北部灣盆地開發(fā)井表層鉆井模式

趙寶祥陳江華徐一龍鄭浩鵬殷水平

（1.中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057；2.中海油田服務股份有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057）

北部灣盆地開發(fā)井表層鉆井模式

趙寶祥1陳江華1徐一龍1鄭浩鵬1殷水平2

（1.中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057；2.中海油田服務股份有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057）

引用格式：趙寶祥，陳江華，徐一龍，等.北部灣盆地開發(fā)井表層鉆井模式［J］.石油鉆采工藝，2015，37（6）：23-26.

南海西部海域北部灣盆地地質條件復雜，進行開發(fā)井表層鉆井時，存在井壁失穩(wěn)、鉆井液性能不易控制、井眼軌跡不易控制等問題，導致表層鉆井井眼攜巖困難、定向滑動鉆進摩阻大效率低，還存在較大的防碰風險。而目前該盆地以低品位油氣藏或邊際油氣田為主，油田開發(fā)效益低，因此需要進行有效的鉆井成本控制。介紹了北部灣盆地開發(fā)井表層鉆井的技術難點；通過優(yōu)化井身結構、選用經(jīng)濟適用型海水膨潤土漿鉆井液體系、優(yōu)化設計螺桿鉆具組合及改進隨鉆測量系統(tǒng)，形成了一套提高該盆地開發(fā)井表層鉆井效率、降低作業(yè)風險的方法。現(xiàn)場應用表明，該模式能在保障作業(yè)安全與質量的前提下，提高鉆井效率，降低鉆井成本，該模式也可為現(xiàn)場施工人員提供技術參考。

北部灣盆地； 開發(fā)井； 表層鉆井； 作業(yè)模式； 鉆井效率

在進行北部灣盆地開發(fā)井表層鉆井過程中，鉆遇的角尾組泥巖易水化膨脹縮徑，導致起下鉆阻卡；表層鉆進排量大、含砂量高導致鉆頭沖蝕嚴重，影響鉆頭使用壽命；井深摩阻大、深層定向工具面不穩(wěn)定導致鉆進效率低；隨鉆測量工具穩(wěn)定性差，導致定向鉆進及隨鉆測量效率低等。而該盆地是一個開發(fā)程度超過30年老礦區(qū)，經(jīng)過多年的持續(xù)開發(fā)，目前以低品位油氣藏及邊際油氣田為主，油田開發(fā)效益低，因此需要進行有效的鉆井成本控制。而海洋油氣資源的開發(fā)受客觀環(huán)境的制約，成本一直居高不下，提高作業(yè)時效對提高海洋油氣田經(jīng)濟效益顯得十分重要［1］。

根據(jù)北部灣盆地的地質特點，借鑒國內(nèi)外快速鉆井技術經(jīng)驗，不斷優(yōu)化開發(fā)井井身結構，采用海水膨潤土鉆井液體系快速鉆進、高效率定向鉆進等技術方案，形成了一套成熟的開發(fā)井表層鉆井作業(yè)模式，在保障作業(yè)安全與質量的前提下，極大地提高了鉆井效率，為北部灣盆地縮短建井周期、降低油田開發(fā)成本、開發(fā)邊際油田提供了有力的保障。

1　鉆井難點

北部灣盆地已開發(fā)的油田有潿11-4、潿12-1、潿11-1、潿11-1N及潿6-8等，常規(guī)開發(fā)井井身結構為：?609.6 mm隔水導管+ ?444.5 mm井眼（?339.7 mm套管）+?311.1 mm井眼（?244.5 mm套管）+ ?215.9 mm井眼（?177.8 mm尾管）。一般隔水導管由工程打樁錘入，鉆井作業(yè)從?444.5 mm井段開始，因此習慣將該井段作業(yè)稱為表層作業(yè)。

1.1易發(fā)生井壁失穩(wěn)

北部灣盆地內(nèi)存在3條大的斷裂帶，其中2號斷裂帶附近的潿洲組二段地層上部地層沉積了大段的灰色泥巖，該灰色泥巖微裂隙發(fā)育，極易吸水膨脹、垮塌，且坍塌壓力高［2］。已開發(fā)油田的儲層主要分布在潿洲組和流沙港組，因此，表層套管下深對于開發(fā)井井身結構的簡化起到?jīng)Q定性作用。

