海上油田叢式井表層開路預斜技術

陳愛國　許　杰　孟　煒　李明磊（.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津　0045；. 中國石油大學，北京　049；. 中國石油物資公司，北京　0009）

海上油田叢式井表層開路預斜技術

陳愛國1許杰1孟煒2李明磊3
（1.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津300452；2. 中國石油大學，北京102249；3. 中國石油物資公司，北京100029）

通過渤海地區開發井井筒布置密集易發生碰撞的特點說明了叢式井鉆井作業中表層預斜技術的必要性。針對傳統表層預斜技術拆卸井口消耗時間長的缺陷，提出了不安裝井口，直接采用海水鉆進并輔以大彎角馬達造斜的開路循環預斜技術，并確定了其鉆具組合及施工參數的優化方案。目前，該技術已成功應用于渤海地區54口井，節約了鉆井成本，增加了鉆進效率，對于渤海以外的其他海域油田本研究也具有一定的推廣意義。

渤海油田；預斜技術；開路鉆進；降本增效

表層預斜技術是叢式井防碰繞障的關鍵手段。隨著渤海油田的不斷開發以及對淺層地質溢油風險認識的提高，200 m的表層套管下入深度已無法滿足目前的井控要求，350 m左右的入泥深度逐漸被大多數井采用［1］。但是由于海上叢式井井網密集，臨井間距較小，表層套管下入深度的增加也意味著臨井間發生碰撞的幾率的增加。因此，為了避免碰撞事故的發生，表層預斜技術已被廣泛應用于各老油田與加密綜合調整油田中。然而，為了保證造斜率，表層預斜通常采取閉路循環的模式。該模式需要安裝并拆卸井口和喇叭管，僅拆裝表層井口就需花費5 h的時間，嚴重減緩了作業進度。因此，為提高表層鉆井作業效率，提出了采用開路循環的鉆進模式來提高作業效率并降低成本的方法，同時為了保證造斜率和防止淺層井眼碰撞，總結出了相應的鉆具組合與施工方案的優化措施。

1　技術特點

表層預斜指的是利用導向鉆具組合造斜，使井眼軌跡朝與鄰井距離較大的方向偏移，當鉆進至安全井段后，再將方位和井斜調整到設計的方位與井斜的一種造斜方法。渤海油田的叢式井規模從20世紀80年代的2×2、4×4到20世紀90年代的5×7、4×9，發展到21世紀的4×12、5×10，隨著井眼軌跡復雜程度的增加，單井防碰繞障作業難度也日益加劇，圖1為渤海地區KL3-2油田A平臺井網布置圖。在以往的定向井表層作業過程中，若有表層預斜的必要，則通常采取閉路鉆進的方式，以保證上部地層的造斜率。但安裝閉路井口和拆除井口需要花費大量的時間（一口井通常需要花費4～6 h）且制約機械鉆速的釋放，表1反映了渤海地區開發井表層閉路預斜作業的工期情況，從表中可以看出，單井平均作業工期約為1.6 d。

表1　渤海地區開發井表層閉路預斜造斜率及工期對比

而表層開路預斜指的是不安裝井口直接采用海水鉆進，返出的海水和巖屑從隔水導管直接排掉的造斜技術。該技術的主要特點可歸納為：（1）造斜率能夠滿足質量和安全的要求；（2）無需安裝和拆除井口，單井節省約4 h；（3）可提高機械鉆速，同時無需返出槽，不存在巖屑堵塞問題；（4）使用海水鉆進，沒有鉆井液添加劑，不會對海洋生態環境造成破壞。

2　技術難點

渤海綏中36-1油田的E42與E44H兩口井在預斜鉆進時曾嘗試采用開路海水鉆井方式，前期造斜效果明顯，但是在后期的擴眼作業中，隨著鉆具尺寸的加大和井眼沖刷現象的加劇，井斜率急劇降低［2］。因此，明確技術難點并找到針對性的優化方案已成為了決定該項技術能否在今后成功應用的關鍵。

由于渤海油田都具有淺部地層膠結松軟、成巖性差的特點，并且大部分叢式井平臺隔水導管采用錘入的方式下入，入泥深度較淺（平均在50 m左右），再加之每個平臺通常有20個以上的井槽，相鄰井槽最小橫向距離及縱向距離僅為1.5 m×1.7 m，這些特點都使得淺層井眼鉆進時有很高的碰撞風險，因此對表層造斜率提出了更高的要求［3-4］。

相比于傳統的閉路預斜技術，開路預斜技術在施工上更具有挑戰性，其主要難點有：

（1）造斜率難以控制，時高時低，會增加井眼碰撞的風險；（2）牙輪鉆頭與PDC鉆頭的造斜率差異較大；（3）開路無法根據返出口流量或井漏現象判斷井眼是否碰撞；（4）開路無鉆屑返至地面，因此難以根據返出水泥或鐵屑情況判斷井眼是否發生碰撞。

3　主要改進措施

3.1鉆頭

在表層開路預斜作業時，應適當擴大鉆頭的噴嘴直徑，這樣可以減少水力沖擊對淺部松軟地層的沖刷，利于作業時控制造斜率。此外，根據PDC鉆頭的水力學研究［5］，井底流速也會隨著噴嘴直徑的增加而變大。流速的提高使得較大噴嘴尺寸的鉆頭在井底擁有更好的輔助破巖效果。同時大直徑的噴嘴在井底有著更好的清巖效果，能夠更佳有效地防止鉆頭泥包。需要注意的是，PDC鉆頭水眼面積放大至1 290 mm2以上時，若需選擇牙輪鉆頭（考慮防碰的需要），則應將其水眼面積擴大至1 522 mm2以保證造斜率。

