科威特BURGAN區塊防斜打快技術分析

莊緒財

（中原石油工程公司塔里木分公司，新疆巴音郭楞 841000）

1 BURGAN區塊現場情況

1.1 項目特點

科威特的BURGAN區塊位于阿拉伯盆地內，屬于穹隆結構，以Graben復合斷層為邊界與其他幾個區塊區分開。從原油開采情況來看，BURGAN油田儲量主要賦存于白堊紀砂巖的第三段和第四段中。而第三段可以進一步細分為上、中、下油藏，第四段油藏通過石灰巖與第三段上部油藏分隔開。由于布爾干油田地層存在較多斷層，引發了油藏分隔情況。同時因為許多斷層存在較多落差，造成砂巖和砂巖間難以連通。近年來隨著石油開采活動的頻繁開展，多數區域已經形成了密集的井網，留下的新井位有限，因此在BURGAN區塊開展鉆井作業，要求達到較高技術水平，在降低石油開采成本和提高生產效率的同時，能夠充分利用井位資源[1]。對BURGAN區塊儲層分布展開進一步分析，主要的兩個儲層分別位于BUMAILA砂巖和BURGAN砂巖。前者擁有細粉砂巖和黏土巖互層結構，擁有巖性穩定的地層結構，能夠布置定向井造斜點。而后者為石英砂巖和黏土巖互層結構，同時黏土層具有厚度不等的特點，巖石為膠結狀，結構疏松，擁有較高的孔隙度，在鉆井作業中容易出現井斜、結構失穩等問題，給石油開采帶來較大困難。

1.2 各井段情況

從BURGAN區塊各井段情況來看，一共包含三個井段。其中，一開井段的地層表層較為松軟，底層為松軟砂巖。如果開展常規的鉆井作業，在表層鉆進過程中可能出現井眼漏失情況，鉆至底層可能遭遇塌陷問題。從二開井段的特點來看，地層中賦存酸性液體，部分位置存在硫化氫。分析原因可知，區塊局部瀕臨淺海，形成了快速沉積區域。隨著地層的發育，部分沉積層發生了快速沉積，造成大量地層壓力無法及時釋放，進而導致大量淺層氣被圈閉。而地層巖性屬于石灰巖，在鉆進過程中容易發生有毒氣體泄漏情況。從三開井段情況來看，擁有泥頁巖地層，鉆進期間鉆頭將遭遇較大的摩阻扭矩，同時井壁坍塌的概率較大。而其主力油層屬于石灰巖，擁有較發育的孔隙，容易出現井漏問題[2]。因此從總體上來看，BURGAN區塊各井段的地層可鉆性較差，存在巖性不均質等問題，給鉆頭使用帶來了較大限制，容易因磨損出現使用壽命縮短的問題。此外，部分巖層孔隙度較高，同時地層斷層較多，容易發生井壁坍塌、井眼漏失、井斜等各種問題，因此需要提出可靠的鉆井技術方案，確保能夠取得理想的鉆井效果。

2 BURGAN區塊鉆井要點

2.1 井斜控制

BURGAN區塊的地層傾角較大，對井斜加以控制的難度有目共睹，與此同時，過大的地層傾角還致使機械鉆速難以得到顯著提高，即便引入空氣鉆井，同樣難以保證井斜控制效果達到預期。

2.2 鉆頭選型

鉆井施工所使用主要工具為鉆頭，其作用是通過破碎巖石的方式，形成相應的井眼。由此可見，井眼形成速度及整體質量，不僅受鉆頭性能、地層條件影響，還受鉆頭和地層匹配度的影響，只有以現場情況為依據，對鉆頭進行科學選型，才能既保證轉速得到提高，又使鉆井成本有所降低。現階段，天然氣以及石油開發領域所使用鉆頭多為PDC鉆頭，該鉆頭以硬質合金、金剛石微粉為主要原料，這也決定其既具備與硬質合金相同的良好韌性和強度，同時又繼承了金剛石的耐磨性以及硬度，利用其開展鉆井作業是大勢所趨[3]。

