彭 巍，劉智勤，王小龍，徐 超，任冠龍

(中海石油(中國(guó))有限公司 湛江分公司，廣東 湛江 524057)

潿洲w油田位于南海西部海域的北部灣盆地，儲(chǔ)層段斷層交錯(cuò)，地應(yīng)力復(fù)雜，非均質(zhì)性強(qiáng)，屬于典型的復(fù)雜斷塊油田[1]。其主力D儲(chǔ)層被3條斷層分隔，砂體厚度不足5 m，預(yù)計(jì)逆地層傾角高達(dá)8°～10°，設(shè)計(jì)完鉆井斜高達(dá)100°左右，且地質(zhì)部門要求水平井段貫穿3個(gè)斷塊儲(chǔ)層，盡可能動(dòng)用3個(gè)斷塊的儲(chǔ)量，因此，鉆井過程中可能遭遇井壁失穩(wěn)、井漏、儲(chǔ)層傷害、儲(chǔ)層鉆遇落空等問題。針對(duì)潿洲w油田的復(fù)雜地質(zhì)條件及衍生的鉆井作業(yè)難題，參考國(guó)內(nèi)外水平井作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，通過優(yōu)選造斜工具，優(yōu)化鉆頭設(shè)計(jì)、底部鉆具組合，優(yōu)選鉆井參數(shù)和鉆井液體系等技術(shù)措施，保障了超高井斜水平井鉆井作業(yè)在復(fù)雜斷塊油田的順利實(shí)施，取得良好效益[2]。

1 作業(yè)難點(diǎn)分析

1)潿洲w油田主力D儲(chǔ)層被3條斷層分隔，油水關(guān)系復(fù)雜，砂體厚度不足5 m，預(yù)計(jì)逆地層傾角高達(dá)8°～10°，且存在不確定性；要求一個(gè)水平井段貫穿3個(gè)斷塊儲(chǔ)層，井眼軌跡控制難度大，且存在極大的儲(chǔ)層鉆遇落空風(fēng)險(xiǎn)。

2)潿洲w油田主力D儲(chǔ)層泥巖坍塌壓力較高，超高井斜水平井段穿過多條斷層落實(shí)并開發(fā)多個(gè)斷塊儲(chǔ)層，作業(yè)過程中井漏、井壁失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)高。

3)超高井斜水平井段井眼清潔難度大，極易形成巖屑床，且高密度鉆井液極易導(dǎo)致鉆井壓差過大傷害儲(chǔ)層。

2 鉆井技術(shù)措施

2.1 工具優(yōu)選

2.1.1 造斜工具優(yōu)選[3]

潿洲w油田地質(zhì)情況復(fù)雜，主力D儲(chǔ)層較薄，逆地層傾角高，且不確定性較大，設(shè)計(jì)井身結(jié)構(gòu)最大井斜角為100°，造斜壓力大，一旦工具造斜能力不足，很可能打穿砂層導(dǎo)致著陸失敗。

考慮在砂層中高造斜率要求，推靠式造斜工具不合適，指向式高造斜工具可靠性更高。而PD-Xceed和PD-Archer均為指向式造斜工具，從現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)經(jīng)驗(yàn)來看，采用100%的力度作業(yè)，PD-Xceed的造斜率不足5°/30 m，而彎角為0.5°的PD-Archer造斜率大于6°/30 m，且PD-Archer彎角調(diào)整至0.9°時(shí)，100%力度下，理論造斜率可達(dá)13.5°/30 m，能夠滿足因地層發(fā)生變化(比設(shè)計(jì)垂深淺)或逆地層傾角變化帶來的更高造斜率要求。因此，為確保能夠滿足設(shè)計(jì)井身結(jié)構(gòu)高造斜率要求，同時(shí)留有充足的造斜余力應(yīng)對(duì)地層變化，本技術(shù)優(yōu)選高造斜率旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具PD-Archer(彎角調(diào)整至0.9°)。同時(shí)采用先進(jìn)的地質(zhì)探邊工具Periscope，實(shí)時(shí)探明砂層邊界和預(yù)測(cè)地層傾角走向，滿足薄砂層軌跡精確控制要求。

