侯緒田， 趙小祥， 趙向陽,2， 廖璐璐， 鮑洪志， 潘 堤

(1中國石化石油工程技術研究院 2西南石油大學“油氣藏地質及開發(fā)工程”國家重點實驗室)

BM-C-33區(qū)塊位于巴西Campos盆地，水深2 600～3 000 m，分為PDA、SEAT和Gavea三個構造，鹽膏層厚度的不同(200～2 000 m)導致鹽下碳酸鹽巖地溫梯度也略有不同，但三個構造所鉆遇地層層系基本相同。BM-C-33區(qū)塊鉆遇復雜情況：下部地層機械鉆速慢、密度窗口窄、井控問題引起的非生產時間和相關費用高、ECD高且難于控制、地層不穩(wěn)定與井壁泥頁巖膨脹及裂縫性鹽下碳酸鹽巖儲層安全鉆井密度窗口窄、涌漏同存且漏失嚴重。本文基于技術難點，開展了鉆井技術優(yōu)化研究，應用表明，本文提出的優(yōu)化技術大幅降低了鉆井周期和成本，可以為今后國內深水鉆井施工提供了借鑒[1-2]。

一、鉆井難點分析

巴西RSB項目BM-C-33區(qū)塊的作業(yè)水深已達到了超深水的范疇，水越深，所需隔水管更長、鉆井液容積更大、設備的壓力等級更高，從而要求海上鉆井平臺具有足夠的甲板負荷和空間存放隔水管、鉆桿、套管以及其他散料等，以滿足鉆井施工要求。水深增加，深水惡劣的作業(yè)環(huán)境，使得起下隔水管、套管和鉆桿耗費較長時間，鉆井非作業(yè)時間增加，對設備的可靠性要求苛刻。

Lagoa Feia Reteiro鹽巖層厚度大，鹽巖層蠕變易造成套管擠毀，還會造成井眼縮徑而引發(fā)卡鉆。另外海底溫度低，會給鉆井作業(yè)帶來很多問題。如在低溫環(huán)境下，鉆井液的黏度和切力大幅度上升，會出現顯著的膠凝現象，井筒中的天然氣在低溫及特定壓力條件下會形成水合物，造成管線及井筒堵塞。在鉆井液設計、固井水泥漿設計以及測試設計中都要考慮海水溫度的影響，特別是海底的低溫環(huán)境和沿程海水的冷卻作用[3-5]。

鹽下硅質碳酸鹽巖(Lagoa Feia A組)可鉆性差，作業(yè)費用高昂，Lagoa Feia A組碳酸鹽巖孔隙度較低、硅質化嚴重，可鉆性差，平均機械鉆速為2 m/h以下。鹽下碳酸鹽巖儲層Lagoa Feia B和C組裂隙發(fā)育，孔隙度和滲透率均較高，屬于目標儲層，但由于該破裂壓力較低，僅為1.5～1.76 g/cm3，而地層壓力最高可達1.62 g/cm3，密度窗口最小時只有0.03 g/cm3左右，鉆進過程中較易發(fā)生井漏、井涌等復雜情況，無論使用油基鉆井液還是水基鉆井液均無法克服該鉆井復雜。

二、優(yōu)快鉆井措施

1.超深水鉆井平臺等裝備優(yōu)化

巴西RSB項目BM-C-33區(qū)塊采用?244.5 mm套管為完井套管，開眼尺寸達到了1 066.8 mm，隔水管尺寸?533.4 mm，長度近2 500 m，安裝了浮力塊進行減重，水下防噴器為2個環(huán)形加7個閘板，隔水管+水下防噴器的重量近900 t，靜態(tài)作業(yè)載荷近1 000 t，第二代半潛式平臺已經無法滿足施工要求。結合作業(yè)區(qū)復雜的洋流條件及滿負荷物資儲備要求，優(yōu)選了第七代鉆井作業(yè)船M號。M號采用雙井架，立根盒載荷可達1 200 t，具備足夠的空間以及承載能力排立不同的鉆柱組合，滿足鉆井需要，并且具備排立套管的能力，能夠有效節(jié)約作業(yè)時間，其主井架靜態(tài)大鉤載荷達到1 134 t，完全滿足超深水井下入BOP以及隔水管的載荷需要；整個平臺可變載荷達到了20 000 t，其儲備物資的能力符合相關應急標準的需要；平臺配備6個動力定位系統，確保了復雜海況條件下鉆井作業(yè)安全；考慮到復雜海況下防噴器出現故障的幾率加大，為了減少修理及停待時間，專門備用了一套防噴器系統[6-8]。

