伊拉克東巴油田Khasib層水平井定向鉆井技術實踐

周慶剛

（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術研究院，黑龍江大慶 163413）

東巴格達EBS 油田S2 區塊淺層發育褐色泥巖，中部發育鹽巖、石膏和白云巖，下部以石灰巖為主，其主力油層為Tanuma 層和Khasib 層。2019 年初開始規模化鉆井作業，開發目的層以Khasib層為主，計劃井型多為水平井。EBSK-8-2H井作為第一口Khasib層水平井，鉆井施工過程中，第一次鉆進Tanuma 層底部泥灰巖夾層時發生坍塌卡鉆；側鉆后第二次鉆進相同地層時再次發生坍塌卡鉆，該井最后改為直井完鉆。此后Tanuma 層底部泥灰巖成為Khasib 層水平井鉆井最大障礙，業主也為此暫停Khasib層水平井開發方案，目標轉向Tanuma 層水平井或Khasib 層定向井。本文以EBSK-5-5H 重點井為例，介紹了Khasib 層水平井技術難點，及技術攻關和采取的相應技術措施，EBSK-5-5H 井成功的現場實踐為開發東巴油田Khasib 層水平井提供了借鑒和經驗。

1 Khasib層水平井技術難點

Khasib層水平井鉆井技術難題就是如何維護上部泥灰巖穩定，實現安全鉆穿泥灰巖層后水平段著陸。通過EBSK-8-2H井鉆井復雜情況分析以及后續針對性課題研究結論得出，泥灰巖層鉆井技術難點主要有以下兩方面。

1.1 定向施工難度大

根據力學平衡原理，井壁坍塌風險隨著井斜角增大而增加。EBSK-8-2H井兩次坍塌卡鉆井段井斜角分別69.3°和77.3°。由于Khasib主力產層與Tanuma底部泥灰巖層底界的垂距僅為23m，使得泥灰巖井段的井斜角沒有進一步降低的空間，這為泥灰巖層定向鉆井施工帶來極大的挑戰。

1.2 泥灰巖井壁失穩

Tanuma層底部發育約29m厚度的泥灰巖，通過對該地層巖芯進行研究可知，一方面該段泥灰巖層理發育明顯，膠結性極差，當鉆井液密度無法平衡內應力時快速膨脹分解；另一方面在電子顯微鏡觀察下裂縫較為發育，促進泥灰巖吸水后膨脹，加劇垮塌。

2 技術難點的分析研究

針對東巴作業區Khasib層水平井施工中遇到的難點及取得的施工經驗，為了更好地為后續在S2區塊鉆井提供借鑒和施工經驗，對該區塊的技術難點進行了研究分析，并提出相應的改進措施。

2.1 井眼軌跡方面

（1）在水平井設計中，造斜點適當上移、適當延長視平移從而降低造斜率。

（2）地質方面準確預測，避免因調整靶點垂深從而導致造斜率增大、帶來井下施工風險的隱患。

（3）優化軌跡設計，頁巖段下部狗腿度調小，在進入小狗腿度段前起鉆甩掉螺桿和定向儀器，更換微增鉆具組合，用牙輪鉆頭盲穿頁巖段，通過頁巖層后，下套管封固頁巖段，以保證下部無后顧之憂。

2.2 頁巖的不穩定性

在改善泥漿性能的同時，優化井眼軌跡設計，在Tanuma層頁巖段盡量設計成穩斜或者狗腿較低，保證安全快速鉆過該頁巖層，降低頁巖的失穩坍塌幾率。保證上部井眼施工時的劃眼次數，確保返砂量和及時修整井壁，為快速穿過下部頁巖層打好基礎。

3 EBSK-5-5H井的現場實踐

通過Khasib 層水平井鉆井技術難題的技術攻關，在EBSK-5-5H井的鉆井實踐過程中通過改進井身結構設計、優化井眼軌跡、改進鉆井液配方、優選鉆頭以及鉆具組合、完善定向技術措施，和精細井眼軌跡控制等辦法，成功地完成東巴油田第一口Khasib層水平井。

