肯基亞克油田高密度水平井鉆井技術集成應用

陳來軍，石文玉，杜 平，駱 驥，李清磊

（中石油西部鉆探國際鉆井公司，新疆烏魯木齊830026）

肯基亞克油田高密度水平井鉆井技術集成應用

陳來軍*，石文玉，杜 平，駱 驥，李清磊

（中石油西部鉆探國際鉆井公司，新疆烏魯木齊830026）

肯基亞克鹽下油田是中油股份在中亞市場上一個重要勘探區域，近年來，為了更好地開發鹽下石炭系油藏，提高單井產量，加快油田的開發建設，開始實施大斜度井、水平井作業。但由于該區目的層深埋4300m以下的石炭系，地層壓力系數1.84以上，鉆井液密度高（1.95～2.0g/cm3），地質條件復雜，巨厚鹽層卡鉆、井噴、井漏、井壁失穩等，特別是更改為四層井身結構后，水平段小井眼高密度鉆進，更增加了鉆井施工難度，導致水平井鉆井成功率較低，嚴重影響了肯基亞克油田的勘探開發速度。近5年通過在該區塊5口不同類型井的鉆探，其中2口水平井，1口定向井，2口直井，總進尺22993m，形成了一套比較成熟的以高壓噴射、防斜快打、個性化PDC螺桿復合鉆、鉆頭優選、渦輪+孕鑲PDC、高密度水平井—小井眼井事故復雜預防等為主的高密度水平井鉆井集成工藝技術應用。

肯尼亞克；水平井；高密度；集成工藝

1 油田概況

肯基業克油田處于濱里海盆地東緣的烏拉爾—恩巴鹽丘構造帶中部的肯基亞克鼻狀隆起上，位于阿克糾賓斯克市以南220km處，東南距扎納若爾油氣田約45km，油田地表為丘陵平原，地面海拔170～220m。該區屬典型的大陸性氣候，夏季炎熱，冬季寒冷，季節溫差大（-45℃～40℃),11月中旬至次年4月通常為大雪覆蓋，積雪厚度20～30cm。

該油田自2003年開始實施定向井作業，陸續打了近20口大斜度井、水平井，但機械鉆速總不能得到突破，曾創區塊記錄的H8023水平井平均機速僅1.2m/h，且事故復雜發生率居高不下，特別是2010年底該區塊更改四層井身結構小井眼裸眼完井后，水平井作業還是空白，更改結構后我們相繼完成5口不同類型井施工，為肯基亞克油田的高密度水平井鉆井技術起到了極大的推動作用。

2 難點分析

（1）表層500m以后進入古生界，多為膏質泥巖、砂礫巖、泥板巖，壓實性強，通常用牙輪鉆頭鉆進，機速難以得到突破；

（2）地層傾角大，自然方位穩定，從1200m以后開始易斜，參數得不到強化，井斜難以控制，制約著后期的定向施工，同時也影響著機速和周期；

（3）復合鉆大量使用，但由于PDC鉆頭與井下動力工具的選型受到限制，機速很難得到突破，同時在增斜段機速與造斜率存在著矛盾；

（4）泥漿密度偏高（1.95～2.0g/cm3），固相含量控制難度大，穩斜段長，鉆具易疲勞破壞；

（5）定向段由于高密度下作業，地層條件復雜，井深，定向儀器信號可靠性差，不但影響井眼軌跡的精度，而且經常會造成儀器故障多次起下鉆作業，嚴重影響了周期，同時也增大了事故復雜發生率；

（6）小井眼水平段鉆進作業，高密度條件下對起下鉆抽吸、井壁穩定性、井控安全等都是很大的考驗。

3 技術對策

3.1 鉆頭選型

（1）針對表層600m以前，地層較為疏松，剩下的井段多為砂質泥巖、砂、泥巖交替，改變以往牙輪鉆頭高壓噴射的方式，表層下部選用大尺寸PDC鉆頭GP19256/M223在提高鉆速的情況下，不但可以一趟鉆完成，而且能保證PDC的完好度，完成3口井的表層鉆探。