2.基于修正設計系數的深水井身結構優(yōu)化

修正設計系數的井身結構設計方法是一種針對窄窗口的精細設計方法，全井段各類設計系數不再取某一固定數值，而是先根據經驗估算值設計出初步的井身結構，自上而下或自下而上依次為基礎重新計算不同尺寸井段的各類設計系數，從而確定出新的安全鉆井液密度窗口剖面，以此為基礎設計出一套新的井身結構方案。本文僅以自上而下設計方法為例，介紹修正設計系數的井身結構設計方法，自下而上設計方法與其類似，其設計流程如圖1，表1為優(yōu)化后的井身結構。

圖1 修正設計系數的井身結構設計流程圖(以自上而下方法為例)

鹽層較薄使用1#井身結構，鹽層較厚使用2#井身結構。目前這套井身結構系列已在巴西RSB項目BM-C-33區(qū)塊同類型井中被廣泛采用，優(yōu)化進程表明鉆完井工具尺寸的匹配性、破巖體積量、破巖效率及綜合經濟效益都被證明是最好的。

3.深水鉆井液體系優(yōu)化

巴西RSB項目BM-C-33區(qū)塊地層以泥頁巖、鹽膏巖和硅質碳酸鹽巖為主，鉆井液技術主要以防止泥頁巖水化、鹽膏層蠕變，鹽下碳酸鹽巖Lagoa Feia B組和C組井漏為重點。導管段和一開采用海水鉆進(1.03 g/cm3)；二開采用合成基鉆井液(1.12～1.14 g/cm3)；三開鹽層段采用飽和鹽水鉆井液或合成基鉆井液體系(1.32～1.55 g/cm3)；四開鹽下碳酸鹽巖儲層段采用水基鉆井液(1.07～1.15 g/cm3)。鹽下碳酸鹽巖儲層在早期的一口井曾使用合成基鉆井液，從6 228 m發(fā)生嚴重漏失，打水泥塞堵漏后強鉆至完鉆井深共漏失合成基鉆井液2 548.61 m3，大大提高了鉆井成本和非生產時效。體系效果沒有達到預期，主要原因是合成基鉆井液費用高、與之相配伍的防漏堵漏處理劑少，增加了堵漏的難度和處理時間，后期所鉆的井改成了用水基鉆井液來鉆，鉆井成本和非生產時效都大幅降低。

表1 巴西RSB項目BM-C-33區(qū)塊優(yōu)化后井身結構表

4.高研磨地層鉆頭優(yōu)選及高效破巖技術

重點針對巴西RSB項目的鹽下硬地層進行了研究，全面分析了區(qū)域的地質、鉆井及測井資料。地層分析表明，鹽下硬地層石英含量 19.5%～77%，地層具有較高研磨性，鉆頭磨損嚴重。儲層上部地層為中硬，單軸抗壓強度在40～175 MPa。儲層中下部，堅硬硅化碳酸鹽，伴有燧石，單軸抗壓強度210～245 MPa,高硬度、高研磨性地層。 PDA構造3口井，儲層平均單只鉆頭進尺45 m，機械鉆速1.29 m/h。通過測井資料，結合鉆井實鉆資料，建立了巖石力學剖面。

運用大數據庫及巴西地區(qū)成熟發(fā)達的鉆頭市場，對同區(qū)已鉆井(特別是同區(qū)塊、同類型井)鉆頭使用情況及磨損情況進行分析，以指導設計井鉆頭類型及施工參數的選擇。一方面是對鉆頭的應用進行整體性把握，從鉆頭類型、應用地層、作業(yè)進尺、機械鉆速等方面進行宏觀的統計分析，優(yōu)選出區(qū)塊內各個不同地層應用比較好的鉆頭尤其是PDC鉆頭類型及型號。同時，參照鄰井鉆頭圖片對PDC鉆頭磨損情況的仔細分析來優(yōu)選、優(yōu)化鉆頭作業(yè)參數等。優(yōu)化后的鉆頭見表2。

