李夢剛， 張華衛(wèi)， 牛成成

(中國石化石油工程技術研究院，北京 100101)

YD油田復雜地層井身結構的優(yōu)化與應用

李夢剛， 張華衛(wèi)， 牛成成

(中國石化石油工程技術研究院，北京 100101)

YD油田鉆井中存在地質環(huán)境復雜、多套壓力體系并存及高壓瀝青層溢漏同存等問題，給鉆井施工和井身結構優(yōu)化設計帶來困難。在實鉆資料分析、確定必封點及重新認識Gachsaran地層孔隙壓力的基礎上，采用自下而上的設計方法，先后形成了適合YD油田復雜地層鉆進的3套井身結構。針對部分Gachsaran鹽水地層存在異常高壓層的情況，從安全鉆進角度考慮，設計了高壓鹽水層井身結構；對于正常壓力Gachsaran鹽水層，為提高機械鉆速和降低鉆井成本，形成了簡化高效的常規(guī)井身結構；對于Kazhdumi高壓瀝青層，從安全鉆井實現(xiàn)地質目的考慮，形成了延長φ244.5 mm技術套管和專打專封2種井身結構。優(yōu)化后的井身結構在YD油田20余口開發(fā)井中進行了應用，取得了良好的應用效果。YD油田井身結構的優(yōu)化，不僅為該油田“二期工程”奠定了基礎，也對國內外同類型的碳酸鹽巖油藏開發(fā)具有借鑒意義。

YD油田 井身結構 高壓層 瀝青層

YD油田為海相碳酸鹽巖儲層大型整裝油田，地質條件復雜，主要表現(xiàn)在[1-3]：地層存在多壓力體系及異常高壓層；上部Aghajari層含膏鹽、對鉆井液性能污染嚴重，Gachsaran層有潛在高壓鹽水層；中上部Pabdeh、Gurpi和Sarvak等地層存在嚴重漏失；中下部Kazhdumi層高壓瀝青侵入,嚴重危及鉆井安全；中下部地層硬，可鉆性差；油氣層富含H2S、CO2等酸性腐蝕氣體。以上分析可以看出，YD油田鉆井施工及井身結構優(yōu)化設計難度較大。筆者綜合考慮地層壓力、地質及工程必封點，以井筒壓力平衡為原則，采用自下而上的設計方法,對YD油田井身結構進行了優(yōu)化。

1 井身結構設計關鍵因素

1.1 地層壓力研究

根據前期探井、早期及一期開發(fā)井實鉆資料分析、隨鉆dc指數(shù)監(jiān)測和測井資料反演，并結合地層完整性試驗數(shù)據、SFT地層壓力測試數(shù)據，逐步建立了比較準確的YD油田地層孔隙壓力剖面和地層破裂壓力剖面(見圖1)。

YD油田壓力系統(tǒng)比較復雜，存在多套異常壓力層：

1) Gachsaran鹽水層壓力復雜。a)2000年左右，YD油田鉆進了HOS-1、HOS-2、HOS-3、KSK-1、KSK-2等5口探井，揭示Gachsaran地層含高壓鹽水層，孔隙壓力當量密度最高達1.60 kg/L(見圖1綠色孔隙壓力曲線)，所鉆5口探井均采用5級井身結構，設計一層技術套管封隔高壓鹽水層；b)2011年，YD油田進入開發(fā)階段，早期及一期共鉆進55口開發(fā)井，實鉆顯示Gachsaran層孔隙壓力略高于相鄰地層，采用密度1.35～1.40 kg/L的鉆井液可順利鉆穿，利用測井資料求取的地層壓力和SFT測試的地層壓力當量密度均在1.20 kg/L左右(見圖1藍色孔隙壓力曲線)。

