伊朗雅达油田优快钻井技术

侯 立 中

（中国石化集团国际石油勘探开发有限公司，北京 100029）

伊朗雅达油田优快钻井技术

侯 立 中

（中国石化集团国际石油勘探开发有限公司，北京 100029）

伊朗雅达油田地质条件复杂，为碳酸盐岩储层，具有高温、高压及多压力系统，并含有高浓度硫化氢及二氧化碳酸性气体。在2001到2003年间施工了5口探井，井深4 500～5 000 m，普遍钻井存在着机械钻速低、井漏、压差卡钻、高压沥青层侵入等突出问题，钻井周期长，安全快速钻井面临巨大的挑战。文中分析了雅达油田钻完井存在的难点以及优快钻井技术应用方案，包括灰岩地层压力检测技术、非渗透防卡钻井液技术、高效破岩及优选钻井参数、高压沥青层钻井技术为特色的雅达油田安全快速成井配套技术等，这些成果在雅达油田一期的井身结构、钻头选型、钻井提速和钻井液等方面进行了全面应用，平均机械钻速较前期提高40%以上，取得了显著的效益。

雅达油田；灰岩地层；高温高压；酸性环境；优快钻井

伊朗雅达油田为世界现存不多的年产1 000万吨的世界级未开发整装油田之一［1］。2007年中石化与伊朗国家石油公司签定了“伊朗雅达油田开发服务合同”。依据双方达成的主开发合同，该油田开发的全部投资由中方承担，中石化计划分三期进行开发。其中第一期钻井投资约10亿美元，建成55口油井，投产后日产原油85 000桶。雅达油田的开发将是中国石化集团一个新的战场，对中石化的能源接替和持续发展战略举足轻重。因此，如何又好又快地开发该油田是亟待解决的重大问题。针对油田钻完井问题，开展了一系列优化设计及技术研究工作，形成了以孔隙型灰岩地层压力综合检测技术、非渗透防卡钻井液技术［2-5］、沥青层强钻技术为特色的雅达油田安全快速成井配套技术，研究成果在雅达油田一期近30余口Fahiliyan井中进行了应用。通过对研究成果的应用，机械钻速得到了大幅度提高，钻井周期缩短40%以上。取得了较大的社会与经济效益。雅达油田地质条件复杂，储层高温高压、含有高浓度硫化氢、二氧化碳等酸性气体。八年前已钻5口探井表明油田钻井完井面临着一系列突出问题，主要包括：钻井周期较长；油田普遍存在井漏问题；地层存在多套压力体系及高压地层，压差卡钻问题突出。

1 地层特征

雅达油田为具有分层特点的碳酸盐岩孔隙性油藏，油藏圈闭为大型的背斜圈闭。二迭～三叠纪主要沉积物为蒸发岩和碳酸盐，主要有3个含油层：Sarvak，Gadvan和Fahliyan，其中Sarvak、Fahliyan为油田主力储层。

表1 雅达油田地层分层描述

2 钻井难点

雅达油田早期钻过5口探井，KSK-1井为该油田在构造北部（KSK区块）部署的第1口探井，于1999年开钻，2001年9月完钻，完钻井深5 187 m，完钻层位为侏罗系顶部Gotnia组，完整地揭示了下第三系和白垩系地层。2002年7月在构造南部（HOS区块）完钻第2口探井HOS-1井，完钻井深4 360 m，完钻层位为白垩系Fahliyan组。2口井在Sarvak和Fahliyan组均获得工业油气流，展示了该区的勘探开发前景。为了加快该油田的勘探开发步伐，相继又完钻了3口评价井，即北部KSK-2和南部HOS-2、HOS-3井。在钻井方面主要存在如下问题（1）与国内相近井深井相比，钻井速度低、周期长。（2）井漏问题突出，造成了大量的钻井液损失，增加钻井成本及钻井施工的风险，并对油气层造成损害。（3）存在多套压力体系及高压地层，溢流、卡钻等复杂情况频繁发生。（4）上部地层易漏、中部高压盐水层及下部小间隙导致的固井质量不理想。（5）井内富含CO2和H2S气体，对管材与水泥石有腐蚀风险。（6）Kazhdumi地层沥青侵入严重。沥青质稠油主要存在于Kazhdumi地层（厚度约150 m），目前已钻穿该地层的20口井中，7口井出现了明显的沥青质稠油污染问题，其中F13井、APP2井由于沥青量大，无法控制导致工程临时弃井。

