肯基亞克鹽下油田H8089水平井安全鉆井技術

章增光，陳志勇，薛繼彪，唐習之

（中國石油西部鉆探公司國際工程公司，新疆 烏魯木齊 830000）

肯基亞克鹽下油田位于西哈薩克斯坦濱里海盆地東緣肯基亞克構造帶上，區域構造屬于烏拉爾—恩巴鹽丘構造帶。地層序列自上而下為白堊系、侏羅系、下三疊統、上二疊統、下二疊統和石炭系儲油層，見表1。石炭系碳酸鹽巖儲層是鹽下油田主力開發層，油氣異常活躍，單井產量高，并含有H2S腐蝕性有毒氣體。

表1 H8089井地質分層及巖性表

H8089 水平井為四開次井身結構、石炭系目的層專打，其中四開?149.2mm鉆頭鉆至井深5086m完鉆，水平段長度605m，裸眼完井及下入帶遇油膨脹封隔器的一體化完井管柱見圖1。

圖1 H8089井實鉆井身結構圖

1 鹽下水平井鉆井技術難點分析

肯基亞克鹽下油田前期鉆井實踐表明，鉆井周期長、機械鉆速慢及事故復雜多一直是制約鹽下油田高效開發的主要瓶頸，而對于水平井井型，面臨的鉆井難題將進一步放大，水平井主要技術難點為：

（1）上二疊統地層易斜，防斜打快難度大。

（2）孔谷階鹽層、下二疊統地層井壁失穩，以及鹽層下部有高壓氣層。

（3）下二疊統及石炭系可鉆性極差。

（4）下二疊統地層窄密度窗口，井漏、氣侵，復雜時率高。

（5）裂縫性風化殼及石炭系頂部，易發生惡性井漏。

（6）石炭系井漏及高含硫、水平段鉆具阻卡。

（7）技套高密度固完井難度大。

2 技術對策

針對上述肯基亞克鹽下水平井鉆井施工的突出復雜和技術難點[1-3]，H8089 水平井從以下幾方面提出相應技術對策。

2.1 水平井軌道優化

為減小水平井鉆井摩阻和扭矩，重點從井眼軌道設計入手設計出摩阻扭矩較小的井眼軌道及確保作業難度大的滑動鉆進順利定向施工[4-5]。

（1）靶前距和造斜率的選擇。H8089 水平井造斜點選擇在3750m 左右的穩定地層及避開孔古階鹽層。根據鹽下油田的油藏埋深，選取水平段長約600m，靶前位移分別選取200m、300m、400m、500m、600m 及700m，進行井眼軌道優化試驗，對比顯示本井靶前位移控制在500m左右較為合理，見圖2。

圖2 不同靶前位移摩阻扭矩值模擬計算圖

根據石炭系油藏垂深4375m，結合前期對靶前位移、造斜點的優選，分別選取不同造斜率進行軟件模擬，計算分析不同造斜率條件下的鉆具摩阻扭矩情況，綜合對比優選最優的造斜率，可知扭矩值最低值時對應的造斜率在4.5°/30m左右，見圖3。

圖3 不同造斜率摩阻扭矩值模擬計算圖

因此，H8089 水平井選取靶前位移500m、造斜率在4.5°/30m左右進行軌跡設計。

（2）井眼軌道類型優選。確定靶前位移和造斜率后，基于水平段鉆遇石炭系儲層非均質性強，靶窗垂深深度精確預測和入地質靶窗均困難，同時考慮到定向儀器誤差等因素，將H8089井眼軌道優化為“直—增—穩—增—水平”五段制剖面[6]，設計參數見表2。

表2 H8089水平井井眼軌道設計

2.2 個性化鉆頭優選

利用鹽下已鉆鄰井測井數據，通過巖石力學分析軟件反演計算得出區域巖石力參數特征，見表3。

表3 地層巖石力學參數表

根據上述地層巖石力學特性參數剖面，分析對比已鉆井實鉆鉆頭的使用經驗，優化形成高效破巖鉆頭系列如表4所示。

表4 鉆頭優選序列表

2.3 配套提速工具優選

（1）鹽上易斜直井段（1200～3300m）、?311.2mm井眼。鹽下水平井造斜點較深，二疊統孔谷階泥巖、砂巖及鹽膏層段，即上二疊統井深3300m 以上地層容易發生井斜，前期已鉆井基本采用鐘擺鉆具組合吊打的方式，提速與井身質量控制矛盾較為突出。因此，根據已鉆井實鉆經驗，結合國內外的成熟防斜打直技術，建議井深3300m以上地層防斜打直的主要應對技術預案為：帶螺桿復合鉆井，并加裝MWD 工具便于糾斜，控制井身質量及提速。

（2）下二疊統造斜段（3727m 至A 點）、?215.9mm井眼。針對鹽下下二疊統造斜段巖石抗壓強度高，研磨性變強，可鉆性變差，機械鉆速極低，主要提速應對技術預案為可調式高速渦輪+孕鑲PDC 鉆頭，利于鉆硬及研磨性地層[7]。