（2）二開井段多采用復合鉆，針對軟、中硬泥巖段采用五刀翼19mm復合片的四川百施特MS1952SS和新疆帝陛艾斯FX56SX3，泥板巖段采用16mm復合片的新疆帝陛艾斯SF55H3。

（3）定向段攜帶井下動力工具為保證造斜率、穩定性以及軌跡的平滑，采用高轉速浮動軸承金屬密封的馬達牙輪鉆頭MD517系列鉆頭或采用渦輪+孕鑲PDC鉆頭，小井眼水平段為提高機速，減少小井眼作業時間，采用川石克銳達13mm復合片的G434鉆頭。

3.2 鉆井方式選擇

確定了井身質量控制、地層可鉆性，以及定向段軌跡控制影響鉆井的原因后，綜合提速要求、井下安全及鉆井成本考慮，我們選擇螺桿+PDC（馬達牙輪）復合鉆進技術，它既是成熟技術，而且工具選擇寬度大，價格低廉，既滿足了快速鉆進和定向的需求，也增加了經濟效益，可以大范圍應用。

3.3 鉆具組合優選

（1）直井段防斜鉆具組合?？匣鶃喛藚^塊普遍采用“單三”塔式大鐘擺、“單二”小鐘擺鉆具結構進行防斜，在8207井的防斜快打中首次采用了倒裝鐘擺鉆具結構，也得到了防斜快打的效果。根據以往該區塊的鉆具結構防斜效果情況進行調研得知：1200～3000m是該區塊的井斜難以控制段，普遍采用的3種防斜鉆具結構均能達到較好的防斜效果，都保持在3°以下，但“單二”小鐘擺和倒裝鐘擺鉆具防斜效果更佳。

（2）定向段鉆具組合。定向增斜段鉆具組合，井斜角大于30°后用加重鉆桿代替鉆鋌，采用倒裝鉆具結構，斜井段使用18°錐度斜坡鉆桿，加重鉆桿放在直井段，使軌跡光滑以減少摩阻和扭矩。水平段鉆進主要使用導向鉆具組合，根據軌跡控制需要配以常規轉盤鉆具，導向鉆具組合采用小度數（0.75°～1°）單彎螺桿鉆具，帶單扶正器，在水平段和斜井段采用18°錐度斜坡鉆桿和部分加重鉆桿（便于平穩過渡），直井段用加重鉆桿，扶正塊使用350mm短扶正條，欠尺寸（208～210mm）螺旋穩定器。

3.4 鉆井液體系優選

肯基亞克鹽下井進入2500m后井塌問題開始突出，井壁穩定性成為鉆井液維護的重點，3000m后開始進入下二疊系孔谷組鹽層，因此通常會在3000m之前逐漸提高鉆井液密度，增加井漿中鹽水的飽和度，以控制井壁的失穩，根據肯基亞克鹽下水平井對鉆井液的要求和地質特性，我們多采用兩性離子聚合物+聚磺飽和鹽水體系和飽和鹽水聚磺體系，并加入液體或固體潤滑劑增加鉆井液的潤滑性。

3.5 事故復雜預防措施

（1）從事故預防及事故快速處理2方面分析，嚴格落實技術管理及規程落實，做好施工風險識別、評估以及應對措施；

（2）精細鉆井液日常維護，防止井壁失穩和起下鉆遇阻等現象發生；

（3）隨時掌握井眼軌跡的變化，分析井下鉆具在軌跡中鉆具剛度與井眼曲率的相容性，及時做好鉆井液的潤滑工作；

（4）加強鉆具的管理，特別是小鉆具，地面仔細檢查，嚴格按照要求做好探傷工作；

（5）水平井鉆井作業，井下動力鉆具使用較多，不同型號直螺桿和各種度數的單彎螺桿，地面細心保養，入井前仔細檢查和測試。

4 現場技術實施應用

4.1 表層提速技術應用

根據表層地質特性以及以往鉆井經驗，在5口井的現場施工中，我們普遍選用的高壓噴射鉆井技術和大尺寸PDC鉆進技術來達到提速的目的。具體應用情況如表1所示。

從表1數據可以看出，大排量、高泵壓的高壓噴射鉆進可以有效提高表層的機械鉆速，8079井60～70MPa的排量和18MPa的泵壓使得三階段高壓噴射提速技術得到很好的發揮，相比其他三口井平均機速提高38.59%。但三階段噴射對設備提出了很高的要求，隨著設備的老化，往往實現不了三階段噴射鉆進。因此在此基礎上8207井在既滿足現場排量又能提高機速的情況下，應用了?444.5mm大尺寸PDC鉆頭GP19256/M223，表層平均機速達到5.69m/h，相比其他井機速提高119.65%，提速效果非常明顯。

