委內(nèi)瑞拉重油帶叢式三維繞障井水平井鉆井技術(shù)

車衛(wèi)勤 李瑾 杜晶 龔大洪

摘要：Morichal（莫里恰）區(qū)塊的水平井均采取叢式三維井開發(fā)，鉆井平臺緊湊，對鉆井施工要求高。該區(qū)塊由于地層較淺、成巖性較差、原油溶解氣易析出，在鉆井施工時經(jīng)常出現(xiàn)鉆具粘卡、壓差卡鉆、井眼垮塌、鉆井液氣侵等復雜情況，在以往施工中多次出現(xiàn)鉆具和LWD設(shè)備被埋井下的情況。在本文中，我們將通過總結(jié)該區(qū)塊已鉆井施工經(jīng)驗，充分分析地層特性，綜合優(yōu)化鉆井設(shè)計等技術(shù)措施，大幅度提高鉆井時效，降低成本，對該區(qū)塊水平井施工具有重要的參考意義。

本文結(jié)合該區(qū)塊已鉆井施工經(jīng)驗，充分分析地層特性，綜合分析鉆井設(shè)計，大幅度提高鉆井時效，降低成本，對該區(qū)塊水平井施工具有重要的參考意義。

關(guān)鍵詞：委內(nèi)瑞拉;重油帶;Morichal區(qū)塊;水平井;叢式三維井;軌跡控制;

0 前言

委內(nèi)瑞拉75%的石油儲量都集中在其東南部的奧里諾科重油帶。MORICHAL區(qū)塊剛好位于此重油帶的CARABOBO油區(qū)，該區(qū)塊地層位于東委內(nèi)瑞拉盆地南緣的北傾單斜上，油層主要為OFICINA，主要以水平井+電泵+稀釋劑的油藏開采方式，以生產(chǎn)重油為主。早期該區(qū)塊同一平臺的生產(chǎn)井分布井眼少、產(chǎn)量低。后來，隨著產(chǎn)油量增加及降低開采成本的需求，該區(qū)塊逐漸開始采用同一平臺多井眼布局，井眼采取三維叢式水平井的開采模式，這樣同一平臺的布井數(shù)量是原先的2-3倍，產(chǎn)油量也是翻倍增長。本文主要從該區(qū)塊地質(zhì)情況和設(shè)計情況出發(fā)，詳細了解該區(qū)塊地層的復雜多變性。并根據(jù)該區(qū)塊的地層分布情況、泥漿性能維護情況、油藏保護以及甲方設(shè)計需求等諸多因素，講述了實際的水平井鉆井過程中，我們優(yōu)化鉆井設(shè)計和鉆具組合、合理地使用鉆井參數(shù)、認真分析實際鉆井情況，采取得當?shù)膽獙Ψ椒ǎ畲笙薅鹊乇苊夂吞幚砹司聫碗s工況，最終大幅度地減少了該地區(qū)的鉆井周期。也為該地區(qū)安全鉆井和提高鉆井時效，積累了豐富的實戰(zhàn)經(jīng)驗，對該區(qū)塊后期的開發(fā)具有很好的指導意義。

1 平臺及井眼設(shè)計概況

該區(qū)域鉆井平臺的設(shè)計情況如下：每個平臺約24口井，分2排平行排列，每排由單獨的鉆機進行連續(xù)施工作業(yè)，如圖1為某平臺的井眼分布模擬圖。通常每一平臺新開井之前，都需要在每排井的某一井眼或者2個井眼內(nèi)連續(xù)鉆進2-5分支井眼（分支井眼一般為分支水平井），來獲取該平臺地層資料，用以作為后期井眼設(shè)計的依據(jù)。

該區(qū)塊水平井均為三開三維從式井，一開17-1/2″井眼鉆至160m封固疏松砂巖地層，二開12-1/4″井眼造斜點位置井深190m左右，井深約1200m，套管下至目的層入窗點，為水平段鉆進提供穩(wěn)定的井筒環(huán)境。二開分別分為增斜段、穩(wěn)斜段、二次增斜扭方位段，最終完成著陸。本井段第一次造斜率為3°/30m左右，第二次造斜率為6°/30m左右。三開8-1/2″井眼水平鉆進至2200m左右，水平段長大于1000m，水垂比2.0左右，最大井斜92°左右，在主力油層OFICINA中穿行，下篩管完井。如下圖2和圖3為某平臺井設(shè)計模擬圖。

