宋周成，翟文寶，鄧昌松，徐 楊，徐席明，汪 鑫，文 濤

1中國(guó)石油塔里木油田公司 2中國(guó)石油集團(tuán)工程技術(shù)研究院有限公司 3中國(guó)石油川慶鉆探公司工程有限公司新疆分公司

0 引言

富滿油田是塔里木油田原油上產(chǎn)的主力區(qū)塊和增儲(chǔ)上產(chǎn)陣地，其目的層為埋深8 000 m左右的奧陶系一間房組和鷹山組[1]，包括玉科、哈得23、富源、躍滿、躍滿西、果勒、滿深等區(qū)塊。躍滿、富源、哈得23區(qū)塊原主體井身結(jié)構(gòu)為塔標(biāo)Ⅲ三開(kāi)井身結(jié)構(gòu)，二開(kāi)技術(shù)套管下入層位以?shī)W陶系良里塔格組為主，完井方式裸眼或篩管完井。躍滿西區(qū)塊早期主要采用塔標(biāo)III三開(kāi)結(jié)構(gòu)，2018年以后逐步優(yōu)化為塔標(biāo)Ⅰ四開(kāi)結(jié)構(gòu)。玉科區(qū)塊受膏鹽層影響，井身結(jié)構(gòu)由早期塔標(biāo)Ⅲ三開(kāi)優(yōu)化為塔標(biāo)Ⅰ四開(kāi)。鹿場(chǎng)區(qū)塊主要采用塔標(biāo)Ⅰ四開(kāi)井身結(jié)構(gòu)，果勒區(qū)塊考慮到鐵熱克阿瓦提組高壓鹽水層、桑塔木組侵入巖、鷹山組異常高壓等因素，均設(shè)計(jì)采用塔標(biāo)Ⅱ五開(kāi)結(jié)構(gòu)[2]。由于井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不夠合理，造成多井次發(fā)生井壁失穩(wěn)、卡鉆、斷鉆具和套管變形等井下復(fù)雜事故2018年富滿油田各區(qū)塊時(shí)效圖(圖1)，導(dǎo)致超鉆井周期長(zhǎng)、成本高，嚴(yán)重制約了富滿油田高效開(kāi)發(fā)進(jìn)程[3- 4]。

圖1 富滿油田2018年各區(qū)塊時(shí)效圖

通過(guò)分析現(xiàn)有井身結(jié)構(gòu)存在的不足，利用套管和鉆柱的強(qiáng)度校核方法優(yōu)化塔標(biāo)Ⅲ三開(kāi)套管下深極限和塔標(biāo)Ⅰ四開(kāi)套管強(qiáng)度，拓展形成滿足超8 000 m井深要求的塔標(biāo)Ⅱ四開(kāi)井身結(jié)構(gòu)。對(duì)于?200.03 mm套管安全系數(shù)低于1.5的井，由塔Ⅲ三開(kāi)結(jié)構(gòu)調(diào)整為塔I四開(kāi)結(jié)構(gòu)，并針對(duì)二疊系惡性漏失問(wèn)題，根據(jù)二開(kāi)?244.50 mm套管下深，合理選擇鉆機(jī)施工方式。這些措施完善超深井(井深超8 000 m)鉆井技術(shù)，形成三套井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，以期促進(jìn)富滿油田大規(guī)模高效經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)，有力地推動(dòng)和引領(lǐng)我國(guó)油氣勘探向深層超深層復(fù)雜領(lǐng)域的持續(xù)探索[5- 6]。

1 井身結(jié)構(gòu)使用現(xiàn)狀及不足

1.1 富滿油田地質(zhì)與鉆井復(fù)雜概況

富滿油田地層自上而下鉆遇第四系、新近系、古近系、白堊系、侏羅系、三疊系、二疊系、石炭系、泥盆系、志留系和奧陶系等。其中，二疊系普遍發(fā)育破碎性火成巖，底界埋深4 400～5 400 m，厚度80～690 m(全區(qū)差異較大)，該地層鉆進(jìn)和固井易發(fā)生井漏[7]；玉科、哈得23石炭系發(fā)育的標(biāo)準(zhǔn)灰?guī)r段含有膏鹽巖(玉科區(qū)塊厚度為60～200 m)，鉆進(jìn)和固井易發(fā)生縮徑，導(dǎo)致卡鉆、套管下入困難、擠毀套管等問(wèn)題[8]；躍滿西、果勒的奧陶系鐵熱克阿瓦提組含有高壓鹽水層極易引發(fā)溢流；奧陶系桑塔木組局部發(fā)育有侵入巖，可鉆性差，易發(fā)生惡性漏失[9]。

