王桂萍，林 海，李治衡，張 磊，劉海龍

(中海石油(中國)有限公司天津分公司 天津 300459)

0 引 言

大位移井技術(shù)是當(dāng)今鉆井工程領(lǐng)域的高新技術(shù)，已成為我國海上邊際油田的主要開發(fā)方式之一[1-2]。大位移井主要是利用現(xiàn)有平臺或陸基開發(fā)邊際油田，可以節(jié)約大量的開發(fā)投資費(fèi)用，降低油田商業(yè)開采的門檻，進(jìn)而獲得更好的經(jīng)濟(jì)收益[3]。中國海洋石油總公司通過技術(shù)創(chuàng)新與實(shí)踐，逐步形成一套先進(jìn)的大位移井鉆井技術(shù)，并在渤海QK17-2和QHD32-6油田得到了應(yīng)用和驗(yàn)證[4]。大位移井通常由定向井段、穩(wěn)斜延伸井段和著陸、儲層井段構(gòu)成，其施工難點(diǎn)和挑戰(zhàn)來自穩(wěn)斜延伸井段。大位移鉆井技術(shù)在很多方面對鉆井完井技術(shù)提出了更高的要求。其井斜大、穩(wěn)斜延伸段長，導(dǎo)致鉆柱摩阻和扭矩大幅度增加，井眼清潔困難，同時(shí)施工周期過長使得裸眼段存在井壁失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)[5-9]。大位移井鉆完井投資大、風(fēng)險(xiǎn)高，需對大位移井可行性進(jìn)行研究。

南堡35-2S構(gòu)造位于邊界大斷裂的上升盤，鄰近渤中富生烴凹陷，油源條件優(yōu)越，為落實(shí)該構(gòu)造館陶主力砂體的儲量，依托南堡35-2油田剩余井槽，推薦實(shí)施一口大位移井(南堡35-2X井)鉆到S-1井區(qū)，從而減少投資成本。

1 地層特征分析

南堡35-2S構(gòu)造館陶組上部發(fā)育一套分布較為穩(wěn)定的儲蓋組合，良好的圈閉形態(tài)是館陶組油氣聚集成藏的保障。X井的目的層是S-1井區(qū)館陶組。館陶組儲層物性：測井解釋孔隙度13.7%～33.4%，平均20.1%；滲透率347.1～590.4 mD，平均510.7 mD，屬于中—高孔隙度、中—高滲透率儲層。S-1井區(qū)正常壓力梯度，溫度梯度達(dá)到4.4℃/100 m，屬于高梯度值，較主體區(qū)大1.4℃/100 m。地層從上到下依次是新生界第四系平原組、新近系明化鎮(zhèn)組和館陶組，明化鎮(zhèn)上段以淺灰色粉砂巖為主，夾雜綠灰色泥巖，質(zhì)純，性中硬，巖屑呈塊狀；明化鎮(zhèn)下段以綠灰色泥巖為主，夾雜淺灰色細(xì)砂巖，成分以石英為主，其次為長石，含少量暗色礦物，細(xì)粒為主；館陶組以厚層含礫砂巖為主，夾雜著泥巖薄層。

2 大位移井作業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 井壁穩(wěn)定性

井壁穩(wěn)定性是大位移井實(shí)施的重要因素，井壁失穩(wěn)是力學(xué)因素和化學(xué)因素共同作用的結(jié)果。大位移井深度大，鉆井周期長，泥頁巖井段易發(fā)生井壁失穩(wěn)，導(dǎo)致井壁坍塌，因此大位移井鉆井設(shè)計(jì)取決于井壁穩(wěn)定的研究成果，需根據(jù)探井或鄰近的地層構(gòu)造、巖性特征、電測等資料，確定安全鉆井泥漿密度窗口和鉆井液性能優(yōu)化設(shè)計(jì)，并計(jì)算分析大位移井裸眼段的暴露安全時(shí)間，以有效指導(dǎo)大位移井的鉆進(jìn)作業(yè)。X井安全泥漿密度窗口見圖1?？芍?，X井為正常孔隙壓力體系，館陶組坍塌壓力值為1.2～1.25 g/cm3，破裂壓力為1.80～1.82 g/cm3(當(dāng)量密度)，該井的安全密度窗口較寬。

2.2 井眼軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)

井眼軌跡優(yōu)化盡可能以最小進(jìn)尺、最小的摩阻扭矩和最安全作業(yè)的合理妥協(xié)為準(zhǔn)則，合理的井眼剖面設(shè)計(jì)是大位移井的關(guān)鍵技術(shù)之一[10-11]。

井眼軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)與造斜點(diǎn)的選擇、造斜段類型、井斜角息息相關(guān)，盡量降低摩阻扭矩，減少井眼的狗腿度。對于靶前距大的大位移井軌跡優(yōu)化普遍采用懸鏈線軌道，但其導(dǎo)致井眼軌跡加長，海上懸鏈軌道優(yōu)勢難以體現(xiàn)，且X井不存在淺層防碰問題，故該井采用增曲率剖面類型進(jìn)行井眼優(yōu)化設(shè)計(jì)，并分析造斜率對穩(wěn)斜角和摩阻扭矩的影響，見表1。

表1 造斜率對穩(wěn)斜角和摩阻扭矩的影響Tab.1 Effect of build-up slope on angle of stability and friction torque

