从AKONDO油田水平井钻井谈水平井施工提速提效措施

刘纯仁（华东石油工程公司六普钻井分公司 江苏 镇江 212003）

1 已钻水平井简述

加蓬AKONDO油田是中国石化国勘公司在海外自行投资，由油气勘探转为油田开发的典型项目。自2013年投入商业开发以来，已在WAKO-PAD-1平台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区块WZ区东断鼻带，SAWZ-3断块构造高部位上，且全部以UPC段为目的层。四口水平井均为中半径水平井，最大造斜率均达到8-10°/30m。四口水平井的综合指标见表1。

表1 四口水平井综合指标

2 优化井身结构、剖面和施工方案

2.1 优化井身结构

由于该区块水平井纵横比很高，各开次可用于调整井斜、方位的井段短，而一开井段为松软散砂堆积层，极易垮塌，二开井段存在异常高压并常伴有井漏，加之丛式井井间距离仅5m，井间窜漏和防碰绕障问题十分严峻，因此各开次确定合理的套管下深和完井方式非常重要，经过二口定向井与四口水平井的施工，套管程序和施工方案不断得到优化，井身结构更加科学合理，设计与实钻情况对比见表2。

表2 四口水平井井身结构和完井方式对比表

2.2 优化剖面和控制井眼轨迹

在总结AKONDO油田前两口定向井施工经验教训的基础上，水平井的剖面设计和轨迹控制技术得到了进一步优化，导眼井和水平井的钻进主要采用PDC钻头+PowerDrive+LWD+MWD以旋转钻进方式进行，极大提高了钻井效率。采用旋转导向钻进，能及时对井眼轨迹进行微调，保证实钻井眼轨迹光滑，井下摩阻和扭矩大大降低，极大提高了钻井的安全性。

3 优化钻头选型、钻具组合、钻井参数及水力参数等钻井施工方案

3.1 优选钻头

综合考虑井型、剖面、岩性特点及可钻性等因素，确定与地层相匹配的钻头类型。

3.1.1 一开钻头选型

一开浅层段地层主要为松散砂岩和含砾岩层，为了在定向造斜前保证井眼垂直，需采取轻压吊打方式。一开使用江钻生产的12-1/4＂HJ437镶齿钻头，配合塔式钻具实施防斜打直快速钻进，该钻头能获得18m/h以上的高机械钻速，且起出后新度很高，是有效提高机械钻速的可行选择。

3.1.2 二开钻头选型

二开井段800m之上存在易崩PDC齿的粗砂岩和含砾岩夹层，为避免频繁起钻影响作业效率，在四口井施工中分别尝试使用了Best生产的M1665ss六刀翼13-16mm复合布齿的PDC钻头及Baker Hughes的六刀翼QD506X钻头，配合Power Drive旋转导向系统和LWD组合旋转钻进，均一只钻头完成二开施工，不仅成功穿过了粗砂岩和含砾岩夹层，且对PDC齿损坏较小，而且与下部泥页岩地层匹配性很好，在下部井段钻进时机械钻速在18.26-29.38m/h之间。从起出钻头新度来看，钻头状况较好，可继续使用。

3.2 钻具组合

3.2.1 一开井段

一开井段采用塔式钟摆防斜打直钻具组合，通过调整钻井参数，采用低钻压、高转速钻进，及时测斜，监测井眼轨迹，一开井段最大井斜均在0.3°以下。

钻具组合如下：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 二开井段

AKONDO油田主要为大斜度定向井及水平井，经过四口水平井施工的验证及优选，摸索出了二开井段实钻效果良好的钻具组合，在不受意外因素影响时，均可实现一开次只用一个PDC钻头、一趟钻完成施工。

1、Power Drive旋转导向倒装钻具组合

该组合在导眼井和四口水平井钻进时取得了很好的效果，建议作为水平井的首选全剖面钻具组合。钻具组合如下：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。

其优点为：

(1)可适时调控井眼轨迹，实钻井眼轨迹圆滑，摩阻和扭矩小。

(2)能有效防止高井斜和高造斜率井段钻具托压，获得极高的机械钻速。

(3)能在0-5°/30m范围适时调整造斜率，调控轨迹效果很好。

(4)钻具组合兼容性好，具有全剖面钻进能力，可实现一趟钻钻套管内水泥塞、直井段和造斜点以后的其它所有井段，减少起下钻时间，缩短钻井周期。

(5)能及时获取井眼轨迹和地层资料，特别适用于加蓬薄油层小断块水平井寻找目的层，且能减少通井和测井作业时间，缩短建井周期。

2、PDM+LWD导向强增钻具组合

在WAKO-H1井因实际钻遇油层提前，需要短距离内急速增斜，下入该组合滑动钻进全力增斜，从1388m钻至1426m，井斜从78.46°增加到92.27°，造斜率高达10.9°/30m，较好的满足了勘探开发的需要，因此，在因地层提前而需要获得超高造斜率时，该钻具可以作为强力增斜手段，以实现实钻剖面的适时精确调控。钻具组合如下：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.

