渤海潛山油藏鉆井配套技術的研究與應用

和鵬飛

(中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 300452)

渤海潛山油藏鉆井配套技術的研究與應用

和鵬飛

(中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 300452)

在海上某油田潛山裂縫性油藏鉆井開發過程中，存在地層易漏失、可鉆性差、鉆具磨損嚴重、井眼軌跡控制困難等諸多挑戰。在深入分析已鉆探井資料的基礎上，結合海上作業經驗，以控壓鉆井技術配合水包油鉆井液體系，通過優選先進鉆井工具(鉆頭、EcoScope隨鉆測井工具、減阻器以及螺桿馬達等)、優化鉆井參數等一系列措施，最終有力保證了潛山井軌跡控制，順利實現開發目的，成功避免復雜情況的發生。

海上油氣田；潛山油藏；鉆井；鉆具選擇；參數優化

0 引 言

海上某油田是渤海海域遼東灣水域的主力油田之一，開發層系為太古界變質巖潛山基巖和古近系沙二段砂巖。為了增加單井產量、提高采收率，潛山段多口井設計為水平井開發方式。但潛山地層普遍存在易漏失、巖石成分復雜、質地堅硬、可鉆性差等問題，開發初期出現井漏嚴重、造斜困難等復雜情況[1-5]。針對以上情況，對作業難度進行了系統分析，采取了優選鉆具提升適應性、改進關鍵工藝等一系列的舉措，形成一套切實可行的技術手段，成功解決該區域潛山油藏的開發問題。

1 鉆井作業難點分析

首先，儲層裂縫發育，潛山易漏。整個油田地層自上而下可劃分為第四系平原組(Qp)、上第三系明化鎮組(Nm)和館陶組(Ng)、下第三系東營組(Ed)、沙河街組(Es)及太古界，其中沙河街組二段及太古界為本油氣田的主要含油氣層系。太古界潛山地層儲層具有孔(洞)縫并存、非均質程度較高的雙重介質特點，承壓能力弱。初期鉆井作業采用常規過平衡鉆井工藝，鉆井液漏失嚴重且堵漏困難，如表1所示。該油田潛山段山頂海拔約為-1720m，孔隙度變化范圍為1.0%～11.7%，平均6.9%；滲透率變化范圍為0.07～351.0mD，多小于10mD。

表1 海上某油田嚴重漏失情況統計表

其次，地層質地堅硬，機械鉆速低，工具易損壞。本區潛山段巖性成分主要由二長片麻巖、斜長片麻巖、變質花崗巖基體與花崗巖侵入體兩部分組成，如圖1所示。地層堅硬、研磨性高、可鉆性差，以探井數據為例平均進尺1～5m/h，同時堅硬的地層與長時間鉆進導致造斜工具支撐部位過早磨損、工具造斜失效。圖2所示為某探井出井牙輪鉆頭情況，可以看出磨損嚴重。

圖1 海上某油田某井巖屑樣品Fig.1 Cuttings of buried hill

圖2 某井潛山段出井鉆頭Fig.2 Bit out of the hole

此外，地層非均質化，軌跡控制造斜難度大。該油田潛山井多以水平井為主，完鉆井斜在85°以上，同時要求命中雙靶。但潛山井入山時的中完井斜普遍只有50°～60°，潛山段鉆進要保證數百米進尺的同時，還有達到造斜和中靶精度要求，由此可見潛山軌跡要求難度大。并且由于地層可鉆性差，旋轉導向等先進設備不適合本區快速鉆進，只能使用常規馬達鉆具滑動造斜，如此導致一方面摩阻大鉆壓施加困難，另一方面沒有近鉆頭實時連續井斜數據，通過隨鉆測量(MWD)儀器測得的井斜數據，其測點到鉆頭的距離在20m以上，不利于井眼軌跡的控制。

