伊拉克米桑油田水平井鉆井關鍵技術

宋文宇，龔永華，張建國，陳 浩

(中石化華北石油工程有限公司，河南 鄭州 450000)

米桑油田位于伊拉克東南部米桑省，毗鄰伊朗邊界，南距巴士拉省約175 km，西北距巴格達約350 km。主要分布在扎格羅斯低角度褶皺帶中，整體構造呈現(xiàn)為NW-E走向的長軸背斜，無斷層，地層傾角小[1]。地層自上而下分別是第三系的Upper Fars、Lower Fars、Jeribe組和白堊系，其中Lower Fars組為鹽膏地層，厚約800 m，埋藏深度2 000～3 000 m，巖性包含大段的硬石膏、軟石膏、軟泥巖和純鹽層等，層間夾有高壓鹽水層[2]。Jeribe至Jaddala層位為頁巖和泥灰?guī)r，下部為灰?guī)r，孔隙度大，裂縫發(fā)育，地層連通性好，易發(fā)生漏失；上Kirkuk灰?guī)r井段易漏失，下Kirkuk井段頁巖易垮塌和泥包；下部MB11、MB12地層為純灰?guī)r，地層壓力低，易漏失[3]。通過調(diào)研、分析和總結，積累了一定的經(jīng)驗和認識，形成了米桑油田安全鉆井關鍵技術，實現(xiàn)米桑油田的優(yōu)快鉆完井作業(yè)，節(jié)約施工成本，縮短鉆井周期，亦能有效地避免鉆井風險，降低復雜時效。

1 鉆井技術難點

米桑油田水平井鉆井施工主要面臨以下技術難點[4-6]：

1)受構造運動的影響，水平方向存在擠壓，水平地應力作用使鹽膏層具有很高的壓力。鹽水層的最大壓力系數(shù)高達2.04，流動性強。極易侵入井筒和污染鉆井液。且鹽膏層安全密度窗口窄，一旦發(fā)生漏失處理難度大，且會誘發(fā)溢流，導致卡鉆、卡套管等井下事故；

2)鹽膏層下部MB1層為過渡層，厚度僅為1.3～1.5 m，卡層難度大，卡層失敗風險高；

3)鹽下碳酸鹽巖地層裂縫發(fā)育且存在不整合面，具有“上下漏、中間塌”的特點，上部易發(fā)生惡性失返性漏失，中部易發(fā)生坍塌卡鉆，下部為主力油層，灰?guī)r孔隙發(fā)育，易發(fā)生井漏。

2 井身結構優(yōu)化方案

米桑油田勘探開發(fā)以Asmari和Mishrif層位為主要目的層，綜合考慮地質(zhì)目標及必封點，主要采用六級井身結構[7]，一開采用660.4 mm鉆頭配合914.4 mm擴眼器鉆至30 m，下入762.0 mm表層套管，封隔地表松軟黃土層；二開采用660.4 mm鉆頭鉆至110 m，下入508.0 mm套管，封隔地表和保護淺層水源；三開采用444.5 mm鉆頭鉆入下Fars層MB-5(壓力過渡層)80 m，下入339.7 mm技術套管，為揭開高壓鹽膏層做準備。四開采用311.2 mm鉆頭鉆至MB1層頂部0.6～0.8 m，下入244.5 mm尾管，封隔巨厚鹽膏層和高壓鹽水層。五開采用215.9 mm 鉆頭鉆至著陸點，下入177.8 mm套管；六開為水平段，采用152.4 mm鉆頭鉆至完鉆井深。圖1為BUCS-91H井身結構圖。

3 鉆井提速技術

3.1 鉆頭選型

一開914.4 mm井眼、二開660.4 mm井眼主要為導管、表層井眼，對應地層為松軟砂泥巖，易坍塌，主要以提高機械鉆速為主。三開所鉆層位上部主要以灰棕色泥巖為主，屬塑性地層，易造漿，造成鉆井液黏切升高，致使鉆頭泥包和地層縮徑。下部以綠棕色、紅棕色泥巖為主，為脆性地層，易垮塌，形成不規(guī)則井眼。井眼尺寸大，環(huán)空返速低，井眼凈化比較困難，易發(fā)生沉砂或掉塊卡鉆，鉆頭選型主要解決鉆頭泥包問題。四開地層以石膏為主，含泥巖和鹽層夾層，存在大段鹽膏層，特別是在易增斜的鹽膏層和容易起泥球、泥包的泥巖地層。無水石膏層易吸水膨脹造成縮徑，鹽巖層易蠕變；部分區(qū)域存在異常高壓鹽水層。鉆頭選型主要解決鉆頭泥包問題。五開上部地層孔隙度大，裂縫發(fā)育，地層承壓能力差，已發(fā)生漏失，下部為大段灰?guī)r夾泥巖，部分地層硬度較高，壓實度高，可鉆性較差。鉆頭選型主要以提高機械鉆速和壽命為主。六開地層以石灰?guī)r為主，水平段地層穩(wěn)定。小井眼水平段鉆進環(huán)空間隙小，壓耗大，且水平段灰?guī)r裂縫發(fā)育，易發(fā)生井下漏失[8]。井底位移較大，斜井段較長，滑動定向時托壓比較嚴重，鉆頭選型主要解決優(yōu)快鉆進問題。綜上所述，結合鉆頭使用情況，鉆頭優(yōu)選方案如表1所示。