BURGAN區塊地層的特點為含有大量礫石，研磨性較強，可鉆性不理想。在鉆進施工環節，施工人員極易遇到跳鉆或是蹩鉆的情況，導致鉆頭壽命縮短、無法正常使用。研究表明，導致牙輪鉆頭難以發揮出自身優勢的原因，主要是鉆頭出現斷齒、掉齒或是牙齒磨損問題，僅有少數鉆頭存在軸承受損的情況?？紤]到BURGAN區塊各井段均具有巖性不均、礫石占比較大的問題，導致鉆頭使用受限，可供選擇的牙輪鉆頭類型有限，鉆速自然難以得到提高。鑒于此，在對牙輪鉆頭加以應用時，施工方應先通過實地勘察的方式，明確現場是否存在軟硬交錯或曲線作業的情況，確保牙輪鉆頭所具有優勢能夠得到充分發揮。

3 防斜打快技術的應用

3.1 防塌技術分析

BURGAN區塊所采用技術以滿眼打直為主，該技術強調通過對底部鉆具整體剛性進行增強的方式，確保鉆具組合可表現出更加理想的抗彎曲性，由此來達到糾斜和降斜的最終目的。在實際施工中，施工方應優先選擇鉆壓低、排量大、泵速快且泵壓高的鉆井參數。

BURGAN區塊各井段均有埋深不定、厚度不等的不連續大段砂巖存在，砂巖多為黑色及灰色，要想避免該區塊出現地層坍塌或類似問題，關鍵是要對鉆井液比重進行提高，但隨著比重的提高，機械鉆速必然會受到制約，在鉆進各井段期間，出現井壁坍塌或類似問題的概率將有所增加，由此可見，加大對防塌技術進行研究的力度，根據現場情況選擇切實可行的防塌技術很有必要。

該區塊鉆井液體系以聚磺等聚合物為主，其特點主要體現在以下方面：①具有極強的抑制性。②防塌效果理想。③包被能力突出。④在高密度情況下，鉆井液具有良好的流變性。⑤可有效抵抗酸根、鹽膏所造成污染。

在鉆井期間遇到砂巖，則應遵循進一退二的原則，對返沙情況進行仔細觀察，根據巖屑數量、形狀以及大小，對鉆井液密度能否起到平衡砂巖地層的效果加以判斷，循環施工期間應避免在砂巖井段進行定點循環，將坍塌問題出現的概率降至最低[4]。

BURGAN區塊對目的層失水所提出要求為不超過4mL，項目實際失水量未達到3.5mL，井徑擴大平均值為8.45%，目的層井徑擴大了7.4%，全井質量合格率達到了100%。

3.2 優選鉆頭及鉆具

3.2.1 鉆頭

BURGAN區塊地層的特點為抗壓強度較高，砂礫巖占比大，巖性隨機分布，由此而造成的問題，主要是機械鉆速難以提高，而礫石的存在無形中增強了地層的研磨性，導致施工方對PDC鉆頭進行選型的難度極大。要想通過提升機械鉆速的方式，對鉆井周期加以控制，使項目所取得社會與經濟效益達到預期，關鍵是要以各井段所表現出巖性特點、地層特點為依據，在現有PDC鉆頭中選擇符合現場情況的鉆頭，真正做到利用PDC鉆頭進行全井施工。

對鉆頭進行選擇時，施工方應重點考慮以下內容：首先是優先選擇刀冀呈進攻螺旋狀的鉆頭。其次是選擇對外界沖擊具有較強抵抗力的雙排齒鉆頭。再次是要做到強力保徑。最后是對防沖蝕硬化以及胎體防磨性能進行增強。本項目所選擇PDC鉆頭的單只進尺均打破以往指標，使得BURGAN區塊相關指標得到刷新。