3 优快钻井技术

3.1 优化井身结构

雅达油田开发Fahliyan 储层现用的井身结构为一开Ø444.5 mm钻头钻至300 m，Ø339.7 mm套管下至298 m；二开Ø311.2 mm钻头钻至1 497 m，Ø 244.5 mm技术套管下至1 495 m；三开Ø212.7 mm钻头钻至3 987 m，Ø177.8 mm尾管下深1 395～3 985 m；四开Ø149.2 mm钻头钻至4 505 m，Ø114.3 mm尾管下深3 885～4 503 m。通过不断总结和提高，对井身结构进一步优化。主要思路是在保证安全的前提下，简化套管程序，实现安全与优快统一的目标。

3.1.1 延长Ø311.2 mm技术套管方案 Kazhdumi地层存在高压沥青地层，由于沥青侵入井筒，严重污染了钻井液，严重时使钻井液失去了流动性，影响了正常的钻井施工。在处理沥青侵入时，需要调整钻井液性能控制沥青侵入，如提高钻井液密度。然而在中上部的Asmari及Pabdeh地层存在易漏地层，如果与沥青层同一裸眼段，在加重钻井液密度时造成此段地层的漏失。根据构造位置情况，预测潜在存在高压沥青层的井，采用了加深技术套管的方案，即将技术套管加深至Pabdeh地层以下，封隔上部的易漏地层，为下部控制沥青层创造条件。

3.1.2 专打专封井身结构方案［6-8］Ø244.5 mm技术套管下深到Sarvak储层底部，揭开Kazhdumi地层之前，深度为3 400 m左右，单独揭开沥青层的方式为处理沥青时各种措施实施创造了条件。由于Ø 244.5 mm技术套管由上层2 200 m延长到3 400 m，存在3 000多米的长裸眼段，裸眼段内包含2个易漏层，一个潜在高压盐水层，需要增加一层技术套管，下深到Gachsaran潜在高压盐水层底部。

3.1.3 控压钻井技术强钻 漏喷同存情况下，安全密度窗口较窄（甚至不存在），选择钻井液密度至关重要，但难度很大。结合控压钻井的优势，认为采用控压钻井钻穿该层成功的几率较大，决定在F13的替代井S3进行尝试。其工艺原理是停泵时通过节流阀把等同于循环压降的压力施加到井口上，使井底压力与循环钻进时维持不变，避免了井底压力的波动，使其始终处在窄密度窗口之内，从而避免井漏或坍塌问题，维持安全钻井。

3.2 优选钻头

开展了地层岩石的力学参数实验和地层可钻性分析，建立了岩石力学与可钻性剖面，以此为基础，结合实钻资料进行了钻头选型及参数优化，见表2。

表2 钻头选型推荐

3.3 优选钻井液体系

3.3.1 钻井液主要问题

（1）一开井段Ø444.5 mm钻头×300 m，钻遇的地层为Aghajari顶部泥岩段。钻井液的处理重点是大井眼尺寸的井眼清洁问题。

（2）二开井段Ø311.2 mm钻头×（300～1 560）m，钻遇地层为Aghajari中下部及Gachsaran地层。钻井液的处理重点是上部井段大段泥岩易缩径，易造成短起下遇阻和划眼困难，Aghajari底部和Gachsaran地层硬质石膏夹层，钻井液性能易遭受钙侵污染，影响钻井液流变性和失水量，处理不及时或处理不当会进一步增加短起下遇阻和划眼困难。

（3）三开井段Ø212.7 mm钻头×（1 560～3 900）m，裸眼段长达2 340 m，钻遇地层为Asmari、Pabdeh、Gurpi、Ilam、Laffan、Sarvak、Kazhdumi、Dariyan和Gadvan地层。本开次长裸眼段钻进地层差异性大，部分地层孔隙发育及不整合面发育易导致钻井液严重漏失，如Pabdeh/Jahrum地层易发生严重或失返性漏失，Sarvak地层渗漏较为普遍；Kazhdumi地层易出现沥青质稠油，造成钻井液流变性能变差、劣质固相增加等，且常出现井涌和井漏同时发生的复杂情况；Gadvan地层岩性多样，胶结性差，泥页岩易发生剥落掉块的问题。

（4）四开井段Ø149.2 mm钻头×（3 900～4 500）m，该井段主要钻遇Fahliyan储层段，由于Fahliyan Upper与Fahliyan Lower地层压力差别大，同时揭开的情况下，钻井液液柱压力与Fahliyn Lower地层间的压力差会达到15～20 MPa，且Fahliyan Lower层物性发育好，极易发生压差黏附卡钻，对钻井液的封堵润滑性能提出严峻考验。

3.3.2 钻井液体系的优化

（1）KCl聚合物钻井液体系。上部Gachsaran为潜在高压盐水层，考虑到高压盐水层易出现严重蠕变和盐水侵等问题，上下两层钻进时分别采用KCl聚合物体系和欠饱和盐水体系，实际钻井过程中并未发现预期高压，Gachsaran层返出岩屑为富含硬质石膏夹层泥岩，Gachsaran井段钻进过程中未出现任何钻井复杂，因此配合井身结构的调整，钻井液体系也进行了相应优化，现场选择了延续使用KCl聚合物钻井液来钻穿Gachsaran井段。