2 施工難點

2.1 地質(zhì)情況復雜多變

該區(qū)塊上部為疏松質(zhì)砂巖，砂巖顆粒大小不等，易發(fā)生垮塌，排量過大易沖垮井口。大井眼環(huán)空鉆井液返速低，巖屑濃度高，停泵后容易造成沉砂卡鉆。中部有粘土層存在，以泥巖、泥沙巖為主，成巖性差，易泥包，易造漿，易縮徑。中下部為灰頁巖與砂巖，疏松性高、滲透性強、地層松軟，易造成井壁失穩(wěn)，易壓差卡鉆，鉆進過程中容易出新井眼。同時，在中下部地層中，時常會有頁巖及褐色煤夾層，且易發(fā)生掉塊，在同一井眼段存在較大地層壓力差，易造成井壁失穩(wěn)，易壓差卡鉆。下部為主力油層OFICINA，以砂巖為主，地層孔隙度大、滲透性強，容易壓差卡鉆、井壁失穩(wěn)、井漏的現(xiàn)象。并且，由于主力油層太軟，裸眼段過長，且地層為高孔、高滲透油層，鉆進過程中容易出新井眼。

2.2 二開井眼軌跡控制難度大

12-1/4″井眼段為增斜段和穩(wěn)斜段，最后調(diào)整著陸。造斜點位于上部LAS PIEDRAS地層，主要以泥巖、泥沙巖為主，成巖性差，由于地層松軟，地層膠結(jié)性差，造斜率低下，存在造斜率跟不上的風險，巖層中夾有粘土，棕褐色煤層，易造漿。往下的地層從REITES開始，主要由灰頁巖與砂巖組成，非常疏松，滲透性強，井壁不穩(wěn)定，易造成壓差卡鉆。由于該區(qū)塊井眼巖性分布不均勻，地層軟，井眼容易縮頸，在下鉆過程中時常遇到下鉆遇阻現(xiàn)象，甚至經(jīng)常因遇阻出現(xiàn)新井眼，由于下鉆遇阻情況、導致重新側(cè)鉆的情況也很常見。

另一方面，由于巖性不均勻，地層軟，稍有長時間循環(huán)，井斜下降非常明顯，給下步入窗前的二次造斜工作帶來極大的風險，時有起鉆調(diào)整螺桿角度的情況。另外，該井眼在接近入窗點附近時需要扭方位作業(yè)，再加上地層原因，易出現(xiàn)卡鉆的現(xiàn)象。如果發(fā)現(xiàn)不及時，就需要較長的時間來處理異常工況，因為卡鉆原因，在該區(qū)塊時常發(fā)生的埋井事故。最后，在入窗前，現(xiàn)場地質(zhì)師會根據(jù)錄井數(shù)據(jù)卡層位，從而經(jīng)常要求多個角度調(diào)整井眼軌跡，直至找到目的層為止，因為以上原因，造成的側(cè)鉆井不在少數(shù)。

2.3 水平段長、水垂比高，定向作業(yè)困難

該區(qū)塊水平井大都是三維井，垂深較淺，地層松軟，水平段長大都大于1000m，水垂比大都在2.0左右，如圖4。水平段為8 1/2"井眼，巖性以砂巖為主，地層孔隙度大，滲透性強，容易壓差卡鉆、井壁失穩(wěn)、井漏。在水平段鉆進時，由于地層松軟，所以在該井隊不允許出現(xiàn)較長時間的泥漿循環(huán)和鉆具靜止，因為這樣極容易出現(xiàn)新眼。然而，在實際施工過程中，甲方地質(zhì)師經(jīng)常會在水平段鉆進過程中調(diào)整目的層，由于上部井段進行過扭方位作業(yè)，導致定向施工異常困難。與此同時，該區(qū)塊地層松軟，鉆時快，在整個鉆井過程中，定向井不僅要進行定向作業(yè)，還要提供測井數(shù)據(jù)，甲方對于隨鉆測井質(zhì)量要求高，這在一定程度上制約了鉆進速度，同時也增加了鉆井風險。

2.4 油層井壁不穩(wěn)定

該區(qū)塊地層油品為重質(zhì)油，重質(zhì)油容易侵入，污染鉆井液，儲層含有泡沫油，油層鉆進時會有大量氣泡侵入鉆井液體系，影響儀器信號，同時也會對泥漿性能產(chǎn)生影響。這樣就存在井壁不穩(wěn)定，有坍塌的可能性。