3.2.2 鉆具組合

BURGAN區塊各井段地層均含有一定比例的礫巖，地層中部含存在大量不連續砂巖，使地層巖性受到負面影響，PDC鉆頭應用受限。此外，對牙輪鉆頭加以應用期間，由于地層巖性較為特殊，斷齒和磨損問題無法徹底解決，由此而帶來的問題，主要是鉆頭壽命被大幅縮短，項目成本隨之提高。要想解決該問題，關鍵是要做到以現場情況為依據，對鉆頭進行優選，同時對鉆具進行科學組合。

一開井段井眼所適用鉆具結構為塔式鉆具，組合方案為7"鉆鋌、8"鉆鋌以及9"鉆鋌。二開井段井眼所適用鉆具結構同樣為塔式鉆具，組合形式為6.5"鉆鋌、7"鉆鋌以及8"鉆鋌。三開井段井眼應該用PDC鉆頭，同時配合鐘擺鉆具、直螺桿，其中，鐘擺鉆具的規格為18m，直螺桿的規格為172mm。事實證明，對以上鉆鋌進行組合應用，一方面能夠有效避免鉆具刺斷的情況出現，另一方面可使鉆壓得到有效解放，同時防斜效果也能夠達到預期[5]。

在實際施工中，施工方對以上技術加以應用，沒有出現由于地層斷層或是傾角過大，導致井斜失控的問題，井身質量得到了有效控制。通過測量可知，井斜最大值為2.9°/2 595m，未超過設計井斜的最大值5°/2 595m。井底水平位移的最大值為17.6m，同樣未超過設計水平位移的最大值58m，由此可見，現場施工質量與設計方案所提出要求相符，該鉆具組合具有大范圍推廣的意義。

3.3 各井段技術說明

3.3.1 一開井段

該井段Dammam地層的巖性以砂巖為主，要想有效鉆穿地層，施工方應對Varel鉆頭加以應用。鉆井參數如下：鉆壓應控制在4~8klb，排量以300加侖/min為宜，開眼轉速上限為40r/min、下限為30r/min。在扶正器出導管的前提下，每隔20ft~30ft，便可將排量提升約50加侖/min，同時對其他鉆井參數進行增大，確保各項參數均能夠達到設計方案所提出要求。在施工期間，施工人員應對圓井周圍情況進行密切關注，如果發現地表有鉆井液漏出，則應第一時間停止施工。在利用水泥對問題區域進行塞堵后，重新加固各導管并繼續施工。

3.3.2 二開井段

該井段以石灰巖、白云巖以及硬石膏為主，施工方計劃利用Baker和REED鉆頭將Rus地層、Dammam地層鉆穿。鉆井參數如下：WOB的取值為30~60KIP，排量的取值為600~750加侖/min，轉速取值為90~110r/min。將鉆井液的酸堿值維持在9~10之間，以此來中和Rus地層、Dammam地層所含有的大量酸性液體。提前對隨鉆堵漏劑進行準備，一旦地層出現漏失問題，便可利用隨鉆堵漏劑加以處理，以免造成更嚴重的后果。

上文所提到隨鉆漏堵劑的成分以聚戊糖、植物膠、纖維素、腐植鹽酸及相關衍生物為主。其外觀為固體粉末，具有良好的流動性，通常配合鉆井液加以應用。研究表明，按照固定比例將其與鉆井液進行混合，可達到降低濾失的效果，為儲層提供有力保護。隨鉆堵漏劑所含纖維、晶片和封堵顆粒的級配并不相同，對其加以應用可使漏失地層得到快速封堵，在阻斷液相、固相深入儲層的途徑的基礎上，避免鉆井液被大量浪費的情況出現，使井壁穩定性最大程度接近理想水平。若施工需求為預防滲漏，隨鉆堵漏劑的摻入量以 1%~2%為宜，如果施工需求為封堵微裂隙與砂層空隙，為儲層提供保護，則應將其摻入量調整為 2%~4%，若封堵對象為嚴重漏失層，施工方應將摻入量增加至4%~6%，確保隨鉆堵漏劑所具有價值可得到最大程度的實現。