2) Kazhdumi層為瀝青層，地層孔隙壓力當量密度約1.60 kg/L。

3) Gadvan層為壓力過渡帶，地層孔隙壓力當量密度1.20～1.50 kg/L。

4) Fahliyan Upper和Fahliyan Lower層均為異常高壓儲層，地層孔隙壓力當量密度分別為1.60和1.40 kg/L左右。

1.2 必封點的確定

必封點的確定是對以壓力剖面及設計系數(shù)為基礎的設計方法的補充和完善[4-5]，可分為地質必封點和工程必封點。由地層壓力剖面可以得到地質必封點：1)Gachsaran鹽水層；2)Kazhdumi高壓層；3)Fahliyan高壓儲層。隨著油田開發(fā)的深入和鉆井施工經驗的積累，工程必封點逐漸顯現(xiàn)，主要包括：1)Aghajari易坍塌、縮徑地層；2)Pabdeh、Gurpi、Sarvak易漏失地層；3)Gadvan易坍塌、易漏失地層；4)Fahliyan Lower易卡鉆地層。

針對以上地質及工程必封點，井身結構優(yōu)化設計時采用表1所示的技術對策。

2 井身結構優(yōu)化方案

在建立地層孔隙壓力剖面和地層破裂壓力剖面的基礎上，結合地質及工程必封點，根據平衡地層孔隙壓力、防止壓漏地層的技術思路[6-8]，以滿足裸眼井段防井涌、防壓差卡鉆、防漏等井筒壓力平衡為原則[9-12]，采用自下而上的設計方法，對YD油田井身結構進行了優(yōu)化，先后形成了適合該油田復雜地層鉆進的3套井身結構：1)針對部分Gachsaran鹽水層存在異常高壓的情況，從安全鉆進角度考慮，形成了高壓鹽水層井身結構；2)對于正常壓力Gachsaran鹽水層，為提高機械鉆速和降低鉆井成本，形成了簡化高效的常規(guī)井身結構；3)對于Kazhdumi高壓瀝青層，從安全鉆井實現(xiàn)地質目的考慮，形成了延長φ244.5 mm技術套管和專打專封2種瀝青層井身結構。

2.1 高壓鹽水層井身結構

根據YD油田前期5口探井的實鉆經驗，為應對Gachsaran地層潛在的高壓鹽水層，采用了φ244.5 mm技術套管專打專封方案，井身結構如表2所示。

表2 高壓鹽水層專打專封井身結構

Table 2 Casing program for special drilling and isolating of high-pressure salt water formation

2.2 常規(guī)井身結構

早期F18井和F02井、F07井等5口開發(fā)井，實鉆中未鉆遇Gachsaran高壓鹽水層，鹽水層最高壓力當量密度1.20 kg/L。為了提高鉆井效率、縮短鉆井周期，對井身結構進行了優(yōu)化。在保證安全的前提下，簡化套管程序，實現(xiàn)了安全與優(yōu)快統(tǒng)一的目標。

井身結構及套管程序設計的主要原則：1)表層套管下深增加至300～500 m，提高套管鞋處的地層抗破裂能力，為鉆開潛在高壓鹽水層創(chuàng)造條件；2)在揭開鹽水層之前，對上部裸眼地層進行地層完整性試驗，如果不滿足下部高密度鉆井液鉆井要求，則進行地層承壓堵漏作業(yè),以提高上部地層的承壓強度。優(yōu)化后的井身結構如表3所示。

2.3 瀝青層井身結構

在YD油田開發(fā)過程中，油田北部Kazhdumi層鉆遇高壓瀝青層，該瀝青層具有區(qū)域分布規(guī)律不明、井間瀝青特征差異大等特征[13-14]。瀝青一旦侵入井筒，一方面會嚴重污染鉆井液，使鉆井液流動性變差，影響正常的鉆井施工；另一方面，瀝青在井筒中與鉆井液發(fā)生置換，并伴隨鉆井液溢出井口，造成井內液柱壓力降低，給井控帶來巨大隱患[15]。同時,上部地層中H2S的溢出也會危及鉆井安全。YD油田“一期工程”中，有10余口井鉆遇極度活躍瀝青層，致使F21井、F13井和APP2井臨時棄井。為了實現(xiàn)安全鉆穿高壓瀝青層，對井身結構進行了優(yōu)化，主要包括延長φ244.5 mm技術套管和專打專封2種方案。

2.3.1 延長φ244.5 mm技術套管方案

在鉆遇瀝青層時，需要采用提高鉆井液密度的方式來控制瀝青侵入，然而上部井段存在Asmari、Pabdeh等易漏地層，如果與瀝青層在同一裸眼井段，會造成上部地層嚴重漏失。因此，對井身結構進行了初步優(yōu)化，即將φ244.5 mm技術套管下深延長至Pabdeh層底部，封隔上部易漏地層，為下部瀝青層鉆進創(chuàng)造條件，優(yōu)化后的井身結構如表4所示。

