從AKONDO油田水平井鉆井談水平井施工提速提效措施

劉純仁（華東石油工程公司六普鉆井分公司 江蘇 鎮江 212003）

1 已鉆水平井簡述

加蓬AKONDO油田是中國石化國勘公司在海外自行投資，由油氣勘探轉為油田開發的典型項目。自2013年投入商業開發以來，已在WAKO-PAD-1平臺施工完成二口定向井、四口水平井。目前已完成施工的AKONDO油田WAKO-H1井、WAKO-H2井、WAKO-H3井及WAKO-H4井四口水平井均位于加蓬G4-188區塊WZ區東斷鼻帶，SAWZ-3斷塊構造高部位上，且全部以UPC段為目的層。四口水平井均為中半徑水平井，最大造斜率均達到8-10°/30m。四口水平井的綜合指標見表1。

表1 四口水平井綜合指標

2 優化井身結構、剖面和施工方案

2.1 優化井身結構

由于該區塊水平井縱橫比很高，各開次可用于調整井斜、方位的井段短，而一開井段為松軟散砂堆積層，極易垮塌，二開井段存在異常高壓并常伴有井漏，加之叢式井井間距離僅5m，井間竄漏和防碰繞障問題十分嚴峻，因此各開次確定合理的套管下深和完井方式非常重要，經過二口定向井與四口水平井的施工，套管程序和施工方案不斷得到優化，井身結構更加科學合理，設計與實鉆情況對比見表2。

表2 四口水平井井身結構和完井方式對比表

2.2 優化剖面和控制井眼軌跡

在總結AKONDO油田前兩口定向井施工經驗教訓的基礎上，水平井的剖面設計和軌跡控制技術得到了進一步優化，導眼井和水平井的鉆進主要采用PDC鉆頭+PowerDrive+LWD+MWD以旋轉鉆進方式進行，極大提高了鉆井效率。采用旋轉導向鉆進，能及時對井眼軌跡進行微調，保證實鉆井眼軌跡光滑，井下摩阻和扭矩大大降低，極大提高了鉆井的安全性。

3 優化鉆頭選型、鉆具組合、鉆井參數及水力參數等鉆井施工方案

3.1 優選鉆頭

綜合考慮井型、剖面、巖性特點及可鉆性等因素，確定與地層相匹配的鉆頭類型。

3.1.1 一開鉆頭選型

一開淺層段地層主要為松散砂巖和含礫巖層，為了在定向造斜前保證井眼垂直，需采取輕壓吊打方式。一開使用江鉆生產的12-1/4＂HJ437鑲齒鉆頭，配合塔式鉆具實施防斜打直快速鉆進，該鉆頭能獲得18m/h以上的高機械鉆速，且起出后新度很高，是有效提高機械鉆速的可行選擇。

3.1.2 二開鉆頭選型

二開井段800m之上存在易崩PDC齒的粗砂巖和含礫巖夾層，為避免頻繁起鉆影響作業效率，在四口井施工中分別嘗試使用了Best生產的M1665ss六刀翼13-16mm復合布齒的PDC鉆頭及Baker Hughes的六刀翼QD506X鉆頭，配合Power Drive旋轉導向系統和LWD組合旋轉鉆進，均一只鉆頭完成二開施工，不僅成功穿過了粗砂巖和含礫巖夾層，且對PDC齒損壞較小，而且與下部泥頁巖地層匹配性很好，在下部井段鉆進時機械鉆速在18.26-29.38m/h之間。從起出鉆頭新度來看，鉆頭狀況較好，可繼續使用。

3.2 鉆具組合

3.2.1 一開井段

一開井段采用塔式鐘擺防斜打直鉆具組合，通過調整鉆井參數，采用低鉆壓、高轉速鉆進，及時測斜，監測井眼軌跡，一開井段最大井斜均在0.3°以下。

鉆具組合如下：12-1/4"Tri-conebit(HJ437，nozzles：2×28/32+1×25/32)+Bit Sub w/Float Valve+Baffle+8"NMDC× 1joint+8"DC×11Joints＋X/O+6-1/2"DC×6 joint+6-1/2"Drilling jar+5"HWDP×15 Joints+5"DP。

