乍得第一口水平井鉆井設(shè)計(jì)與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

李 萍，魏 俊，于 琛，羅 潔，劉 軒，李 玲

（1.中國(guó)石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司，天津 300452；2.中油國(guó)際<乍得>有限責(zé)任公司，北京 100011）

Bongor盆地位于非洲中部乍得共和國(guó)西南部中非剪切帶中段北側(cè)，近東西走向，鉆遇地層自上而下依次為第四紀(jì)—第三紀(jì)、白堊紀(jì)、中生代、二疊紀(jì)、基巖。巖性為泥巖和砂巖、砂巖夾頁(yè)巖、頁(yè)巖夾砂巖和花崗片麻巖。潛山油藏是主力油藏之一，基巖屬花崗巖[1-2]。頂界深度在530～2500m，花崗巖地層內(nèi)不斷有油氣顯示[3]。基巖地層具有硬脆性、高抗壓強(qiáng)度特性，地層壓力低、裂縫發(fā)育。C-1區(qū)塊前期勘探C-1和C1-1井在Basement儲(chǔ)層測(cè)試，獲工業(yè)油氣流。地層壓力系數(shù)1.03和0.87，地溫梯度4.4℃/100m。油品API 度分別為29、27.7，屬中質(zhì)原油。2018年嘗試在該地區(qū)部署一口水平評(píng)價(jià)井，評(píng)估Basement儲(chǔ)層的油層分布和水平井產(chǎn)油量。

1 鉆井難點(diǎn)分析

根據(jù)C-1 區(qū)塊的地理位置和鄰井鉆井情況，前期開發(fā)為直井和定向井，數(shù)據(jù)分析表明：復(fù)雜情況多為上部泥頁(yè)巖地層出現(xiàn)阻卡，潛山地層出現(xiàn)大量漏失。該地區(qū)水平井的鉆井難點(diǎn)為：①壓力系統(tǒng)不明確，需對(duì)其進(jìn)行孔隙壓力、坍塌壓力、破裂壓力預(yù)測(cè)，確定安全鉆井液密度窗口；②潛山埋藏深度相差較大，地面環(huán)境受限，潛山水平井井眼軌道設(shè)計(jì)要求高；③潛山花崗巖地層鉆速低及易漏失，需制定相應(yīng)措施。

2 壓力預(yù)測(cè)與井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化

2.1 水平井壓力預(yù)測(cè)

由鄰井井眼崩落法分析該區(qū)域最大地應(yīng)力方位NE70°～90°，正斷層。以鄰井C1-6的測(cè)井、壓力測(cè)試、實(shí)鉆數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用沉積欠壓實(shí)理論和適合于硬脆性地層的摩爾—庫(kù)倫強(qiáng)度準(zhǔn)則模型，預(yù)測(cè)了水平井的孔隙壓力、破裂壓力、坍塌壓力三壓力（表1），并對(duì)該井坍塌壓力最大即P層垂深1090m處進(jìn)行了井壁穩(wěn)定性分析（圖1），該水平井可能發(fā)生的地層不穩(wěn)定是上部泥頁(yè)巖層坍塌、阻卡，下部可能出現(xiàn)潛山花崗巖裂縫性或孔洞性漏失，在當(dāng)前井深、井斜和方位下（307.73°）處于井壁相對(duì)穩(wěn)定的安全區(qū)域，地層坍塌壓力1.33g/cm3。

圖1 C1-11H井井眼穩(wěn)定分析圖（1090m）

表1 C1-11H三壓力預(yù)測(cè)結(jié)果

2.2 井身結(jié)構(gòu)

Bongor盆地潛山前期鉆井采用了兩種井身結(jié)構(gòu)“大三開”和“小三開”?？紤]水平井鉆井的風(fēng)險(xiǎn)性，建議采用大三開，預(yù)留一開以減少風(fēng)險(xiǎn)。潛山巖芯室內(nèi)試驗(yàn)單軸抗壓強(qiáng)度51～175MPa，巖石強(qiáng)度高，即使采用較大壓差生產(chǎn)（最大25MPa左右），井筒也穩(wěn)定，考慮最大限度地釋放產(chǎn)能，采用裸眼完井，儲(chǔ)層專打，利于儲(chǔ)層保護(hù)和更客觀準(zhǔn)確評(píng)價(jià)潛山產(chǎn)能。表層套管封固松軟淺表地層（封過水層210m），生產(chǎn)套管下至潛山頂部（考慮壓力系統(tǒng)不一致），潛山儲(chǔ)層裸眼完井。具體井身結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 C1-11H井身結(jié)構(gòu)示意圖

3 井眼軌道設(shè)計(jì)及鉆具組合優(yōu)選

3.1 井眼軌道設(shè)計(jì)

軌道優(yōu)化原則[4-5]：①在滿足鉆井目的前提下，盡量使用簡(jiǎn)單剖面類型。②造斜點(diǎn)選在比較穩(wěn)定、均勻地層。③井眼曲率不宜過小或過大。④考慮施工難度采用長(zhǎng)半徑水平井控制造斜率小于8°/30m。C1-11H水平井的方案優(yōu)化了造斜位置、靶前距，井口坐標(biāo)，最終完成井眼軌道設(shè)計(jì)—三增剖面（表2，圖3），該井3個(gè)靶點(diǎn)：TA與TC靶點(diǎn)連線井斜為71.32°，TC與TB靶點(diǎn)連線井斜為86.84°，該剖面要求在潛山定向，井段垂深為1269.5～1349.5m，施工中加強(qiáng)井眼軌道控制以保證“矢量中靶”。

圖3 井眼軌道垂直投影圖(投影方位307.73°)