表4 延長φ244.5 mm技術套管后的井身結構

Table 4 Casing program with prolongedφ244.5 mm casing

2.3.2 專打專封方案

為了安全鉆穿瀝青層，進一步將井身結構優(yōu)化為專打專封井身結構，即φ244.5 mm技術套管下至Sarvak儲層底部、Kazhdumi層之上，安全鉆穿瀝青層后下入φ177.8 mm尾管，為處理瀝青侵入時實施各種措施創(chuàng)造條件[16]。

由于φ244.5mm技術套管由Pabdeh層底部(深度2 200 m左右)延長到Sarvak層底部(深度3 400 m左右)，存在3 100 m左右的長裸眼段，裸眼段內包含Asmari和Pabdeh易漏層和Gachsaran鹽水層，因此增加一層φ339.7 mm技術套管，該層技術套管下至Gachsaran地層底部。瀝青層專打專封井身結構如表5所示。

表5 瀝青層專打專封井身結構

Table 5 Casing program for special drilling and isolating of asphalt formation

3 現(xiàn)場應用

經過3年多的探索與實踐，YD油田形成了高壓鹽水層井身結構、常規(guī)井身結構和瀝青層井身結構，并成功應用于YD油田“一期工程”20余口直井開發(fā)井中，取得了良好的應用效果。

3.1 高壓鹽水層井身結構

YD油田早期F18井、F02井和F07井等3口開發(fā)井采用了高壓鹽水層專打專封井身結構，均順利完鉆。但由于井身結構復雜、井眼直徑較大，造成機械鉆速低、鉆井周期長，3口井平均機械鉆速僅為4.45 m/h，平均鉆井周期長達146.06 d。

3.2 常規(guī)井身結構

F19井、F23井、F31井、F04井和F10井等開發(fā)井取消了封隔鹽水層的技術套管，使得井眼開孔直徑縮小至444.5 mm，整個井身結構縮小一級，與高壓鹽水層專打專封井身結構相比：平均機械鉆速6.29 m/h，提高了41.35%；平均鉆井周期78.35 d，縮短了46.36%。

3.3 瀝青層井身結構

YD油田北部多口開發(fā)井遭遇Kazhdumi地層活躍瀝青侵入，造成鉆井液性能污染、H2S氣體溢出，危及鉆井安全，F(xiàn)24井、F14井、F03井、F17井和F21井等油井采用了延長φ244.5 mm技術套管方案，前4口井瀝青侵入程度較輕，均成功鉆穿瀝青層。F21井在Kazhdumi地層遭遇嚴重瀝青侵，經過1次瀝青固化劑堵漏、1次高濃度大顆粒堵漏材料堵漏和5次水泥漿堵漏均未取得成功，堵漏過程中造成卡鉆事故，爆破松扣后起出井內2 026 m鉆具，打水泥塞臨時棄井，處理井下事故共計耗時34.25 d。

F21井實鉆顯示,延長φ244.5 mm技術套管方案無法徹底解決瀝青層安全鉆進問題，因此S03井采用了瀝青層專打專封井身結構，并配合控制壓力鉆井技術安全、順利地鉆穿瀝青層，同比鄰井相同井段作業(yè)周期縮短39%。采用該井身結構，不僅確保了鉆井、起下鉆、下套管和固井的安全性，也為后期瀝青層鉆井提供了切實可行的技術方案。

4 結論與建議

1) 隨著地質認識程度的不斷提高及復雜瀝青層的出現(xiàn)，YD油田直井井身結構優(yōu)化經歷了高壓鹽水層井身結構、常規(guī)井身結構和瀝青層井身結構3個階段，形成了比較完善的井身結構系列。

2) 高壓鹽水層井身結構確保了Gachsaran潛在高壓鹽水層的安全鉆進，解決了部分鹽水地層的異常高壓問題。

3) 常規(guī)井身結構實現(xiàn)了提速提效、降低鉆井成本的目的，適用于瀝青層不活躍的YD油田南部區(qū)塊。

4) 專打專封井身結構輔以控制壓力鉆井技術，能夠有效控制活躍瀝青侵入、減少H2S氣體的溢出，保障安全鉆穿瀝青層，建議在瀝青層活躍的YD油田北部區(qū)塊推廣應用。

References

[1] 鮑洪志，楊順輝，侯立中，等.伊朗Y油田F地層防卡技術[J].石油鉆探技術，2013，41(3)：67-72. Bao Hongzhi，Yang Shunhui，Hou Lizhong，et al.Pipe sticking prevention measures in F Formation of Iranian Y Oilfield[J].Petroleum Drilling Techniques，2013，41(3)：67-72.