3 技術(shù)措施及施工過程

3.1 直井段

在直井段鉆進時，先使用小鉆壓，將第一根鉆桿鉆進地層，保證上部井眼垂直，控制排量，主要要防止沖垮井壁，防止卡鉆事故發(fā)生。由于一開直井段地層非常松軟，該井段的打直工作，對于后期的定向作業(yè)至關(guān)重要。

3.2 二開增斜及入窗段

二開初始增斜段大概680m，以滑動定向鉆進與旋轉(zhuǎn)復合鉆進方式交替進行，由于定向鉆進時地層非常軟，影響增斜效果，因此要求小鉆壓1-2t，小排量25-28l/s鉆進。鉆進過程中要加強測量工作，待形成比較穩(wěn)定的井眼曲線和比較理想的造斜率之后，根據(jù)各個平臺的實際情況逐步加大排量至30l/s左右鉆進，鉆壓可增至7t，且在鉆進過程中，接立柱時，堅持劃眼兩遍以上，循環(huán)泥漿，確認井下安全再進行接單根，雖然這樣做會在一定程度上影響增斜效果，但是從根本上可以有效的提高井眼清潔能力，穩(wěn)定井壁，防止卡鉆事故的發(fā)生，但是同時，也增加了出現(xiàn)遇阻和出現(xiàn)新井眼的情況發(fā)生的幾率，這就要求鉆具在循環(huán)過程中不能長時間在某處定點循環(huán)和旋轉(zhuǎn)鉆具，減少沖刷和劃出新眼的可能性。該增斜段需要精確控制終點的井斜和方位，該終點處的井斜大都在66°左右。

二開穩(wěn)斜段大概30m左右，需要穩(wěn)定井斜和方位，因為需要在該穩(wěn)斜段下入電潛泵。該段雖然短，但是更需要注意鉆進時的定向操作，盡量使用鉆壓來控制井眼軌跡，避免采取定向的模式達到穩(wěn)斜的效果。如果該段穩(wěn)斜效果不好，很可能需要調(diào)整設(shè)計，進行側(cè)鉆作業(yè)，以達到預期的目的。

穩(wěn)斜段結(jié)束后，開始第二次增斜作業(yè)。需要進行增斜扭方位，大概鉆進340m，扭方位30°-40°。本井段的施工，由于需要扭方位作業(yè)，磨阻和扭矩會逐步加大，同時也會鉆入目的層附近，此處的地層壓差較大，稍不留神，就會出現(xiàn)壓差卡鉆，再加上現(xiàn)場的地質(zhì)師會根據(jù)LWD數(shù)據(jù)要求隨時調(diào)整軌跡，使鉆井風險加大，現(xiàn)場的當?shù)厮俱@操作水平不一，稍有不慎，就會在一定程度上增加井下風險，對于定向井軌跡控制帶來一定的負面影響。為此，本段施工，需要定向井工程師特別留意，及時計算軌跡，給現(xiàn)場地質(zhì)師提供合理的建議，堅決在鉆臺控制司鉆操作，加強測斜，注意地層的變化，及時調(diào)整造斜段長度。如果發(fā)現(xiàn)異常的造斜率，達不到設(shè)計要求時，要堅決及時起鉆，調(diào)整螺桿角度，以免軌跡失控，待正常后，根據(jù)實際情況再決定是否調(diào)整螺桿角度。

二開井段要嚴格控制頂驅(qū)轉(zhuǎn)速在每分鐘40轉(zhuǎn)左右，要加強測量工作，以免軌跡控制失控。另外要做好短起下工作，進入目的層50m后，建議搞一次長短起下至套管鞋。井斜超過30°左右，造斜率和井壁穩(wěn)定的情況下，排量在泵壓允許的前提下，盡量保持在30L/s以上，確保井眼暢通，根據(jù)實際情況，增加短起下次數(shù)，打完立柱，盡量提高排量清潔井眼。

在二開井段結(jié)束時，要適當?shù)膶⒕拙苯潜仍O(shè)計增大2°左右，根據(jù)以往的經(jīng)驗，該井段正常循環(huán)時，井斜也會降1°-2°，下套管后，會降斜更多，這里要尤其注意。