钻井液在原二开KCl聚合物钻井液体系配方的基础上，重点优化提高了钻井液的稳定性和抗钙侵能力。优化后的KCl聚合物钻井液体系为3%膨润土+0.4%Na2CO3+0.3%NaOH+0.2%XXNPACCD+ 0.3%（H）+0.5%SWQW（L）+0.3%XNPAC（L）+1%ZWJS+5%KCl。

（2）储层高密度KCl聚磺钻井液体系。Fahliyan地层作为雅达油田的主要开发目的层之一，属于异常压力层，Fahliyan Upper和Fahliyan Lower尽管都属于良好的油气储层，但两层间的地层压力差别较大，Fahliyan Upper地层压力系数为1.60～1.65，Fahliyan Lower地层压力系数则为1.38～1.40，在同时揭开的情况下钻井液密度需要达到1.75 g/cm3左右，这就要求钻井液具有良好的高温稳定性和封堵润滑防卡能力。项目组根据地层特点KCl聚磺钻井液体系进行了区域应用性优化。配方：2%膨润土+0.2% Na2CO3+1%NaOH+0.5%SWQW（L）+0.5%XNPAC（L）+4%NBGS-2+2%XNJS+4%TCFD+3%JHC+3%K CL+0.5% 碱式碳酸锌。

实验结果表明，优化后的KCl聚磺体系钻井液密度为1.60～1.80 g/cm3可调，且能保持较好的钻井液性能，满足钻进过程中密度的调整变化。

（3）钻井液性能设计见表3。

表3 雅达油田Fahliyan生产井钻井液性能

3.4 复合钻进和防斜打直技术

3.4.1 井斜因素分析 在早期生产井施工中，多井发生井斜，最大井斜角达12°。分析了各井钻具组合及钻井参数，井斜影响因素较多，如地质因素、工程因素等。钻压除了影响BHA的降斜力以外，也能引起地层造斜力的线性增加。当地层造斜力大于BHA降斜力时，井眼增斜。当地层造斜力小于BHA降斜力时，井眼降斜。根据统计的钻具组合和实际的井斜角，结合计算结果，大体估计地层造斜系数在80～120 N/t左右。即地层造斜力可计算为WOB×（80～120）。通过此造斜力与计算出的BHA降斜力只能初步估计井斜趋势。计算结果显示，现场采用的这几种降斜组合都具有降斜作用，但降斜力大小与井斜角和钻压都有关系，结果较为复杂。对雅达油田已钻井的Ø212.7 mm及Ø311.2 mm井眼的井斜、钻具组合进行了分析，模拟不同的钻压、不同的初始井斜角情况下，钻具组合的降斜效果。

3.4.2 防斜技术对策 通过实践表明，采用不同的BHA、PDM优选钻头能够起到防斜打直的效果。

（1）优选钻具组合。不宜将BHA配置为钻头+3根钻铤+稳定器的形式，更不宜配成钻头+3根钻铤+稳定器+1根钻铤+稳定器，上述两种BHA由于钻头与稳定器之间距离过长，钻铤变形较大，导致钻头向上井壁倾斜的角度变大，引导钻压造斜严重抵消了BHA的降斜作用，严重时甚至会产生增斜作用。

钻头+2根钻铤+稳定器+1根钻铤+稳定器+钻铤的配置，综合来看降斜效果最好，但是当钻压大于10 t，井斜角小于3°时，钻头+2根钻铤+稳定器+钻铤的配置更好一些。

对于Ø212.7 mm井眼，推荐采用钻头+2根钻铤+稳定器+1根钻铤+稳定器+钻铤的配置。

（2）优选采用井下动力钻具。实践表明，井下动力钻具（PDM）+PDC具有较好的降斜效果，因此推荐采用：钻头+PDM+1根钻铤+稳定器+钻铤。其防斜机理是：由于PDM本身具有较高的转速，如再加上转盘转速，钻头转速提高，可以采用较小的钻压，从而降低了地层造斜力。

（3）可试用短钻头体的PDC钻头或牙轮钻头。各井使用的PDC钻头为常规强保径钻头，该钻头的保径部分较长，侧向切削差，不利于降斜。因此，推荐在该易斜井段使用钟摆钻具组合的情况下，可试用短钻头体的PDC钻头或牙轮钻头。

