YD油田復(fù)雜地層井身結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與應(yīng)用

李夢(mèng)剛， 張華衛(wèi)， 牛成成

(中國(guó)石化石油工程技術(shù)研究院，北京 100101)

YD油田復(fù)雜地層井身結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與應(yīng)用

李夢(mèng)剛， 張華衛(wèi)， 牛成成

(中國(guó)石化石油工程技術(shù)研究院，北京 100101)

YD油田鉆井中存在地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜、多套壓力體系并存及高壓瀝青層溢漏同存等問題，給鉆井施工和井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)帶來困難。在實(shí)鉆資料分析、確定必封點(diǎn)及重新認(rèn)識(shí)Gachsaran地層孔隙壓力的基礎(chǔ)上，采用自下而上的設(shè)計(jì)方法，先后形成了適合YD油田復(fù)雜地層鉆進(jìn)的3套井身結(jié)構(gòu)。針對(duì)部分Gachsaran鹽水地層存在異常高壓層的情況，從安全鉆進(jìn)角度考慮，設(shè)計(jì)了高壓鹽水層井身結(jié)構(gòu)；對(duì)于正常壓力Gachsaran鹽水層，為提高機(jī)械鉆速和降低鉆井成本，形成了簡(jiǎn)化高效的常規(guī)井身結(jié)構(gòu)；對(duì)于Kazhdumi高壓瀝青層，從安全鉆井實(shí)現(xiàn)地質(zhì)目的考慮，形成了延長(zhǎng)φ244.5 mm技術(shù)套管和專打?qū)７?種井身結(jié)構(gòu)。優(yōu)化后的井身結(jié)構(gòu)在YD油田20余口開發(fā)井中進(jìn)行了應(yīng)用，取得了良好的應(yīng)用效果。YD油田井身結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，不僅為該油田“二期工程”奠定了基礎(chǔ)，也對(duì)國(guó)內(nèi)外同類型的碳酸鹽巖油藏開發(fā)具有借鑒意義。

YD油田 井身結(jié)構(gòu) 高壓層 瀝青層

YD油田為海相碳酸鹽巖儲(chǔ)層大型整裝油田，地質(zhì)條件復(fù)雜，主要表現(xiàn)在[1-3]：地層存在多壓力體系及異常高壓層；上部Aghajari層含膏鹽、對(duì)鉆井液性能污染嚴(yán)重，Gachsaran層有潛在高壓鹽水層；中上部Pabdeh、Gurpi和Sarvak等地層存在嚴(yán)重漏失；中下部Kazhdumi層高壓瀝青侵入,嚴(yán)重危及鉆井安全；中下部地層硬，可鉆性差；油氣層富含H2S、CO2等酸性腐蝕氣體。以上分析可以看出，YD油田鉆井施工及井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)難度較大。筆者綜合考慮地層壓力、地質(zhì)及工程必封點(diǎn)，以井筒壓力平衡為原則，采用自下而上的設(shè)計(jì)方法,對(duì)YD油田井身結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化。

1 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵因素

1.1 地層壓力研究

根據(jù)前期探井、早期及一期開發(fā)井實(shí)鉆資料分析、隨鉆dc指數(shù)監(jiān)測(cè)和測(cè)井資料反演，并結(jié)合地層完整性試驗(yàn)數(shù)據(jù)、SFT地層壓力測(cè)試數(shù)據(jù)，逐步建立了比較準(zhǔn)確的YD油田地層孔隙壓力剖面和地層破裂壓力剖面(見圖1)。

YD油田壓力系統(tǒng)比較復(fù)雜，存在多套異常壓力層：

1) Gachsaran鹽水層壓力復(fù)雜。a)2000年左右，YD油田鉆進(jìn)了HOS-1、HOS-2、HOS-3、KSK-1、KSK-2等5口探井，揭示Gachsaran地層含高壓鹽水層，孔隙壓力當(dāng)量密度最高達(dá)1.60 kg/L(見圖1綠色孔隙壓力曲線)，所鉆5口探井均采用5級(jí)井身結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)一層技術(shù)套管封隔高壓鹽水層；b)2011年，YD油田進(jìn)入開發(fā)階段，早期及一期共鉆進(jìn)55口開發(fā)井，實(shí)鉆顯示Gachsaran層孔隙壓力略高于相鄰地層，采用密度1.35～1.40 kg/L的鉆井液可順利鉆穿，利用測(cè)井資料求取的地層壓力和SFT測(cè)試的地層壓力當(dāng)量密度均在1.20 kg/L左右(見圖1藍(lán)色孔隙壓力曲線)。