3.3 水平段鉆進

三開為水平段，地層主要以砂巖為主，地層孔隙度大，滲透性強，容易壓差卡鉆、井壁失穩(wěn)、井漏、氣侵嚴重。一般都是出套管就定向，一定要注意固井質(zhì)量，注意井下安全，此處因水泥掉塊卡鉆的事故不在少數(shù)。在實際鉆進中，本井段主要鉆遇的是未固結(jié)砂巖，盡量以復合鉆進為主，要特別注意壓差卡鉆。盡量用鉆壓來控制井眼軌跡，鉆壓控制在2～5T。接立柱時，堅持劃眼兩遍以上，循環(huán)泥漿，充分破壞清除砂床，確認井下安全再進行接單根，防止卡鉆。需要定向鉆進時，提前混入Nafta，確保鉆井液具有良好的潤滑性能。另外，在鉆進過程中，由于鉆遇的地層飽含油氣，若氣體較多時，盡量控制鉆時，鉆完一個單根，充分循環(huán)一次，確保井下安全。

3.4 優(yōu)化設(shè)計

經(jīng)過多口井的實際施工，在該區(qū)塊水平井作業(yè)時，需要根據(jù)甲方給予的設(shè)計資料進行水平井優(yōu)化設(shè)計，考慮到甲方需要穩(wěn)斜段的需求，考慮到初始增斜時，井眼大，地層非常松軟，非常不易增斜，又不能中途更換鉆具，經(jīng)過多次考慮和借鑒當?shù)仄渌驹谠搮^(qū)塊的施工經(jīng)驗，取長補短，將該區(qū)塊水平井設(shè)計為二次增斜的剖面，做好防碰掃描，采用懸鏈式軌跡設(shè)計，適當降低第一次增斜率至2°-3°/30m，隨后按照要求留足穩(wěn)斜井段，將第二次增斜扭方位井段的造斜率提高至5°-6°/30m左右，同時利用專業(yè)軟件進行磨阻水利分析，確保設(shè)計軌跡能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)快鉆井目的。這樣總體下來，既能克服地質(zhì)條件的限制，又能解決實際問題。存在的風險是，如果第二次造斜率不夠時，會被迫起鉆調(diào)整螺桿角度，這樣的情況極少發(fā)生，但是確實也發(fā)生過，一般都是由于地層突然變軟，地質(zhì)師要求調(diào)整軌跡的情況下發(fā)生，不過到目前為止并沒有發(fā)生過工程事故。

3.5 優(yōu)化鉆具組合

經(jīng)過近百口井的的施工經(jīng)驗，在優(yōu)化鉆具組合上面，首先，在12-1/4"井眼施工時，在鉆具組合中，由加重鉆桿替代常規(guī)的鉆鋌，一方面既能給保證穩(wěn)定的鉆壓輸出，又能保證震擊器有效工作，另一方面，可以使得井眼泥漿流動間隙增大，減少磨阻扭矩，在很大程度上減少了井下復雜情況下，減少了因鉆具剛性太強問題而造成的各種卡鉆事故、斷鉆具事故、以及埋井事故等。在使用螺桿鉆具時，12-1/4"井眼設(shè)計中最大狗腿雖然為6°/30m左右，但是用1.5°的螺桿無法完成第一次和第二次增斜任務，無法鉆完整個二開井眼，尤其第二次要求的6°/30m造斜率，非常的關(guān)鍵。螺桿角度選擇中，必須要求比1.5°大一個級別。再次，在8 1/2"井眼施工中，由于水平段長，水深較淺，地層松軟，泥漿性能受目的層影響較大，需要在鉆井過程中及時地倒裝鉆具組合中加重鉆桿的下入數(shù)量及位置，做好防托壓措施。

3.6 維護好全井的泥漿性能

全井鉆井液要做好優(yōu)化配方設(shè)計，滿足全井段疏松地層井壁的穩(wěn)定性，水平段井眼的清潔能力，保護好儲層。

二開鉆井過程中，需要補充泥漿時先配好泥漿再混入體系，嚴禁直接加水，二開上部泥巖造漿段適當放大失水，進入后半段及底部時嚴格控制失水。定向前混入Nafta，如果出現(xiàn)托壓或拉力異常，可根據(jù)情況加入潤滑劑，進入油層段前，提高鉆井液Nafta含量。