2 海上潛山油藏鉆井關鍵技術分析

2.1 控壓鉆井配套技術

對于潛山油藏來說，儲層保護是實現高產的首要前提，因此欠平衡或者微欠平衡鉆井是潛山油藏的首選鉆井方式。但海洋鉆井不同于陸地鉆井，特別是作業場地極其有限，不能實現大規模或者大量設備的擺放和聯合作業的大規模開展。而與欠平衡鉆井技術相比，壓力控制鉆井(或稱控壓鉆井)不能實現鉆井全過程的欠平衡狀態，鉆井結束后對鉆井液適當加重后起鉆。該技術可很好地適應海上場地小設備擺放困難、環保壓力大等不利的作業條件，它繼承了欠平衡鉆井技術的大部分優點，同時又具有自身的技術優勢： 有利于發現油氣層、保護儲層，提高油氣產量，與常規鉆井相比可提高產能2～10倍，最高可達幾十倍。它有利于提高機械鉆速，提高作業效率，節約鉆完井成本。采用低密度鉆井液，對于低壓易漏失儲層，具有非常好的防漏效果。對于特殊的海洋環境、特殊的海上鉆井平臺等作業條件要求嚴格的地區更便于組織實施，可順利實施海洋鉆井油層段“零排放”要求。可以通過控制排量實現近平衡條件下的安全鉆進。完鉆后對鉆井液適當加重，不需要井下套管閥或不壓井起下裝置，設備簡單[6-7]。

控壓鉆井技術在海上油田有過較多的應用實踐，在渤海油田渤中28-1油田、渤中13-1油田以及錦州9-3油田均有控壓鉆井作業的成功經驗[8-9]。海上所用控壓鉆井設備主要包括旋轉控制頭和液氣分離器等地面處理設備。

旋轉控制頭主要技術參數如下。靜止工作壓力5000psi(1psi≈6.895kPa)；旋轉工作壓力2500psi；軸承總成通徑φ178mm；最大旋轉速度150r/min；底部連接符合美國石油學會(API)標準的13-5/8英寸×5M法蘭(1英寸≈2.54cm)，BX160鋼圈。其他輔助設備包括監控箱、動力站、備用膠芯(內徑127mm)以及安裝、操作輔助設備等。地面處理設備包括： 液氣分離器1臺，處理量200m3/h；節流管匯1套；燃燒臂2套。

防噴器組合方式為： 旋轉控制頭+升高短節+環形防噴器+雙閘板防噴器(剪切閘板+φ127mm鉆桿閘板)+鉆井四通+閘板防噴器(φ127mm鉆桿閘板)。

2.2 水包油鉆井液

水包油鉆井液是一種低密度欠平衡水基鉆井流體，既保持了水基鉆井液的特點，又具備了油基鉆井液的特點，適合于井壁穩定地層的欠平衡鉆井作業。水包油鉆井液是將一定量的油分散在淡水或不同礦化度的鹽水中，形成的一種以水為連續相、油為分散相的水包油乳狀液。它由水相、油相、乳化劑和其他處理劑組成，其中水相是水包油鉆井液的外相(分散介質)，油相為其內相(分散相)，以高閃點、高燃點和高苯胺點的礦物油，如柴油、原油和白油為主。

在該油田潛山鉆井作業中，結合先前渤中28-2鉆井作業經驗，對水包油鉆井液組分進行了優化。基本配方： 海水/氣制油(或白油)70∶30+NaOH23kg/m3+PF-WOCOAT 10～15kg/m3+PF-WOEMUL 20～30kg/m3+PF-WOVIS 4～6kg/m3+PF-WODFL 10～15kg/m3。熱滾條件： 110 ℃×16h。為了保證水包油鉆井液在海上安全使用，室內分別就其熱穩定性、與原油的配伍性、抑制性、潤滑性、油層保護性進行評價。

2.3 鉆井工具優選

2.3.1EcoScope隨鉆測井工具

鑒于本區塊潛山地層可鉆性差，鉆具磨損情況嚴重，只能在使用常規馬達和牙輪鉆頭的基礎上，通過優選性能先進、適應性好的鉆具來盡量提高鉆具的整體能力。因此，項目首次引進斯倫貝謝新型EcoScope隨鉆測井工具，以輔助解決井眼軌跡控制、控壓等問題，同時實時監測井下鉆具動態。