4 现场应用及效果

通过井身结构的优化、高效破岩工具优选以及先进提速技术应用，钻井周期显著缩短，Fahliyan生产井平均钻井周期较早期生产井缩短40%以上，较前期探井平均缩短60%以上。井身结构优化后节省了大量的钻井物资，钻井周期的缩短节省了大量的钻井成本，取得了巨大的社会与经济效益。

根据探井实钻情况，在一期钻井施工中大量采用PDC钻头代替牙轮钻头，取得显著提速效果，钻井进展过程中继续对钻头选型方案进行优化、不断采用新技术，如PDC+螺杆的复合钻进技术，空化射流技术。图1列出了详细数据，从图中可以看出，机械钻速是逐步提高的。

图1 前期探井和评价井与目前施工井平均机械钻速对比

5 结论

（1）针对伊朗雅达油田复杂地质条件下的钻井难题，通过不断分析研究，建立了一套安全快速成井工艺，取得了较好的效果，为类似的地区高效钻井提供了好的经验。

（2）碳酸盐岩地层的压力预测是世界性难题，通过对雅达油田孔隙型灰岩的研究、应用及完善了先进的有效应力模型，建立了油田的地层压力剖面。在此基础上，完成了井身结构的优化，钻井实践取得了较好的效果，钻井安全顺利，效率提高。

（3）研究分析了雅达油田地层的强度及可钻性基础数据，以及实钻资料，开展了钻头优选、空化射流、PDC+螺杆等研究，建立了一套适合雅达油田的钻井地质特点提速配套技术，是雅达油田提速的重要手段。

（4）针对雅达油田井斜等问题，从地层及井下钻具、钻井参数等几个方面，提出了复合钻进等措施，并取得了较好的防斜效果，提高了机械钻速。

（5）针对沥青层侵入复杂难题，实践表明利用控压钻井技术是可行的，在S3井及APP2井取得了成功，为该油田的高效开发探索了一条卓有成效的途径。

［1］鲍洪志，杨顺辉，侯立中，等.伊朗Y油田F地层防卡技术［J］.石油钻探技术，2013，41（3）：67-72.

［2］王治法，肖超，侯立中，等.伊朗雅达油田复杂地层钻井液技术［J］.钻井液与完井液，2012，29（5）：40-44.

［3］刘任远.俄罗斯萨哈林E号区块优快钻井技术［J］.石油钻采工艺，2010，32（2）：97-102.

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［5］张辉，高德利.钻头选型方法综述［J］.石油钻采工艺，2005，27（4）：1-6.

［6］樊枫，李琪，杨波.沥青层钻进技术总结和技术方案推荐［J］.石油化工应用，2011，30（12）：50-54.

［7］石李保，耿东士，于文华，等.柴达木盆地台南气田优快钻井技术［J］.石油钻采工艺，2010，32（3）：103-106.

［8］赵虹，张永忠，泰建民，等.大港小集油田钻井提速提效问题探讨［J］.石油钻采工艺，2010，32（S0）：66-68.

（修改稿收到日期 2014-06-24）

〔编辑 薛改珍〕

Optimized fast drilling technology for Yadavaran Oilfield of Iran

HOU Lizhong
（Sinopec International Petroleum Exploration and Production Corporation,Beijing100029,China）

Yadavaran Oilfield of Iran has complex geologic conditions;it is a carbonate reservoir with high temperature and high pressure and multiple pressure systems,and contains acidic gases like high concentrations of hydrogen sulfide,carbon dioxide,etc.Five exploration wells with depths of 4 500-5 000 m were drilled from 2001 to 2003,which all experienced outstanding issues of low rate of penetration,mud loss,differential sticking,heavy oil influx,etc.These wells were drilled with long drilling period,and so safe and fast drilling faced great challenge.This paper has analyzed the difficulties in drilling and completion operations and the application scheme of optimized fast drilling technology in the field,including pressure detection technique in limestone formation,non-permeate anti-sticking drilling fluid technology,highly efficient rock breaking and parameters optimization,heavy oil layer drilling technology,etc. These solutions were fully utilized in casing program,bit selection,rate of penetration improvement and drilling fluids,etc.,and have achieved remarkable economic benefit with average rate of penetration up by over 40%.

Yadavaran Oilfield;limestone formation;high temperature and high pressure;acid environment;optimized fast drilling

侯立中.伊朗雅达油田优快钻井技术［J］.石油钻采工艺，2014，36（4）：13-17.

TE242

：A

1000–7393（2014）04–0013–05

10.13639/j.odpt.2014.04.004

侯立中，1971年生。1994年毕业于江汉石油学院钻井专业，2005年毕业于北京理工大学工商管理专业，高级工程师，工程部副经理，多年从事国际石油工程管理和项目管理工作。电话：010-69165308。E-mail：lzhou.sipc@sinopec.com。