郭世侯, 趙 渝, 靳東旭

1中國(guó)石油川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院2國(guó)家能源高含硫氣藏開(kāi)采研發(fā)中心鉆完井工程技術(shù)研究所 3中國(guó)石油川慶鉆探國(guó)際工程公司

0 引言

SHojb-102D 井是土庫(kù)曼斯坦南霍賈姆巴茲氣田上一口大斜度定向井，該井地質(zhì)預(yù)告鹽膏層厚度達(dá)到1 085 m，在上鹽層中鉆遇高壓鹽間水的機(jī)率很大，且地質(zhì)上渴望用大井斜角增加儲(chǔ)層長(zhǎng)度，以提高單井產(chǎn)量和該氣田的最終采收率。針對(duì)地質(zhì)上對(duì)該井的一些特殊要求，工程上做了大量分析研究，經(jīng)過(guò)與地質(zhì)方面的多次探討，最終完成了該井工程設(shè)計(jì)的優(yōu)化工作。

1 SHojb-102D井地質(zhì)簡(jiǎn)介

1.1 SHojb-102D井地質(zhì)分層

SHojb-102D井的地質(zhì)分層情況見(jiàn)表1。

表1 SHojb-102D 井地質(zhì)分層數(shù)據(jù)表

1.2 地層情況簡(jiǎn)介

(1)基末利階為巨厚鹽膏層，是區(qū)域蓋層[1]，也是高壓層，極易塑性變形，其中的高壓鹽水涌出后易造成鹽析卡鉆，是鉆井施工中最易造成井下復(fù)雜的地層段，前蘇聯(lián)時(shí)期在該區(qū)用直井鉆探，因遇高壓鹽水浸、鹽膏層縮徑卡鉆、擠毀套管、固井失敗、井噴等多種原因，鉆井成功率只有40%左右，沒(méi)有鉆探定向井先例。鄰井SHojb-21 井在上鹽層段鉆遇鹽間高壓水層，鉆井液密度由1.87 g/cm3提高到2.45 g/cm3才恢復(fù)正常。鄰井Hojb-7、Hojb-9井都因鉆遇鹽間高壓水層，出現(xiàn)鹽結(jié)晶堵塞，導(dǎo)致兩井報(bào)廢。該井預(yù)計(jì)在上鹽層段鉆遇鹽間高壓水層可能性很大，在下石膏段鉆遇鹽間高壓水層的機(jī)率比較小，井段2 940～4 035 m按鉆遇鹽間高壓水層設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)壓力系數(shù) 2.20(可能范圍 1.90～2.30)。

(2)南霍賈姆巴茲氣田卡洛夫-牛津階屬區(qū)域性高壓氣藏，其中XVhp層為灰?guī)r，是主要儲(chǔ)層。SHojb-102D 井儲(chǔ)層孔隙、裂縫均較發(fā)育，屬于裂縫—孔隙型儲(chǔ)層。

(3)SHojb- 102D井處在一個(gè)獨(dú)立高點(diǎn)，地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)比較大，根據(jù)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)結(jié)果，定向方位調(diào)整范圍不大，因此對(duì)靶區(qū)要求高，要求用雙靶來(lái)控制儲(chǔ)層軌跡。

(4)SHojb- 102D井純氣高度90 m左右，可支用產(chǎn)層垂厚69 m；對(duì)于儲(chǔ)層垂厚只有69 m，又希望儲(chǔ)層水平段長(zhǎng)達(dá)472 m，經(jīng)計(jì)算，全井最大井斜達(dá)到80°以上，實(shí)現(xiàn)大井斜矢量入靶才能確保中雙靶，工程設(shè)計(jì)上需要考慮到各種異常情況，優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)及井眼軌跡，盡量滿足地質(zhì)要求。