EcoScope多功能隨鉆測井工具是斯倫貝謝公司2002年開始研發，并于2005年登陸中國市場的一款新型隨鉆測井儀器。它將全套地層評價、井眼軌跡確定和鉆井優化測量組合在一根8～9m長的鉆鋌內(近鉆頭使用)，在保留地層評價參數傳感器的基礎上，增加了多項井下工具狀態測量，除提供井斜、方位等數據外，還可以提供隨鉆環空壓力測量(ECD)、實時連續井斜、鉆具三軸震動(STICK值)等數據，從而在錄取地層地質資料的同時，實時監測井下工具的作業狀態。

圖3 EcoScope儀器
Fig.3 Photo of EcoScope

實際應用表明，ECD值、STICK值以及近鉆頭井斜等參數對于提高對井眼軌跡的控制、及時調節鉆井參數，減少井下危險情況發生、縮短鉆井周期、保護油氣層和降低鉆井成本等方面有十分顯著的效果。

2.3.2減阻器的使用

先期鉆井過程中出現過扭矩過大、鉆具損壞過快等情況。通過軟件對井下情況進行模擬，鉆臺扭矩達到35kN·m左右，接近38kN·m的上扣扭矩，因此分析后使用減阻器(見圖4)，以降低扭矩，改善此種狀況。減阻器主要安放在第一造斜段，減少鉆具同套管內壁的硬性摩擦，也可以改善受力及扭矩均很大的情況，所以此處安放能大幅降低鉆具受力情況，便于力的傳遞，減小扭矩，保護鉆具。

圖4 減阻器Fig.4 Drag reducer

2.3.3鉆頭的選擇

針對作業過程中出現的鉆具蹩跳較嚴重、鉆頭軸承密封失效快的情況，優選Smith公司的GF20鉆頭。軸承壽命為35萬轉。折算可使用2.5～3天。

2.3.4螺桿鉆具的選擇

針對牙輪鉆頭的作用機理，認為“對比其他主動鉆井參數，高轉數對潛山地層鉆速無明顯影響”，從而放棄使用“5/6頭常規馬達”，改用“7/8頭低轉高扭馬達”[10-11]。通過低轉高扭螺桿馬達和優選牙輪鉆頭的配合，降低了牙輪鉆頭的軸承轉速，變相延長了牙輪壽命，減少起下鉆次數，提高了機械效率。

3 技術成果應用

在上述關鍵技術的基礎上，又針對單項作業特點和單井作業情況制訂了更詳細的技術舉措。

以A21H井為例，該井為本區塊一口潛山水平井，采用三開次井身結構，φ311.15mm段進潛山即著陸，之后采用φ215.9mm井眼完成水平段。該井φ215.9mm井眼在垂深1791m(斜深2270m)左右和垂深1904m(斜深2604m)左右分別鉆遇斷距為50m和30m的斷層。實鉆過程中，鉆遇第一個斷層時發生微漏，通過上述技術的使用以及提前加入隨鉆封堵劑等材料，處理得當，使循環池液面基本穩定。后續實施的6口潛山井也均未發生漏失，如表2所示。

表2 海上某油田后續潛山井實施情況

3.1 潛山段鉆具組合

φ215.9mm牙輪鉆頭+φ171.45mm螺桿馬達(0.75°單彎角)+φ171.45mm浮閥接頭+φ203.2mm扶正器+φ171.45mm EcoScope+φ171.45mm MWD+φ171.45mm無磁鉆挺×2根+φ127mm加重鉆桿×12根+φ171.45mm隨鉆震擊器+φ127mm加重鉆桿×2根。

3.2 鉆井參數的選擇

結合鉆頭廠家6～18t的推薦鉆壓，鉆進初始鉆壓在8t上下，待正常后逐步加壓至13t左右。開鉆前，通過軟件對鉆具井下受力進行模擬，在高扭高阻的井段加放減阻器，改善鉆具受力、降低摩阻，同時保證鉆壓的有效傳遞。同時，使用EcoScope工具的STICK值實時了解鉆具井下三軸震動狀態，依據情況及時做出反應，避免工具不必要的損壞。