表2 C1-11H軌道設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表

3.2 鉆具組合優(yōu)選

C1-11H水平井包含一定長(zhǎng)度的高井斜和水平段，需對(duì)鉆柱和下部鉆具組合進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，有效預(yù)防鉆具事故、提高鉆頭工作指標(biāo)和克服井斜問題，實(shí)現(xiàn)安全鉆井。優(yōu)選的鉆具組合為：一開防止直井打斜，采用塔式鉆具組合，堅(jiān)持轉(zhuǎn)盤開眼，低轉(zhuǎn)速、小鉆壓。二開井段采用PDC鉆頭+馬達(dá)+MWD。三開大斜度+水平井段采用倒裝鉆具組合[?215.9mm鉆頭+?172mm馬達(dá)（1°～1.25°）+?165.1mm 浮 閥 +?165.1mmMWD+?165.1mm 無磁鉆鋌×1 根+?127mm 斜坡鉆桿×1000m+?127mm 加重鉆桿×15 根+?127mm 鉆桿若干]，提高鉆頭上的有效鉆壓。對(duì)三開鉆具組合進(jìn)行摩阻扭矩分析，鉆具抗拉余量1231.41kN，抗拉安全系數(shù)1.96；?215.9mm井眼起鉆時(shí)大鉤載荷608.1kN，井底旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)扭矩17kN·m。在不同工況下均未出現(xiàn)彎曲，滿足施工要求。在定向時(shí)活動(dòng)鉆具，防止卡鉆，施工中加密MWD測(cè)斜，保證井下安全的同時(shí)盡量縮短鉆井時(shí)間。

4 鉆井液優(yōu)選

根據(jù)壓力預(yù)測(cè)及鄰井實(shí)鉆，鉆井過程中上部需加強(qiáng)鉆井液的防塌性能和下部防漏堵漏措施，確定C1-11H井鉆井液體系和密度范圍：一開采用膨潤(rùn)土鉆井液體系，密度1.05～1.15g/cm3；二開采用氨基抑制劑甲酸鹽鉆井液體系，具有較強(qiáng)的泥頁(yè)巖抑制性和環(huán)保性，密度：301～788m， 1.15～1.28g/cm3， 788～1424m， 1.28～1.35g/cm3；三開采用無固相鉆井液體系，密度1.02～1.08g/cm3。根據(jù)潛山地層密度窗口窄易漏失的特點(diǎn)，采用控壓鉆井[6-8]，地面增加控壓裝置，精確控制井底壓差，在近似于地層壓力的條件下鉆進(jìn)，降低漏失風(fēng)險(xiǎn)。

5 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

C1-11H井由ZJ40DB鉆機(jī)承鉆，鉆井周期35d，完井周期38d。平均機(jī)械鉆速6.17m/h。XXX C1-11H井地質(zhì)預(yù)測(cè)與實(shí)鉆地層相比，Basement提前鉆遇，及時(shí)調(diào)整了剖面，入窗點(diǎn)A垂深由原定1269.5m上移到1224.5m，控制點(diǎn)C垂深由原定1349.5m上移到1295.5m，靶點(diǎn)B垂深由原定1369.5m上移到1315.5m，方位不變。提前完鉆二開并下套管固井。現(xiàn)場(chǎng)水平井的軌跡現(xiàn)場(chǎng)控制較好，垂差和水平偏差控制在6m內(nèi)，三個(gè)靶心距控制在設(shè)計(jì)要求的10m內(nèi)。實(shí)鉆密度與設(shè)計(jì)密度一致。M層中部以上井壁穩(wěn)定，井眼規(guī)則，進(jìn)入M層底部和P層后，井壁出現(xiàn)輕微失穩(wěn)現(xiàn)象，井徑也有相應(yīng)程度的擴(kuò)大。進(jìn)入潛山后，鉆井液密度0.96～1.02g/cm3，地面增加了RCD控壓裝置，減少井底壓力波動(dòng)，但漏失仍較嚴(yán)重。

6 結(jié)論及建議

以乍得Bongor 盆地C-1 區(qū)塊鄰井地質(zhì)、測(cè)井、測(cè)試及本井地質(zhì)設(shè)計(jì)，進(jìn)行了該區(qū)塊首口水平井C1-11H的鉆井工程設(shè)計(jì)，并成功進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施。得出以下結(jié)論和建議：

（1）建立了該井的三壓力預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)了該井的安全鉆井液密度窗口和井壁穩(wěn)定性，該井可能發(fā)生的地層不穩(wěn)定是上部泥頁(yè)巖層坍塌、阻卡，下部潛山花崗巖裂縫性或孔洞性漏失。

（2）優(yōu)化了該井的井身結(jié)構(gòu)、井眼軌道和鉆具組合，最終形成“大三開”的井身結(jié)構(gòu)和“三增”的軌跡剖面，提出三開大斜度+水平井段采用倒裝鉆具組合。

（3）針對(duì)潛山特點(diǎn)，提出三開儲(chǔ)層專打，裸眼完井，地面增加控壓裝置，無固相鉆井液，近似于地層壓力的條件下進(jìn)行鉆進(jìn)，保護(hù)油氣層，降低漏失風(fēng)險(xiǎn)。

（4）成功完成該地區(qū)首口水平井施工，設(shè)計(jì)符合度高，壓力預(yù)測(cè)準(zhǔn)確，鉆井液密度設(shè)計(jì)合理，水平井的軌跡現(xiàn)場(chǎng)控制好，且產(chǎn)量達(dá)到鄰井定向井3倍以上，對(duì)后續(xù)水平井的實(shí)施具有很好的指導(dǎo)意義。