超淺層大位移水平井鉆完井技術(shù)及應(yīng)用

趙志超，邱琨祁

(中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452)

0 引言

超淺層水平井(主要目的層頂海拔垂深550 m)，在國內(nèi)外可查文獻(xiàn)中海洋鉆井尚無先例，屬技術(shù)空白，在這樣的情況下進(jìn)行鉆完井作業(yè)會遇到較多以前未曾遇到的技術(shù)難題。如：地層疏松，連續(xù)造斜率可行性(6°/30 m)；連續(xù)大狗腿(6°/30 m)、高水垂比(2.7)及長穩(wěn)斜段9-5/8″技術(shù)套管的下入及套管安全問題；疏松地層的井壁穩(wěn)定與合理的低密度兼顧問題；儲層保護(hù)問題；地層絕對壓力低，如何安全順利誘噴返排；兩井長穩(wěn)斜段，存在鉆井液體系的抑制性、流變性及潤滑性以及如何降低水力磨阻等難題，同樣還存在易形成巖屑床等技術(shù)難題。

1 構(gòu)建思路及創(chuàng)新性技術(shù)

針對特殊超淺層地層開展的超淺地層井壁穩(wěn)定性研究，得出了松軟地層坍塌壓力與破裂壓力曲線，預(yù)測鉆井安全密度窗口，推薦穩(wěn)斜段及儲層井段采用合適的鉆井液密度。通過這些有效的科研數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，為作業(yè)實(shí)施奠定了理論基礎(chǔ)。解決了鉆完井技術(shù)難題，同時(shí)也創(chuàng)造了海洋實(shí)施最淺大位移井記錄，并摸索出一套超淺層大位移井鉆完井理論與技術(shù)。主要包括：叢式表層套管窄間隙穿越造斜技術(shù)、多因素井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)、淺層大位移水平井漂浮下套管技術(shù)、全壽命防砂方式優(yōu)選及精細(xì)擋砂精度設(shè)計(jì)技術(shù)[1]。

2 叢式表層套管窄間隙穿越造斜技術(shù)

2.1 超淺層大位移水平井軌跡優(yōu)化及避障設(shè)計(jì)技術(shù)

某氣田某井由于儲層埋深極淺需要出樁管斜后立即開始預(yù)斜，同時(shí)為規(guī)避底水，預(yù)斜角度需盡量大，設(shè)計(jì)預(yù)斜狗腿至少4.5°/30 m。此外，受到鄰井表層套管偏斜的影響，防碰嚴(yán)重，通過對相關(guān)鄰井表層軌跡復(fù)測，充分落實(shí)周邊井表層連續(xù)軌跡，通過對樁管以下每5 m的軌跡投影，確定預(yù)斜過程中設(shè)計(jì)軌跡與老井套管相對關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，優(yōu)化定向井軌跡，作業(yè)過程中采用陀螺測斜，并應(yīng)用國內(nèi)先進(jìn)的防碰監(jiān)測系統(tǒng)，最大程度降低了防碰風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 導(dǎo)眼鉆進(jìn)與新型擴(kuò)眼一體化鉆井技術(shù)

圖1 三級固定翼擴(kuò)眼器

考慮到常規(guī)大尺寸井眼不利于防碰及預(yù)斜，項(xiàng)目組確定先鉆9-7/8″領(lǐng)眼防碰繞障并預(yù)斜，后使用17-1/2″擴(kuò)眼器進(jìn)行擴(kuò)眼。項(xiàng)目組自行設(shè)計(jì)三級固定翼擴(kuò)眼器即：9-7/8″×13-3/4″×17-1/2″，具體如圖1所示。使擴(kuò)眼器更易進(jìn)入老井眼，增加擴(kuò)眼器的穩(wěn)定性。通過合理的水眼布置，改善攜巖，減少了對井壁的沖刷；合理的水力配置，減少了擴(kuò)眼器泥包幾率，使用球頭形狀的引鞋導(dǎo)引效果好、摩阻小，不易出現(xiàn)新井眼；同時(shí)通過力學(xué)軟件對擴(kuò)眼器組合進(jìn)行力學(xué)模擬，分析在不同鉆壓及井斜角情況下擴(kuò)眼器及引鞋所受力情況，對擴(kuò)眼器是否易出新井眼進(jìn)行論證并對鉆具震動(dòng)強(qiáng)度安全進(jìn)行評估。新型擴(kuò)眼器的使用良好，擴(kuò)眼前后軌跡完全一致，并順利通過防碰段。

通過得當(dāng)?shù)拇胧?xì)的操作，順利完成海上油氣田0.9 m小間隙鉆17-1/2″大井眼，230 m垂深開始(泥線深度147 m)連續(xù)造斜4.4-5.2°/30 m的叢式表層套管穿越造斜新記錄，克服了嚴(yán)重的防碰問題，安全、順利地完成作業(yè)。

3 基于多因素、全過程的井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)

針對淺層高造斜率、大位垂比、長水平段等特點(diǎn)，首次提出并成功實(shí)施了一種多因素、全過程分析的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)。主要技術(shù)內(nèi)容包括：