1.2 富滿油田原井身結(jié)構(gòu)

富滿油田前期主體采用兩套井身結(jié)構(gòu)，如圖2所示。躍滿、富源、哈得23等區(qū)塊主體采用塔標(biāo)Ⅲ三開(kāi)的井身結(jié)構(gòu)，其中二開(kāi)200.03 mm技術(shù)套管下至良里塔格組頂部或吐木休克組底部。受必封點(diǎn)(易縮徑的膏鹽巖層)和井深限制，玉科、躍滿西、鹿場(chǎng)、果勒等區(qū)塊主體采用塔標(biāo)Ⅰ四開(kāi)井身結(jié)構(gòu)，其中玉科區(qū)塊?244.50 mm套管封膏巖層，躍滿西、果勒、鹿場(chǎng)等區(qū)塊二開(kāi)?244.50 mm技術(shù)套管下入二疊系以下100 m左右，三開(kāi)?177.80 mm技術(shù)套管下入層位以?shī)W陶系良里塔格組為主。

圖2 富滿油田主體井身結(jié)構(gòu)圖

1.3 原井身結(jié)構(gòu)存在的不足

1.3.1 ?200.03 mm套管塔Ⅲ三開(kāi)結(jié)構(gòu)存在的不足

塔標(biāo)Ⅲ三開(kāi)井身結(jié)構(gòu)具有鉆完井周期短，成本低的優(yōu)點(diǎn)，但隨著躍滿、富源等區(qū)塊平均井深由2015年的7 240 m增加至2019年7 587 m，已有部分井二開(kāi)?200.03 mm技術(shù)套管下深達(dá)7 274～7 418 m，抗拉安全系數(shù)為1.47～1.51，低于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T5724《套管柱結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度設(shè)計(jì)》和股份公司《高溫高壓及高含硫井完整性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則》的規(guī)定值1.6～2.0的要求(表1)，造成安全隱患，因此亟需優(yōu)化塔標(biāo)Ⅲ三開(kāi)的二開(kāi)技術(shù)套管下深極限。同時(shí)，二疊系漏層未專封，裸眼井段過(guò)長(zhǎng)，使得塔標(biāo)Ⅲ三開(kāi)的井身結(jié)構(gòu)應(yīng)對(duì)井下故障復(fù)雜時(shí)處理能力弱，需調(diào)整為塔I四開(kāi)結(jié)構(gòu)。

表1 二開(kāi)?200.03 mm套管抗拉安全系數(shù)低于1.60的井統(tǒng)計(jì)表

1.3.2 ?244.50 mm套管塔Ⅰ四開(kāi)結(jié)構(gòu)存在的不足

相較于塔標(biāo)Ⅲ三開(kāi)鉆完井周期更長(zhǎng)，費(fèi)用更高，塔標(biāo)Ⅰ四開(kāi)存在以下幾方面問(wèn)題(表2)。

(1)?127.00 mm+?88.90 mm鉆具組合處理卡鉆等事故復(fù)雜能力受限。

(2)部分井段套管強(qiáng)度也難以滿足《套管柱結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度設(shè)計(jì)》標(biāo)準(zhǔn)要求，生產(chǎn)階段易發(fā)生套管變形問(wèn)題。

(3)塔標(biāo)Ⅰ四開(kāi)難以有效滿足常規(guī)水平井后續(xù)大尺寸(大于?127.00 mm)多級(jí)分段改造需求。

此外，在鉆進(jìn)和固井期間，二疊系火成巖段易發(fā)生漏失，加之下部奧陶系鐵熱克阿瓦提組發(fā)育高壓鹽水層，使得二疊系與奧陶系鐵熱克阿瓦提組不宜合打，通常采取二開(kāi)鉆穿二疊系進(jìn)入石炭系地層150～250 m后下入?244.50 mm套管。但是由于二疊系地層埋藏較深(一般均超過(guò)5 400 m)，考慮鉆井液密度、?244.50 mm特殊螺紋套管以及A級(jí)70鉆機(jī)安全載荷(表3)等條件，?244.50 mm套管最大下深為5 544 m。但部分井?244.50 mm套管下深超過(guò)了5 600 m，導(dǎo)致提升重量過(guò)大，使得70鉆機(jī)載荷無(wú)法滿足要求。同時(shí)，受限于塔里木油田80鉆機(jī)資源緊張(70鉆機(jī)是80鉆機(jī)的4.34倍)，需統(tǒng)籌兼顧二開(kāi)套管下深與鉆機(jī)資源，合理選擇鉆機(jī)類型。