4.2 防斜快打技術應用

在8207井的鉆進施工中，“單二”鉆具組合復合鉆進井斜沒有得到有效控制，二開后便開始采用20kN的鉆壓輕壓吊打，施加不上鉆壓，嚴重影響著機速，因此在2206～3177m井段采用了倒裝鐘擺鉆具組合。

鉆具結構：?311mmFX56SX3+?203mm直螺桿+?228mmDC×2根+?310mmF+?203mmDC×6根+?178mmDC×9+?139.7mmDP。

鉆井參數：鉆壓60～80kN，轉速65r/min+螺桿，排量45L，泵壓12～16MPa。

電測數據顯示，8207井該段平均井斜1.19°，相比距該井3km的8073井“單二”下同井段井斜1.38°對比，下降16%。

在井斜得到有效控制的情況下，通過螺桿+PDC復合鉆進技術，機械鉆速達2.04m/h，比臨井同井段平均機速（1.63m/h）高出25.15%。

表1 各井表層鉆進情況

4.3 螺桿+個性化PDC復合鉆井技術應用

二疊系孔谷階地層巖性主要以泥巖為主，地層較純，非常適合PDC鉆頭+螺桿全面復合鉆進，是提高該井段速度的主要辦法。在8207井施工中，大量應用了203mm螺桿復合鉆技術，螺桿多以大漠和中程廠家為主，該螺桿不僅可以滿足大排量鉆進，而且還提高清洗井底效果，防止重復切削，同時螺桿的使用壽命可達300h之多，從而可以減少起下鉆次數，提高了純鉆時效和機械鉆速。

8207井復合鉆進尺2480m，占二開總進尺的98.8%，平均機械鉆速1.87m/h，與其他井二開平均機速（1.3m/h）相比提高43.85%。在其他井及該井的施工中發現19mm復合片PDC崩斷齒現象較為普遍，本井在3515～3710m井段嘗試采用了16mm復合片PDC鉆頭，機械鉆速達到1.26m/h，相比以往井同井段平均機速（0.44m/h）提高186.36%。同時二開井段僅用兩只PDC鉆頭，相比以往需要3只以上PDC鉆頭，節省了很大成本。

4.4 定向井技術應用

進入三開后，由于該區塊地層自然方位較為穩定，直井段施工方位一般都在200°～260°范圍移動，因此為了能夠嚴格按照設計軌跡定向，遵循“早扭方位，井斜略高勿低”的定向原則，通常會提前100～200m開始下入定向鉆具，以提前糾正設計方位，為后期增斜創造條件。

在8207井和8079井的增斜定向施工中，定向初期分別選擇了1.25°渦輪+孕鑲PDC和1.25°單彎螺桿+高速馬達牙輪鉆頭兩種定向增斜方式。

8207井：? 216mmK705STBPXXC+? 168mm 1.25°渦輪+MWD短接+?159mm無磁鉆鋌+?127mm加重鉆桿×10柱+?127mm鉆桿。

8079井：?216mmMD517+?172mm1.25°單彎螺桿+MWD短接+?159mm無磁鉆鋌+?127mm加重鉆桿×16柱+?127mm鉆桿。

通過現場施工，渦輪增斜過程中，由于造斜工具剛性和機速因素的影響，造成工具面難以穩定，造斜率達不到設計軌跡要求，實際造斜軌跡延后于設計軌跡，渦輪造斜與螺桿造斜效果對比見圖1。

圖1 渦輪造斜與螺桿造斜效果對比

通過圖1對比分析，渦輪增斜效果不佳，但在小斜度（30°左右）定向井作業中，較小造斜率能夠滿足軌跡要求，而且能夠提高機械鉆速，在8073井定向增斜施工中，渦輪增斜就得到了很好的發揮。平均增斜率4.2°/30m，平均機速1.48m/h。