3.2.2 二開井段

AKONDO油田主要為大斜度定向井及水平井，經過四口水平井施工的驗證及優選，摸索出了二開井段實鉆效果良好的鉆具組合，在不受意外因素影響時，均可實現一開次只用一個PDC鉆頭、一趟鉆完成施工。

1、Power Drive旋轉導向倒裝鉆具組合

該組合在導眼井和四口水平井鉆進時取得了很好的效果，建議作為水平井的首選全剖面鉆具組合。鉆具組合如下：8-1/2"PDC bit+6-3/4"Xceed6758-3/8"Stabilizers+5-1/8"NM Flex Joint+6-3/4"EcoScopew/8-1/4"Stabilizers+6-3/4"MWD(Telescope675NF)+6-3/4"NM Pony+6-3/4"NMDC+5"HWDP×1jts+6-1/2"HydraulicJar+5"HWDP× 4jts+5"DP× 75jts+5"HWDP×15jts+5"DP。

其優點為：

(1)可適時調控井眼軌跡，實鉆井眼軌跡圓滑，摩阻和扭矩小。

(2)能有效防止高井斜和高造斜率井段鉆具托壓，獲得極高的機械鉆速。

(3)能在0-5°/30m范圍適時調整造斜率，調控軌跡效果很好。

(4)鉆具組合兼容性好，具有全剖面鉆進能力，可實現一趟鉆鉆套管內水泥塞、直井段和造斜點以后的其它所有井段，減少起下鉆時間，縮短鉆井周期。

(5)能及時獲取井眼軌跡和地層資料，特別適用于加蓬薄油層小斷塊水平井尋找目的層，且能減少通井和測井作業時間，縮短建井周期。

2、PDM+LWD導向強增鉆具組合

在WAKO-H1井因實際鉆遇油層提前，需要短距離內急速增斜，下入該組合滑動鉆進全力增斜，從1388m鉆至1426m，井斜從78.46°增加到92.27°，造斜率高達10.9°/30m，較好的滿足了勘探開發的需要，因此，在因地層提前而需要獲得超高造斜率時，該鉆具可以作為強力增斜手段，以實現實鉆剖面的適時精確調控。鉆具組合如下：8-1/2"bit+6-3/4"PDM(A675M4570XP,1.83Deg)+Float Sub+EcoScope W/81/4"Stabilizer+MWD(Telescope 675 NF)+6-3/4"NMDC+5"HWDP×3jts+6-1/2"Hydraulic Jar+5"HWDP×3jts+5'DP×21jts+5"HWDP×30jts.

其優點為：

(1)造斜率高，通過調節單彎螺桿的彎曲度數，能獲得高達10°/30m的造斜率。

(2)地層適應性強，由于造斜率主要由單彎螺桿度數決定，即使在松軟的砂巖油藏也能獲得所要求的造斜率，能快速實現剖面調控要求。

其缺點為：

(1)由于強力增斜時采用全力增斜滑動鉆進方式，狗腿度變化大，鉆具摩阻和扭矩大，鉆具負荷大，不利于防卡。

(2)在稍微致密的泥巖段鉆進時很容易產生托壓，不僅嚴重制約了機械鉆速的提高，甚至會造成卡鉆。

(3)對泥漿潤滑性要求高，潤滑劑等高價值材料消耗較大。

3.3 鉆井參數及水力參數

3.3.1 鉆壓

對于牙輪鉆頭，除防斜吊打、定向、扭方位外，最大的安全鉆壓為每英寸20KN。對于PDC鉆頭，鉆壓一般在40-80KN。

對12-1/4"及以上井眼

由于上部地層松軟，可鉆性好，加之上部井段防斜打直的需要，對450m以上井段，鉆壓控制在1-3T時，機械鉆速也可達18m/h以上。

對8-1/2"井眼

在420m至800m含礫砂巖中鉆進時，應根據鉆時變化和振動篩返砂情況及時調整鉆壓，切不可在ROP變慢時盲目加大鉆壓片面追求短時的高機械鉆速，需嚴防PDC鉆頭崩齒而被迫起鉆換鉆頭。在420m至650m井段鉆進時，鉆壓宜控制在4T以下，以適當高的轉速鉆過；在650m至800m井段鉆進時鉆壓宜控制在6T以下。在遭遇嚴重蹩跳鉆時鉆壓宜降低到3T以下，轉速宜降低到70RPM以下。

