻，有利于定向鉆進(jìn)；

（2）降低了鉆具剛性，有利于起下鉆作業(yè)，減小了在疏松地層出新井眼的概率；

（3）采用銑齒牙輪鉆頭，有助于螺桿鉆具定向鉆進(jìn)工具面的穩(wěn)定，同時(shí)有利于對(duì)鄰井套管碰撞風(fēng)險(xiǎn)的控制；

（4）選用高扭矩的螺桿鉆具，克服定向鉆進(jìn)時(shí)鉆頭的反扭矩，大幅提高了機(jī)械鉆速及定向鉆進(jìn)效率，降低了螺桿鉆具的井下事故［5］。

該鉆具組合對(duì)井眼軌跡的控制也非一勞永逸，在實(shí)際作業(yè)過(guò)程中，對(duì)于不同的構(gòu)造，通過(guò)調(diào)整扶正器尺寸、合理利用地層增降斜規(guī)律，實(shí)現(xiàn)在高效作業(yè)情形下對(duì)井眼軌跡的有效控制。

2.3.2提高隨鉆測(cè)量系統(tǒng)的穩(wěn)定性 在表層鉆井作業(yè)過(guò)程中普遍使用Sperry-Sun 1200 MWD系統(tǒng)，采用國(guó)產(chǎn)化配件，并配合PCWD解碼系統(tǒng)。該系統(tǒng)前期在表層鉆進(jìn)過(guò)程中受高低頻噪音、管道壓力等因素影響，經(jīng)常出現(xiàn)數(shù)據(jù)解碼成功率較低的工況，導(dǎo)致作業(yè)過(guò)程中測(cè)斜一次成功率偏低（一次成功率僅有75%左右），螺桿鉆具定向滑動(dòng)時(shí)沒(méi)有實(shí)時(shí)工具面參考，對(duì)軌跡控制造成了不利影響，同時(shí)也降低了作業(yè)效率［9］。

為了提高解碼成功率，保證隨鉆測(cè)量穩(wěn)定性，提出使用2套地面解碼系統(tǒng)的方案，在使用PCWD的同時(shí)，增加了1套INSET解碼系統(tǒng)。第1套對(duì)高低頻噪音進(jìn)行濾波處理，第2套對(duì)壓力脈沖信號(hào)進(jìn)行解碼［9-10］。采用雙解碼系統(tǒng)后，測(cè)斜成功率達(dá)到了99%以上，定向鉆進(jìn)時(shí)有了實(shí)時(shí)工具面數(shù)據(jù)，提高了軌跡控制質(zhì)量，同時(shí)也極大地提高了作業(yè)效率。

2.3.3采用多點(diǎn)陀螺測(cè)斜技術(shù) 海上油氣田開(kāi)發(fā)井多是叢式井，井槽間距小，井網(wǎng)密集，存在碰撞風(fēng)險(xiǎn)。目前使用的隨鉆測(cè)量系統(tǒng)多為磁性測(cè)量，利用磁通門(mén)傳感器測(cè)量大地磁場(chǎng)強(qiáng)度的方式定向。這種工具在表層井網(wǎng)密集的情況下通常受到臨井套管磁場(chǎng)影響，無(wú)法真實(shí)地反映井眼軌跡走向，需要采用陀螺測(cè)斜儀來(lái)進(jìn)行定向和防碰繞障作業(yè)。

前期采用單點(diǎn)陀螺測(cè)斜儀進(jìn)行測(cè)量。單點(diǎn)陀螺測(cè)量每次只能測(cè)量1個(gè)深度的井斜和方位，在防碰嚴(yán)峻的開(kāi)發(fā)井項(xiàng)目中使用時(shí)，測(cè)量次數(shù)較多，效率低。針對(duì)這一情況，引進(jìn)了SRM多點(diǎn)自尋北陀螺儀，其優(yōu)點(diǎn)在于：

（1）多點(diǎn)測(cè)量，每次入井可以測(cè)量多個(gè)測(cè)點(diǎn)，對(duì)井眼軌跡實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的控制，也給后續(xù)井的防碰掃描提供連續(xù)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)；

（2）通過(guò)傳感器敏感、鉆頭線(xiàn)速度、井深測(cè)量值對(duì)誤差進(jìn)行評(píng)估，提高了測(cè)量的準(zhǔn)確性；