(5)南霍賈姆巴茲氣田之前只完成了2口井，直井SHojb-21 井產(chǎn)層長(zhǎng)40 m與40°小角度斜井SHojb-101D井產(chǎn)層長(zhǎng)89 m均獲較好產(chǎn)能。因此，預(yù)計(jì)該井產(chǎn)量大，儲(chǔ)層盡量用?215.9 mm井眼施工，以利于后期生產(chǎn)和儲(chǔ)層改造。

(6)本構(gòu)造天然氣中含H2S和CO2。H2S含量 0.009 8%(0.150 9 g/m3)，CO2含量 3.506 4%(68.725 g/m3)。

(7)從過(guò) SHojb-102D 井地震偏移剖面來(lái)看，井區(qū)淺層白堊系地層產(chǎn)狀為向上傾斜地層，上部井段容易井斜也是工程設(shè)計(jì)需要考慮的問(wèn)題之一。

1.3 區(qū)域工程設(shè)計(jì)通用要求

(1)土庫(kù)曼斯坦阿姆河右岸氣田普遍存在基末利階，一般都要求用?311.2 mm井眼鉆至下石膏底部，下?250.8 mm厚壁套管封固易蠕變的鹽膏層，儲(chǔ)層使用?215.9 mm井眼完成。

(2)無(wú)鹽間高壓水層的定向井，造斜點(diǎn)一般都選在鹽膏層中[2]，以減少井眼軌跡控制井段長(zhǎng)度。

(3)有鹽間高壓水層的定向井，如果鹽膏層只有500～600 m，一般要求在進(jìn)入高壓層前完成定向施工，在高壓層段使用穩(wěn)定器組合控制井斜，用?250.8 mm技術(shù)套管封固高壓水層后，在?215.9 mm井段再次定向施工。主要原因是在?311.2 mm井眼使用的螺桿鉆具在密度2.35 g/cm3左右條件下，泵壓高、排量小、輸出扭矩小、螺桿易制動(dòng)，螺桿壽命極短，最短的只有幾小時(shí)，不能滿足定向施工的要求。

(4)?215.9 mm井眼使用的螺桿鉆具在密度2.35 g/cm3左右條件下能夠正常工作，使用壽命一般可達(dá)100 h左右，基本能夠達(dá)到定向施工的要求。

(5)石膏層易蠕動(dòng)縮徑，應(yīng)減少滑動(dòng)鉆進(jìn)，增加復(fù)合鉆進(jìn)，同時(shí)，要勤劃眼、勤活動(dòng)，這就要求在石膏層中不能設(shè)計(jì)太高的造斜率[3]。

(6)既有鹽間高壓水層，又存在巨厚鹽膏層的井，一般在鹽層段不設(shè)計(jì)井斜大于60°的定向井。

(7)石膏層段特別是下石膏層可鉆性差，鉆井周期很長(zhǎng)。

2 SHojb-102D 井難點(diǎn)分析

(1)該井鹽膏層厚，儲(chǔ)層埋藏深，用大斜度井開(kāi)發(fā)，造成總井深較大,在有限的定向井段很難達(dá)到定向井矢量入靶的要求。

(2)該井上鹽層段為高壓層，下鹽層段為可能高壓層，如果定向井段選在進(jìn)入高壓層前完成，必然造成用大斜度穿越厚達(dá)420 m的下石膏層段，使得下石膏層井段很長(zhǎng)，大尺寸井眼、大井斜角條件下，不帶螺桿的鉆具組合施工很困難，易出現(xiàn)卡鉆、斷鉆具等事故。

(3)儲(chǔ)層易井漏，高濃度堵漏劑的使用限制了隨鉆定向儀器的使用，也限制了把儲(chǔ)層段作為定向增斜的設(shè)計(jì)井段。

(4)如果在下石膏頂部下入技術(shù)套管，封固高壓層，造斜點(diǎn)選在下石膏，由于石膏層段中造斜率低，井段長(zhǎng)度難保證該井段增斜到60°以上，如果直井段沒(méi)鉆直，還需兩次扭方位作業(yè)才能保證中雙靶，大井斜條件下扭方位作業(yè)更是困難重重。