3.3.2 轉速

對12-1/4"及以上井眼

采用低鉆壓高轉速鉆進，轉速控制在80-120RPM.這樣既可以滿足上部直井段防斜打直的需要，也可獲得較高的機械鉆速。

對8-1/2"井眼

結合軌跡控制、地層巖性和扭矩情況，轉速在60-120RPM之間適時調整，可行時，轉速控制以就高不就低為原則。在420m至800m井段遭遇嚴重蹩跳鉆時轉速降低到70RPM以下，以防PDC鉆頭崩齒。

3.3.3 泵壓

對12-1/4"及以上井眼

由于上部井段地層松軟，可鉆性極好，450m以上逐漸以100-700psi的泵壓鉆進即可滿足快速鉆進要求，過高的泵壓反而會降低護壁效果。對450m至1500m的12-1/4"井眼，泵壓可控制在1500-2500psi之間，隨井深加深而逐步增加。

對8-1/2"井眼

牙輪鉆頭的泵壓可達到17MPa以上，PDC鉆頭的泵壓可達到14MPa以上。鉆遇漏失層、定向與扭方位時需適當降低泵壓。

3.3.4 排量

對12-1/4"及以上井眼

對450m以上井段，施工時以保護井壁，避免重復鉆進為第一要務。由于450m以上井段為松散的砂巖堆積層，可鉆性很好，但極易垮塌和沖蝕，因此在排量的控制上宜遵循從小排量起步開孔，每柱打完后以高粘坂土漿護壁，隨著井深增加逐漸加大排量，這樣既可以防止松散砂子滑落到新井眼造成重復鉆進，又可以避免因井壁大規模垮塌危及周邊井眼的風險。排量調控范圍為350-650GPM。

對8-1/2"井眼

由于本區塊水平井井深較淺，垂直段僅400至500m，在快速鉆進時，大斜度井段和水平段很容易形成巖屑床，不僅影響機械鉆速，還嚴重威脅井下安全，因此在下部井段中宜采用較高的排量鉆進，結合井眼狀況、軌跡控制需要和定向工具特點，在450-600GPM的范圍內適時調整排量，采用適當高的排量鉆進，以保證及時攜帶出所鉆巖屑。

3.3.5 噴嘴優選

對12-1/4"及以上井眼，宜使用帶中心噴嘴的鉆頭，按上述排量和泵壓安裝所需尺寸的不等徑噴嘴，以便及時清潔井底，改善井底流場，減少壓持效應，提高機械鉆速。

對8-1/2"井眼，視定向工具的不同進行水力參數計算來確定合理的噴嘴尺寸，以發揮定向工具的最大效能。

4 泥漿性能控制

良好的泥漿性能是實現安全、快速、優質、低耗鉆井的基本保證。

4.1 泥漿體系的優選

對450m以下井段

采用坂土漿鉆表層。為提高綜合效率和確保安全，施工時以保護井壁，避免重復鉆進為重點，宜自始至終采用100s左右的高粘度泥漿鉆進該井段，并堅持每柱打150s左右的高粘泥漿強化護壁效果，以防松散砂巖垮塌。

對450m以上井段

采用Kla-Shield低固相泥漿體系，從幾口井的實鉆過程看，該體系具有良好的流變性和攜砂效果，性能穩定，也具有較強的抑制性，較好的滿足了施工要求。但是其抗污染能力稍差，特別是當機械鉆速過快或過慢時，泥漿中低密度固含成分會急劇升高，從而嚴重影響其流變性能，因此鉆進中要使用好固控設備。