2) Kazhdumi層為瀝青層，地層孔隙壓力當(dāng)量密度約1.60 kg/L。

3) Gadvan層為壓力過渡帶，地層孔隙壓力當(dāng)量密度1.20～1.50 kg/L。

4) Fahliyan Upper和Fahliyan Lower層均為異常高壓儲(chǔ)層，地層孔隙壓力當(dāng)量密度分別為1.60和1.40 kg/L左右。

1.2 必封點(diǎn)的確定

必封點(diǎn)的確定是對(duì)以壓力剖面及設(shè)計(jì)系數(shù)為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法的補(bǔ)充和完善[4-5]，可分為地質(zhì)必封點(diǎn)和工程必封點(diǎn)。由地層壓力剖面可以得到地質(zhì)必封點(diǎn)：1)Gachsaran鹽水層；2)Kazhdumi高壓層；3)Fahliyan高壓儲(chǔ)層。隨著油田開發(fā)的深入和鉆井施工經(jīng)驗(yàn)的積累，工程必封點(diǎn)逐漸顯現(xiàn)，主要包括：1)Aghajari易坍塌、縮徑地層；2)Pabdeh、Gurpi、Sarvak易漏失地層；3)Gadvan易坍塌、易漏失地層；4)Fahliyan Lower易卡鉆地層。

針對(duì)以上地質(zhì)及工程必封點(diǎn)，井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)采用表1所示的技術(shù)對(duì)策。

2 井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

在建立地層孔隙壓力剖面和地層破裂壓力剖面的基礎(chǔ)上，結(jié)合地質(zhì)及工程必封點(diǎn)，根據(jù)平衡地層孔隙壓力、防止壓漏地層的技術(shù)思路[6-8]，以滿足裸眼井段防井涌、防壓差卡鉆、防漏等井筒壓力平衡為原則[9-12]，采用自下而上的設(shè)計(jì)方法，對(duì)YD油田井身結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，先后形成了適合該油田復(fù)雜地層鉆進(jìn)的3套井身結(jié)構(gòu)：1)針對(duì)部分Gachsaran鹽水層存在異常高壓的情況，從安全鉆進(jìn)角度考慮，形成了高壓鹽水層井身結(jié)構(gòu)；2)對(duì)于正常壓力Gachsaran鹽水層，為提高機(jī)械鉆速和降低鉆井成本，形成了簡(jiǎn)化高效的常規(guī)井身結(jié)構(gòu)；3)對(duì)于Kazhdumi高壓瀝青層，從安全鉆井實(shí)現(xiàn)地質(zhì)目的考慮，形成了延長(zhǎng)φ244.5 mm技術(shù)套管和專打?qū)７?種瀝青層井身結(jié)構(gòu)。

2.1 高壓鹽水層井身結(jié)構(gòu)

根據(jù)YD油田前期5口探井的實(shí)鉆經(jīng)驗(yàn)，為應(yīng)對(duì)Gachsaran地層潛在的高壓鹽水層，采用了φ244.5 mm技術(shù)套管專打?qū)７夥桨福斫Y(jié)構(gòu)如表2所示。

表2 高壓鹽水層專打?qū)７饩斫Y(jié)構(gòu)

Table 2 Casing program for special drilling and isolating of high-pressure salt water formation

2.2 常規(guī)井身結(jié)構(gòu)

早期F18井和F02井、F07井等5口開發(fā)井，實(shí)鉆中未鉆遇Gachsaran高壓鹽水層，鹽水層最高壓力當(dāng)量密度1.20 kg/L。為了提高鉆井效率、縮短鉆井周期，對(duì)井身結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化。在保證安全的前提下，簡(jiǎn)化套管程序，實(shí)現(xiàn)了安全與優(yōu)快統(tǒng)一的目標(biāo)。

井身結(jié)構(gòu)及套管程序設(shè)計(jì)的主要原則：1)表層套管下深增加至300～500 m，提高套管鞋處的地層抗破裂能力，為鉆開潛在高壓鹽水層創(chuàng)造條件；2)在揭開鹽水層之前，對(duì)上部裸眼地層進(jìn)行地層完整性試驗(yàn)，如果不滿足下部高密度鉆井液鉆井要求，則進(jìn)行地層承壓堵漏作業(yè),以提高上部地層的承壓強(qiáng)度。優(yōu)化后的井身結(jié)構(gòu)如表3所示。

2.3 瀝青層井身結(jié)構(gòu)

