板橋油田井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化探討

劉天恩

摘要：板橋油田深部地層含氣量大，巖石可鉆性差，使得井身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，機(jī)械速度慢，周期長。針對鉆井過程中存在的問題，開展地層三壓力預(yù)測技術(shù)研究，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行井身結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，合理優(yōu)化技術(shù)套管下深，并結(jié)合螺桿鉆具+PDC鉆頭復(fù)合鉆井技術(shù)、抗高溫鹽水鉆井液體系等技術(shù)，大大提高了鉆井速度，縮短了鉆井周期，節(jié)約了鉆井成本，為本地區(qū)深層沙河街組地層井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。通過在板橋油田B43-36井進(jìn)行應(yīng)用，鉆井周期縮短到46.21天，較同井深井縮短59.5%，機(jī)械鉆速提高到11.25m/h，較同井深井提高114.7%，實(shí)現(xiàn)了板橋油田深部地層快速高效開發(fā)的目的。

關(guān)鍵詞：板橋深層；井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化；機(jī)械鉆速；螺桿鉆具+PDC

板橋油氣田地處大港油田上古林鄉(xiāng)，構(gòu)造上位于黃驊凹陷中部北大港構(gòu)造帶東北下傾部位，北鄰板橋生油凹陷，南接北大港油田，東端深入渤海，是一受南北雙向擠壓的半背斜構(gòu)造。其含氣層系主要分布在沙一下、沙二段、沙三段，平均埋藏深度約為3500m，部分區(qū)塊沙三段埋深約為4200-4500m，地層壓力系數(shù)1.0-1.19，由于地面多被鹽田鹵池和大港水庫瀉洪區(qū)覆蓋，造成板橋油氣田地表?xiàng)l件復(fù)雜，大部分井普遍為定向井，而且深層沙河街組巖石可鉆性差，使得井身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，機(jī)械速度慢，周期長。

隨著人們對鉆井地質(zhì)客觀規(guī)律的深入認(rèn)識、鉆井設(shè)備的日益改善以及鉆井工藝技術(shù)的不斷發(fā)展和提高，通過不斷優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)，大幅度的提高了板橋深層富含氣井鉆井速度，也為該地區(qū)鉆井設(shè)計(jì)及施工提供了依據(jù)[1-2]。

1 鉆井難點(diǎn)分析

（1）東營組、沙一中段以泥巖為主，易水化膨脹、井壁坍塌，造成阻或卡。

（2）目的層段含氣量大，鉆井過程中發(fā)生氣侵風(fēng)險(xiǎn)大，井控要求高；

（3）井深較大，井底溫度高，預(yù)計(jì)可達(dá)到150℃，對鉆井液抗高溫性能要求較高；

（4）深部沙河街組地層埋藏較深，沙二段、沙三段地層埋藏垂深超到4000m，地層特性中～中硬，可鉆性較差，研磨性高～極高，研磨性較強(qiáng)。

2 地層三壓力預(yù)測分析及井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化

2.1 三壓力預(yù)測分析

B43-36井地層三壓力預(yù)測數(shù)據(jù)可知，沙二、沙三段坍塌壓力最大1.38g/cm3，為保證地層不發(fā)生坍塌，鉆井液設(shè)計(jì)最高密度為1.40g/cm3，而館陶底部礫巖段漏失壓力為1.40g/cm3，所以館陶組底部為一個(gè)必封點(diǎn)。同時(shí)東營組、沙一上、沙一中存在大段泥巖，易水化膨脹，造成井壁坍塌，多口鄰井在此層位發(fā)生井壁垮塌，所以沙一中為另一個(gè)必封點(diǎn)。

2.2 井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化

以往板橋地區(qū)4500m以上的井基本采用四開井身結(jié)構(gòu)，鉆井周期較長。B43-36井設(shè)計(jì)井深4954m，根據(jù)地層三壓力預(yù)測情況，館陶組、沙一中為井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的兩個(gè)必封點(diǎn)，館陶組底部深度為2000m，沙一中底部深度為3050m，井深相差僅為1050m，且沙一中以上地層坍塌壓力最大為1.30g/cm3，設(shè)計(jì)鉆井液密度為1.30g/cm3，可以考慮采用三開井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，一層技術(shù)套管將所有必封點(diǎn)全部封固，優(yōu)化技術(shù)套管下深封過沙一中地層，封固上部斷層、易漏層和易坍塌地層。

3 優(yōu)快鉆井配套技術(shù)研究

3.1螺桿鉆具+PDC鉆頭復(fù)合鉆井技術(shù)