其优点为：

(1)造斜率高，通过调节单弯螺杆的弯曲度数，能获得高达10°/30m的造斜率。

(2)地层适应性强，由于造斜率主要由单弯螺杆度数决定，即使在松软的砂岩油藏也能获得所要求的造斜率，能快速实现剖面调控要求。

其缺点为：

(1)由于强力增斜时采用全力增斜滑动钻进方式，狗腿度变化大，钻具摩阻和扭矩大，钻具负荷大，不利于防卡。

(2)在稍微致密的泥岩段钻进时很容易产生托压，不仅严重制约了机械钻速的提高，甚至会造成卡钻。

(3)对泥浆润滑性要求高，润滑剂等高价值材料消耗较大。

3.3 钻井参数及水力参数

3.3.1 钻压

对于牙轮钻头，除防斜吊打、定向、扭方位外，最大的安全钻压为每英寸20KN。对于PDC钻头，钻压一般在40-80KN。

对12-1/4"及以上井眼

由于上部地层松软，可钻性好，加之上部井段防斜打直的需要，对450m以上井段，钻压控制在1-3T时，机械钻速也可达18m/h以上。

对8-1/2"井眼

在420m至800m含砾砂岩中钻进时，应根据钻时变化和振动筛返砂情况及时调整钻压，切不可在ROP变慢时盲目加大钻压片面追求短时的高机械钻速，需严防PDC钻头崩齿而被迫起钻换钻头。在420m至650m井段钻进时，钻压宜控制在4T以下，以适当高的转速钻过；在650m至800m井段钻进时钻压宜控制在6T以下。在遭遇严重蹩跳钻时钻压宜降低到3T以下，转速宜降低到70RPM以下。

3.3.2 转速

对12-1/4"及以上井眼

采用低钻压高转速钻进，转速控制在80-120RPM.这样既可以满足上部直井段防斜打直的需要，也可获得较高的机械钻速。

对8-1/2"井眼

结合轨迹控制、地层岩性和扭矩情况，转速在60-120RPM之间适时调整，可行时，转速控制以就高不就低为原则。在420m至800m井段遭遇严重蹩跳钻时转速降低到70RPM以下，以防PDC钻头崩齿。

3.3.3 泵压

对12-1/4"及以上井眼

由于上部井段地层松软，可钻性极好，450m以上逐渐以100-700psi的泵压钻进即可满足快速钻进要求，过高的泵压反而会降低护壁效果。对450m至1500m的12-1/4"井眼，泵压可控制在1500-2500psi之间，随井深加深而逐步增加。

对8-1/2"井眼

牙轮钻头的泵压可达到17MPa以上，PDC钻头的泵压可达到14MPa以上。钻遇漏失层、定向与扭方位时需适当降低泵压。

3.3.4 排量

对12-1/4"及以上井眼

对450m以上井段，施工时以保护井壁，避免重复钻进为第一要务。由于450m以上井段为松散的砂岩堆积层，可钻性很好，但极易垮塌和冲蚀，因此在排量的控制上宜遵循从小排量起步开孔，每柱打完后以高粘坂土浆护壁，随着井深增加逐渐加大排量，这样既可以防止松散砂子滑落到新井眼造成重复钻进，又可以避免因井壁大规模垮塌危及周边井眼的风险。排量调控范围为350-650GPM。

对8-1/2"井眼

由于本区块水平井井深较浅，垂直段仅400至500m，在快速钻进时，大斜度井段和水平段很容易形成岩屑床，不仅影响机械钻速，还严重威胁井下安全，因此在下部井段中宜采用较高的排量钻进，结合井眼状况、轨迹控制需要和定向工具特点，在450-600GPM的范围内适时调整排量，采用适当高的排量钻进，以保证及时携带出所钻岩屑。