位于2號斷裂帶附近的潿10-3油田、潿12-1油田是井壁失穩(wěn)的“雷區(qū)”，2個油田開發(fā)井作業(yè)中井壁失穩(wěn)、井漏、卡鉆事故率高。經(jīng)過分析，認為該區(qū)域開發(fā)井表層?339.7 mm套管下深淺（一般下在800 m左右），致使套管鞋附近地層承壓有限，而在?311.1 mm井段鉆井作業(yè)中為了平衡地層坍塌壓力，使用較高密度的鉆井液，導致上部地層發(fā)生漏失，處理井漏時間過長又可能導致下部潿二段地層垮塌。

1.2鉆井液性能不易控制

北部灣盆地表層砂泥巖互層，壓實程度低，成巖性差。而角尾組沉積大段綠灰色泥巖，水化造漿嚴重，固控設備處理能力有限，加上定向井工具限制了排量，巖屑不能被及時有效地攜帶出井筒，在井筒內(nèi)水化導致鉆井液性能惡化。同時巖屑在環(huán)空“滾雪球”式的發(fā)展，形成泥團不易被攜帶出井筒造成起下鉆困難，甚至堵塞循環(huán)系統(tǒng)，對作業(yè)效率和安全產(chǎn)生較大影響。這需要在鉆井液體系方面進行針對性的改進［3-5］。

北部灣盆地表層主要用2種鉆井液體系：聚合物體系和海水膨潤土漿體系，這2種體系都有自己的優(yōu)缺點。聚合物體系是以KCl抑制泥巖水化、PLUS抑制包被攜帶巖屑的，該體系抑制性強、濾失量低，但由于表層井眼容積大、鉆井液循環(huán)量大，客觀條件限制體系維護難度大，易出泥球，角尾組易縮徑，且成本較高。海水膨潤土漿體系主要靠稠膨潤土漿攜巖來保持井眼清潔，分散性強，不易起泥球，成本低；但是其濾失量大，深井滑動摩阻大，定向滑動鉆進困難，不能形成有效的濾餅維護井壁穩(wěn)定，疏松砂巖易發(fā)生井壁坍塌，下洋組砂礫巖發(fā)育，地層易漏失，井下安全風險高。

1.3井眼軌跡不易控制

海上油氣田開發(fā)井基本都是叢式井，井網(wǎng)密集，存在相對嚴峻的防碰風險；同時，北部灣盆地開發(fā)井的造斜段幾乎均在表層，由于表層地層膠結疏松，影響井眼軌跡的控制。因此需要根據(jù)地層對井眼軌跡的影響規(guī)律，采用新工藝與工具，使得表層井眼軌跡的控制更加優(yōu)質、高效，防碰措施更加安全有效［3-6］。

2　鉆井技術措施

2.1井身結構優(yōu)化

根據(jù)開發(fā)井井壁失穩(wěn)機理和地應力分布規(guī)律研究結果，并結合地層三壓力分析結果，對開發(fā)井的井身結構進行優(yōu)化，合理設計表層套管下深，表層套管下深從800 m到超過1 300 m，將下洋組易漏砂巖封隔。提高表層套管下深后，易垮塌井段上部地層的承壓能力大幅提高，為鉆開易垮塌井段留足了鉆井液密度窗口，避免了后續(xù)井段井下漏失與垮塌并存的風險，使易垮塌井段鉆井事故率降為0。

