渤海油田南部區域淺層預防新井眼措施探析

彭江

中海石油（中國）有限公司天津分公司 天津 300459

渤海油田油氣田普遍采用集中導管架鉆叢式井的方式進行大規模開發，為滿足井網布置要求和降低井眼防碰風險，井眼軌跡控制一般要求出隔水導管后盡快定向鉆進預斜以達到整體井網軌跡盡快分散分離的目的，因此初始造斜井段普遍位于平原組、明化鎮上部等淺部地層。渤海油田南部區域淺部地層巖性以泥巖為主，局部含少量粉砂巖，地層可鉆性好，具有疏松黏軟，巖屑不成型，吸水易分散等明顯特征。本區域淺部地層鉆井過程中為提高作業效率和避免鉆屑攜帶過程中形成較大泥球堵塞井口和循環通道等風險，以往開發調整井普遍采用海水膨潤土漿大排量快速鉆進。大排量鉆進提供的高速水利沖擊力可顯著提高機械鉆速，同時高返速也能較好的清潔井眼，配合較低粘度的海水膨潤土漿，可有效降低淺層粘軟泥巖聚集出泥球的風險。但以此同時，大排量的沖刷也會造成淺層松軟地層井徑擴大，形成“葫蘆串”型不規則擴眼井段，當后續鉆進產生的巖屑上返至擴大井段時易大量沉降堆積在下井壁，經過鉆具長時間旋轉擾動，進一步形成不規則井徑。當鉆具在該井段下鉆遇阻時，極易出現新井眼。為了有效降低出現新井眼的風險，通過實際案例分析總結，結合本區域地層特性，制定了一系列優化控制措施，在后續施工過程中取得了良好效果。

1 地層巖性分析

渤海油田南部區域淺部地層自上而下分別鉆遇平原組和明化鎮組上部，地層巖性主要為疏松砂泥巖不等厚互層。巖石粘土礦物成分以無序伊利石、蒙脫石混層為主，成巖程度低，巖屑成團塊狀。泥巖具有易膨脹、強分散的特性，膨脹率超過20%，回收率小于10%。砂巖以淺灰色疏松粉砂巖為主，泥質膠結，滲透率高。

2 案例簡述和原因分析

本區域1井、14井、15井先后在12.25in井眼下鉆過程中遇阻出新井眼，出新井眼位置均為明化鎮上部垂深600～800m井段。通過錄井巖性分析，該井段巖屑以褐灰色泥巖為主，含少量粉砂巖，巖屑分散不成型。該井段鉆進期間使用海水膨潤土漿體系鉆進，鉆進排量3800～4000L/min，期間間歇性掃高粘度膨潤土漿清潔井眼，每鉆完一個立柱倒劃眼一遍修整井眼。該井段地層可鉆性較好，平均機械鉆速達180m/h以上。

14井12.25in井眼使用旋轉導向鉆具鉆進至著陸井深后，倒劃眼起鉆至678～657m，倒劃眼排量3800L/min，頂驅轉速50rpm。倒劃眼期間扭矩波動較大，準備第二遍倒劃眼修整井壁，鉆具原參數下劃眼過程中在原井眼右上方出新井眼。該井段為增斜降方位井段，全角變化率3.7°/30m，鉆具原參數下劃眼過程中無明顯遇阻顯示，下放速度正常，其他各項鉆井參數無明顯異常。

15井使用12.25in井眼馬達定向鉆具鉆進著陸井深后，倒劃眼起鉆至上層套管鞋，隨后起出鉆進鉆具，更換隨鉆核磁測井鉆具下鉆進行測井作業。期間下鉆至633m遇阻無法通過，嘗試小排量低轉速劃眼通過遇阻點，持續遇阻3～5t，從原井眼下方出新井眼。該井段為增斜井段，全角變化率2.1°/30m。

1井12.25in井眼使用馬達鉆具鉆進至著陸井深后，倒劃眼起鉆至966m時參數異常，頻繁憋壓蹩扭矩，倒劃眼排量3200L/min，頂驅轉速40rpm。隨后根據反向原則下放鉆具處理蹩卡復雜情況，下放時排量2500L/min，下放懸重在3-5t范圍內波動，下放鉆具至969m時憋壓1Mpa，從原井眼上方出新井眼。該井段為穩斜段，地層輕微自然降斜趨勢，全角變化率0.8°/30m，