4.2 泥漿抑制性

由于四口水平井主要采用泥漿馬達或旋轉導向的鉆井方式，所鉆井眼較大，加之所鉆井段大部分以泥頁巖為主，地層易水化分散和失穩，因此為防止井壁垮塌、沖蝕和大肚子，需進一步強化Kla-Shield泥漿體系的抑制性。

4.3 泥漿潤滑性

對大斜度定向井，泥漿中加入總量約2-3%的液體潤滑劑、膨化石墨粉、低螢光磺化瀝青等潤滑劑可大幅度改善井下鉆柱工作條件，有效降低摩阻和扭矩，考慮到保護定向工具的要求，不宜加入塑料小球和玻璃微珠類的球狀顆粒潤滑劑。

鉆進過程中，當摩阻增加到15T以上或托壓嚴重，或扭矩增加到9kft-bls時，可配制少量以液體潤滑劑、膨化石墨粉、塑料小球為主的高粘潤滑漿（有塑料小球時不加玻璃微珠），接立柱前低排量頂過鉆頭，既能獲得良好的潤滑效果，也能最大限度的保護定向工具。

4.4 井眼凈化

現場固控裝置為四級凈化系統，基本能滿足對含砂及固相含量控制要求。除做好設備維護保養外，使用時還需注意如下細節：

(1)根據排量和返漿情況適時調整振動篩開口高度，使巖屑及時從振動篩排出，以防開口高度過高造成巖屑因反復高頻震動細化而進入泥漿。

(2)鉆完一個立柱后劃眼2-3次，既能維護新鉆井眼，又能保證井底清潔并使新鉆巖屑能及時返出，減小巖屑二次擠壓破碎。

(3)及時短起下鉆清除井壁的巖屑床，防止巖屑因滯留井底過久造成進一步破碎和水化。

(4)接立柱時做到晚停泵早開泵，控制環空巖屑濃度在5%以下。

(5)起鉆前打高粘充分循環干凈，下鉆時提前一柱接頂驅劃眼到底，使滯留井底的巖屑盡快上返。

5 采用近平衡壓力鉆井

5.1 準確預測地層壓力

結合工程和地質設計的地層壓力數據，施工中嚴密監測氣測值、溢流、泥漿性能變化、油氣顯示和返砂情況，精確確定地層孔隙壓力、地層坍塌壓力和地層破裂壓力，為適時調整泥漿密度提供依據。

5.2 以合理的泥漿密度進行近平衡壓力鉆井

經過四口水平井的鉆探施工，結合前期已鉆井臨井資料，已能較為準確的確定個開次的泥漿密度，鉆井過程中，在有效控制地層壓力和維持井壁穩定的前提下，盡可能降低泥漿密度，以提高機械鉆速，加快鉆井速度，并保護油氣層。同時以合理的泥漿密度進行近平衡鉆井還能有效防止壓差卡鉆，避免復雜情況（井噴、井塌、井漏等）等各類井下事故復雜的發生，為實現安全、優質、高效、快速鉆井奠定堅實的基礎。

6 結論

(1)不斷優化井身結構，同時堅持使用旋轉導向鉆進，確保井眼軌跡光滑，降低井下摩阻和扭矩，提高鉆井的安全性。

(2)優選與實鉆地層相匹配的鉆頭，提高機械鉆速的同時，減少鉆頭磨損程度。

(3)通過優化鉆頭、鉆具組合、鉆井參數及水力參數等鉆井施工方案，確保生產高效順利完成。

(4)通過對泥漿體系的優選、泥漿抑制性、潤滑性及凈化方面的分析與控制，確保井下安全。

(5)以合理的泥漿密度進行近平衡壓力鉆井，以減少井下復雜情況發生。

[1]陳庭根，管志川.鉆井工程理論與技術[M]

[2]韓志勇.定向井技術與理論[M]

[3]趙金洲，張桂林.鉆井工程技術手冊[M]

[4]高德利，劉希圣，徐秉業.井眼軌跡控制[M]