2.2鉆井液優(yōu)化

上部地層可鉆性雖好，但存在角尾組泥巖膨脹縮徑及出泥球等問題，同時，表層套管深度增加，會增加大尺寸斜井井眼清潔難度和大井眼定向滑動鉆進難度，因此，在已有海水膨潤土漿體系基礎上，通過實驗優(yōu)選了聚合醇、PAC-LV、FLO作為泥巖抑制劑和降失水劑，抑制了泥巖段井壁縮徑，增強了鉆井液潤滑性，維護了井壁穩(wěn)定。主要思路是：（1）在該井段的上部（600 m以上）采用海水鉆進、稠膨潤土漿段塞攜巖的措施。（2）600～800 m屬于疏松砂巖段，從防止疏松砂巖垮塌方面考慮，使用海水膨潤土漿鉆進，提高鉆井液的流態(tài)，調整其黏度在32 s左右，提高懸浮性；向循環(huán)系統(tǒng)補充0.5%的PAC-LV膠液，控制失水，維護井壁穩(wěn)定。（3）進入角尾組后，控制鉆井液體系的膨潤土含量，使泥巖鉆屑能夠充分水化分散，同時向循環(huán)系統(tǒng)補充聚合醇膠液。聚合醇膠液潤滑性好，“濁點效應”的特點使其具有較強的抑制能力，其分子在井壁泥巖表面聚集形成乳狀顆粒，阻止流體的侵入實現(xiàn)抑制泥巖水化的效果。通過聚合醇的使用，抑制了角尾組泥巖水化膨脹縮徑，同時也提高了體系的潤滑性，解決了長裸眼段海水膨潤土漿滑動摩阻大的難題，達到了抑制性和分散性的平衡，有效防止了泥球的產(chǎn)生，同時整個井段的摩阻小，定向鉆進效率高。由于鉆井液在維護方面的優(yōu)化，降低了循環(huán)系統(tǒng)的含砂量，減少了鉆頭的沖蝕。待鉆進至下洋組后，通過向循環(huán)系統(tǒng)補充高濃度的PAC-LV膠液或FLO膠液，轉化為海水聚合物鉆井液體系，達到降低濾失、穩(wěn)定井壁的作用，保證后續(xù)下套管作業(yè)的順利［7-8］。鉆井液性能見表1。

表1　3種鉆井液體系性能的對比

由于表層鉆井液使用量大，常規(guī)鉆井液成本高，要實現(xiàn)上述功能，必須尋求經(jīng)濟適用的鉆井液體系。對大井眼易水化泥巖，采用海水膨潤土漿體系鉆進，給予巖屑充分的水化空間，避免了巖屑抱團出泥球現(xiàn)象，實現(xiàn)了井眼清潔；在易水化縮徑地層，優(yōu)選抑制劑，解決井眼縮徑問題；對于疏松砂巖，提高鉆井液流態(tài)，降低對井壁的沖刷，通過補充降失水劑達到維護井壁穩(wěn)定的目的；對于易漏失砂巖地層，優(yōu)選降失水劑并轉化為海水聚合物體系，降低鉆井液的濾失，避免沉砂卡鉆等復雜情況的發(fā)生；在實現(xiàn)井眼清潔的基礎上，提高體系潤滑性及濾餅質量，降低了大井眼螺桿鉆具深井定向滑動鉆進摩阻，提高了定向鉆進效率。

2.3表層優(yōu)快定向技術

北部灣盆地開發(fā)井的造斜段絕大部分在表層，由于表層地層膠結疏松、井深造成摩阻大，影響井眼軌跡控制。通過采用新工藝與新工具，使表層井眼軌跡控制更加優(yōu)質、高效，防碰措施更加安全有效［7，9］。2.3.1 優(yōu)化鉆具組合 根據(jù)表層井段作業(yè)難點及特點優(yōu)化鉆具組合。目前該區(qū)域常用的表層定向井鉆具組合為：?444.5 mm牙輪鉆頭+ ? 244.48 mm螺桿鉆具（1.5°彎角）+ ? 393.7 mm扶正器+ ? 203.2 mm浮閥+ ? 203.2 mm 無磁鉆鋌+ ? 203.2 mmMWD+ ? 203.2 mm短無磁鉆鋌+ ? 203.2 mm定向接頭+ ? 203.2 mm變扣接頭+ ? 139.7 mm加重鉆桿。

優(yōu)化后的鉆具組合的優(yōu)點：

（1）減少了鉆鋌的使用，減小了鉆具和井壁的接觸面積，減小了定向滑動摩阻，有利于定向鉆進；

（2）降低了鉆具剛性，有利于起下鉆作業(yè)，減小了在疏松地層出新井眼的概率；

（3）采用銑齒牙輪鉆頭，有助于螺桿鉆具定向鉆進工具面的穩(wěn)定，同時有利于對鄰井套管碰撞風險的控制；

（4）選用高扭矩的螺桿鉆具，克服定向鉆進時鉆頭的反扭矩，大幅提高了機械鉆速及定向鉆進效率，降低了螺桿鉆具的井下事故［5］。

該鉆具組合對井眼軌跡的控制也非一勞永逸，在實際作業(yè)過程中，對于不同的構造，通過調整扶正器尺寸、合理利用地層增降斜規(guī)律，實現(xiàn)在高效作業(yè)情形下對井眼軌跡的有效控制。