對上述三個案例進行對比分析可見：出現新井眼的地層均位于明化鎮上部垂深800m以上井段，巖性以疏松粘軟砂泥巖為主；該井段中不同的鉆具組合（原鉆具和測井鉆具），不同的井斜（30°～70°），不同的井段（造斜段和穩斜段）在下劃眼或下鉆期間均可能出新井眼；新井眼出去的方向有上有下，無明顯規律。

綜合以上情況分析，本區域淺層易出新井眼的主要原因為地層巖性為疏松砂巖和軟泥巖，成巖程度差，地層強度低，抗變形能力差。鉆進期間大排量沖刷下，井壁易分散變形失穩，井徑嚴重擴大。后續鉆進產生的鉆屑在擴大井段堆積，經過鉆具不斷旋轉擾動，形成不規則井壁，導致鉆具下放遇阻，小排量開泵下放也很難通過，極易出新井眼。

3 預防出新井眼優化措施

針對先后出現的三次新井眼案例，結合本區域以往開發項目作業經驗，為有效降低淺層出新井眼風險，從以下幾個方面制定優化改進方案。

3.1 軌跡設計和定向鉆具組合優化

后續井進行定向井軌跡設計時，在保證平臺整體井網布置合理和防碰安全的前提下，優化簡化井眼軌跡設計，上部井段優選簡單的二維井型，造斜段盡可能設計較低的全角變化率，使淺層松軟地層定向軌跡相對簡單平滑。對于三維需同時造斜和扭方位的井眼軌跡，應盡可能降低設計扭方位幅度，每鉆完一個立柱及時倒劃眼修整井壁，避免出現局部較大全角變化率。實際施工時，嚴格按照設計實施，一旦造斜率落后設計，在滿足防碰和地質油藏需求的前提下可適當延長造斜段，避免因為追井斜或方位形成局部大全角變化率，增加后續鉆具通過風險。

定向鉆具組合方面，使用馬達鉆具時，對本區域造斜率對比分析，將淺層預斜馬達彎角從1.25°優化為1.15°，滿足造斜率的同時，減少鉆進期間井眼擴大率和后續馬達鉆具下鉆遇阻風險；馬達鉆具需配合使用徑向短節等提速工具時，從第一趟鉆開始每趟鉆都選擇入井，保證鉆具組合前后剛性一致；使用旋轉導向鉆具時，如考慮配合使用倒劃眼扶正器，使用欠尺寸扶正器以降低鉆具組合剛性；測井鉆具或通井鉆具組合盡可能簡化，鉆具剛性不超過鉆進鉆具組合，并選擇與鉆進鉆具尺寸相當的扶正器；通井和測井鉆具使用大水眼攻擊性較弱的牙輪鉆頭，降低劃眼下鉆時出新井眼風險。

3.2 鉆井參數和鉆井液方案優化

淺部地層鉆進改變常規海水開路大排量鉆進思路，鉆穿水泥塞后，改用海水半開半閉路鉆進，利用淺部地層泥巖分散自然造漿能力，維持海水膨潤土漿黏度30～35s左右，同時控制初始排量不超過3200L/min，垂深800m之前控制最高排量3500L/min，在滿足鉆井液攜巖環空返速的前提下，減少鉆井液對井壁的沖刷力，控制井徑擴大率。

鉆進期間每柱鉆完后泵入5～10m3高黏度膨潤土漿清潔井眼，高粘度膨潤土漿出鉆頭前后適當控制鉆壓和機械鉆速，預防環空鉆屑瞬時大量堆積造成鉆具蹩卡，高粘度膨潤土漿全部返出井口前不停泵和降低排量，維持鉆屑上返效率和井眼清潔。每鉆進150～200m左右，泵入高粘度膨潤土漿15～20m3左右，適時循環進一步清潔井眼，減少鉆屑堆積。

通過高黏度膨潤土漿返出遲到時間推算，采用上述優化措施后，垂深800m以上井段平均井眼擴大率由35%降低至15%左右，同時上部井段巖屑堆積量明顯減少，倒劃眼起鉆時效提高30%。