3.3.5 喷嘴优选

对12-1/4"及以上井眼，宜使用带中心喷嘴的钻头，按上述排量和泵压安装所需尺寸的不等径喷嘴，以便及时清洁井底，改善井底流场，减少压持效应，提高机械钻速。

对8-1/2"井眼，视定向工具的不同进行水力参数计算来确定合理的喷嘴尺寸，以发挥定向工具的最大效能。

4 泥浆性能控制

良好的泥浆性能是实现安全、快速、优质、低耗钻井的基本保证。

4.1 泥浆体系的优选

对450m以下井段

采用坂土浆钻表层。为提高综合效率和确保安全，施工时以保护井壁，避免重复钻进为重点，宜自始至终采用100s左右的高粘度泥浆钻进该井段，并坚持每柱打150s左右的高粘泥浆强化护壁效果，以防松散砂岩垮塌。

对450m以上井段

采用Kla-Shield低固相泥浆体系，从几口井的实钻过程看，该体系具有良好的流变性和携砂效果，性能稳定，也具有较强的抑制性，较好的满足了施工要求。但是其抗污染能力稍差，特别是当机械钻速过快或过慢时，泥浆中低密度固含成分会急剧升高，从而严重影响其流变性能，因此钻进中要使用好固控设备。

4.2 泥浆抑制性

由于四口水平井主要采用泥浆马达或旋转导向的钻井方式，所钻井眼较大，加之所钻井段大部分以泥页岩为主，地层易水化分散和失稳，因此为防止井壁垮塌、冲蚀和大肚子，需进一步强化Kla-Shield泥浆体系的抑制性。

4.3 泥浆润滑性

对大斜度定向井，泥浆中加入总量约2-3%的液体润滑剂、膨化石墨粉、低萤光磺化沥青等润滑剂可大幅度改善井下钻柱工作条件，有效降低摩阻和扭矩，考虑到保护定向工具的要求，不宜加入塑料小球和玻璃微珠类的球状颗粒润滑剂。

钻进过程中，当摩阻增加到15T以上或托压严重，或扭矩增加到9kft-bls时，可配制少量以液体润滑剂、膨化石墨粉、塑料小球为主的高粘润滑浆（有塑料小球时不加玻璃微珠），接立柱前低排量顶过钻头，既能获得良好的润滑效果，也能最大限度的保护定向工具。

4.4 井眼净化

现场固控装置为四级净化系统，基本能满足对含砂及固相含量控制要求。除做好设备维护保养外，使用时还需注意如下细节：

(1)根据排量和返浆情况适时调整振动筛开口高度，使岩屑及时从振动筛排出，以防开口高度过高造成岩屑因反复高频震动细化而进入泥浆。

(2)钻完一个立柱后划眼2-3次，既能维护新钻井眼，又能保证井底清洁并使新钻岩屑能及时返出，减小岩屑二次挤压破碎。

(3)及时短起下钻清除井壁的岩屑床，防止岩屑因滞留井底过久造成进一步破碎和水化。

(4)接立柱时做到晚停泵早开泵，控制环空岩屑浓度在5%以下。

(5)起钻前打高粘充分循环干净，下钻时提前一柱接顶驱划眼到底，使滞留井底的岩屑尽快上返。

5 采用近平衡压力钻井

5.1 准确预测地层压力

结合工程和地质设计的地层压力数据，施工中严密监测气测值、溢流、泥浆性能变化、油气显示和返砂情况，精确确定地层孔隙压力、地层坍塌压力和地层破裂压力，为适时调整泥浆密度提供依据。

5.2 以合理的泥浆密度进行近平衡压力钻井

经过四口水平井的钻探施工，结合前期已钻井临井资料，已能较为准确的确定个开次的泥浆密度，钻井过程中，在有效控制地层压力和维持井壁稳定的前提下，尽可能降低泥浆密度，以提高机械钻速，加快钻井速度，并保护油气层。同时以合理的泥浆密度进行近平衡钻井还能有效防止压差卡钻，避免复杂情况（井喷、井塌、井漏等）等各类井下事故复杂的发生，为实现安全、优质、高效、快速钻井奠定坚实的基础。

6 结论

(1)不断优化井身结构，同时坚持使用旋转导向钻进，确保井眼轨迹光滑，降低井下摩阻和扭矩，提高钻井的安全性。

(2)优选与实钻地层相匹配的钻头，提高机械钻速的同时，减少钻头磨损程度。

(3)通过优化钻头、钻具组合、钻井参数及水力参数等钻井施工方案，确保生产高效顺利完成。

(4)通过对泥浆体系的优选、泥浆抑制性、润滑性及净化方面的分析与控制，确保井下安全。

(5)以合理的泥浆密度进行近平衡压力钻井，以减少井下复杂情况发生。

[1]陈庭根，管志川.钻井工程理论与技术[M]

[2]韩志勇.定向井技术与理论[M]

[3]赵金洲，张桂林.钻井工程技术手册[M]

[4]高德利，刘希圣，徐秉业.井眼轨迹控制[M]