[2] 侯立中.伊朗雅達油田優(yōu)快鉆井技術[J].石油鉆采工藝，2014，36(4)：13-17. Hou Lizhong.Optimized fast drilling technology for Yadavaran Oilfield of Iran[J].Oil Drilling & Production Technology，2014，36(4)：13-17.

[3] 王治法，肖超，侯立中，等.伊朗雅達油田復雜地層鉆井液技術[J].鉆井液與完井液，2012，29(5)：40-43. Wang Zhifa，Xiao Chao，Hou Lizhong，et al.Drilling fluid technology for troublesome formation in Yadavaran Oilfield of Iran[J].Drilling Fluid & Completion Fluid，2012，29(5)：40-43.

[4] 侯喜茹，柳貢慧，仲文旭.井身結構設計必封點綜合確定方法[J].石油大學學報：自然科學版，2005，29(4)：19-22. Hou Xiru，Liu Gonghui，Zhong Wenxu.Comprehensive determination method of setting position for casing program design[J].Journal of the University of Petroleum，China：Edition of Natural Science，2005，29(4)：19-22.

[5] 劉彪，白彬珍，潘麗娟，等.托甫臺區(qū)塊含鹽膏層深井井身結構優(yōu)化設計[J].石油鉆探技術，2014，42(4)：48-52. Liu Biao，Bai Binzhen，Pan Lijuan，et al.Casing program of deep well with evaporite bed in Tuofutai Block[J].Petroleum Drilling Techniques，2014，42(4)：48-52.

[6] 管志川，李春山，周廣陳，等.深井和超深井鉆井井身結構設計方法[J].石油大學學報:自然科學版，2001，25(6)：42-44. Guan Zhichuan，Li Chunshan，Zhou Guangchen，et al.A method for designing casing program in deep and superdeep wells[J].Journal of the University of Petroleum，China:Edition of Natural Science，2001，25(6)：42-44.

[7] 唐志軍.川東北河壩區(qū)塊井身結構的優(yōu)化與實踐[J].石油鉆探技術，2011，39(1)：73-77. Tang Zhijun.Casing optimization and practice at Heba Block of Northeastern Sichuan Basin[J].Petroleum Drilling Techniques，2011，39(1)：73-77.

[8] 楊蘭田，王西江.巴麥地區(qū)外圍井井身結構優(yōu)化方案分析[J].中外能源，2012，17(2)：64-68. Yang Lantian，Wang Xijiang.Analysis on optimized project of well construction of perimeter wells in Ba-Mai Area[J].Sino-Global Energy，2012，17(2)：64-68.

[9] 曾勇，鄭雙進，劉存鵬，等.井身結構優(yōu)化設計研究[J].長江大學學報：自然科學版，2011，8(9)：60-62. Zeng Yong，Zheng Shuangjin，Liu Cunpeng，et al.Study of casing program optimized design[J]. Journal of Yangtze University：Natural Science Edition，2011，8(9)：60-62.

[10] 楊玉坤.川東北地區(qū)深井井身結構優(yōu)化設計[J].石油鉆探技術，2008，36(3)：33-36. Yang Yukun.Deep well casing structure optimization in Northeast Sichuan Area[J].Petroleum Drilling Techniques，2008，36(3)：33-36.

[11] 葛鵬飛，馬慶濤，張棟.元壩地區(qū)超深井井身結構優(yōu)化及應用[J].石油鉆探技術，2013，41(4)：83-86. Ge Pengfei，Ma Qingtao，Zhang Dong.Optimization and application of ultra-deep well casing program in Yuanba Area[J].Petroleum Drilling Techniques，2013，41(4)：83-86.