3.1 井身結構設計與井眼軌跡優化

本井為四開，三維水平井且扭方位角度大于80°，采用直—增—穩—增—穩五段制井眼軌跡，針對S2區塊地質特點，井身結構設計上重點考慮了壓穩地層的同時兼顧儲層保護，實現泥灰巖安全鉆進，并盡可能緩解巖屑床積累和降低施工摩阻。井眼軌跡如圖1所示。

圖1 井眼軌跡設計圖

（1）三開設計直增穩方案，定向狗腿度6.0°/30m，井斜42°前完成穿靶方位調整。

（2）前期定向狗腿度6.0°/30m。

（3）T8層設計微增1.0°/30m。

（4）四開定向狗腿度7.0°/30m。

3.2 鉆井液設計

依據泥灰巖坍塌機理研究成果，對現場用KCl 聚磺鉆井液進行了改進，優選出聚胺抑制劑ULTRAHIB替換原配方中的AP-1，并引入納米封堵劑Nano-Seal，形成了鉀氨聚磺納米封堵鉆井液，流變性穩定，失水量降低。鉆井液改進前后對比如表1所示。

表1 鉆井液改進前后性能對比

3.3 鉆具結構的優選

針對不同井段的技術難點、特點分析，通過優選鉆具結構和降摩減阻措施，針對不同工況采用不同的鉆具結構。

（1）增斜段：?215.9mm 鉆頭+ ?172mm 螺桿+?178mm 浮閥+?172mmMWD+?172mm 無磁鉆鋌+ ?127mm 無磁加重鉆桿+?127mm 加重鉆桿+?165mm 震擊器+ ?127mm 加重鉆桿+?127mm 鉆桿+ ?127mm加重鉆桿+?127mm鉆桿。

（2）微增段：?215.9mm 鉆頭+ ?212/210mm 穩定器+?178mm 浮閥+?172mmMWD+?172mm 無磁鉆鋌+ ?127mm 無磁加重鉆桿+?127mm 加重鉆桿+?165mm 震擊器+?127mm 加重鉆桿+?127mm鉆桿+ ?127mm加重鉆桿+?127mm鉆桿。

（3）定向段：?152.4mm 鉆頭+120mm 螺桿+?120mm 浮閥+?120mmLWD +?120mm 無磁鉆鋌+?88.9mm加重鉆桿+?88.9mm鉆桿+?88.9mm加重鉆桿+轉換接頭+?127mm 加重鉆桿+?127mm震擊器+?127mm 加重鉆桿+?127mm鉆桿。

（4）水平段：?152.4mm 鉆頭+?120mm 螺桿+?120mm 浮閥+?145mm 穩定器+?120mmLWD+?120mm無磁鉆鋌+?88.9mm加重鉆桿+?88.9mm鉆桿+?88.9mm 加重鉆桿+轉換接頭+?127mm加重鉆桿+?127mm 震擊器+?127mm 加重鉆桿+?127mm 鉆桿。

采用了微增鉆具組合，每根鉆桿微增0.3°左右。2627～2643m 采用7～8t 鉆壓，鉆時7～24min/m,頂驅轉速60r/min。微增鉆具組合，非常好地滿足設計里對造斜率的要求，同時還可以采用鉆壓來對井斜微調整作用，保證了井眼軌跡的精確控制。

3.4 鉆頭優化設計

根據S2區塊鉆頭使用情況統計，優選一開使用鉆頭FS2663；二開使用鉆頭TS1664PI，機械鉆速大，單只鉆頭可完成二開進尺；三開使用鉆頭TKC56，機械鉆速大，單只鉆頭可完成三開進尺；四開使用鉆頭T1665GU。鉆頭使用情況如表2所示。

表2 鉆頭使用情況

3.5 定向施工難點分析

（1）地層夾雜頁巖，且穿過頁巖層后上部不斷剝落。給定向施工造成很大的困難：工具面不穩，整體摩阻較大，給施工帶來了風險。如有稍大的頁巖塊在鉆進過程中處于鉆頭、螺桿螺扶或鉆具接箍處導致扭矩增大甚至憋停的現象。頁巖層巖屑塊如圖2 所示。

圖2 頁巖層的返出的巖屑

（2）由于本井為Khasib 層三維水平井且扭方位角度大于80°，鉆井液密度、粘度高。施工時的摩阻較大，且從2442m 開始有上提超拉現象，三開共處理卡鉆2次。均為上部頁巖剝落塊。