3.1.1 PDC鉆頭個(gè)性化設(shè)計(jì)

板橋地區(qū)沙河街組地層特性，可以看出，深部沙河街組地層如沙二段、沙三段地層，地層特性中～中硬，可鉆性較差，研磨性高～極高，研磨性較強(qiáng)。

針對深部地層巖性致密、研磨性強(qiáng)、可鉆性差的難題，與廠家密切合作，進(jìn)行PDC鉆頭個(gè)性化設(shè)計(jì)，PDC 鉆頭結(jié)構(gòu)特征主要包括冠部剖面曲線設(shè)計(jì)、布齒設(shè)計(jì)、刀翼設(shè)計(jì)、保徑設(shè)計(jì)和水力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面，設(shè)計(jì)的HT2555B在B43-36井上進(jìn)行了應(yīng)用，機(jī)械鉆速得到大幅提高。

3.1.2螺桿動力鉆具

螺桿動力鉆具不僅可改善鉆柱受力狀況，減少鉆柱和套管的磨損和破壞等，還可提高鉆速。尤其是隨著PDC鉆頭的崛起和發(fā)展，使得井下動力鉆具與PDC鉆頭相配合使用展示出了良好的使用效果，在B43-36井推廣應(yīng)用螺桿鉆具+PDC鉆頭復(fù)合鉆井技術(shù)，有效提高了機(jī)械鉆速。

3.2 抗高溫鹽水鉆井液體系優(yōu)選及應(yīng)用

井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，可以看出，三開裸眼井段較長，達(dá)到1932m，沙一下、沙二段井壁為大段泥巖，易水化膨脹，且地層坍塌壓力較高，對鉆井液抑制防塌性有很高的要求，考慮到鉆井安全以及保護(hù)油氣層需要，優(yōu)選抗高溫鹽水鉆井液體系，該體系抑制防塌性較強(qiáng)，保護(hù)儲層效果好，且固相含量低，有利于提高鉆井速度，防止長時(shí)間侵泡鉆井液而造成井壁垮塌，體系配方如下：

膨潤土漿+1.2%SDT108+5%SD101+3.0%SDT109+3.5%GFD+1.5%SF260+3%潤滑劑+2%BZ-YBJ+7%KCL

3.2.1 抑制防塌性實(shí)驗(yàn)

選用大港油區(qū)沙河街地層鉆屑，進(jìn)行頁巖分散回收率實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)條件為180℃/滾動16h，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，配方頁巖回收率為94.4%，而自來水的回收率為55.6%，具有較好的抑制防塌能力。

3.2.2 儲層保護(hù)效果評價(jià)實(shí)驗(yàn)

采用G339井沙河街天然巖心進(jìn)行滲透率恢復(fù)值的測試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明滲透率恢復(fù)至達(dá)到80%以上，達(dá)到保護(hù)油氣層效果。

4 應(yīng)用效果分析

板橋地區(qū)井深超過4500m的井普遍采用四開井身結(jié)構(gòu)，鉆井周期較長。B43-36井設(shè)計(jì)井深4954m，采用三開井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，技術(shù)套管優(yōu)化下深至沙一中地層，封固上部斷層、易漏層和部分產(chǎn)層，節(jié)省了一層技術(shù)套管，從而提高了鉆井速度，大大縮短了鉆井周期，節(jié)約了鉆井成本，為本地區(qū)深層沙河街組地層鉆井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

統(tǒng)計(jì)鄰區(qū)鄰井的鉆完井?dāng)?shù)據(jù)，板橋地區(qū)鉆井深度普遍小于4500m，2013年完鉆的BS16-17井為本地區(qū)最深井，完鉆井深達(dá)到4727m，完鉆層位奧陶系，采用四開井身結(jié)構(gòu)，其鉆井周期達(dá)到197.71天，而機(jī)械鉆速僅為3.45m/h，相鄰區(qū)塊有3口井完鉆井深達(dá)到4800m以上，其中BS9X1、BS23X1完鉆層位為沙三段，均為四開井身結(jié)構(gòu)，機(jī)械鉆速最快僅為5.16m/h。B43-36通過井身結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，鉆井周期明顯提高，達(dá)到46.21天，機(jī)械鉆速也上升到11.25m/h。

5 結(jié)論

（1）地層三壓力預(yù)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠為合理的井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，板43-36井的順利實(shí)施，也證實(shí)了是預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確性與合理性。

（2）抗高溫鹽水液體系具有較好的抑制防塌性以及儲層保護(hù)效果，對沙河街地層井壁穩(wěn)定效果好，為B43-36井的順利實(shí)施創(chuàng)造了有利條件。

（3）現(xiàn)場應(yīng)用表明，B43-36井優(yōu)化后的井身結(jié)構(gòu)能夠保證安全快速鉆井要求，使得板橋深部地層采用三開井身結(jié)構(gòu)變得可行，對比同井深同層位鉆井，板43-36井鉆井周期大幅度縮短、機(jī)械鉆速顯著提高，為該地區(qū)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] H.Xu、T.Tochikawa、T.Hatakeyama.A Method for Bit Selection by Modelling ROP and Bit-life.PETSOC-97-78-P.

[2] 周樹合、種建春、路繼臣等.烏深1井鉆探關(guān)鍵技術(shù)實(shí)踐與認(rèn)識[J].石油鉆采工藝.2000，22（2）：37-41.