超淺層大位移水平井鉆完井技術及應用

趙志超，邱琨祁

(中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 300452)

0 引言

超淺層水平井(主要目的層頂海拔垂深550 m)，在國內外可查文獻中海洋鉆井尚無先例，屬技術空白，在這樣的情況下進行鉆完井作業會遇到較多以前未曾遇到的技術難題。如：地層疏松，連續造斜率可行性(6°/30 m)；連續大狗腿(6°/30 m)、高水垂比(2.7)及長穩斜段9-5/8″技術套管的下入及套管安全問題；疏松地層的井壁穩定與合理的低密度兼顧問題；儲層保護問題；地層絕對壓力低，如何安全順利誘噴返排；兩井長穩斜段，存在鉆井液體系的抑制性、流變性及潤滑性以及如何降低水力磨阻等難題，同樣還存在易形成巖屑床等技術難題。

1 構建思路及創新性技術

針對特殊超淺層地層開展的超淺地層井壁穩定性研究，得出了松軟地層坍塌壓力與破裂壓力曲線，預測鉆井安全密度窗口，推薦穩斜段及儲層井段采用合適的鉆井液密度。通過這些有效的科研數據和實驗結果，為作業實施奠定了理論基礎。解決了鉆完井技術難題，同時也創造了海洋實施最淺大位移井記錄，并摸索出一套超淺層大位移井鉆完井理論與技術。主要包括：叢式表層套管窄間隙穿越造斜技術、多因素井身結構優化設計技術、淺層大位移水平井漂浮下套管技術、全壽命防砂方式優選及精細擋砂精度設計技術[1]。

2 叢式表層套管窄間隙穿越造斜技術

2.1 超淺層大位移水平井軌跡優化及避障設計技術

某氣田某井由于儲層埋深極淺需要出樁管斜后立即開始預斜，同時為規避底水，預斜角度需盡量大，設計預斜狗腿至少4.5°/30 m。此外，受到鄰井表層套管偏斜的影響，防碰嚴重，通過對相關鄰井表層軌跡復測，充分落實周邊井表層連續軌跡，通過對樁管以下每5 m的軌跡投影，確定預斜過程中設計軌跡與老井套管相對關系。在此基礎上，優化定向井軌跡，作業過程中采用陀螺測斜，并應用國內先進的防碰監測系統，最大程度降低了防碰風險。

2.2 導眼鉆進與新型擴眼一體化鉆井技術

圖1 三級固定翼擴眼器

考慮到常規大尺寸井眼不利于防碰及預斜，項目組確定先鉆9-7/8″領眼防碰繞障并預斜，后使用17-1/2″擴眼器進行擴眼。項目組自行設計三級固定翼擴眼器即：9-7/8″×13-3/4″×17-1/2″，具體如圖1所示。使擴眼器更易進入老井眼，增加擴眼器的穩定性。通過合理的水眼布置，改善攜巖，減少了對井壁的沖刷；合理的水力配置，減少了擴眼器泥包幾率，使用球頭形狀的引鞋導引效果好、摩阻小，不易出現新井眼；同時通過力學軟件對擴眼器組合進行力學模擬，分析在不同鉆壓及井斜角情況下擴眼器及引鞋所受力情況，對擴眼器是否易出新井眼進行論證并對鉆具震動強度安全進行評估。新型擴眼器的使用良好，擴眼前后軌跡完全一致，并順利通過防碰段。

通過得當的措施，精細的操作，順利完成海上油氣田0.9 m小間隙鉆17-1/2″大井眼，230 m垂深開始(泥線深度147 m)連續造斜4.4-5.2°/30 m的叢式表層套管穿越造斜新記錄，克服了嚴重的防碰問題，安全、順利地完成作業。

3 基于多因素、全過程的井身結構優化設計技術

針對淺層高造斜率、大位垂比、長水平段等特點，首次提出并成功實施了一種多因素、全過程分析的井身結構設計優化技術。主要技術內容包括：

3.1 鉆進參數及ECD定量與定性分析技術

由于儲層埋深淺且上部地層基本未成巖，確定合理的鉆井液比重尤為重要。通過“某氣田超淺地層井壁穩定性研究”，推薦得出穩斜段及儲層井段采用合適的鉆井液密度。并通過軟件計算，推薦出合理的鉆進參數，優選鉆井液各參數，并模擬鉆井液各參數變化對ECD的影響，對ECD敏感性評價，具體如表1、表2所示，整個作業過程中，由于措施得當未發生一次漏失，順利完成作業[2]。

表1 ECD敏感性定量分析

表2 ECD敏感性定量分析

3.2 不同鋼級套管理論可下入性預測技術

該項目造斜段連續狗腿5.5°/30 m，局部狗腿6.5°/30 m，對不同鋼級套管的理論下入及下入安全性進行預測，得出各層套管合適的鋼級，具體如表3所示。

表3 各層套管理論下入預測

4 淺層大位移水平井漂浮下套管技術

由于水垂比高，使用常規方法下入套管存在正旋彎曲。為應對套管下入摩阻大問題，首次提出了海上淺層大位移井漂浮下套管技術，通過實時回歸磨阻系數，現場優化采用漂浮下套管作業時最低空氣柱長度及最優加防位置等。為滿足生產需求，規避底水，保證9-5/8″固井質量，若使用常規剛性/彈性扶正器，會增加套管下入難度，項目組定制特殊樹脂型扶正器，同時根據對實時磨阻系數進行回歸，模擬加放不同數量扶正器及位置對套管下入的影響，確定合理的扶正器加放方案，兩口井技術套管順利下入到位，下入過程順利。

5 實施效果，經濟效益

本項目創新性地利用現有空井槽成功實施兩口超淺層大位移水平，通過克服海上淺層氣藏導致的地層軟、造斜難、磨阻大等大位移井鉆完井系列難題，將某氣田儲層埋深僅590 m (TVDSS)、水平位移達2000 m的淺層大位移井鉆井得以實現，不僅在項目本身獲得了成功，更是在技術方面取得重大突破。

兩口大位移水平井投產后，合計產量高達60萬m3/d，超過了原定開發目標。截至目前，累計產氣70萬m3/d，項目整體較原ODP方案(水下生產系統)節約投資8.7億元。同時，提前投產22個月，累計產氣量4.6億m3。

某氣田淺層大位移調整井是我國海上首次實施超淺層大位移水平井井作業，是對氣田淺層開發的一次成功實踐，創造了多項海上淺層大位移井作業的新紀錄，實現了超淺層大位移井成功開發海上淺層氣藏。項目的成功實施標志著中海油已形成了一整套“埋深淺，水垂比大”的淺層大位移水平井鉆完井創新技術[3]。

6 結語

(1)本次兩口水平井淺層防碰形式十分嚴峻，導眼鉆進與新型擴眼一體化鉆井技術是整個項目成功的關鍵技術之一，有效地克服了嚴重的防碰問題，確保作業安全順利。

(2)不同鋼級套管理論可下入性預測技術，對不同鋼級套管的論理下入及下入安全性進行預測，分析出各層套管合適的鋼級。確保了連續狗腿5.5°/30 m，局部狗腿6.5°/30 m的造斜段套管的順利下入。

(3)某氣田淺層大位移調整井是我國海上首次實施超淺層大位移水平井井作業，是對氣田淺層開發的一次成功實踐，創造了多項海上淺層大位移井作業的新紀錄，具有良好的經濟效益。