2.1.2 優(yōu)化鉆頭設(shè)計(jì)[4-6]

鉆頭與導(dǎo)向工具的配伍性是決定造斜能力及優(yōu)快鉆進(jìn)的關(guān)鍵因素。本技術(shù)要求鉆頭具有高穩(wěn)定性、高造斜率、快鉆時(shí)、耐磨性好等特征。

考慮鉆頭長(zhǎng)度越短造斜率越高，選取鉆頭長(zhǎng)度為0.23 m；考慮鉆頭保徑長(zhǎng)度越長(zhǎng)，耐磨性越好，但造斜率越低，通過軟件模擬，在保證高造斜率的同時(shí)兼具高耐磨性的長(zhǎng)度為63.5 mm，優(yōu)化鉆頭冠部形狀，使其平坦，減小側(cè)向接觸面積，增加側(cè)向力，從而提高造斜率；為確保鉆頭攻擊性，選擇19 mm的切削齒；為兼具高攻擊性及穩(wěn)定性，選擇5刀翼鉆頭。

綜合考慮與造斜工具PD Archer配合度情況，優(yōu)選Mi519LMHBPX。Mi519LMHBPX鉆頭采用5刀翼設(shè)計(jì)，總布齒29個(gè)(面部19個(gè)×19 mm，保徑5個(gè)×16 mm，側(cè)面切削齒5個(gè)×13 mm)，每個(gè)刀翼保徑部分分布熱穩(wěn)定聚晶金剛石齒加強(qiáng)保徑，刀翼上部布有PDC復(fù)合片倒劃眼齒，鉆頭配有7個(gè)水眼，泄流面積496.8 mm2。鉆頭帶倒角設(shè)計(jì)，降低工具面角，確保PD Archer工具面的精確控制，保證狗腿度。通過IDEAS軟件對(duì)鉆頭、鉆具組合及井身軌跡進(jìn)行有限元分析，并結(jié)合地質(zhì)信息整體模擬了該套鉆具系統(tǒng)在井下的表現(xiàn)，模擬結(jié)果顯示鉆具穩(wěn)定性、導(dǎo)向性、快速性及耐久性良好。

2.1.3 優(yōu)化鉆具組合[7-8]

1)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具PD-Archer的造斜能力高，打鉆時(shí)的局部狗腿度較大，為防止大狗腿度產(chǎn)生的應(yīng)力疲勞破壞工具，底部鉆具應(yīng)該具有足夠的撓性。因此對(duì)底部鉆具組合進(jìn)行了簡(jiǎn)化和優(yōu)化，在PD-Archer上方增加撓性短節(jié)，減少鉆具組合的大尺寸鉆具，不使用加重鉆桿、鉆鋌及扶正器，降低鉆進(jìn)時(shí)的摩阻，增加底部鉆具撓性。

2)使用φ127.0 mm鉆桿+φ149.2 mm鉆桿的組合式鉆桿。在φ215.9 mm裸眼中使用φ127.0 mm 鉆桿，降低ECD，防止憋漏地層而導(dǎo)致地層不穩(wěn)定，同時(shí)降低摩阻扭矩，提高ROP；在上部φ244.5 mm套管中使用φ149.2 mm鉆桿，減少鉆具內(nèi)部的壓耗，降低泵壓，避免泵壓限制排量，加大環(huán)空返速，有利于井眼清潔。

3)上部小井斜井段倒裝部分加重鉆桿有利于傳遞鉆壓。

因此，本技術(shù)采用的鉆具組合為：φ215.9 mm PDC Bit(水眼7×12)+φ171.5 mm PD-Archer+φ171.5 mm Periscope+φ171.5 mm Telescope+φ171.5 mm NMDC+φ127.0 mm HWDP+φ171.5 mm F/J+φ127.0 mm DP+φ171.5 mm X/O+φ149.2 mm DP+φ149.2 mm HWDP+φ149.2 mm DP。

