海油陸采鉆完井技術(shù)現(xiàn)狀分析

于琛 李萍 姜曉輝 王建龍 賈培娟 羅潔 劉軒 楊振 張美玲

1. 中國石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司工程技術(shù)研究院 天津 300280 2. 中國石油大學(xué)（北京） 北京 102249 3. 山東科瑞油氣裝備有限公司 山東 東營 257000

隨著海洋石油勘探開發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，深水海域油氣資源的鉆采技術(shù)和配套設(shè)備也不斷完善。但是，灘海區(qū)域處于沿岸潮間帶與深水域之間，由于灘涂地區(qū)的潮汐影響極其嚴(yán)重，駁船很難靠近油井場地的目標(biāo)位置，相對(duì)油田建設(shè)而言，屬于高難度施工區(qū)域[1]?！昂Ｓ完懖伞笔侵竿ㄟ^圍海造堤或建設(shè)人工島，并采用與陸地油氣藏相似的鉆井采油方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)灘海油氣資源的效益開發(fā)。它是在特殊的灘海環(huán)境條件、海工技術(shù)和陸采技術(shù)而形成的灘海油藏開發(fā)模式[2-5]。

1 海油陸采叢式鉆井技術(shù)

由于海油陸采技術(shù)是在人工島上進(jìn)行鉆進(jìn)，為了使人工島控制更多的儲(chǔ)層、更大的儲(chǔ)層面積，降本增效，使用了叢式井技術(shù)。

1.1 常規(guī)鉆井防碰技術(shù)

常規(guī)鉆井防碰主要通過防碰掃描、分離系數(shù)計(jì)算和柔性鉆具進(jìn)行防碰繞障。

灘海人工島井口間距小，井網(wǎng)密集，井眼軌跡在地下交錯(cuò)，極易發(fā)生井眼相碰，因此人工島上作業(yè)需要結(jié)合防碰掃描計(jì)算來評(píng)估井眼碰撞的風(fēng)險(xiǎn)。目前常用的防碰掃描算法有法面距離掃描、水平面距離掃描和最近距離掃描三種[6]；分離系數(shù)計(jì)算方法是評(píng)估井眼碰撞風(fēng)險(xiǎn)的主要方法之一。分離系數(shù)的計(jì)算方法主要包括：傳統(tǒng)方法、垂足曲法、中心向量法、最小間距法和縮放法[7]；

柔性鉆具技術(shù)在增大井眼直徑、增加延伸極限和可操控性等方面優(yōu)勢明顯，其由鉆桿短節(jié)鉸接相連而成，通過控制鉆桿短節(jié)長度和短節(jié)之間彎角（以下稱短節(jié)夾角），對(duì)鉆具造斜能力進(jìn)行調(diào)控，以滿足不同曲率半徑分支井眼的鉆井要求[8]。在灘海地區(qū)使用柔性鉆具需要搭配高轉(zhuǎn)速螺桿鉆具，能夠在保持高鉆進(jìn)速度的情況下保證井眼的實(shí)鉆井眼軌跡與設(shè)計(jì)井眼軌道誤差較小。

1.2 磁導(dǎo)向防碰技術(shù)

磁性導(dǎo)向鉆井技術(shù)是指利用磁性導(dǎo)向儀器測量信號(hào)源和儀器位置的距離和方位信息，控制井眼軌跡在目的層連通或者平行，是現(xiàn)有的導(dǎo)向鉆井技術(shù)的有效補(bǔ)充。磁性導(dǎo)向儀器根據(jù)磁場信號(hào)來源不同可分為兩大類：主動(dòng)磁場信號(hào)和被動(dòng)磁場信號(hào)。其中被動(dòng)磁場信號(hào)儀器在灘海油田鉆井施工現(xiàn)場中應(yīng)用的更加普遍。被動(dòng)磁場信號(hào)指的是完井套管本身產(chǎn)生的磁場信號(hào)或者是完井下入的磁性短套管產(chǎn)生的磁場信號(hào)。根據(jù)產(chǎn)生的磁場信號(hào)實(shí)現(xiàn)空間定位，主要包括水平井井眼軌跡跟蹤系統(tǒng)（PWT）、磁場信號(hào)跟蹤系統(tǒng)、磁測距系統(tǒng)（PMR）等。在南堡1-3人工島中使用了被動(dòng)防碰的工藝，能夠?qū)崿F(xiàn)4-6m的磁感應(yīng)控制半徑。