表1 各開次鉆頭選型方案

3.2 鉆具組合優(yōu)化

根據(jù)地層特性和井身結構及軌跡特征，優(yōu)化各開次鉆具組合。直井段以防斜打直、提高鉆速為主，定向段以降摩減扭和降低施工難度為主，其中一開和二開采用塔式鐘擺鉆具組合，三開、四開及五開直井段采用雙扶塔式鐘擺鉆具組合，以加強防斜打直效果，采用小鉆壓吊打防斜，配合大排量和高轉(zhuǎn)速提高機械鉆速，保證施工質(zhì)量，五開0～45°井段采用常規(guī)定向組合，配合大扭矩等壁厚螺桿(1.15°～1.5°)和MWD進行鉆進，45°之后采用帶LWD的倒裝鉆具組合，降低環(huán)空摩阻，并可實現(xiàn)A靶點精準著陸，六開采用小度數(shù)螺桿(0.75°～1°)和LWD綜合控制井眼軌跡，配合水力振蕩器，確保儲層鉆遇率和降低摩阻。各開次鉆具組合明細如表2所示。

表2 各開次鉆具組合

4 復雜事故預防與處理

4.1 鹽膏層安全鉆井技術

針對米桑油田鹽膏層鉆井技術難題，通過采用高密度復合鹽水強抑制鉆井液體系，利用化學和力學手段有效抑制地層的蠕變；并結合水力參數(shù)優(yōu)化、鉆井液性能控制措施及鹽膏層綜合卡層技術，整體上形成了鹽膏層安全鉆井技術，有效保證鹽膏層的施工安全。

4.1.1 高密度復合鹽水強抑制鉆井液體系

高密度復合鹽水強抑制鉆井液體系既能有效地控制鹽膏層的溶解和吸水膨脹，又能有效降低鉆井液活度，同時通過加強鉆井液體系封堵性，提高泥頁巖半滲透膜特性，使井壁在鉆井液靜壓力的基礎上，又增加了滲透壓，協(xié)同抑制地層中泥巖的水化膨脹能力，提高井眼的穩(wěn)定性。活度控制和膜效率的提高是該體系的基礎，根據(jù)米桑油田地層巖性特點，通過NaC1、KC1和HCOONa 三種常用鹽的復配，使鉆井液活度控制在0.60～0.65，同時由于甲酸鹽的HCOO-易與水分子形成氫鍵，對自由水具有很強的束縛能力，鉀離子能鑲嵌在黏土顆粒的層間，有利于減少泥頁巖的水化膨脹，也提高了膜效率，有效阻止壓力傳遞和濾液侵入[9]。

在鉆井液維護上，嚴格控制濾失量在3～8 mL，pH控制在8.5～10，密度隨井深逐步由2.2 g/cm3提高至2.30 g/cm3，且每循環(huán)周提密度不超過0.01 g/cm3，黏度控制在45～60 s。篩布以140和120目為主，振動篩最外側(cè)安裝80目，不能運轉(zhuǎn)其它固控設備，并嚴禁長時間用水沖洗振動篩。在鉆井液靜止時間較長時，應緩慢開停泵，并分段小排量頂通。鉆進時排量控制在2 000～2 100 L/min，機械鉆速不大于10 m/h，防止井底壓力過高，憋漏地層。

4.1.2 鹽膏層綜合卡層技術

米桑油田鹽膏層井段壓力系數(shù)高，但是鹽膏層段卡層較困難，尤其是下部MB1段，通常要求進入MB1層位0.6～0.8 m，卡層難度較大，下部mb2鹽層、mb1交結層壓力系數(shù)低，卡層失敗會造成井漏及失返，誘發(fā)卡鉆、溢流、井噴等惡性事故。

其中MB2層為一套純鹽層，厚度20～80 m 不等，根據(jù)鄰井鉆錄井資料及返出巖屑情況，可預判MB2標志層層位置及厚度，精確預判卡層層位。同時穩(wěn)定控制鉆井參數(shù)，將機械鉆速精確到0.1 m計算，根據(jù)直觀的鉆時數(shù)據(jù)來判斷巖性變化，避穿MB1組的第一膏巖。如圖2所示，BUCS-91H井根據(jù)MB1和MB2交界面鉆時變化關系成功判斷出MB1組頂界為2 814.8 m。