2.3.2提高隨鉆測量系統(tǒng)的穩(wěn)定性 在表層鉆井作業(yè)過程中普遍使用Sperry-Sun 1200 MWD系統(tǒng)，采用國產(chǎn)化配件，并配合PCWD解碼系統(tǒng)。該系統(tǒng)前期在表層鉆進過程中受高低頻噪音、管道壓力等因素影響，經(jīng)常出現(xiàn)數(shù)據(jù)解碼成功率較低的工況，導致作業(yè)過程中測斜一次成功率偏低（一次成功率僅有75%左右），螺桿鉆具定向滑動時沒有實時工具面參考，對軌跡控制造成了不利影響，同時也降低了作業(yè)效率［9］。

為了提高解碼成功率，保證隨鉆測量穩(wěn)定性，提出使用2套地面解碼系統(tǒng)的方案，在使用PCWD的同時，增加了1套INSET解碼系統(tǒng)。第1套對高低頻噪音進行濾波處理，第2套對壓力脈沖信號進行解碼［9-10］。采用雙解碼系統(tǒng)后，測斜成功率達到了99%以上，定向鉆進時有了實時工具面數(shù)據(jù)，提高了軌跡控制質量，同時也極大地提高了作業(yè)效率。

2.3.3采用多點陀螺測斜技術 海上油氣田開發(fā)井多是叢式井，井槽間距小，井網(wǎng)密集，存在碰撞風險。目前使用的隨鉆測量系統(tǒng)多為磁性測量，利用磁通門傳感器測量大地磁場強度的方式定向。這種工具在表層井網(wǎng)密集的情況下通常受到臨井套管磁場影響，無法真實地反映井眼軌跡走向，需要采用陀螺測斜儀來進行定向和防碰繞障作業(yè)。

前期采用單點陀螺測斜儀進行測量。單點陀螺測量每次只能測量1個深度的井斜和方位，在防碰嚴峻的開發(fā)井項目中使用時，測量次數(shù)較多，效率低。針對這一情況，引進了SRM多點自尋北陀螺儀，其優(yōu)點在于：

（1）多點測量，每次入井可以測量多個測點，對井眼軌跡實現(xiàn)更精準的控制，也給后續(xù)井的防碰掃描提供連續(xù)準確的數(shù)據(jù)；

（2）通過傳感器敏感、鉆頭線速度、井深測量值對誤差進行評估，提高了測量的準確性；

（3）高速、多通道可編程數(shù)據(jù)采集單元可以實現(xiàn)多傳感器數(shù)據(jù)實時采集，然后通過通訊單元直接傳輸?shù)降孛嫦到y(tǒng)；

（4）地面系統(tǒng)直接讀取數(shù)據(jù)，相比單點陀螺需要通過讀膠片的方式獲取數(shù)據(jù)，避免了人為誤差，提高了測量精度與效率［11-12］。

受儀器工作原理及結構影響，在現(xiàn)場使用中，要保證儀器的居中度及避免管柱的震動。因此，儀器帶有扶正翼，測量時儀器必須坐落于定向接頭內(nèi)。

3　現(xiàn)場應用

該作業(yè)模式在潿11-1N、潿6-8及潿6-9等油田進行了現(xiàn)場應用。從應用效果看，應用該模式后的開發(fā)井起下鉆速度和平均機械鉆速（表2）都有顯著提高。通過時效對比分析，發(fā)現(xiàn)平均每口井可以節(jié)省大約1.5 d的時間（折算成相同的井深），相當于每口井節(jié)省鉆井費用220萬元，在一定程度上降低了油氣田開發(fā)成本，提高了經(jīng)濟效益。

表2　各油田表層起鉆效率對比

4　結論

（1）通過鉆井液體系的改進，解決了大井眼巖屑攜帶困難、出泥團的問題，實現(xiàn)了疏松砂巖、易漏失砂巖井段的安全鉆井，且降低了鉆井液成本；采用銑齒牙輪鉆頭配合高扭矩螺桿鉆具，不僅有利于定向鉆進軌跡控制，還有利于機械鉆速的提高。通過技術改進，形成了北部灣盆地開發(fā)井表層高效鉆井作業(yè)模式，不僅提升了作業(yè)安全，還提高了鉆井效率，縮短了油田建產(chǎn)周期，降低了開發(fā)成本。