1.3 單筒雙井關(guān)鍵技術(shù)

單筒雙井技術(shù)是在采用較為成熟鉆井工藝的前提下，使用一個(gè)井位部署二口井的方法。該方法有效地突破了技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)了有限井位多布井的目的，進(jìn)而節(jié)省了油氣田開發(fā)的費(fèi)用。埕海1-1島和埕海2-2人工島都使用了單筒雙井技術(shù)提高了槽口利用率，有效解決了布井需求，提升了開發(fā)效果。埕海2-2人工島單筒雙井分為26寸井口及36寸井口兩種類型，二開型單筒雙井一開444.5鉆頭鉆完后采用580mm擴(kuò)眼器擴(kuò)眼后下入雙244.5mm套管，三開型單筒雙井一開采用占位鉆具形式使兩井眼分離。

2 海油陸采大位移鉆井技術(shù)

海油陸采作業(yè)中根據(jù)靶點(diǎn)的遠(yuǎn)近和密集程度使用了水平井、大位移井等多種井型。大位移井技術(shù)在海油陸采中的應(yīng)用，擴(kuò)大了人工島的控制范圍，提高了單個(gè)人工島平臺(tái)的利用效率。

2.1 鉆井液技術(shù)

鉆井液技術(shù)關(guān)系到大位移井井壁穩(wěn)定、攜巖及井眼凈化、潤滑及摩阻扭矩控制、油層保護(hù)等多個(gè)環(huán)節(jié)。灘海地區(qū)部署的均是大斜度、大位移定向井，由于地層原因攜砂困難，易形成巖屑床；安全密度窗口窄，極易發(fā)生井漏，起下鉆阻卡已成為普遍現(xiàn)象，因此，井壁穩(wěn)定、防漏堵漏、清潔井眼成為該區(qū)的施工難點(diǎn)。根據(jù)地質(zhì)條件和儲(chǔ)層差異，各油田中的鉆井液選型也不完全相同。

2.2 降摩減阻技術(shù)

受地面條件和地質(zhì)靶點(diǎn)的制約，灘海陸岸井臺(tái)大多數(shù)井型設(shè)計(jì)為大位移井及水平井。鉆井實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)：滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)井壁對(duì)鉆具的摩阻太大，導(dǎo)致鉆壓無法平滑地傳遞，經(jīng)常出現(xiàn)托壓、壓差卡鉆現(xiàn)象：由于水平段鉆柱所受摩阻較大，鉆壓無法有效傳遞到鉆頭上；長距離穩(wěn)斜段由于井斜角較大，大部分鉆壓損失在克服井壁摩阻上，產(chǎn)生托壓現(xiàn)象，降低了鉆探效率。

因此，水力振蕩器是目前緩解定向托壓最有效的方法之一。該工具可產(chǎn)生軸向振動(dòng)，帶動(dòng)附近鉆具振動(dòng)，降低鉆具與井壁之間的摩擦阻力，增強(qiáng)鉆壓傳遞的有效性，提高滑動(dòng)鉆進(jìn)效率，解決定向托壓問題。

2.3 井眼清潔技術(shù)

井眼清潔對(duì)海油陸采作業(yè)中鉆井速度、鉆井井下安全、油氣層保護(hù)等鉆井中的工藝問題具有不可忽視的作用。目前商業(yè)化應(yīng)用的井眼凈化工具主要有Halliburton公司的井眼凈化工具Cuttings Bed Impeller（CBI）；OILSCO公司的Hole clean系列井下工具；渤海鉆探工程技術(shù)研究院研發(fā)的BH-HCT井下工具、中海油能源發(fā)展工程技術(shù)公司研發(fā)的巖屑床破壞器和中石化集團(tuán)勝利石油工程有限公司研發(fā)的巖屑床清除器等。

2.4 鉆井提速技術(shù)