表2 玉科區(qū)塊三開(kāi)井復(fù)雜統(tǒng)計(jì)表

表3 鉆機(jī)評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及安全載荷

2 超深井井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)

2.1 二開(kāi)套管下深優(yōu)化與套管強(qiáng)度優(yōu)選

針對(duì)塔標(biāo)Ⅲ三開(kāi)和塔標(biāo)Ⅰ四開(kāi)的井身結(jié)構(gòu)問(wèn)題，依據(jù)《套管柱結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度設(shè)計(jì)》標(biāo)準(zhǔn)，以《套管柱結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度設(shè)計(jì)》標(biāo)準(zhǔn)中抗拉力強(qiáng)度安全系數(shù)下限(1.60)確定套管下入深度極限[10]。結(jié)合表1確定現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際校核數(shù)據(jù)：?200.03 mm技術(shù)套管線重為512.08 N/m，鉆井液密度取1.30 g/cm3，浮力系數(shù)為0.835，則確定套管下入深度為7 200 m。所以，將塔標(biāo)Ⅲ三開(kāi)的二開(kāi)?200.03 mm技術(shù)套管下入深度極限確定為7 200 m。

結(jié)合躍滿、富源區(qū)塊儲(chǔ)層埋深情況，推薦?200.03 mm技術(shù)套管下深小于7 200 m時(shí)仍沿用塔標(biāo)Ⅲ三開(kāi)的井身結(jié)構(gòu)，但是若下入深度超過(guò)7 200 m時(shí)，則推薦采用塔標(biāo)Ⅰ四開(kāi)來(lái)滿足必封點(diǎn)和套管抗拉強(qiáng)度安全系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

此外，為提高套管抗內(nèi)壓能力，按照極限工況(生產(chǎn)井口油管泄露)條件計(jì)算，目前塔標(biāo)Ⅰ四開(kāi)所用的?244.50 mm套管所能承受的極限壓力系數(shù)為1.67。如果地層預(yù)測(cè)壓力系數(shù)小于1.67，則可以繼續(xù)沿用塔標(biāo)Ⅰ四開(kāi)的井身結(jié)構(gòu)。如果在生產(chǎn)階段按機(jī)采液面掏空3 000 m計(jì)算，則?244.50 mm(鋼級(jí)110TS×13.84 mm)及以上級(jí)別套管可以保證后期生產(chǎn)安全。如果預(yù)測(cè)地層壓力系數(shù)小于2.04，則不需要回接?200.03 mm套管，否則三開(kāi)完鉆后需要考慮先回接再實(shí)施四開(kāi)鉆進(jìn)。

2.2 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

根據(jù)富滿油田鉆井深度、特殊地層情況及現(xiàn)場(chǎng)施工要求，目前富滿油田已形成三套井身結(jié)構(gòu)方案如圖3所示。

2.2.1 塔標(biāo)Ⅲ三開(kāi)

一開(kāi)下入?273.05 mm套管至井深1 500 m，封固上部疏松層；二開(kāi)鉆揭一間房頂垂深2～4 m后下入?200.03 mm套管；三開(kāi)鉆達(dá)目的層設(shè)計(jì)井深裸眼或篩管完井。主要適用于躍滿、富源、哈得23等區(qū)塊的吐木休克組埋深7 200 m以淺、井深在7 000～7 600 m范圍井。二疊系深度范圍在4 800～5 200 m之間，二開(kāi)?200.03 mm套管下深7 300 m左右，70鉆機(jī)能夠滿足要求。該結(jié)構(gòu)具有鉆完井周期短，成本低的優(yōu)點(diǎn)。但是，如果地質(zhì)預(yù)測(cè)桑塔木組發(fā)育侵入體，根據(jù)需要優(yōu)化為塔Ⅰ四開(kāi)結(jié)構(gòu)。

2.2.2 塔標(biāo)Ⅰ四開(kāi)