3.3.3 三開井段

該井段以石灰巖為主，對該井段進行施工的主要工具為SMOTH PDC鉆頭，鉆井參數如下：WOB的取值為10~40KIP，排量的取值為500~650加侖/min，RPM的取值為60~100r/min。鉆井液體系以KCl為首選，該體系可有效應對Ahamadi地層，最大程度避免坍塌情況發生。與此同時，引入固液復合潤滑的相關技術，通過對鉆井液所具有潤滑性進行增強的方式，有效弱化該地層所具有高摩阻扭矩給施工造成的不利影響。根據現場情況采購適合的隨鉆漏堵劑，對鉆井液、鉆井各項參數進行調整，確保即使主力油層出現井漏問題，施工人員仍然能夠做到從容應對，將井漏所造成損失降至最低。

事實證明，合理應用隨鉆堵漏劑，可取得以下良好效果：首先是使微裂漏失和孔隙得到及時封堵，將相關問題所造成影響降至最低。其次是可快速形成強度符合項目特點的屏蔽帶，屏蔽帶具有非滲透特性，可有效阻止儲層被工作液固相及液相侵入，待施工告一段落，有關人員可經由射孔反排將屏蔽帶解除，以免給后續施工造成困擾。再次是可使泥漿濾失量得到大幅降低，同時不給泥漿固有流變性能帶來影響，在耐溫性方面的表現較為理想。最后是不被電解質污染所影響，真正做到了無害無毒。

4 研究成果與展望

隨著防斜打快技術研究的深入，BURGAN區塊的鉆井速度較以往有所提高，鉆速得到顯著提升的關鍵點可歸納如下：①施工方以現場情況為依據，對鉆頭進行優選，并對鉆具組合進行了調整。②引入了復合鉆進技術，在保留PDC鉆頭的基礎上，新增了液力推進器以及螺桿。③根據施工要求，對安全系數較高的鉆進技術進行了充分利用。事實證明，隨著以液力推進器為代表的新型工具的加入，PDC鉆頭所具有穩定性得到顯著提升，不僅定向托壓等問題迎刃而解，鉆頭壽命和機械鉆速也更接近預期水平，但引入新技術必然伴隨著成本的增加，除特殊情況外，以上技術通常被用來對3 000m或以上的井進行施工。④要想實現防斜打快的目標，關鍵是要引入滿眼打直技術，同時采用鉆壓低、排量大、泵速快且泵壓高的鉆井參數。⑤要想提高井壁穩定性，使減摩降扭效果更加理想，施工方應確保現場所用鉆井液體系為KCl，同時根據實際情況采取相應的固液潤滑技術。⑥如果條件允許，施工方可聯合鉆頭生產商、石油院校，共同對抗鉆強度、巖石可鉆性以及塑性系數等地質相關因素進行研究，為鉆頭指明優化方向，并為日后選型工作的高效開展提供參考。未來相關人員應將工作重心放在對鉆頭數據庫進行建立健全上，根據實際施工所積累經驗，對數據庫進行更新，以免出現反復試驗的情況。

5 結束語

BURGAN區塊作為科威特主要產油區，應當做到科學應用鉆井技術，有效利用油田井位實現石油高效開采。而在實踐工作中，需要認識到區塊地層特殊性，根據各井段鉆井遇到的技術難題制定科學鉆井方案，運用防斜打快技術避免鉆井過程中出現井壁塌陷、井眼漏失、井斜等問題。把握技術應用要點，合理進行鉆頭和鉆具選擇，最終能夠取得理想鉆井效果，為類似項目的開展提供指導。