古巴SEB-20大位移水平井钻井设计与施工

2015-12-13张鸿妍夏志华

非常规油气 2015年4期

倪攀，张鸿妍，夏志华，周伟

(1.天津石油职业技术学院，天津 301607;2.东北石油大学，黑龙江大庆 163318;3.长城钻探工程有限公司，辽宁盘锦 124010;4.川庆钻探工程公司，新疆巴音郭楞 841000)

SEB－20井位于古巴首都哈瓦那东部Matanzas省Seboruco区块，是长城钻探工程有限公司钻井技术服务公司在古巴进行定向服务的第5口大位移水平井。该井目的层为白垩系，设计井深为5747.54m，靶点垂深为 1858.1m，闭合距为4466.58m，水垂比为2.52，建井周期为179天。针对大位移水平井存在的主要技术难题，制订了SEB－20井的技术对策，使钻井深度为6006m，与国内大位移水平井相比已进入先进行列。但SEB－20井位移较大，尤其是四开后期摩阻大，钻井扭矩大，因此在如何选择定向工具、优化钻具组合、调整钻井液性能以最大限度降摩、减阻等方面存在巨大挑战［1－3］。

1 工程设计

1.1 井眼轨迹设计

大位移水平井突出特点是水平位移大、裸眼井段长，钻井施工中钻柱和套管柱在井眼内的摩阻、扭矩大。SEB－20井水平段累计长度达到1000m，采用直井—增曲率—稳曲率—增曲率—稳曲率—增曲率—稳曲率7种剖面轨迹类型进行井眼轨迹模拟设计［4］。轨迹数据见表1，垂直和水平剖面图见图1。

图1 SEB－20井垂直 (a)和水平 (b)剖面图Fig.1 Vertical(a)and horizontal(b)profiles of Well SEB－20

1.2 井身结构设计

SEB－20井初始设计水垂比为2.52，采用常规钻井方式施工，如何有效传递钻压、确保套管顺利下入是钻进的关键［5］，结合所在区块的地层岩性、压力情况及目前大位移水平井钻井技术水平，在井身结构设计时以降低摩阻、扭矩为主要目标。套管程序的选择为各次开钻的安全钻进留有余地［6］。该井采用五开井身结构 (表2)。

表2 SEB-20井井身结构数据表Table 2 Wellbore configuration data of Well SEB-20

1.3 钻井液设计

水平井段采用高性能聚合物钻井液体系钻进，以盐水钻井液、氯化钾为主，抑制地层水化膨胀，同时减少钻具与地层的摩擦。在钻进过程中，不断调整优化钻井液的参数与性能，增强钻井液的携岩、润滑、防塌能力，满足井下安全的需要［7］。

2 主要施工难点与对策

工程技术难点有:

(1)表层岩性主要为巨厚石灰岩礁，局部发育钙质粉砂岩和泥灰岩，极易漏，与下伏地层呈角度不整合接触。

(2)在浅部地层钻进时，会造成钻具的剧烈震动及井眼的大排量冲刷，钻井液含砂量高，井眼清洁困难。

(3)古巴地处中北美，Navigator公司开发的软件没有古巴的坐标系统，在大地坐标和经纬度这两项数据上，软件计算结果与甲方设计不吻合。

主要技术对策有:

黄岑苷为黄岑茎叶黄酮的主要药理成分，具有消炎、调节免疫功能的作用［9-10］，其对感染CVB3病毒的Hela细胞具有保护作用［11］。黄岑可通过抑制免疫细胞活性，降低机体内炎症因子水平，进而缓解患者炎症反应发展［12］。本研究结果显示通过给予黄岑茎叶黄酮干预后，小鼠心功能得到缓解，心肌细胞炎性浸润以及间质纤维化比例均降低，说明黄岑茎叶黄酮能够一定程度上缓解VM小鼠心功能以及炎症反应，且高剂量作用效果与利巴韦林效果相似，提示黄岑茎叶黄酮可能为治疗VM的新型药物。

(1)下套管前充分利用膨润土浆清扫井底［8］，井口即使没有返出也能悬浮住部分岩屑，在钻进过程中，选择高性能的聚合物钻井液体系。

(2)在井底钻具组合中加入减振器，保护钻具，确保井下钻具安全［9］。定向过程中，采用二级井底钻具组合法，井斜在35°以前采用塔式井底钻具组合定向，即139.7mm加重钻杆直接接在钻铤上部，而不采用倒装钻具组合，便于加压;井斜在35°以后，采用倒装钻具组合，139.7mm加重钻杆上移至直井段。

(3)定向施工过程中，及时与软件开发公司取得联系，在软件中植入古巴当地坐标系统，使计算结果与甲方设计吻合。

3 现场施工工艺

3.1 一开井段 (26in井眼，井段为0～470m)