3.3 潛山段的軌跡控制

使用EcoScope工具，對泥漿排量比重、鉆井參數、滑動位置進行檢測，同時，在第一造斜段120～500m(即鉆具側向力最大處)使用減阻器減少鉆具磨損，改善受力狀況。

由于潛山地層堅硬、趨勢明顯，一旦增斜形成，后續調整十分困難；所以對該地層來說，井軌跡控制的重點在于先期處理，將不良趨勢抑制在初始階段，可達到事半功倍的效果。EcoScope儀器帶有近鉆頭井斜方位傳感器，可先于MWD提供參考數值，便于數據分析和先期處理，為后續操作留下空間。

EcoScope近鉆頭傳感器距鉆頭位置14m；MWD傳感器距鉆頭23m，兩者相距9m，通過對這9m數據的分析，可看出地層趨勢，及早采取下一步措施。A21H井的三開設計狗腿度2.1°/30m，即每9m的變化率應該在0.6°～0.8°，現場經驗是井斜增長控制在0.8°/9m以內。對比分析數據如表3所示。

從2832m開始井斜呈現加速增長趨勢，并在2855m 附近達到0.8°/9m。鑒于此，在2858m處進行了滑動作業，工具面放在左150°～180°，將這一過快增長趨勢抑制住了。A21H井鉆進過程中，密切關注井斜方位變化，經數次滑動，軌跡基本與設計吻合，達到了油藏目的。

3.4 控壓技術的實施

現場所用水包油鉆井液原漿密度為0.95g/cm3，經由專業軟件進行模擬不同排量下的循環當量密度，得出表4數據。海上某油田的潛山壓力系數為0.98g/cm3，現場所需循環當量密度越接近該值越好，對照表4可知，鉆進時排量應控制在1500～1750L/min為宜。同時，通過EcoScope工具對ECD值進行實時檢測。對起下鉆產生的壓力激動或巖屑堆積濃度過大引起的壓力激動起到提示作用，以及時對鉆井液密度及排量進行調整，確保ECD控制在1.08g/cm3以下，從而達到避免井漏的目的。

表3 MWD和EcoScope測斜數據對比分析

表4 不同排量下的井底循環當量密度

4 結 語

遼東灣太古界潛山油藏開發正在逐步成為渤海油田增產的主要目標點。近幾年太古界潛山油藏開發技術也在不斷發展，盡管潛山地層存在地質堅硬、研磨性高等特點，但通過對軌跡的優化、工具的選擇以及參數的使用可以解決上述情況帶來的問題，最終達到對井眼軌跡的良好控制，成功達到作業要求。以A21H井為例的太古界潛山水平井軌跡控制技術的成功實施，為后續潛山壓控鉆進積累了寶貴經驗，也為今后勘探和開發潛山裂縫性地層提供了新的開發思路。同時可知，控壓鉆井技術、水包油鉆井液技術、先進鉆井工具優選等技術的配套使用是海上某潛山油氣層的開發中的首要選擇，EcoScope等先進工具的使用，可更好地控制井眼軌跡，了解井下動態，與太古界潛山油藏的高效、安全開發形成了配套技術。

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ResearchandApplicationofDrillTechniqueinBohaiOilfieldBuriedHillReservoir

HE Peng-fei

(CNOOCEnerTech-Drilling&ProductionCo.,Tianjin300452,China)

Different problems such as presence of formation leakage, poor drillability, drilling tool wear, difficult well trajectory control exist in offshore oilfield buried hill reservoir drilling development process. To solve these problems, first of all, an in-depth analysis of the drilling, is made. Based on the analysis results, combined with the experience of offshore operations, several measures are applied, including managed pressure drilling (MPD), oil in water mud system, optimization of tools (especially bit, EcoScope, drag reducer and screw motor) and parameters optimization. With the application of these measures, trajectory control is achieved for all buried hill wells, the reservoir development purpose is attained, and no drilling accident happens. The use of these technologies forms a series of supporting solutions to the development of offshore oil field in buried hill wells.

offshore oil and gas field; buried hill reservoir; drilling; tools selection; parameter optimization

TE53

A

2095-7297(2017)01-0019-06

2017-01-06

和鵬飛(1987—)，男，工程師，主要從事海上鉆完井監督技術工作。