（3）通過在定向鉆進過程中工具面穩定情況、定向鉆進速度、鉆壓和泵壓等參數對比，頁巖塊較多時定向困難、摩阻大、托壓嚴重。井底的清潔程度、頁巖塊的多少、大小等因素都影響定向時效。

（4）四開使用GE-LWD 測量電阻率和伽馬數據。井斜探管無法調整到近鉆頭位置，導致測量井斜滯后距最大達到19.05m。再加上為了施工安全上提1m。井底需要預測井斜的距離超過20m，當發現井斜變化規律突變時無法迅速響應，增大了四開軌跡控制施工的難度。

3.6 定向施工技術措施

(1)通過優化鉆具結構，優選鉆井參數，在造斜段施工及時摸索鉆具的造斜率，確保中靶，施工盡量多復合少定向，精細控制軌跡，確保軌跡平滑。

（2）優選鉆頭類型，保證鉆頭的側切能力，提高鉆具組合的造斜能力，同時改善井眼狀況，可以提高造斜段的機械鉆速。

（3）加強井眼軌跡控制，在頁巖段盡量保持穩斜或者較低狗腿，保證安全快速鉆過該頁巖層，降低頁巖的失穩坍塌幾率。

（4）保證上部井眼施工時的劃眼次數，確保返砂量和及時修整井壁，為快速穿過下部頁巖層打好基礎。

3.7 頁巖層鉆進措施

(1)加強地質監測，鉆達Tanuma泥灰巖層前起出螺桿鉆具，換單螺扶增斜鉆具。

(2)調整鉆井液性能，鉆井液高密度、低濾失和適當的粘度和切力。

(3)泥灰巖段鉆井參數：鉆壓20～80kN，轉速40～60r/min，排量30～40L/s，開泵先小排量頂通，泵壓正常后再逐漸增加排量，快速鉆穿泥灰巖層。

(4)每打完一個立柱正向以50～70r/min 劃眼2遍。泥灰巖層嚴禁定點循環。

(5)正常情況下上提鉆具嚴禁倒劃，如果必要倒劃則控制轉速20～40r/min為宜。

(6)鉆穿泥灰巖層16m完鉆，充分循環返砂，待返砂干凈后短起至套鞋，然后通井。

(7)保持井內液柱壓力:起鉆要連續或定時灌漿，保持井口液面不降，減少抽吸壓力。

(8)控制泥灰巖層起鉆速度，發現井口液面不降或外溢，停止起鉆，如有井塌征兆，務必小排量頂通，逐漸提高排量，中間不可停泵。

(9)下鉆過程如井口不返鉆井液，應立即停止下鉆，開泵循環通井或劃眼，恢復正常后繼續下鉆。

(10)通井到底后充分循環，待返砂干凈后，井底泵入高粘。

(11)防粘卡措施：①降低摩阻系數不大于0.08；②鉆具靜止時間不能超過2min。

4 結論與認識

通過EBSK-5-5H 井的鉆井實踐，總結出如下經驗與建議：

（1）在頁巖易剝落地層，井眼凈化問題是施工的重點。在滿足井下儀器和螺桿鉆具正常工作的條件下，應盡可能使用較高排量，提高巖屑上返速度；適當采用低轉速鉆進、高轉速劃眼的方式進行攜砂，有效地破壞巖屑床，保證返砂效果，保證井眼干凈。

（2）建議優化井眼軌跡設計，設計K層水平井時盡量設計成二維井型。如果無法滿足也要盡量設計扭方位角度較小，同時造斜點盡量避開油層，避免前期造斜率不足導致更換鉆具組合。

（3）采用優化井身結構設計，設計直—增—穩—增—穩五段制井眼軌跡，計算并應用近鉆頭扶正器微增鉆具組合，優化井眼軌跡控制以及泥灰巖層鉆井技術措施，克服了定向難度大以及頁巖層脫落造成卡鉆埋鉆具等問題，成功地完成了伊拉克東巴油田第一口Khasib層水平井，為今后的Khasib層水平井施工提供了借鑒。