硅質碳酸鹽巖儲層段通過優(yōu)選鉆頭和破巖方式，即采用渦輪+熱穩(wěn)定聚晶金剛石鉆頭(孕鑲鉆頭)，機械鉆速較前期井提高13.50%以上，平均機械鉆速達到了2.50 m/h以上，提速效果明顯。

5.窄密度窗口地層深水控壓及堵漏技術

針對鹽下碳酸鹽巖儲層Lagoa Feia B和C組裂隙發(fā)育，易井漏、密度窗口窄的難題，先期開展了MPD技術的應用嘗試。MPO 控壓設備在巴西PdA2進行了應用，控壓進尺2 329 m，總體來看，MPO設備和工藝原理可以滿足施工需要，但是設備應用經驗較少，自動節(jié)流管匯和隔水管四通故障較多，裝置可靠性還需要繼續(xù)完善。由于隔水管的存在，除了對控壓鉆井設備提出了新的要求，也不同于原有隔水管的連接順序，在控壓設備存在的狀況下，水下設備連接程序由上至下為：(井口)轉換接頭+伸縮隔水管+張力環(huán)+RCD+隔水管環(huán)形防噴器+隔水管四通。由于在精細控壓鉆井過程中采用低密度鉆井液，極大的增加了地層流體進入井筒的風險，增加了井控壓力，因此將水下防噴器組的下鉆桿閘板(或中鉆桿閘板)更換為剪切全封閘板。

表2 巴西RSB項目BM-C-33區(qū)塊優(yōu)化后鉆頭表

通過采用Drillbench軟件環(huán)空多相流計算模擬，溢流速度小于0.08 m3/min，溢流量小于0.80 m3，溢流時間小于3 min，如果井口回壓不超過4.65 MPa，則提高井口回壓，直到井內穩(wěn)定；如果井口回壓大于5.17 MPa ，則關閉防噴器，進行井控作業(yè)。如果溢流速度大于0.08 m3/min ，溢流量大于0.80 m3，溢流時間大于3 min，則關閉防噴器，進行井控作業(yè)。

另外鉆進鉆具組合中安裝了WellCommander專用工具(類似于井下旁通閥)，可以實現多次堵漏作業(yè)而無需起鉆更換專門堵漏用的鉆具組合，極大地提高了堵漏效率，降低了作業(yè)日費。

三、現場應用

深水優(yōu)快鉆井技術在巴西RSB項目BM-C-33區(qū)塊進行了應用，鉆井周期和成本都得到了改善。以2016年完成的一口評價井為例，完鉆井深6 230 m，鉆井作業(yè)實際費用12 546萬美元，實際作業(yè)時間72 d，較鉆井費用預算(AFE)節(jié)約費用13 554萬美元，節(jié)約作業(yè)時間48 d。與歷史井相比，在完鉆井深差不多的情況下，實際作業(yè)時間少78 d左右，降低了52%，實際作業(yè)費用少15 000萬美元左右，降低了54.45%左右。

四、結論與認識

(1)巴西RSB項目BM-C-33區(qū)塊通過理論研究與實踐，形成的超深水鉆井平臺等裝備優(yōu)化，基于修正設計系數的深水井身結構優(yōu)化，深水鉆井液體系優(yōu)化，高研磨地層鉆頭優(yōu)選及采用井底控制壓力及堵漏等技術，并結合優(yōu)選鉆頭和高效破巖技術，窄密度窗口地層深水控壓及堵漏技術，提高了深水鉆井效率，降低了深水鉆井作業(yè)成本，可以為國內深水鉆井提供參考。

(2)針對油基鉆井液成本高、環(huán)保處理壓力大的問題，巴西別的公司已在深水鉆井中全井使用水基泥漿并取得了成功。但巴西RSB項目尚未開展此項應用，建議進一步加強研究和實踐，以解決降本和環(huán)保的壓力。

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