2.2 鉆井參數(shù)優(yōu)選

鉆井參數(shù)對(duì)于井下安全和井身軌跡調(diào)整控制尤為重要，對(duì)造斜率影響明顯。PD-Archer工具在不同地層下要獲得更高的造斜率有不同措施：在松軟地層、可鉆性較好的地層，低排量、低轉(zhuǎn)速盡量跟上鉆壓可以有效降低地層沖刷，對(duì)于保證工具的造斜率有著重要意義；在較硬地層使用高排量、高轉(zhuǎn)速、高鉆壓，能有效提高造斜率。

潿洲w油田主力D儲(chǔ)層埋深較深，考慮超高井斜、高造斜率下大彎角(0.9°)PD-Archer工具穩(wěn)定性需求，轉(zhuǎn)速不能太高。因此，優(yōu)化鉆進(jìn)參數(shù)為：鉆壓25 000 lb，排量2 400 L/min，轉(zhuǎn)速100 r/min，PD-Archer使用75%力度滿足10°/30 m左右的造斜率要求，優(yōu)化后的鉆井參數(shù)既能保證鉆進(jìn)速度、井眼清潔和工具穩(wěn)定可靠，也能有效滿足作業(yè)高造斜率需求。

2.3 儲(chǔ)層鉆開液優(yōu)化[9-10]

潿洲w油田主力D儲(chǔ)層段地質(zhì)情況極其復(fù)雜，非均質(zhì)性特征顯著，儲(chǔ)層保護(hù)形勢(shì)嚴(yán)峻，同時(shí)水平段井斜超高，巖屑攜帶較為困難，井眼清潔難度大。

常規(guī)儲(chǔ)層鉆開液因動(dòng)塑比小，低剪切速率黏度無法滿足超高井斜水平井段攜砂需求，井眼清潔效果難以保證；同時(shí)常規(guī)儲(chǔ)層鉆開液體系沒有針對(duì)非均質(zhì)性較強(qiáng)的儲(chǔ)層進(jìn)行暫堵材料粒徑級(jí)配，導(dǎo)致儲(chǔ)層保護(hù)效果欠佳。因此，本技術(shù)開展了儲(chǔ)層鉆開液體系流變性和儲(chǔ)層保護(hù)優(yōu)化研究，優(yōu)選增黏劑和進(jìn)行暫堵劑粒徑級(jí)配以滿足超高井斜水平井段井眼清潔和高滲透率恢復(fù)的要求，并進(jìn)行配套的抑制性、防塌性、抗污染性能室內(nèi)評(píng)價(jià)，最后得到一套適用于南海西部北部灣盆地復(fù)雜斷塊油田超高井斜儲(chǔ)層段鉆開液體系。該體系在常規(guī)儲(chǔ)層鉆開液基礎(chǔ)上優(yōu)選PF-VIS(增黏劑)，當(dāng)其加量達(dá)到0.7%時(shí)，具有較高的低剪切速率黏度(LSRV>40 000 mPa·s)，具有優(yōu)良的攜帶和懸浮鉆屑的能力，滿足超高井斜水平段井眼清潔需求；同時(shí)該體系加入2%PF-GJC(聚合醇)，潤(rùn)滑系數(shù)僅為0.11，降低大狗腿井段鉆井摩阻和扭矩；該體系優(yōu)選碳酸鈣作為暫堵劑并進(jìn)行粒度分布優(yōu)化，利用自主研發(fā)的“復(fù)雜結(jié)構(gòu)井儲(chǔ)層損害評(píng)價(jià)系統(tǒng)” 優(yōu)選碳酸鈣800目 ∶400目=4.01 ∶1。對(duì)優(yōu)化后的儲(chǔ)層鉆開液體系進(jìn)行室內(nèi)封堵性和儲(chǔ)層保護(hù)評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示在壓差13 MPa、溫度120 ℃工況下，鉆井液侵入深度僅4.1 cm，濾失量低，具有良好的封堵效果；同時(shí)優(yōu)化后儲(chǔ)層巖心滲透率恢復(fù)值超過90%；優(yōu)選的暫堵劑碳酸鈣能顯著提高儲(chǔ)層滲透率恢復(fù)值；優(yōu)化后的暫堵劑粒度分布儲(chǔ)層保護(hù)效果較優(yōu)。因此，優(yōu)化后的儲(chǔ)層鉆開液配方為：0.3%燒堿+2%PF-FLOTROL(流型控制劑)+2%PF-GBL(白瀝青)+1.5%PF-LPF H (封堵劑)+3%CaCO3(封堵劑)+PF-CONA(加重至1.30 g/cm3)+PF-HCOOK(抑制劑，加重至所需密度1.40g/cm3)+0.7% VIS+2%PF-GJC(聚合醇)+3%CaCO3(800目 ∶400目=4.01 ∶1)。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