3.2造斜工具

表層預斜井段通常較淺，一般位于海床泥線以下約60～250 m。由于該處地層較軟且膠結性差，鉆進時表層井眼擴大率高，因此指向式旋轉導向工具因推向井壁巴掌借不到支撐力而難以實現高造斜率。另一方面，導向式旋轉導向工具由于依靠通過改變內部中心柱偏離度而實現造斜，因此也很難實現高造斜率，同時其發送指令時對排量有較高需求，但大排量又會對淺層井壁造成沖刷，使得井徑擴大而難保證造斜率。因此，淺部造斜通常使用彎角大的馬達而非旋轉導向工具。為了避免造斜率偏低，從目前的實施效果來看，將馬達彎角由1.5°提高到1.75°可以確保軟地層的造斜率。

3.3鉆具組合

根據渤海地區油田的地質特點以及前期作業經驗，改善并形成了開路預斜鉆具組合，能有效地保證淺部地層造斜率，具體鉆具組合如下：?444.5 mm鉆頭 + ?244.48 mm泥漿馬達 + ?203.2 mm浮閥 + ?311.15 mm扶正器 + ?203.2 mm無磁鉆鋌+ ?203.2 mm隨鉆測量工具+ ?203.2 mm無磁鉆鋌+ ?196.85 mm震擊器+轉換接頭+加重鉆桿。

3.4施工措施

由于淺部地層疏松，對機械鉆速影響不大，控制排量可降低井壁沖蝕，從而確保井斜方位按照設計執行。因此，在開路預斜作業時，初始造斜的60 m井段內應嚴格控制排量，以馬達啟動排量為宜。同時，由于馬達造斜為滑動鉆進，鉆壓和排量對機械鉆速影響都很大，因此需要合理調節鉆壓與排量以及機械鉆速的相互關系。為保證造斜成功，在鉆進時應設置2 t以上的鉆壓，并在可控機械鉆速范圍內通過調整排量控制好所需的造斜鉆壓。最后，在造斜段前60 m鉆進過程中，不進行倒劃眼作業，以免擴大井筒，保證井斜方位。

4　現場應用與效果

以上措施在墾利油田群多個平臺得到了成功應用，表2為隨機選取的幾口井的開路預斜情況。從數據看，前三柱造斜率都能達到2（°）/30 m的標準，能夠滿足大部分平臺的定向井設計要求。同時由于免去了拆裝井口的操作并解放了機械鉆速，單井表層作業時間從平均1.6 d下降至0.5 d。

自2013年7月以來，開路預斜技術分別在渤海墾利3-2、渤中29-4和渤中35-2油田成功應用，3個油田共4個平臺累計應用54口井，所有井段造斜率均滿足設計要求，沒有出現任何井眼碰撞的事故。平均每口井節約表層拆裝井口時間5 h，54口井共節約11.25 d，累計節約鉆井成本超過1 000萬元。另外，開路預斜技術由于無需清理地面返出槽泥團堵塞，可以最大程度地釋放表層機械鉆速，在表層容易起泥團的地層引用該技術能更有效地節省表層鉆井作業時間，進而更好地實現降本增效的目的。

表2　技術應用前后工期對比表

5　結論與建議

海上油田叢式井開路預斜技術已在渤海油田形成標準化作業程序，在滿足井眼防碰要求的前提下有效提高了作業效率，實現了降本增效的目的，并且該技術在渤海以及其他海域油田具有深遠的推廣意義。對于該技術的適用范圍，建議：（1）開路預斜技術適用于相鄰井間碰撞風險較小的油田；（2）對于相鄰井筒之間碰撞風險較高的油田，建議采用閉路預斜技術并使用牙輪鉆頭替代PDC鉆頭。

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［9］王萬慶， 田逢軍. 長慶馬嶺油田水平井鉆井防碰繞障技術［J］. 石油鉆采工藝， 2009， 31（2）： 35-38.

［10］王萬慶， 田逢軍. 長慶馬嶺油田水平井鉆井防碰繞障技術［J］. 石油鉆采工藝， 2009， 31（2）： 35-38.

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（修改稿收到日期2015-06-14）

〔編輯薛改珍〕

Research on open-hole surface pre-kickoff technology for cluster wells in offshore oilfields

CHEN Aiguo1, XU Jie1, MENG Wei2, LI Minglei3
（1. Tianjin Branch of CNOOC China Ltd., Tianjin 300452, China; 2. China University of Petroleum, Beijing 102249, China; 3. China Petroleum Materials Corporation, Beijing 100029, China）

This paper indicates the necessity of surface pre-kickoff technology in drilling cluster wells through the characteristics of dense placement of wellbores in development wells and easy collision in Bohai region. In view of the drawback of time-consuming dismantling of wellhead in traditional surface pre-kickoff technology, this paper presents the pre-kickoff technology with open-hole circulation without installing the wellhead but drilling directly with seawater and whipstocking by motor with large bend angle, and determines the optimizing scheme for BHA and drilling parameters. At present, this technology has been successfully applied in 54 wells in Bohai region, which has not only saved drilling costs but also greatly improved the drilling efficiency. This research is of some popularization significance to the offshore oilfields other than Bohai region.

Bohai Oilfield; pre-kickoff technology; open-hole drilling; reduce cost and increase benefit

TE243

A

1000 – 7393（ 2015 ） 04 – 0036 – 03

10.13639/j.odpt.2015.04.010

陳愛國，現任中海石油（中國）有限公司天津分公司工程技術部副經理，高級工程師。E-mail：chenag@cnooc.com.cn。

引用格式：陳愛國，許杰，孟煒.海上油田叢式井表層開路預斜技術［J］.石油鉆采工藝，2015，37（4）：36-38.