(5)如果在中石膏層段中部下入技術(shù)套管，封固高壓層，造斜點(diǎn)選在下鹽中，一方面不能完全保證技術(shù)套管能封住高壓層，且高密度固井本身很困難；另一方面也不能完全排除下鹽層段中無(wú)鹽間高壓水層。

(6)在中石膏層段提前下入技術(shù)套管后，在下鹽層段和下石膏層段鉆進(jìn)期間，如果鉆井液密度不能降低到與產(chǎn)層鉆井液密度相一致，則需要鉆至下石膏層段底再下一層技術(shù)套管，儲(chǔ)層被迫用?149.2 mm井眼鉆進(jìn)。

(7)本區(qū)域儲(chǔ)層用?149.2 mm井眼鉆進(jìn)屬于極少情況，儲(chǔ)層易漏，平時(shí)沒(méi)有儲(chǔ)備該井眼的定向工具，如要采購(gòu)，采購(gòu)周期也很長(zhǎng)。

3 設(shè)計(jì)方案對(duì)比分析

針對(duì)以上難點(diǎn)及地質(zhì)需求，對(duì)比分析了3種設(shè)計(jì)方案。

3.1 進(jìn)入高壓層前完成定向施工的可行性

根據(jù)地質(zhì)上開(kāi)始提出的要求：入靶點(diǎn)A點(diǎn)垂深4 045 m，出靶點(diǎn)B點(diǎn)垂深4 114 m，AB水平段長(zhǎng)472 m。剖面設(shè)計(jì)思路：

(1)進(jìn)入高壓層前，即在提塘階底部2 940 m以前完成第一次定向造斜。

(2)鹽膏層段用單穩(wěn)定器造斜，設(shè)計(jì)增斜率不高于該區(qū)已用單穩(wěn)定器增斜平均增斜率1°/30 m。

(3)第一次定向結(jié)束時(shí)實(shí)現(xiàn)一定的井斜角，既要避免井斜大導(dǎo)致的高壓層段的斜井段過(guò)長(zhǎng)，又要避免井斜過(guò)小造成方位漂移太快。

(4)造斜段選用平均造斜率4.5°/30 m，為可能的扭方位留有斜地，同時(shí)避免后續(xù)井段長(zhǎng)，起下鉆多，造成高井眼曲率井段鉆具事故和產(chǎn)生鍵槽。

(5)A點(diǎn)的井斜角也不能設(shè)計(jì)太大，否則，可鉆性差的下石膏層段井眼太長(zhǎng)。

(6)在下石膏底部固?250.8 mm技術(shù)套管，然后在?215.9 mm井眼設(shè)計(jì)第二定向井段，第二定向井段的主要目的是：把井斜增到需要值，以便盡可能多的穿越儲(chǔ)層；調(diào)整長(zhǎng)段單穩(wěn)定器組合鉆出井眼的方位漂移量，達(dá)到矢量入靶。設(shè)計(jì)軌跡見(jiàn)表2。

表2 在進(jìn)高壓層前完成定向施工井眼軌跡設(shè)計(jì)剖面節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)表

該設(shè)計(jì)方案優(yōu)點(diǎn)：

(1)能夠?qū)崿F(xiàn)大井斜入靶，有利于鉆出較長(zhǎng)的儲(chǔ)層段。

(2)技術(shù)套管下得深，能實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層專打，有利于應(yīng)對(duì)儲(chǔ)層復(fù)雜。