一開(kāi)下入?339.73 mm套管至井深1 200 m，封固上部疏松層；二開(kāi)鉆穿二疊系垂深150～250 m左右下入?244.50 mm套管，封二疊系易漏易塌層；三開(kāi)下入?177.80 mm尾管，封吐木休克泥巖段；四開(kāi)為篩管/裸眼完井。主要適用于玉科、躍滿西、鹿場(chǎng)、果勒等區(qū)塊的吐木休克組埋深7 300 m以深、井深小于8 000 m，二開(kāi)套管下深不超過(guò)5 000 m，70鉆機(jī)能夠滿足要求。該結(jié)構(gòu)可以專封二疊系火成巖和石炭系膏鹽層，提高應(yīng)對(duì)井下復(fù)雜的處理能力。

圖3 富滿油田優(yōu)化后主體井身結(jié)構(gòu)圖

2.2.3 塔標(biāo)Ⅱ四開(kāi)

該結(jié)構(gòu)必封點(diǎn)與塔標(biāo)Ⅰ四開(kāi)井身結(jié)構(gòu)相同，同時(shí)綜合考慮地質(zhì)復(fù)雜、井深與水力參數(shù)、鉆具抗拉強(qiáng)度等因素，套管尺寸較塔標(biāo)Ⅰ大。主要適用于玉科、躍滿西、鹿場(chǎng)、果勒等區(qū)塊的吐木休克組埋深7 300 m以深、井深超過(guò)8 000 m，一般使用80鉆機(jī)或者“以小換大”鉆機(jī)接力。該結(jié)構(gòu)具有鉆具抗拉強(qiáng)度高、水力參數(shù)強(qiáng)、應(yīng)對(duì)井下復(fù)雜處理能力更強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，也可以滿足富源和果勒地區(qū)8 000 m超深高壓凝析油的開(kāi)發(fā)要求，延長(zhǎng)油井開(kāi)采周期，為后續(xù)修井、開(kāi)窗側(cè)鉆創(chuàng)造更好條件。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

富滿油田由過(guò)去兩套井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化到現(xiàn)在三套井身結(jié)構(gòu)后，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果顯著。例如，采用塔標(biāo)Ⅰ四開(kāi)的躍滿3- H8井比塔標(biāo)Ⅲ三開(kāi)的躍滿3- H13井事故復(fù)雜率降低2.7%。此外，果勒3井完鉆井深8 505.98 m，創(chuàng)富滿油田塔標(biāo)Ⅱ四開(kāi)井身結(jié)構(gòu)已完鉆井最深記錄，這標(biāo)志著塔標(biāo)Ⅱ四開(kāi)井身結(jié)構(gòu)可滿足富滿油田超深井(大于8 500 m)安全鉆井需求。

2021年1～10月，富滿油田共計(jì)完鉆43口井，平均生產(chǎn)時(shí)效95.83%，純鉆時(shí)效27.8%，事故復(fù)雜時(shí)效3.3%，與2020年相比，生產(chǎn)時(shí)效增加4.08%，純鉆時(shí)效增加1.07%，事故復(fù)雜時(shí)效降低3.26%，如圖4所示。同時(shí)，5 000 m以前平均進(jìn)度較2020年縮短約10 d，5 000～7 500 m平均進(jìn)度較2020年縮短約15 d，單井平均節(jié)約鉆井成本400×104～500×104元。

圖4 富滿油田近年完鉆井時(shí)效分析

4 結(jié)論與建議

(1)在分析富滿油田現(xiàn)有井身結(jié)構(gòu)不足的基礎(chǔ)上，基于套管和鉆柱的強(qiáng)度校核方法，優(yōu)化了塔標(biāo)Ⅲ三開(kāi)的套管下深極限為7 200 m，拓展了滿足超8 000 m井深要求的塔標(biāo)Ⅱ四開(kāi)井身結(jié)構(gòu)，明確了塔標(biāo)Ⅰ四開(kāi)和塔標(biāo)Ⅱ四開(kāi)的套管強(qiáng)度，優(yōu)化形成了三套分區(qū)塊井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。

(2)采用優(yōu)化后的三套井身結(jié)構(gòu)方案，井下事故復(fù)雜明顯減少，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果顯著，表明優(yōu)化后井身結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)基本科學(xué)合理，具有推廣應(yīng)用前景。

(3)隨著富滿油田開(kāi)發(fā)深入，鉆井過(guò)程中將面臨更加復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)(多條斷裂及多套鹽層)和壓力系統(tǒng)，三套井身結(jié)構(gòu)仍存在優(yōu)化空間，因此亟需開(kāi)展地質(zhì)工程一體化研究，加強(qiáng)地層壓力預(yù)測(cè)、地應(yīng)力特征分析及必封點(diǎn)位置優(yōu)選等工作，為合理的個(gè)性化井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供新思路和基礎(chǔ)保障。