三開水平段鉆進時，日常維護主要以補充防塌降失水劑為主，適當加入抑制劑。三開為油氣層段，使用細目鈣提高泥漿密度。全井段控制失水，保障井壁穩(wěn)定，振動篩返砂正常，沒有掉塊現(xiàn)象。該區(qū)塊地層油品為重質(zhì)油，在水平段油層中鉆進過程，重質(zhì)油容易侵入，污染鉆井液，需要提前混入適量Nafta以達到稀釋溶解瀝青質(zhì)、膠質(zhì)目的，保持穩(wěn)定的泥漿性能。儲層油藏屬于泡沫油，油層鉆進時會有大量氣泡侵入鉆井液體系，鉆井液會有部分氣泡浮在表面，氣泡較少時不影響正常鉆進和定向儀器信號，如果氣泡較多可加入適量消泡劑、柴油消泡。同時要做好儲層保護，該區(qū)塊在施工工過程中存在氣侵現(xiàn)象，同時考慮井壁穩(wěn)定等因素，現(xiàn)場使用細目鈣提高泥漿密度，混配不同粒徑的細目鈣，改善鉆井液泥餅質(zhì)量，維護井壁穩(wěn)定，有效防止鉆井液深入儲層。

3.7 做好事故預防及處理措施

該區(qū)塊鉆進過程中常見的事故復雜多為遇阻和壓差卡鉆。

當遇阻時，有可能是縮頸所致。這就要求在鉆進上部泥巖段時，要保持鉆井液中有足夠有效含量的抑制劑，易縮頸井段，盡量提高鉆井排量，紊流沖刷井壁，適當擴大井眼;砂巖或礫巖層盡量提高泥餅質(zhì)量，勤搞短起下，破壞虛泥餅。盡量避免出現(xiàn)狗腿度過大的井段，破壞鍵槽，嚴禁高速提拔鉆具。總之，定向井工程師要明確知道目前所鉆地層，分析遇阻段形成的原因。當出現(xiàn)遇阻現(xiàn)象時，做出及時正確的判斷至關(guān)重要，再采取相應的措施進行處理。由于全井所鉆井段都很軟，遇阻時，出現(xiàn)新眼的可能性極大。需要定向井工程師全程鉆臺值班，遇見險情及時與現(xiàn)場甲方負責人協(xié)商處理措施和方案，嚴禁私自操作帶來嚴重后果。

當鉆遇巖性變化的地層時，及時合理調(diào)節(jié)鉆井液流變參數(shù)，盡可能實現(xiàn)平衡鉆井，加重時嚴格做到均勻、穩(wěn)定，密度不能大起大落，在進入油層前，適當提高含油量，減少壓差。該區(qū)塊一般情況下卡鉆是由壓差引起的壓差卡鉆，卡鉆的處理措施聽從甲方指令，采取泡解卡劑和泡油的方式解卡，一般都能順利解卡。

4? 現(xiàn)場技術(shù)應用效果

委內(nèi)瑞拉重油帶Morichal區(qū)塊從式三維水平井鉆井利用上述鉆井技術(shù)，安全成功的施工近5年，在最近的2年當中，由于技術(shù)支持到位，措施得當，未因定向井技術(shù)原因造成一起事故復雜情況，未造成一起鉆具埋井事故，同時也大幅度地減少了鉆井周期。而在此區(qū)塊鉆井的過程中，歷史資料顯示，幾乎每年都有定向井LWD工具落井和埋井的事故，因此而造成的經(jīng)濟損失極大，也在很大程度上增加了鉆井周期。實踐證明，上述的水平井鉆井技術(shù)分析和成功應用，為該區(qū)塊安全鉆井提供了較不錯的指導意義，效果良好。表一為結(jié)合5年多的實際經(jīng)驗，在近2年取得的成果。

5? 結(jié)論與認識

1）井眼軌跡優(yōu)化和鉆具組合優(yōu)化，為良好的軌跡控制技術(shù)提供了保障，實現(xiàn)了該區(qū)塊淺層疏松地層高造斜率和長水平段優(yōu)快鉆井技術(shù)。

2）良好的泥漿體系的是該區(qū)塊水平井鉆進的另一個安全保障，需要各方加強協(xié)作和溝通，達到優(yōu)快鉆井的目的。

3）現(xiàn)場定向井工程師的作業(yè)經(jīng)驗尤為重要，要有較強的地層分析能力，要有較強的技術(shù)水平，要具有較強的實戰(zhàn)經(jīng)驗來解決現(xiàn)場出現(xiàn)的問題。

4）通過對該區(qū)塊水平井安全鉆井的研究，有效解決了井下的復雜問題，學習并積累了處理復雜事故的實際經(jīng)驗。

參考文獻：

[1] 陳雷 楊國彬 張瑋 吳萌.委內(nèi)瑞拉奧里諾克胡寧區(qū)塊從式三維水平井安全鉆井技術(shù)。天然氣工業(yè)。2016.36（8）： 100-106。.