偏心擴眼器在中石油尼日爾項目首次應用

顧亦新，李萬軍，肖 月,胡 超，孔祥吉，錢 鋒，景 寧

1中國石油集團工程技術研究院有限公司 2中國石油川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術研究院 3中國石油國際勘探開發有限公司

0 引言

中石油尼日爾項目是西非“一帶一路”建設的重點地區，前期勘探開發階段鉆井任務已經結束，目前正處于全面開發階段。

Agadem油田作為尼日爾項目主力油田，自上而下分別為Recent、Sokor泥巖層、低速泥巖層和Sokor砂巖層。其中，Sokor泥巖層巖性以泥巖為主，含少量砂巖(伊—蒙混層占53%、高嶺石占44%、伊利石占3%)，地層平均厚度為430 m；低速泥巖層主要以易縮徑泥巖為主，厚度約為50～300 m，表現出低聲波速度的特點;Sokor砂巖層平均厚度730 m，該層系是盆地的主力含油層系[1-5]。Sokor泥巖段及低速泥巖段為大段泥巖層，井壁坍塌、井眼縮徑頻發。統計分析2015～2019年已鉆56口定向井，實鉆中每400 m長起一次至套管鞋，每200 m短起一次至低速泥巖頂，長短起頻次高，平均單井長短起耗時4 034.8 h，占全井鉆井時效的12.38%，且下套管不到位、電測遇阻遇卡等事故復雜頻發。在前期的現場試驗中，嘗試采用KCl聚合物鉆井液體系和胺基鉆井液體系，效果不明顯。通過調研，隨鉆擴孔作業技術解決國內外各大油田因井眼縮徑導致的阻卡難題[6-11]效果明顯。

1 現場復雜工況

尼日爾項目Agadem油田主要目的層為Sokor砂巖儲層，地層埋深通常2 200 m左右。采用二開井身結構，?508 mm/?406 mm導管下深為30 m，表層套管尺寸為?339.7 mm或?273 mm，下深500～800 m，以封固膠結疏松地層，安裝井口裝置，為井口壓力控制提供條件(固井水泥返至地面)；?177.8 mm生產套管下至設計深度，固井水泥漿油井返至目的層以上500 m，氣井返至上層套管鞋以上100～150 m。二開裸眼段一般長1 400～1 700 m，泥頁巖水化膨脹，導致井眼縮徑、井壁坍塌頻發。

1.1 下套管遇阻

尼日爾現場下套管遇阻遇卡情況的統計結果表明，下套管遇阻遇卡情況主要在二開，縮徑是導致復雜的主要因素，平均處理事故時間為371.1 h，最長處理時間為908.75 h，嚴重影響鉆井時效。

1.2 測井遇阻遇卡

2015～2020年尼日爾完鉆的56口定向井中，遇阻遇卡共計29口井，主要發生在Sokor泥巖、低速砂巖及Sokor砂巖層，遇阻遇卡率達到52.38%，遇阻遇卡井斜角范圍大(15°～52.62°)，其中Slam測井遇阻23口井(解卡后采用PCL測井)，穿心打撈6口井(通井后PCL測井)。尼日爾現場測井作業事故復雜的統計結果表明，定向井電測過程中存在不同程度的阻卡現象，處理復雜事故時間長達42.7 h，嚴重影響作業效率，平均單井作業時間長達63.7 h，最長作業時間可達136.25 h,尼日爾9口井測井作業遇阻遇卡事故處理如表1所示。

表1 尼日爾9口井測井作業遇阻遇卡事故處理表

2 提高井眼質量隨鉆擴眼技術

偏心擴眼器可整合到下部鉆具進行隨鉆擴眼，如圖1所示。隨鉆柱旋轉時，偏心結構使得實際井眼大于鉆頭鉆出的井眼，理論上可將鉆頭鉆出的井眼擴大3%～5%，上、下兩組螺旋刀翼可實現鉆進和起鉆過程中的正劃眼和倒劃眼需求，消除定向井中的微狗腿和微臺階，清理巖屑床，在不影響正常鉆井作業的基礎上對井眼進行修正，提高井眼的規則度，解決井壁失穩、縮徑等難題，減少下套管和電測遇阻遇卡等事故[12-17]。