海油陸采技術(shù)主要使用鉆井提速工具來有效地解決大位移井鉆進(jìn)中機(jī)械鉆速低的難題。在大港油田海油陸采作業(yè)中使用的新型鉆井提速工具是自主創(chuàng)新研制的BH-IMT液動(dòng)沖擊器，其結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

圖1 BH-IMT液動(dòng)沖擊器結(jié)構(gòu)圖

經(jīng)過了在大港、冀東等地區(qū)現(xiàn)場試驗(yàn)，試驗(yàn)井段相使用比鄰井平均機(jī)械鉆速提高35.6%，節(jié)約鉆井周期82天。在大港油田的某井進(jìn)行了“Φ244mm液動(dòng)沖擊器+203mm水力振蕩器”的組合應(yīng)用，滑動(dòng)鉆進(jìn)期間鉆壓穩(wěn)定在120～140kN，工具面穩(wěn)定，無托壓現(xiàn)象，節(jié)省了滑動(dòng)鉆進(jìn)行程時(shí)間，平均機(jī)械鉆速2.69m/h，提高94.93%。

3 海油陸采固完井關(guān)鍵技術(shù)

在海油陸采技術(shù)中固、完井作業(yè)也是十分重要的一環(huán)。因?yàn)闉┖５貐^(qū)的地質(zhì)原因，容易出現(xiàn)井塌等復(fù)雜井下事故，所以結(jié)合灘海的海洋環(huán)境與陸采技術(shù)中的固、完井技術(shù)，形成適用灘海地區(qū)的優(yōu)質(zhì)、低成本的固、完井技術(shù)顯得尤為重要。

3.1 海油陸采固井關(guān)鍵技術(shù)

灘海地區(qū)海油陸采固井工藝的主要難點(diǎn)是防竄難度大、頂替難度大。為了解決這個(gè)問題，灘海地區(qū)使用了新型渦輪式振動(dòng)固井方案。振動(dòng)固井可以使膠結(jié)面的鉆井液殘留減少、頂替效率提高，密封承壓能力大為提高，總體上界面膠結(jié)質(zhì)量得到顯著提高；可以改變水泥漿的頂替流態(tài)，其周向流速給井壁增加周向剪切驅(qū)動(dòng)力，易于攜帶近井壁的泥漿和沖刷井壁上的泥餅，特別在不規(guī)則井徑處以及對(duì)因套管偏心造成的窄邊的泥漿頂替；下套管時(shí)如遇砂卡，可接泵循環(huán)，振動(dòng)可起到解卡作用。

3.2 海油陸采完井關(guān)鍵技術(shù)

灘海地區(qū)由于完井方法不一樣，具體的完井工藝和完井作業(yè)也不同。由于灘海地區(qū)儲(chǔ)層經(jīng)常出現(xiàn)高相對(duì)密度、高黏度、低凝固點(diǎn)、低含蠟量、油層層數(shù)多，油水關(guān)系復(fù)雜等情況。因此經(jīng)常出現(xiàn)油層出砂、檢泵頻繁、生產(chǎn)周期短等問題。表1中總結(jié)了渤海灘海地區(qū)油田常用的防砂完井方法。

4 分析與結(jié)論

（1）我國渤海灘海地區(qū)使用常規(guī)鉆井防碰技術(shù)和磁導(dǎo)向防碰技術(shù)進(jìn)行防碰繞障，利用單筒雙井技術(shù)實(shí)現(xiàn)有限井位多布井的目的，降低了叢式井的開發(fā)成本，增加了海油陸采技術(shù)的開發(fā)效率；

（2）我國渤海灘海地區(qū)海油陸采大位移井作業(yè)中形成了一套完整的鉆井液選型方法，使用水力振蕩器、巖屑床清除器、液動(dòng)沖擊器等來實(shí)現(xiàn)降摩減阻、井眼清潔和鉆井提速的目的；

（3）在海油陸采作業(yè)中使用振動(dòng)固井裝置、礫石充填完井、防砂完井等方法來解決渤海灘海地區(qū)因地質(zhì)因素導(dǎo)致的固完井作業(yè)難題。形成了一套適用灘海地區(qū)的優(yōu)質(zhì)、低成本的固完井技術(shù)；