领眼钻具组合:φ444.5mm钻头+1根φ228.6mm钻铤+φ440mm扶正器+2根φ228.6mm钻铤+变扣731×630+φ203mm减振器+9根φ203mm钻铤+φ203mm震击器+变扣631×410+3根φ171mm钻铤+变扣4in IF×5in FH+27 根 φ139.7mm 斜坡钻杆到转盘面。

扩眼钻具组合:φ660.4mm钻头+双母接头730/730+扩眼钻头φ660.4mm+变扣630/730+2根φ228.6mm钻铤+变扣731/630+3根φ203mm钻铤+φ203mm震击器 +6根φ203mm钻铤+变扣631×410+3 根 φ171mm 钻铤+变扣 4in IF×5in FH+27根φ139.7mm斜坡钻杆到转盘面。

关键工艺:表层下钟摆钻具组合，尽量打直，中途不测斜。一开井段采用海水钻进，钻进过程中300m以上地层很可能井漏，甚至是“只进不出”，需要有大量供水才能维持钻进，同时需控制钻速，坚持每根划眼，接立柱前循环1周，接立柱时钻头尽量提高，防止岩屑下沉卡钻，表层套管口袋原则上应小于0.8m。

3.2 二开井段(17in井眼，井段为470～1400m)

井斜大于35°的定向组合:φ444.5mm牙轮钻头+φ244.4mm螺杆×9.70m+φ203mm定位接头×0.75m+φ203mm浮阀接头×0.75m+φ203mm螺旋无磁钻铤×9.14m+φ203mm切割接头×0.33m+φ203mm液压上击器×6.60m+φ203mm变扣×0.75m+3根φ139.7mm加重钻杆+90根φ139.7mm斜坡钻杆+36根φ139.7mm加重钻杆+15根φ139.7mm斜坡钻杆到转盘面。

关键工艺:排量达到3.6～3.8m3/min，保证良好的携砂效果，每100m进行1次稀、重稠塞清扫井眼。每钻进150m左右或钻进24小时短起下一次，同一只钻头所钻井段前两次短起起出新井眼，以后每次短起起至套管内，短起及起钻前循环充分。每钻完一个单根划眼两遍，每钻完一个立柱划眼两遍后接立柱，造斜时控制造斜率不超过3°/30m。充分利用综合录井异常预报，及时掌握井下情况，避免复杂事故的发生。

3.3 三开井段(12in井眼，井段为1400～2850m)

钻具组合:φ311.1mmPDC钻头+φ215.9mm螺杆×8.20m+φ308mm球形扶正器×1.50m+φ203mm浮阀接头×0.75m+φ203mm定位接头×0.75m+φ203mm螺旋无磁钻铤×9.14m+φ203mm切割接头×0.33m+φ203mm液压上击器×6.60m+φ203mm变扣×0.75m+3根φ139.7mm加重钻杆 +6根φ139.7mm钻杆+φ139.7mm CBM×2.85m+30根φ139.7mm钻杆+φ139.7mmCBM×2.85m+30根φ139.7mm 钻杆 +φ139.7mm CBM×2.85m+45根φ127.0mm钻杆+φ139.7mm CBM×2.85m+60根φ139.7mm钻杆+φ39.7mm CBM×2.85m+69根φ139.7mm钻杆+36根φ139.7mm加重钻杆+14根φ139.7mm钻杆到转盘面。

通井钻具组合:φ308mm双向划眼工具+变扣411×630+φ203mm 浮阀接头×0.75m++φ203mm 螺旋钻铤×9.14m+φ203mm液压上击器×6.60m+φ203mm变扣×0.75m+3根φ139.7mm加重钻杆+6根 φ139.7mm 钻杆+φ139.7mm CBM×2.85m+30根 φ139.7mm 钻杆+φ139.7mmCBM×2.85m+30根φ139.7mm 钻杆 +φ139.7mm CBM×2.85m+45根φ127.0mm钻杆+φ139.7mm CBM×2.85m+60根φ139.7mm钻杆+φ39.7mm CBM×2.85m+69根φ139.7mm钻杆+36根φ139.7mm加重钻杆+14根φ139.7mm钻杆到转盘面。

关键工艺:SEB－2井在钻进过程中，据邻井资料，该井段存在大段泥岩，极易吸水膨胀产生缩径、坍塌，起下钻易发生阻卡，划眼易出新眼，技术套管不易下到位，岩屑床不易清除等复杂情况。需保证钻井液具有良好的抑制性和井眼稳定功能、保证井眼清洁与净化和工程措施到位。另外，严格控制造斜率不超过设计曲率 (3.5°/30m)，下钻发生遇阻不超过50kN;否则，应采用开泵、循环、冲井、试下管柱等方法处理。在施工过程中定期进行防喷演习，确保井控安全。

3.4 四开井段(8in井眼，井段为2850～4745m)