（2）表層鉆井采用的經(jīng)濟適用型隨鉆測量儀器抗沖蝕性有限，正常鉆進排量下循環(huán)50 h即沖蝕嚴重，存在井下工具失效的風險，需要進一步提高隨鉆測量儀器配件的抗沖蝕性。

［1］邵詩軍，牟小軍，婁來柱，等. 半潛式鉆井平臺在惡劣海況下的一開技術［J］.石油鉆采工藝，2010，32（3）：1-5.

［2］謝玉洪，黃凱文，余洪驥.北部灣盆地易塌地層鉆井技術［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2009-11.

［3］周守為.大位移井鉆井技術及其在渤海油田的應用［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2002-12.

［4］王敏生，耿應春，王智鋒.勝利淺海小井距淺表層大井眼定向鉆井技術［J］.中國海上油氣，2007，19（2）：112-115.

［5］蘇義腦.螺桿鉆具的工作特性［J］.石油鉆采工藝，1998，20（6）：11-15.

［6］李克向.國外大位移井鉆井技術［M］. 北京：石油工業(yè)出版社，1998.

［7］范維慶，蘇長明.大斜度定向井、水平井泥漿技術［J］.鉆井液與完井液，1995，12（3）：45-48.

［8］鄢捷年.鉆井液工藝學［M］.山東東營：石油大學出版社，2003-03.

［9］趙建輝，王麗艷，盛利民，等.去除隨鉆測量信號中噪聲及干擾的新方法［J］.石油學報，2008，29（4）：596-599.

［10］王春華，艾鑫，王志發(fā)，等.基于隨鉆測斜技術的井斜預警系統(tǒng)應用［J］.科學技術與工程，2010，10（10）：2459-2461.

［11］趙建輝，王鵬鵬，李帆，等.陀螺測斜儀隨鉆對準中的可觀性研究［J］.測井技術，2009，33（3）：279-283.

［12］林鐵，林恒，高爽，等.光纖陀螺測斜儀數(shù)據(jù)采集及傳輸單元設計與實現(xiàn)［J］.測井技術，2009，33（4）：402-405.

（修改稿收到日期 2015-08-12）

〔編輯 景 暖〕

The pattern of surface drilling in development wells of Beibu Gulf Basin

ZHAO Baoxiang1，CHEN Jianghua1，XU Yilong1，ZHENG Haopeng1，YIN Shuiping2
（1. Zhanjiang Branch of CNOOC，Zhanjiang 524057，China；2. Zhanjiang Branch，CNOOC Energy Technology & Serνices Limiled，Zhanjiang 524057，China）

The geological conditions of Beibu Gulf Basin in the western South China Sea are very complex. When drilling the surface layers of development wells，there existed such problems as wellbore instability，difficulty in controlling drilling fluid properties，difficulty in controlling wellbore trajectory，and so no，which led to difficulty in sand carrying in surface drilling hole，large friction and low efficiency in directional slide drilling，and there also existed great risk of borehole collision. Now this Basin is mainly dominated by low quality oil/gas reservoirs or marginal oil/gasfields and the oilfield has low development benefit，so drilling cost must be controlled effectively. This paper presents the technical difficulties in surface drilling in development wells in Beibu Gulf Basin. A set of method which improves surface drilling efficiency in development wells in this Basin and reduces drilling risks has been developed by optimizing the wellbore configuration，using economic and applicable seawater bentonite drilling fluid system，optimizing the design of positive displacement motor assembly and improving the measurement while drilling system. The field application shows that this pattern can increase drilling efficiency and reduce drilling costs while guaranteeing drilling safety and quality. This pattern can also provide technical

for field workers.

Beibu Gulf Basin； development well； surface drilling； operation mode； drilling efficiency

TE242

B

1000-7393（ 2015 ） 06-0023-04 doi:10.13639/j.odpt.2015.06.006

趙寶祥，1981年生。2005年畢業(yè)于中國石油大學（北京）石油工程專業(yè)，現(xiàn)主要從事海洋鉆井技術研究工作。電話：0759-3911492。E-mail：zhaobx@cnooc.com.cn。