該設(shè)計(jì)方案缺點(diǎn)：

(1)高壓層段為斜井段，且長(zhǎng)達(dá)1 500 m以上，軌跡控制起來(lái)非常困難。

(2)斜井段為大尺寸井眼，泵壓高，排量受限，后期鉆具扭矩大，能蹩停頂驅(qū)，鉆進(jìn)速度很慢，鉆井周期長(zhǎng)，易出鉆井事故。

(3)鹽膏層易蠕動(dòng)變形，易出卡鉆事故。

(4)儲(chǔ)層遇井漏，第二定向段存在不能全部實(shí)現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 鉆過(guò)高壓層后立即下技術(shù)套管的可行性

該方案就是鉆完上鹽層，在中石膏中部下入技術(shù)套管,然后開(kāi)始定向施工。具體剖面設(shè)計(jì)思路：①鉆完上鹽層段，進(jìn)入中石膏層段中部即3 450 m左右下入?250.8 mm技術(shù)套管;②造斜點(diǎn)選在3 550 m，預(yù)留100 m垂直井段，以應(yīng)對(duì)直井段未鉆直，產(chǎn)生了過(guò)大的閉合距需扭方位施工;③在下鹽層中定向，設(shè)計(jì)造斜率4.8°/30 m，防造斜率太高在下鹽層中產(chǎn)生鍵槽;④在下石膏層中設(shè)計(jì)小造斜率，以復(fù)合鉆進(jìn)為主，有利于擴(kuò)大井眼，減少黏附、縮徑卡鉆風(fēng)險(xiǎn)。

井眼軌跡設(shè)計(jì)剖面見(jiàn)表3。

表3 中石膏中部下技術(shù)套管設(shè)計(jì)剖面節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)表

該設(shè)計(jì)方案優(yōu)點(diǎn)：

(1)定向井段采用?215.9 mm井眼施工，即使高壓層未封住，也能完成定向施工作業(yè)。

(2)下石膏層小造斜率設(shè)計(jì)，容易實(shí)現(xiàn)，能減少黏附、縮徑卡鉆風(fēng)險(xiǎn)。

(3)定向組合至少能使用到下石膏底，A點(diǎn)井斜角、方位角都能保證。

(4)儲(chǔ)層軌跡控制不受井漏、定向工具等因素的影響，能夠保證儲(chǔ)層段長(zhǎng)度。

(5)下石膏層用小井眼施工，機(jī)械鉆速高，鉆井周期短。

該設(shè)計(jì)方案缺點(diǎn)：

(1)套鞋離高壓層井段短，對(duì)?250.8 mm套管固井施工要求高，不能封住高壓層的風(fēng)險(xiǎn)較大。

(2)在基末利階下鹽層段和下石膏層段鉆進(jìn)期間，需在確保井下安全的條件下，驗(yàn)證鉆井液密度能否降到與產(chǎn)層鉆井液密度大致一致。上鹽層段中的鹽間高壓水層未封住或下鹽層段中有鹽間高壓水層都會(huì)迫使在下石膏底再下一層技術(shù)套管，儲(chǔ)層只能用?149.2 mm井眼鉆進(jìn)。

3.3 進(jìn)入下石膏層后下技術(shù)套管的可行性

該方案進(jìn)入下石膏層30 m即3 730 m固井，封固高壓層，然后在3 750 m開(kāi)始定向施工，該設(shè)計(jì)剖面設(shè)計(jì)思路是：

(1)進(jìn)入下石膏層30 m即3 730 m下入?250.8 mm技術(shù)套管并固井，封固高壓層。

(2)固井后鉆出20 m防磁干擾井段后，開(kāi)始定向施工。

(3)在下石膏層中盡力增斜，鉆達(dá)A點(diǎn)時(shí)，井斜可達(dá)59°左右。

(4)儲(chǔ)層段考慮井漏，用單穩(wěn)定器強(qiáng)增組合增斜。

井眼軌跡剖面見(jiàn)表4。

表4 下石膏中下入技術(shù)套管設(shè)計(jì)剖面節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)表

該設(shè)計(jì)方案優(yōu)點(diǎn)：

(1)高壓層被封住，可以實(shí)現(xiàn)定向造斜段與儲(chǔ)層段使用相同鉆井液密度，基本能保證儲(chǔ)層使用?215.9 mm井眼鉆進(jìn)。