钻具组合:φ215.9mm长城 PDC钻头+φ172.0mm螺杆×8.00m+φ203mm球形扶正器×1.50m+φ172.0mm 浮阀接头×0.75m+φ172.0mm 定位接头×0.75m+φ165mm无磁钻铤×9.08m+φ172mm切割接头×0.33m+3根φ127.0mm加重钻杆+φ165mm液压上击器×4.50m+3根φ127.0mm加重钻杆+9根φ127.0mm钻杆+φ127.0mm CBM×2.85m+9根φ127.0mm钻杆+φ172mm脉冲式轴向振荡器×9.00m+30根 φ127.0mm 钻杆+φ127.0mm CBM×2.85m+99根 φ127.0mm 钻杆+φ127.0mm CBM×2.85m+63根φ127.0mm钻杆+变扣411×5 1/2FH ×0.75m+36根 φ139.7mm 钻杆+φ139.7mm CBM×2.85m+99根 φ139.7mm 钻杆+φ139.7mm CBM×2.85m+105根 φ139.7mm 钻杆+30根φ139.7mm加重钻杆+4根φ139.7mm钻杆到转盘面。

通井钻具组合:φ213mm双向划眼工具+φ172.0mm浮阀接头×0.75m+3根φ127.0mm加重钻杆+φ165mm液压上击器×4.50m+φ165mm液压上击器×4.50m+3根 φ127.0mm加重钻杆+9根φ127.0mm 钻杆+φ127.0mm CBM×2.85m+9根φ127.0mm钻杆+30根φ127.0mm钻杆+φ127.0mm CBM×2.85m+99根 φ127.0mm 钻杆+ φ127.0mm CBM×2.85m+63根φ127.0mm钻杆+变扣411×5 1/2FH ×0.75m+36根 φ139.7mm钻杆+φ139.7mm CBM×2.85m+99根 φ139.7mm 钻杆+φ139.7mmCBM×2.85m+105根φ139.7mm钻杆+30根φ139.7mm加重钻杆+4根φ139.7mm钻杆到转盘面。

关键工艺:每单根测量一次，此段为大斜度井段，井斜为83.48°，同时扭方位达40°，钻进过程根据实际情况采用合适的钻井参数，及时调整轨迹，达到较理想的稳斜、稳方位效果。严格控制实钻曲率不超标，保证井眼轨迹圆滑，利于降摩减阻。该井段可能存在H2S，钻进过程密切做好H2S监测工作，一旦发现H2S溢出，应及时进行工程措施、钻井液性能调整。充分利用综合录井参数监测仪对钻头进行实时监测，发现钻头异常及时汇报，防止钻头掉牙轮事故发生。

3.5 五开井段(6in井眼，井段为4745～5747.54m)

钻具组合:φ152.4mmPDC钻头+φ121mm螺杆×5.70m+φ145mm球形扶正器×1.20m+φ121mm浮阀接头×0.70m+φ121mm定位接头×0.70m+2根φ96mm无磁承压钻杆×18.29m+φ121mm切割接头×0.33m+3根φ88.9mm加重钻杆×9.30m+φ121mm液压上击器×4.70m+3根φ88.9mm加重钻杆+变扣×0.50m+60根 φ101mm 钻杆+φ101.4mmCBM×2.85m+99根 φ101.4mm 钻杆+φ101.4mmCBM×2.85m+99根 φ101.4mm 钻杆+φ101.4mm CBM×2.85m+48根 φ101.4mm钻杆 +变扣×0.50m+51根φ139.7mm 钻杆+φ139.7mm CBM×2.85m+99根φ139.7mm 钻杆+φ139.7mm CBM×2.85m+90根φ139.7mm钻杆+30根φ139.7mm加重钻杆+10根φ139.7mm钻杆到转盘面。

通井钻具组合:φ152mm双向划眼工具+φ121mm浮阀接头×0.70m+3根φ88.9mm加重钻杆×9.30m+φ121mm液压上击器×4.70m+3根φ88.9mm加重钻杆+变扣×0.50m+60根φ101mm钻杆 +φ101.4mm CBM×2.85m+99根φ101.4mm钻杆+φ101.4mm CBM×2.85m+99根 φ101.4mm 钻杆+φ101.4mmCBM×2.85m+48根 φ101.4mm 钻杆+变扣 ×0.50m+51根 φ139.7mm 钻杆+φ139.7mmCBM×2.85m+99根 φ139.7mm 钻杆+φ139.7mm CBM×2.85m+90根φ139.7mm 钻杆+30根φ139.7mm加重钻杆+10根φ139.7mm钻杆到转盘面。

关键工艺:储层为稳斜段，确保井身轨迹在靶框内，避免曲率极变。进入油层后应加强防喷演习，确保井控安全。每钻进60m左右或钻进24小时短起下一次，同一只钻头所钻井段前两次短起起出新井眼，以后每次短起起至套管内。短起及起钻前循环充分，控制好固相含量［10］。