圖1 偏心擴眼器示意圖

對于?215.9 mm井眼，推薦隨鉆擴眼的鉆具組合為：?215.9 mmPDC鉆頭+?172 mm螺桿(1.25°)+?172 mm浮閥+?210 mm穩定器+?172 mm定位接頭+?172 mm無磁鉆鋌+?127 mm加重鉆桿+?215.9 mm偏心擴眼器+?127 mm加重鉆桿+?127 mm鉆桿。

3 偏心擴眼器應用效果

尼日爾項目應用的偏心擴眼器技術理論擴眼直徑可達226 mm，試驗的4口井(GololoW-4，GololoW-3，Debeila-8，Koulele-5)均為二開定向井，應用井段平均進尺1 304.3 m，井斜角43.01°～52.21°,如表2、表3所示。

表2 偏心擴眼器技術參數表

表3 偏心擴眼器作用井段統計表

3.1 有效提高井徑擴大率

偏心擴眼器在尼日爾地區鉆遇地層從上到下依次為Recent，Sokor泥巖，低速泥巖，Sokor砂巖，未使用偏心擴眼器的4口鄰井井徑擴大率在6.13%～10.43%之間，試驗井井徑擴大率在12.35%～14.82%之間。其中，Gololo W-4應用井段井徑擴大效果最為明顯，井徑擴大率為14.82%，各區塊Sokor砂巖井段也不同程度提高了井徑擴大率(表4)。

表4 偏心擴眼器在尼日爾應用井井徑擴大率統計表

結合試驗井的測井數據分析可以發現，使用偏心擴眼器后整個低速泥巖段沒有縮徑點，且井徑規則，解決了Koulele區塊縮徑難題。

3.2 保障電測順利作業

尼日爾地區Dibeilla G-1井未使用擴眼器，該井在測井作業時，在定向段有8處遇阻點，而使用偏心擴眼器的Dibeilla-8、Gololo W-3/4、Koulele-5井在定向段測井時遇阻點減少至0～2處且使用偏心擴眼器的井相對井徑較規則，測井下放和上提阻卡點有較好的改善(見表5)。

表5 4口實驗井及DibeillaG-1井測井遇卡統計

3.3 縮短鉆井周期

偏心擴眼器現場應用過程中，嘗試延長短起下段長，鉆進進尺控制在300～500 m進行一次短起下，在測井、起下鉆方面節省了一定的時間。Debeilla G-1井使用偏心擴眼器后，分別鉆進370 m，398 m進行短起，短起正常；嘗試使用電纜大滿貫一次測井并成功，測井時間僅為9.5 h，二開階段節省測井、起下鉆時間共計104.5 h。其余試驗井下鉆過程受偏心影響，存在部分點遇阻現象，但并不嚴重，未出現起鉆超拉嚴重，需要倒滑眼情況，相比之前有明顯改善。

3.4 偏心擴眼器作用效果分析

尼日爾現場應用偏心擴眼器的4口試驗井(Dibeilla-8、Gololo W-3/4、Koulele-5井)最大井斜均在40°以上，偏心擴眼器應用井段井徑擴大至12.35%～14.82%；造斜段起鉆未出現過倒滑眼、超拉點減少，下鉆遇阻情況大幅減輕，鉆柱起下整體上比較順暢；偏心擴眼器作用井段形成的井壁較規則；使用偏心擴眼器時將短起下段長延長至300～500 m，短起下過程阻點少且未出現倒劃眼的情況。通過分析4口試驗井的偏心擴眼器使用效果可以發現，偏心擴眼器可對易縮徑地層進行有效擴孔(同區塊鄰井井徑擴大率僅為6.13%～10.43%)，消除局部狗腿嚴重度，減輕在定向造斜段的遇阻卡情況，另外偏心擴眼器對破壞大斜度井巖屑床、消除軟硬交錯地層形成的壁階效果明顯，縮短起下鉆時間，總體上提高了作業效率。

4 結論

(1)使用偏心擴眼器后單井井眼擴大率可達到14.82%，有效擴大井徑，減輕因井眼縮徑導致的起下鉆遇阻卡情況、電測遇阻遇卡以及提高下套管順暢程度。

(2)4口試驗井在定向段進行測井作業時，遇阻遇卡點減少且迅速解除，說明偏心擴眼器可以消除尼日爾地區定向井的局部狗腿嚴重度和微臺階。

(3)使用偏心擴眼器時可將短起下鉆進進尺適當延長，減少起鉆未出現過倒滑眼、超拉點，大幅減輕下鉆遇阻情況，縮短起下鉆時間，提高鉆井效率。