在YD油田開發(fā)過程中，油田北部Kazhdumi層鉆遇高壓瀝青層，該瀝青層具有區(qū)域分布規(guī)律不明、井間瀝青特征差異大等特征[13-14]。瀝青一旦侵入井筒，一方面會(huì)嚴(yán)重污染鉆井液，使鉆井液流動(dòng)性變差，影響正常的鉆井施工；另一方面，瀝青在井筒中與鉆井液發(fā)生置換，并伴隨鉆井液溢出井口，造成井內(nèi)液柱壓力降低，給井控帶來巨大隱患[15]。同時(shí),上部地層中H2S的溢出也會(huì)危及鉆井安全。YD油田“一期工程”中，有10余口井鉆遇極度活躍瀝青層，致使F21井、F13井和APP2井臨時(shí)棄井。為了實(shí)現(xiàn)安全鉆穿高壓瀝青層，對(duì)井身結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，主要包括延長(zhǎng)φ244.5 mm技術(shù)套管和專打?qū)７?種方案。

2.3.1 延長(zhǎng)φ244.5 mm技術(shù)套管方案

在鉆遇瀝青層時(shí)，需要采用提高鉆井液密度的方式來控制瀝青侵入，然而上部井段存在Asmari、Pabdeh等易漏地層，如果與瀝青層在同一裸眼井段，會(huì)造成上部地層嚴(yán)重漏失。因此，對(duì)井身結(jié)構(gòu)進(jìn)行了初步優(yōu)化，即將φ244.5 mm技術(shù)套管下深延長(zhǎng)至Pabdeh層底部，封隔上部易漏地層，為下部瀝青層鉆進(jìn)創(chuàng)造條件，優(yōu)化后的井身結(jié)構(gòu)如表4所示。

表4 延長(zhǎng)φ244.5 mm技術(shù)套管后的井身結(jié)構(gòu)

Table 4 Casing program with prolongedφ244.5 mm casing

2.3.2 專打?qū)７夥桨?/p>

為了安全鉆穿瀝青層，進(jìn)一步將井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化為專打?qū)７饩斫Y(jié)構(gòu)，即φ244.5 mm技術(shù)套管下至Sarvak儲(chǔ)層底部、Kazhdumi層之上，安全鉆穿瀝青層后下入φ177.8 mm尾管，為處理瀝青侵入時(shí)實(shí)施各種措施創(chuàng)造條件[16]。

由于φ244.5mm技術(shù)套管由Pabdeh層底部(深度2 200 m左右)延長(zhǎng)到Sarvak層底部(深度3 400 m左右)，存在3 100 m左右的長(zhǎng)裸眼段，裸眼段內(nèi)包含Asmari和Pabdeh易漏層和Gachsaran鹽水層，因此增加一層φ339.7 mm技術(shù)套管，該層技術(shù)套管下至Gachsaran地層底部。瀝青層專打?qū)７饩斫Y(jié)構(gòu)如表5所示。

表5 瀝青層專打?qū)７饩斫Y(jié)構(gòu)

Table 5 Casing program for special drilling and isolating of asphalt formation

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

經(jīng)過3年多的探索與實(shí)踐，YD油田形成了高壓鹽水層井身結(jié)構(gòu)、常規(guī)井身結(jié)構(gòu)和瀝青層井身結(jié)構(gòu)，并成功應(yīng)用于YD油田“一期工程”20余口直井開發(fā)井中，取得了良好的應(yīng)用效果。

3.1 高壓鹽水層井身結(jié)構(gòu)

YD油田早期F18井、F02井和F07井等3口開發(fā)井采用了高壓鹽水層專打?qū)７饩斫Y(jié)構(gòu)，均順利完鉆。但由于井身結(jié)構(gòu)復(fù)雜、井眼直徑較大，造成機(jī)械鉆速低、鉆井周期長(zhǎng)，3口井平均機(jī)械鉆速僅為4.45 m/h，平均鉆井周期長(zhǎng)達(dá)146.06 d。

3.2 常規(guī)井身結(jié)構(gòu)

F19井、F23井、F31井、F04井和F10井等開發(fā)井取消了封隔鹽水層的技術(shù)套管，使得井眼開孔直徑縮小至444.5 mm，整個(gè)井身結(jié)構(gòu)縮小一級(jí)，與高壓鹽水層專打?qū)７饩斫Y(jié)構(gòu)相比：平均機(jī)械鉆速6.29 m/h，提高了41.35%；平均鉆井周期78.35 d，縮短了46.36%。

3.3 瀝青層井身結(jié)構(gòu)

YD油田北部多口開發(fā)井遭遇Kazhdumi地層活躍瀝青侵入，造成鉆井液性能污染、H2S氣體溢出，危及鉆井安全，F(xiàn)24井、F14井、F03井、F17井和F21井等油井采用了延長(zhǎng)φ244.5 mm技術(shù)套管方案，前4口井瀝青侵入程度較輕，均成功鉆穿瀝青層。F21井在Kazhdumi地層遭遇嚴(yán)重瀝青侵，經(jīng)過1次瀝青固化劑堵漏、1次高濃度大顆粒堵漏材料堵漏和5次水泥漿堵漏均未取得成功，堵漏過程中造成卡鉆事故，爆破松扣后起出井內(nèi)2 026 m鉆具，打水泥塞臨時(shí)棄井，處理井下事故共計(jì)耗時(shí)34.25 d。