3.1 鉆進(jìn)參數(shù)及ECD定量與定性分析技術(shù)

由于儲層埋深淺且上部地層基本未成巖，確定合理的鉆井液比重尤為重要。通過“某氣田超淺地層井壁穩(wěn)定性研究”，推薦得出穩(wěn)斜段及儲層井段采用合適的鉆井液密度。并通過軟件計(jì)算，推薦出合理的鉆進(jìn)參數(shù)，優(yōu)選鉆井液各參數(shù)，并模擬鉆井液各參數(shù)變化對ECD的影響，對ECD敏感性評價(jià)，具體如表1、表2所示，整個(gè)作業(yè)過程中，由于措施得當(dāng)未發(fā)生一次漏失，順利完成作業(yè)[2]。

表1 ECD敏感性定量分析

表2 ECD敏感性定量分析

3.2 不同鋼級套管理論可下入性預(yù)測技術(shù)

該項(xiàng)目造斜段連續(xù)狗腿5.5°/30 m，局部狗腿6.5°/30 m，對不同鋼級套管的理論下入及下入安全性進(jìn)行預(yù)測，得出各層套管合適的鋼級，具體如表3所示。

表3 各層套管理論下入預(yù)測

4 淺層大位移水平井漂浮下套管技術(shù)

由于水垂比高，使用常規(guī)方法下入套管存在正旋彎曲。為應(yīng)對套管下入摩阻大問題，首次提出了海上淺層大位移井漂浮下套管技術(shù)，通過實(shí)時(shí)回歸磨阻系數(shù)，現(xiàn)場優(yōu)化采用漂浮下套管作業(yè)時(shí)最低空氣柱長度及最優(yōu)加防位置等。為滿足生產(chǎn)需求，規(guī)避底水，保證9-5/8″固井質(zhì)量，若使用常規(guī)剛性/彈性扶正器，會增加套管下入難度，項(xiàng)目組定制特殊樹脂型扶正器，同時(shí)根據(jù)對實(shí)時(shí)磨阻系數(shù)進(jìn)行回歸，模擬加放不同數(shù)量扶正器及位置對套管下入的影響，確定合理的扶正器加放方案，兩口井技術(shù)套管順利下入到位，下入過程順利。

5 實(shí)施效果，經(jīng)濟(jì)效益

本項(xiàng)目創(chuàng)新性地利用現(xiàn)有空井槽成功實(shí)施兩口超淺層大位移水平，通過克服海上淺層氣藏導(dǎo)致的地層軟、造斜難、磨阻大等大位移井鉆完井系列難題，將某氣田儲層埋深僅590 m (TVDSS)、水平位移達(dá)2000 m的淺層大位移井鉆井得以實(shí)現(xiàn)，不僅在項(xiàng)目本身獲得了成功，更是在技術(shù)方面取得重大突破。

兩口大位移水平井投產(chǎn)后，合計(jì)產(chǎn)量高達(dá)60萬m3/d，超過了原定開發(fā)目標(biāo)。截至目前，累計(jì)產(chǎn)氣70萬m3/d，項(xiàng)目整體較原ODP方案(水下生產(chǎn)系統(tǒng))節(jié)約投資8.7億元。同時(shí)，提前投產(chǎn)22個(gè)月，累計(jì)產(chǎn)氣量4.6億m3。

某氣田淺層大位移調(diào)整井是我國海上首次實(shí)施超淺層大位移水平井井作業(yè)，是對氣田淺層開發(fā)的一次成功實(shí)踐，創(chuàng)造了多項(xiàng)海上淺層大位移井作業(yè)的新紀(jì)錄，實(shí)現(xiàn)了超淺層大位移井成功開發(fā)海上淺層氣藏。項(xiàng)目的成功實(shí)施標(biāo)志著中海油已形成了一整套“埋深淺，水垂比大”的淺層大位移水平井鉆完井創(chuàng)新技術(shù)[3]。

6 結(jié)語

(1)本次兩口水平井淺層防碰形式十分嚴(yán)峻，導(dǎo)眼鉆進(jìn)與新型擴(kuò)眼一體化鉆井技術(shù)是整個(gè)項(xiàng)目成功的關(guān)鍵技術(shù)之一，有效地克服了嚴(yán)重的防碰問題，確保作業(yè)安全順利。

(2)不同鋼級套管理論可下入性預(yù)測技術(shù)，對不同鋼級套管的論理下入及下入安全性進(jìn)行預(yù)測，分析出各層套管合適的鋼級。確保了連續(xù)狗腿5.5°/30 m，局部狗腿6.5°/30 m的造斜段套管的順利下入。

(3)某氣田淺層大位移調(diào)整井是我國海上首次實(shí)施超淺層大位移水平井井作業(yè)，是對氣田淺層開發(fā)的一次成功實(shí)踐，創(chuàng)造了多項(xiàng)海上淺層大位移井作業(yè)的新紀(jì)錄，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。