3.3 工程措施優化

對于上部井段定向井軌跡設計復雜，或因為防碰風險需較高造斜率的井，對井身結構進行優化，適當增加上層套管下入深度，對淺層復雜軌跡井段提前進行封隔，從根本上降低淺層復雜井段出新井眼風險。本區域先后對十余口淺層為三維增斜反扣扭方位復雜軌跡井進行井身結構優化，一開16in井眼中完井深由設計400m增加600～1000m不等，優化控制二開12.25in井眼復雜軌跡井段長度，降低關鍵井段難度和風險。

鉆進期間，優化MWD測斜工具工作模式，縮短鉆具靜止測斜時間，在滿足傳輸信號的前提下使用測斜下限排量。MWD工具測斜失敗時，禁止同一位置重復測斜，繼續鉆進5～10m后重新測斜。有條件還可選擇具備動態測斜能力的新型MWD工具，有效減少鉆具靜止循環時間。另外盡可能減少其他非必要鉆具靜止長時間循環工況，避免長時間定點循環沖刷形成局部臺階。

根據本區域明化鎮上部泥巖疏松易分散的特性，工程作業計劃上需考慮上部井段裸眼暴露時間，避免松軟泥巖段長時間浸泡后井壁失穩。根據多口井實際作業經驗摸索，本區域上部井段裸眼安全暴露周期約為60h左右，工程上根據實際作業進度，一井一策制定短起下鉆計劃，及時修整上部地層井壁并清理堆積的鉆屑，保證上部井壁穩定，為后續其他作業順利進行打好基礎。

3.4 起下鉆遇阻關鍵處理措施

倒劃眼起鉆至上部井段時，適當控制倒劃眼速度均勻修整井壁，盡量不在造斜段長時間循環，能不下劃眼盡量不下劃眼。需要下放重復修整的井段，建議停泵下放或排量降至正常排量1/3以下劃眼，能不開轉速盡量不開轉速。上部地層比較軟，參考14井案例，若使用原倒劃眼參數下放時，即使在出新井眼的過程中，鉆具遇阻情況也并不明顯，泵壓、扭矩和懸重都不一定有較大變化，判斷較為困難。下鉆過程中遇阻，應避免同一位置反復下放嘗試通過遇阻點，參數異常時及時開泵測斜對比軌跡數據，判斷是否已出新井眼，再考慮下步措施。

馬達鉆具下放遇阻時，建議上提鉆具至遇阻點10m以上位置，開泵測斜后，將馬達高邊調整至與鉆進時工具面一致，再嘗試小排量下劃眼通過，如下放速度較快超過正常鉆進速度2倍以上，可適當提高下劃眼參數，最大排量不超過正常鉆進排量的1/3，最大遇阻噸位不超過鉆進時鉆壓。

旋轉導向鉆具下放遇阻時，可將鉆具上提至遇阻點10m以上，先嘗試快速下放觀察遇阻情況；若無法通過，上提鉆具至自由井段開泵建立通訊，確認旋轉導向工具處于自由狀態，先嘗試小排量低轉速劃眼通過，必要時提高至旋轉導向工作排量，發指令至鉆進工具面或高出鉆進導向力10%～20%，使用工具最低工作參數劃眼下鉆通過。

4 結束語

渤海油田淺部松軟地層造斜井段，為出新井眼高風險井段，應根據各區域地層特點從定向井軌跡設計，鉆具組合設計，工程與鉆井液方案優化等方面制定針對性的控制措施，保證井眼軌跡平滑，井徑規則，井眼清潔，可有效降低出新井眼風險。

淺部地層應根據安全周期控制裸眼暴露時間，及時通過鉆井液性能調整，倒劃眼起鉆，增加循環時間等方式清潔井眼和修整井壁，維持井壁穩定，降低后續鉆具通過風險。

應加強現場人員預防新井眼意識，對易出新井眼的關鍵井段加強重視，做好起下鉆參數記錄和對比。下放遇阻后根據地層信息和軌跡數據，及時采用正確的參數和方式處理，避免人為原因出新井眼。