由表1可知，不同造斜率對應(yīng)的剩余鉤載和扭矩差異性不大，下套管時(shí)鉤載為正值，說明244.5 mm套管依靠自重能順利下入。

考慮穩(wěn)斜角和井深，最終選擇兩次造斜率均為3°/30 m進(jìn)行軌跡設(shè)計(jì)，結(jié)果見表2。

2.3 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

大位移井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮地層巖性、壓力情況等條件，以安全高效鉆進(jìn)為目的，盡可能降低摩阻扭矩[12]。X井水垂比為3.07，井斜角較大，斜井段長，上部造斜點(diǎn)處于疏松的淺地層，下部穩(wěn)斜段鉆進(jìn)時(shí)間長，為防止上部井段出現(xiàn)垮塌現(xiàn)象，需用套管封固造斜段。參考該油田已鉆井，X采用四開井身結(jié)構(gòu)：一開采用444.5 mm鉆頭鉆進(jìn)至1 055 m，采用339.725 mm套管下至1 050 m，采用單級單封固井；二開采用311.15 mm鉆頭鉆進(jìn)至3 505 m，244.5 mm套管下至3 500 m，采用單級雙封固井；三開采用215.9 mm鉆頭鉆進(jìn)至4 445 m，177.8 mm尾管下至4 440 m，采用尾管固井；四開采用152.4 mm鉆頭鉆進(jìn)至4 875 m，裸眼段用114.3 mm篩管完井。井身結(jié)構(gòu)見圖2。

2.4 摩阻扭矩分析

摩阻和扭矩是大位移水平井水平位移延伸程度的主要限制因素[13-14]，水平位移大，井斜角大，從而導(dǎo)致鉆柱在井眼內(nèi)摩阻大、扭矩大，套管下入困難。根據(jù)X井身結(jié)構(gòu)，利用Landmark軟件對各開次井眼的摩擦扭矩進(jìn)行計(jì)算，見表3。

表3 各開次不同作業(yè)模式下大鉤載荷與扭矩?cái)?shù)據(jù)Tab.3 Hook load and torque data under different operation modes

由于311.15 mm井段長2 450 m，套管下入是最大的挑戰(zhàn)，需對244.5 mm套管下入進(jìn)行敏感性分析。根據(jù)南堡35-2S構(gòu)造已鉆井(水基鉆井液)在311.15 mm井段(3 000 m)的實(shí)鉆數(shù)據(jù)，反演該井段裸眼摩阻系數(shù)，見圖3。

由圖3可知，在244.5 mm套管下入過程中，套管內(nèi)摩阻系數(shù)0.25，裸眼內(nèi)摩擦系數(shù)約0.38。套管下入敏感性分析見圖4。裸眼內(nèi)摩擦系數(shù)為0.45時(shí)，大鉤載荷為250 kN，即是頂驅(qū)重量，說明套管受到的摩擦力等于套管自重，套管下入困難；裸眼內(nèi)摩擦系數(shù)為0.4時(shí)，大鉤載荷為106 kN(不含頂驅(qū)重量)，說明244.5 mm套管靠可以下入。

2.5 水力攜巖分析

井眼清潔問題也是大位移井鉆井的關(guān)鍵技術(shù)之一[15]，避免因井眼不清潔導(dǎo)致循環(huán)當(dāng)量密度(ECD)過高而壓裂地層，同時(shí)，結(jié)合預(yù)鉆井的井身結(jié)構(gòu)，評價(jià)現(xiàn)有設(shè)備能力能否維持井眼清潔。為此對X井311.15 mm井眼、215.9 mm井眼、152.4 mm井眼分別進(jìn)行了水力攜巖分析，這里重點(diǎn)討論152.4 mm井眼。井段為X井最后一開次，所用鉆井液密度為1.19 g/cm3，其旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)最高扭矩為34 kN·m，處在安全極限內(nèi)，對其井眼清潔能力進(jìn)行計(jì)算分析，結(jié)果見圖5、圖6。

由圖5、圖6可知，152.4 mm井段的機(jī)械鉆速為10 m/h，臨界排量為1.5 m3/min，對應(yīng)的泵壓為27 MPa；該井段對應(yīng)的最大環(huán)空當(dāng)量密度(ECD)為1.50 g/cm3，而該開次套管靴處地層破裂壓力值為1.85 g/cm3，即ECD低于破裂壓力值，表明滿足作業(yè)需求。

X井的152.4 mm裸眼段需下入114.3 mm篩管，故對其下入敏感性進(jìn)行分析，結(jié)果表明，套管內(nèi)摩擦系數(shù)0.25、裸眼內(nèi)摩擦系數(shù)0.46條件下，該篩管可下入。

3 結(jié) 論

X井采用增曲率剖面類型進(jìn)行井眼優(yōu)化設(shè)計(jì)，且該井淺層大井眼定向造斜，需確保井眼規(guī)則、平滑，嚴(yán)格控制井眼軌跡。

本文利用實(shí)鉆井工況反演得到較為準(zhǔn)確、可靠的摩擦系數(shù)，對X各開次進(jìn)行摩阻扭矩分析計(jì)算，長井段的244.5 mm套管和114.3 mm篩管可下入，且在152.4 mm井段能有效攜巖，表明大位移井X井技術(shù)上是可行的。X井的垂深淺、水平位移大、水平段長、目的層泥巖夾層多等技術(shù)難點(diǎn)，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案是鉆井成功的重要技術(shù)支撐?！?/p>