4.5 高密度鉆井液技術應用

根據肯基亞克鹽下區塊地層特性，主要采用強抑制性、極好抗鹽、鈣能力、良好的潤滑防卡能力、優異的流變特性及良好的封堵防塌能力的兩性離子聚磺飽和鹽水泥漿體系。

鉆井液配方如下：

3%～4%坂土+0.2%～0.3%純堿+0.2%～0.3%燒堿+0.5%～0.75%FA-367+0.8%～1.0%XY-27+3% SMP-2+2%EP-1+3%ZD-1+18%～20%NaCl。

三開后泥漿維護處理的重點是保持泥漿在三高（高密度、高溫、高礦化度）條件下良好穩定的性能，具體性能見表3，采用等濃度維護處理法，即加入泥漿中的膠液，其含鹽量和主要處理劑的濃度應與泥漿的含鹽量和處理劑濃度相當。

表2 鉆井液性能表

定向施工中，隨著井斜的增加，托壓現象會隨之嚴重，為了提高機械鉆速，減少托壓的干擾，主要采取液體潤滑劑與固體潤滑劑復配的方式提高泥漿潤滑性，以提高機速，防止壓差粘卡。潤滑劑的使用方法如下：

（1）在直井段鉆進，以液體潤滑劑HY-203為主，加量為2%。

（2）進入斜井段后，加大液體潤滑劑HY-203的含量至4%～6%。

（3)當井斜達到30°時，采用固體與液體潤滑劑復合防卡。均勻加入2%的固體潤滑劑HY-202。并隨井深每增加100m補充1t。

（4)當井斜超過60°后，每次起鉆前，在裸眼井段注入含固體潤滑劑塑料小球3%的防卡泥漿。

4.6 事故復雜預防技術應用

（1）直井段采用合適的防斜快打技術保證井身質量的優質，嚴格落實技術措施，為定向施工打好基礎；

（2）簡化鉆具結構，在斜井段和水平段采用倒裝鉆具，減輕下部鉆具重量，斜井段用斜坡鉆桿，加重鉆桿放在直井段，有效降低摩阻力和扭矩；

（3）每趟鉆堅持倒換鉆具，定期對鉆具進行探傷檢查，盡量選用較新的鉆具；

（4）堅持短起下制度，井斜大于50°后，每鉆完單根劃眼，鉆進40～60m短起下一次，有效清除井壁巖屑床；

（5）按照設計和現場施工情況，維護鉆井液性能，既保證高密度下鉆井液的懸浮攜砂與流變能力，抑制井壁穩定性，又要控制固相含量及有害物質，確保鉆井液的潤滑性，有效降低摩擦阻力。

4.7 整體應用效果

8207井在經過了井身結構改變為四層結構后的第一口水平井施工中，全井平均機速達1.78m/h，較曾創下區塊記錄的H8023井提高48.33%，鉆井周期230d，全井無事故、無復雜高效完成了高密度水平井施工任務。

5 認識與建議

（1）對于要求造斜率較大的增斜段建議采用單彎螺桿造斜，渦輪初期造斜率滯后，影響整體井眼軌跡的平滑；

（2）肯基亞克油藏地質條件十分復雜，在滿足軌跡要求的情況下，應盡可能減少軌跡調整和起下鉆次數，避免井下事故和復雜的發生；

（3）高密度水平井鉆井集成技術在肯基亞克鹽下區塊已初步形成配套技術，在以后的開發勘探中具有廣闊的發展前景。

[1]鉆井手冊（甲方）[M].北京：石油工業出版社，1988.

[2]水平井技術交流會論文集[C]//北京：中國石油天然氣股份有限公司勘探與生產分公司，2005.

[3]鄢捷年.鉆井液工藝學[M].北京.中國石油大學出版社,2006.

TE243

B

1004-5716(2015)12-0021-04

2014-12-26

陳來軍（1986-），男（漢族），山東濟南人，工程師，現從事鉆井工程技術、鉆井施工工藝等方面的研究和管理工作。