(2)鉆井液密度低，排量能達(dá)到螺桿使用要求，螺桿輸出扭矩大，壽命長(zhǎng)，鉆井速度快。

(3)儲(chǔ)層軌跡控制不受井漏、定向工具等因素的影響，能夠保證設(shè)計(jì)儲(chǔ)層段長(zhǎng)度。

該設(shè)計(jì)方案缺點(diǎn)：

(1)受石膏層易蠕動(dòng)和儲(chǔ)層易漏的限制，造斜率已設(shè)計(jì)到最大，但仍然不能滿足AB段水平段長(zhǎng)472 m的要求，只能達(dá)到141 m左右。

(2)這個(gè)設(shè)計(jì)方案還要求直井段要鉆直，盡量減少直井段產(chǎn)生的閉合距偏移，否則就沒(méi)有井段來(lái)扭方位施工，不能實(shí)現(xiàn)矢量入靶，這對(duì)于中雙靶有很大難度。

4 最終優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

由于該井處在構(gòu)造高點(diǎn)，儲(chǔ)層范圍較小，地質(zhì)要求：①必須用雙靶點(diǎn)控制；②AB段水平段長(zhǎng)至少200 m，在沒(méi)有井漏、溢流的情況下，盡量達(dá)到400 m；③儲(chǔ)層段盡量用?215.9 mm井眼鉆進(jìn)，如遇井下復(fù)雜情況，可以增加一層套管，改為?149.2 mm井眼鉆進(jìn)。

經(jīng)與建設(shè)方多次商討，最終形成了風(fēng)險(xiǎn)較小、工程上容易實(shí)現(xiàn)的優(yōu)化工程設(shè)計(jì)。其井眼軌跡剖面見(jiàn)表5所示。

表5 SHojb-102D 井設(shè)計(jì)剖面節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)表

該設(shè)計(jì)與上述第二方案基本相同。即在鉆完上鹽層段，在中石膏段中部下入技術(shù)套管。預(yù)留100 m扭方位井段后開(kāi)始定向施工。鉆達(dá)A點(diǎn)井斜達(dá)到71°，即使在儲(chǔ)層不用定向組合只用穩(wěn)定器穩(wěn)斜組合，也能保證AB段水平段長(zhǎng)超過(guò)200 m，用穩(wěn)定器增斜組合能夠保證AB段水平段長(zhǎng)至少200 m的要求。

5 實(shí)鉆情況

該井用鉆井液密度2.35 g/cm3順利鉆過(guò)上鹽層段，并在中石膏層段成功固井，固井后逐漸降密度至1.98～2.03 g/cm3，并用?215.9 mm井眼順利定向增斜至GAP層，后換單穩(wěn)定器增斜鉆進(jìn)，全井最大井斜78.5°，實(shí)現(xiàn)了AB水平段長(zhǎng)276.1 m，該井達(dá)到了設(shè)計(jì)要求并獲得日產(chǎn)天然氣80×104m3高產(chǎn)。

6 結(jié)論和建議

(1)SHojb-102D 井是一口高壓巨厚鹽膏層大斜度定向井，軌跡控制與安全鉆井方面相互制約，存在很大困難。

(2)該井設(shè)計(jì)打破了技術(shù)套管下至下石膏層底、進(jìn)入高壓層前完成定向等傳統(tǒng)做法，取得了較好效果。

(3)該井設(shè)計(jì)綜合考慮到了可能遇到的高壓、直井段不直、鍵槽、縮徑、井漏、鉆具事故等多種鉆井風(fēng)險(xiǎn)，兼顧了地質(zhì)需求和鉆井安全的要求，整個(gè)施工過(guò)程順利，未出現(xiàn)任何事故，驗(yàn)證了該工程設(shè)計(jì)的可行性。