[12] 蘇勤，侯緒田.窄安全密度窗口條件下鉆井設計技術探討[J].石油鉆探技術，2011，39(3)：62-65. Su Qin，Hou Xutian.Research on drilling design techniques for narrow mud weight window[J].Petroleum Drilling Techniques，2011，39(3)：62-65.

[13] 何青水，宋明全，肖超，等.非均質超厚活躍瀝青層安全鉆井技術探討[J].石油鉆探技術，2013，41(1)：20-24. He Qingshui，Song Mingquan，Xiao Chao，et al.Discussion on safe drilling technology for heterogeneous,ultra-thick and active bitumen zone[J].Petroleum Drilling Techniques，2013，41(1)：20-24.

[14] 金軍斌，楊順輝，張洪寶，等.鉆井液用瀝青質稠油硬化劑的研究與應用[J].石油鉆探技術，2014，42(1)：50-54. Jin Junbin，Yang Shunhui，Zhang Hongbao，et al.Development and application of a hardening agent for asphaltic heavy oil in drilling fluid[J].Petroleum Drilling Techniques，2014，42(1)：50-54.

[15] 錢坤，楊勝來，劉盼.原油瀝青質初始沉淀壓力測定與模型化計算[J].斷塊油氣田，2014，21(6)：775-778. Qian Kun,Yang Shenglai,Liu Pan.Measurement and modeling calculation of asphaltene onset precipitation pressure[J].Fault-Block Oil and Gas Field,2014,21(6):775-778.

[16] 侯立中，何青水，何漢平，等.控壓鉆井技術在伊朗雅達油田S03井的應用[J].科學技術與工程，2014，14(18)：204-208. Hou Lizhong，He Qingshui，He Hanping，et al.Managed pressure drilling technique applied in Well S03 of Yada Oilfield，Iran[J].Science Technology and Engineering，2014，14(18)：204-208.

[編輯 滕春鳴]

Casing Program Optimization and Application in Complex Formation of the YD Oilfield

Li Menggang, Zhang Huawei, Niu Chengcheng

(SinopecResearchInstituteofPetroleumEngineering,Beijing, 100101,China)

In the YD Oilfield, the complex geologic environment, coexistence of multiple pressure systems and high pressure asphalt formation that easy overflow or lost circulation have been the challenge to drilling and optimization of casing program. By analyzing drilling data, determing the setting depth of casing, reviewing pore pressure of Gachsaran Formation, together with the bottom-up designing method, three exclusive casing programs for drilling complex formations in the YD Oilfield were determined.Due to abnormal high pressure existed in parts of Gachsaran salt water formation, a special casing program was developed for dealing with it. But for the normal-pressure Gachsaran Formation, a simplified and efficient casing program was also developed to improve ROP and lower the drilling cost.As for the high-pressure Kazhdumi asphalt formation, two casing programs were developed with prolongedφ244.5 mm intermediate casing for special drilling and isolating Kazhdumi Formation. The optimized casing programs were satisfactorily applied in more than 20 development wells in the YD Oilfield. The casing program for high-pressure salt water formation achieved safe drilling in some Gachsaran Formation. The conventional casing program highly enhanced the ROP and shortened the drilling cycle. The casing programs for the asphalt formation fully ensured the drilling safety in high-pressure asphalt formation. These optimized casing programs have laid a good foundation for Phase Ⅱ development of the YD Oilfield, and will provide the reference for similar carbonate reservoir development at home and abroad.

YD Oilfield; casing program; high pressure formation; asphalt formation

2015-02-12；改回日期：2015-04-22。

李夢剛(1975—)，男，山東聊城人，1997年畢業(yè)于成都理工學院勘察工程專業(yè)，2011年獲中國石油大學(華東)石油與天然氣工程專業(yè)工程碩士學位，高級工程師，主要從事復雜結構井鉆井工藝技術研究。

國家科技重大專項之專題“中東復雜地層安全快速鉆井關鍵技術研究”(編號:2011ZX0503-004-001)資助。

?YD油田工程技術專題?

10.11911/syztjs.201503003

TE242

A

1001-0890(2015)03-0013-05

聯(lián)系方式：(010)84988562，limg.sripe@sinopec.com。