（3）高速、多通道可編程數(shù)據(jù)采集單元可以實(shí)現(xiàn)多傳感器數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，然后通過(guò)通訊單元直接傳輸?shù)降孛嫦到y(tǒng)；

（4）地面系統(tǒng)直接讀取數(shù)據(jù)，相比單點(diǎn)陀螺需要通過(guò)讀膠片的方式獲取數(shù)據(jù)，避免了人為誤差，提高了測(cè)量精度與效率［11-12］。

受儀器工作原理及結(jié)構(gòu)影響，在現(xiàn)場(chǎng)使用中，要保證儀器的居中度及避免管柱的震動(dòng)。因此，儀器帶有扶正翼，測(cè)量時(shí)儀器必須坐落于定向接頭內(nèi)。

3　現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

該作業(yè)模式在潿11-1N、潿6-8及潿6-9等油田進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。從應(yīng)用效果看，應(yīng)用該模式后的開(kāi)發(fā)井起下鉆速度和平均機(jī)械鉆速（表2）都有顯著提高。通過(guò)時(shí)效對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)平均每口井可以節(jié)省大約1.5 d的時(shí)間（折算成相同的井深），相當(dāng)于每口井節(jié)省鉆井費(fèi)用220萬(wàn)元，在一定程度上降低了油氣田開(kāi)發(fā)成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

表2　各油田表層起鉆效率對(duì)比

4　結(jié)論

（1）通過(guò)鉆井液體系的改進(jìn)，解決了大井眼巖屑攜帶困難、出泥團(tuán)的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了疏松砂巖、易漏失砂巖井段的安全鉆井，且降低了鉆井液成本；采用銑齒牙輪鉆頭配合高扭矩螺桿鉆具，不僅有利于定向鉆進(jìn)軌跡控制，還有利于機(jī)械鉆速的提高。通過(guò)技術(shù)改進(jìn)，形成了北部灣盆地開(kāi)發(fā)井表層高效鉆井作業(yè)模式，不僅提升了作業(yè)安全，還提高了鉆井效率，縮短了油田建產(chǎn)周期，降低了開(kāi)發(fā)成本。

（2）表層鉆井采用的經(jīng)濟(jì)適用型隨鉆測(cè)量?jī)x器抗沖蝕性有限，正常鉆進(jìn)排量下循環(huán)50 h即沖蝕嚴(yán)重，存在井下工具失效的風(fēng)險(xiǎn)，需要進(jìn)一步提高隨鉆測(cè)量?jī)x器配件的抗沖蝕性。

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（修改稿收到日期 2015-08-12）

〔編輯 景 暖〕

The pattern of surface drilling in development wells of Beibu Gulf Basin

ZHAO Baoxiang1，CHEN Jianghua1，XU Yilong1，ZHENG Haopeng1，YIN Shuiping2
（1. Zhanjiang Branch of CNOOC，Zhanjiang 524057，China；2. Zhanjiang Branch，CNOOC Energy Technology & Serνices Limiled，Zhanjiang 524057，China）

The geological conditions of Beibu Gulf Basin in the western South China Sea are very complex. When drilling the surface layers of development wells，there existed such problems as wellbore instability，difficulty in controlling drilling fluid properties，difficulty in controlling wellbore trajectory，and so no，which led to difficulty in sand carrying in surface drilling hole，large friction and low efficiency in directional slide drilling，and there also existed great risk of borehole collision. Now this Basin is mainly dominated by low quality oil/gas reservoirs or marginal oil/gasfields and the oilfield has low development benefit，so drilling cost must be controlled effectively. This paper presents the technical difficulties in surface drilling in development wells in Beibu Gulf Basin. A set of method which improves surface drilling efficiency in development wells in this Basin and reduces drilling risks has been developed by optimizing the wellbore configuration，using economic and applicable seawater bentonite drilling fluid system，optimizing the design of positive displacement motor assembly and improving the measurement while drilling system. The field application shows that this pattern can increase drilling efficiency and reduce drilling costs while guaranteeing drilling safety and quality. This pattern can also provide technical

for field workers.

Beibu Gulf Basin； development well； surface drilling； operation mode； drilling efficiency

TE242

B

1000-7393（ 2015 ） 06-0023-04 doi:10.13639/j.odpt.2015.06.006

趙寶祥，1981年生。2005年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（北京）石油工程專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)主要從事海洋鉆井技術(shù)研究工作。電話(huà)：0759-3911492。E-mail：zhaobx@cnooc.com.cn。