F21井實(shí)鉆顯示,延長(zhǎng)φ244.5 mm技術(shù)套管方案無法徹底解決瀝青層安全鉆進(jìn)問題，因此S03井采用了瀝青層專打?qū)７饩斫Y(jié)構(gòu)，并配合控制壓力鉆井技術(shù)安全、順利地鉆穿瀝青層，同比鄰井相同井段作業(yè)周期縮短39%。采用該井身結(jié)構(gòu)，不僅確保了鉆井、起下鉆、下套管和固井的安全性，也為后期瀝青層鉆井提供了切實(shí)可行的技術(shù)方案。

4 結(jié)論與建議

1) 隨著地質(zhì)認(rèn)識(shí)程度的不斷提高及復(fù)雜瀝青層的出現(xiàn)，YD油田直井井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化經(jīng)歷了高壓鹽水層井身結(jié)構(gòu)、常規(guī)井身結(jié)構(gòu)和瀝青層井身結(jié)構(gòu)3個(gè)階段，形成了比較完善的井身結(jié)構(gòu)系列。

2) 高壓鹽水層井身結(jié)構(gòu)確保了Gachsaran潛在高壓鹽水層的安全鉆進(jìn)，解決了部分鹽水地層的異常高壓?jiǎn)栴}。

3) 常規(guī)井身結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了提速提效、降低鉆井成本的目的，適用于瀝青層不活躍的YD油田南部區(qū)塊。

4) 專打?qū)７饩斫Y(jié)構(gòu)輔以控制壓力鉆井技術(shù)，能夠有效控制活躍瀝青侵入、減少H2S氣體的溢出，保障安全鉆穿瀝青層，建議在瀝青層活躍的YD油田北部區(qū)塊推廣應(yīng)用。

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[編輯 滕春鳴]

Casing Program Optimization and Application in Complex Formation of the YD Oilfield

Li Menggang, Zhang Huawei, Niu Chengcheng

(SinopecResearchInstituteofPetroleumEngineering,Beijing, 100101,China)

In the YD Oilfield, the complex geologic environment, coexistence of multiple pressure systems and high pressure asphalt formation that easy overflow or lost circulation have been the challenge to drilling and optimization of casing program. By analyzing drilling data, determing the setting depth of casing, reviewing pore pressure of Gachsaran Formation, together with the bottom-up designing method, three exclusive casing programs for drilling complex formations in the YD Oilfield were determined.Due to abnormal high pressure existed in parts of Gachsaran salt water formation, a special casing program was developed for dealing with it. But for the normal-pressure Gachsaran Formation, a simplified and efficient casing program was also developed to improve ROP and lower the drilling cost.As for the high-pressure Kazhdumi asphalt formation, two casing programs were developed with prolongedφ244.5 mm intermediate casing for special drilling and isolating Kazhdumi Formation. The optimized casing programs were satisfactorily applied in more than 20 development wells in the YD Oilfield. The casing program for high-pressure salt water formation achieved safe drilling in some Gachsaran Formation. The conventional casing program highly enhanced the ROP and shortened the drilling cycle. The casing programs for the asphalt formation fully ensured the drilling safety in high-pressure asphalt formation. These optimized casing programs have laid a good foundation for Phase Ⅱ development of the YD Oilfield, and will provide the reference for similar carbonate reservoir development at home and abroad.

YD Oilfield; casing program; high pressure formation; asphalt formation

2015-02-12；改回日期：2015-04-22。

李夢(mèng)剛(1975—)，男，山東聊城人，1997年畢業(yè)于成都理工學(xué)院勘察工程專業(yè)，2011年獲中國(guó)石油大學(xué)(華東)石油與天然氣工程專業(yè)工程碩士學(xué)位，高級(jí)工程師，主要從事復(fù)雜結(jié)構(gòu)井鉆井工藝技術(shù)研究。

國(guó)家科技重大專項(xiàng)之專題“中東復(fù)雜地層安全快速鉆井關(guān)鍵技術(shù)研究”(編號(hào):2011ZX0503-004-001)資助。

?YD油田工程技術(shù)專題?

10.11911/syztjs.201503003

TE242

A

1001-0890(2015)03-0013-05

聯(lián)系方式：(010)84988562，limg.sripe@sinopec.com。