（3）水平段鉆進、?149.2mm井眼。為提高肯基亞克水平段石炭系難鉆地層的鉆速，提速方式為加裝旋轉導向工具提速，它是在鉆柱旋轉鉆進時，隨鉆實時完成導向功能的一種導向式鉆井系統，能有效防止托壓，大幅度地提高鉆井速度，并能精確控制軌跡[8]。

2.4 鉆井液體系優化

肯基亞克鹽下已鉆井的井徑擴大情況為：二開孔谷階鹽層井徑擴大率為25%左右；三開下二疊統地層阿爾琴階—阿塞利階井徑擴大率最多在25%左右；可見，可見孔谷階鹽層、下二疊統屬于不穩定地層。

因此，針對H8089井二開、三開不穩定地層選用強抑制的聚磺飽和鹽水鉆井液體系，該體系的性能評價如圖4、圖5 所示，可見具有良好抗污染性能和強抑制性能力。

圖4 體系抗污染性能評價

圖5 體系抑制性評價實驗

綜上所述，一開采用兩性離子聚合物、二開采用欠飽和鹽水聚合物/飽和鹽水聚磺體系，三開采用飽和鹽水聚磺體系，四開采用鉀鹽聚磺體系。

3 現場施工情況

肯基亞克鹽下復雜井通過上述一系列優化技術措施的落實，H8089 水平井自2019 年7 月25 日開鉆，于2019 年12 月27 日順利完鉆，完鉆井深為5086m/垂深4373.80m，水平段長605m（A點4481m至B點5086m）。

周期和復雜情況：H8089 井鉆井周期154.63d，相比前期同類井平均鉆井周期208.25d 縮短了53.62d 及25.75%；平均事故復雜時率0.35%，相比前期同類井平均事故復雜3.70%降低3.35%。

鉆頭鉆速情況：H8089 井使用優選鉆頭序列和配套提速工具機械鉆速取得突破，平均機械鉆速為3.56m/h，相比前期同類井平均2.43m/h提高46.51%。

其中，螺桿+個性化高效PDC鉆頭提速情況：二開直井段311.2mm 井眼采用螺桿+川石SP1935 系列PDC 鉆頭實施復合鉆井方式，應用井段平均機械鉆速4.42m/h，相比前期同類井平均3.13m/h提速41.21%。

渦輪工具+孕鑲鉆頭提速情況：H8089 井三開215.9mm井眼使用斯倫貝謝高速渦輪+K705孕鑲金剛石鉆頭，應用井段平均機械鉆速1.75m/h，相比前期同類井螺桿+MWD的常規復合鉆進方式平均0.86m/h提速103.49%。

旋轉導向工具提速情況：H8089 井四開水平段149.2mm 井眼應用斯倫貝謝旋轉導向工具+XS516 型PDC鉆頭，應用井段平均機械鉆速6.43m/h，相比前期同類井平均機械鉆速1.64m/h，提速292.07%，同時，H8089井用單只鉆頭就鉆完整個605m水平段。

鉆井液使用情況：針對二開鹽層及三開下二疊統不穩定地層，H8089 井應用高密度聚磺飽和鹽水鉆井液體系效果良好，有效降低了事故復雜時率和井下阻卡，在鉆進過程中無坍塌掉塊及阻卡現象；同時，四開水平段應用鉀鹽聚磺體系返砂正常，起下鉆開泵順利；水平段摩阻系數控制在0.05以內，濾餅質量良好，無粘卡現象，無托壓現象。

4 結論與建議

（1）通過應用肯基亞克鹽下水平井安全鉆井技術方案，2019年在目標區域成功鉆成H8089水平井，有效縮短了鉆井周期和降低了復雜時率，實現了整體提速和高效開發。

（2）通過選取造斜點井深3750m，控制靶前距在500m和造斜率為4°～5°/30m左右，造斜段采用在井斜70°微增探油頂著陸等方式，利于水平井減摩降阻和提速，減少了定向復雜，并實現了地質目標。

（3）在二開311.2mm 井眼上二疊統和鹽層應用尖圓混合齒、斧型齒PDC 鉆頭，三開?215.9mm 井眼下二疊統地層應用K705 孕鑲鉆頭、斧型齒PDC 鉆頭，四開水平段149.2mm 井眼石炭系地層應用斧型齒+柱狀齒PDC 鉆頭，能有效提高鹽下井的整體機械鉆速，值得后期進一步推廣應用。

（4）二開上二疊統和鹽層應用PDC 鉆頭+高效螺桿復合鉆井防斜打快技術、三開難鉆下二疊統地層直應用高速渦輪+孕鑲PDC 鉆頭提速技術、四開水平段應用旋鉆導向工具鉆水平段，有利于提高難鉆地層的機械鉆速及縮短鉆井周期。