超高井斜水平井鉆井技術(shù)在潿洲w油田M井成功實(shí)施，該井φ311.1 mm井段鉆進(jìn)至2 849 m完鉆，著陸井斜為84°，φ215.9 mm水平井段從2 849 m開始，以2°/30m的造斜率鉆進(jìn)至2 897 m，井斜增至87°，根據(jù)地質(zhì)探邊工具Periscope結(jié)果顯示，逆地層傾角達(dá)2°，因此，從2 897 m開始以6°/30 m的造斜率鉆進(jìn)至2 930 m，井斜達(dá)到92.5°，平行地層鉆進(jìn)至3 000 m，此時(shí)，地質(zhì)探邊工具Periscope結(jié)果顯示逆地層傾角將高達(dá)8°～10°，決定以9.81°/30 m的造斜率鉆進(jìn)至3 030 m，井斜激增至101.6°，繼續(xù)平行地層鉆進(jìn)至3 200 m，此時(shí)，地質(zhì)探邊工具Periscope結(jié)果顯示逆地層傾角將增至15°左右，決定以4°/30 m 的造斜率鉆進(jìn)至3 250 m，井斜角高達(dá)107.8°，平行地層鉆進(jìn)至3 304 m，地質(zhì)探邊工具Periscope結(jié)果顯示逆地層傾角繼續(xù)增大，考慮作業(yè)區(qū)域河道沉積復(fù)雜性及鉆井作業(yè)安全性，決定在3 304 m完鉆。M井軌跡數(shù)據(jù)見表1。

4 結(jié)論與建議

1)復(fù)雜斷塊油田地質(zhì)情況復(fù)雜，地層非均質(zhì)性強(qiáng)且不確定性大，儲(chǔ)層較薄且被多條斷層分隔，井眼軌跡控制難度和儲(chǔ)層鉆遇落空風(fēng)險(xiǎn)大。造斜工具優(yōu)選時(shí)在確保滿足設(shè)計(jì)造斜率要求外，必須留有充足的造斜余力應(yīng)對(duì)地層變化。

2)優(yōu)化后的儲(chǔ)層鉆開液具有良好的攜帶和懸浮鉆屑能力，儲(chǔ)層巖心滲透率恢復(fù)值超過90%，能解決超高井斜水平井段攜砂和儲(chǔ)層保護(hù)問題。

3)超高井斜水平井鉆井技術(shù)實(shí)現(xiàn)了完鉆井斜107.8°，最高造斜率9.81°/30 m的高難度作業(yè)，為后續(xù)超高井斜水平井鉆井技術(shù)在復(fù)雜斷塊油田的應(yīng)用提供技術(shù)參考。

表1 M井軌跡相關(guān)數(shù)據(jù)