4.2 鹽下地層安全鉆井技術

針對米桑油田鹽下地層“上下漏、中間塌”的特點，應用高性能水基鉆井液、優(yōu)選高效物理和化學封堵劑和優(yōu)化水力參數(shù)等技術措施，形成了鹽下地層安全鉆井技術。

4.2.1 高性能水基鉆井液

高性能水基鉆井液采用抗鹽潤滑劑復配聚合醇可將水基鉆井液潤滑系數(shù)降至0.15以下，有效保證鉆進中摩阻降至最低，減少鉆具與井壁的摩擦，同時利用聚合醇的濁點效應封堵微裂縫；采用復合鹽來維持體系較低的活度，提高抑制性；利用成膜劑提高井筒與地層之間的滲透壓，從而進一步提高井壁穩(wěn)定性。維持鉆井液中有效MBT在20～25 g/L，配合優(yōu)質(zhì)瀝青改善泥餅的質(zhì)量，封堵泥頁巖的微裂縫，提高井眼的穩(wěn)定性；利用物理封堵劑PF-GreenSeal和化學封堵劑PF-ChemSeal進一步封堵成巖性好的泥巖微裂縫，減緩壓力傳遞、降低濾液滲透，延長井壁穩(wěn)定時間[10]。

其中，物理封堵劑PF-GreenSeal為白色顆粒，易在水中分散，作用機理為在正向壓差作用下迅速進入近井壁帶，形成致密隔離層帶，封堵微裂縫和孔喉，減緩壓力傳遞、降低濾液滲透，延長井壁穩(wěn)定時間。該材料在高鹽度的環(huán)境下穩(wěn)定，可與常規(guī)堵漏材料達成極配，從而更好地封固地層。化學封堵劑(PH-chemical)為黑褐色片狀固體，鋁鹽磺化有機高分子絡合物，高pH值下的游離態(tài)的鋁絡合物隨濾液進入淺部地層，少量的濾液被大量的地層水稀釋，pH值降低，導致鋁絡合物轉(zhuǎn)化為Al(OH)3沉淀，形成內(nèi)泥餅，進一步提高地層的漏失壓力。

4.2.2 水力參數(shù)優(yōu)化

綜合考慮井壁穩(wěn)定、高效攜巖、鉆井提速等因素，結合現(xiàn)場實踐應用，得出米桑油田鹽下地層推薦水力參數(shù)如下[11-13]：在Jaddala層位之前，采用1 500 L/min排量高效攜巖鉆進，強化鉆井參數(shù)，提高機械鉆速。Jaddala至Aliji層位控制排量不超過1 200 L/min，同時控制鉆時不超過10 m/h，以降低環(huán)空當量密度，保證井底ECD處于安全密度窗口之內(nèi)，降低漏失風險。Aliji層位之后，逐步提高鉆井液排量，但不超過1 500 L/min，根據(jù)地層漏失和巖屑返出情況，排量可進行適當調(diào)整。

5 現(xiàn)場應用

項目研究期間共施工5口井，平均鉆井周期109.19 d，平均機械鉆速7.62 m/h，非生產(chǎn)時間(NPT)12.27 d，與前期米桑油田施工水平相比，各項指標較工區(qū)平均水平均有大幅度提高。

統(tǒng)計施工的5口井鹽膏層施工均較順利，鉆井液性能穩(wěn)定，井眼通暢，井徑較規(guī)則。鹽膏層平均施工時間21.2 d，其中BUCS-91H井鹽膏層機械鉆速達4.32 m/h，較工區(qū)平均水平提高33.7%，刷新米桑油田鹽膏層機械鉆速記錄。

鹽下地層安全鉆井技術有效地預防了井下復雜情況的發(fā)生，其中BUCS-117H井為部署在高漏失風險區(qū)域的一口水平井，周邊鄰井均發(fā)生較嚴重漏失。通過強化高性能水基鉆井液的防漏性能和優(yōu)化水力參數(shù)，精細控制井底當量密度，有效降低了鉆穿漏層過程中的漏速和減少了總漏失量。揭穿漏層后采用水泥塞堵漏一次成功，大幅度減少了井漏處理時間。該井總漏失量為36 m3，井漏處理時間29.5 h，與鄰井BUCS-116相比，總漏失量減少230余m3，井漏處理時間減少97.7 h，大幅度提升了施工效率和降低了施工成本。

6 結論及建議

伊拉克米桑油田鉆井關鍵技術基本滿足該油田的開發(fā)要求，但與低成本高效開發(fā)和先進技術相比仍然存在一定的差距，仍需優(yōu)化提升，開展持續(xù)攻關。建議持續(xù)優(yōu)化井身結構和鉆井提速技術，開展近鉆頭測量、扭力沖擊器、旋轉(zhuǎn)導向和高效PDC鉆頭等先導性試驗，并進行相關示范應用研究，進一步促進技術水平的提升，實現(xiàn)該油田經(jīng)濟高效開發(fā)。