渤海油田钻井提效新技术及其应用实践

邓建明 刘小刚 马英文 崔治军 叶周明

(中海石油(中国)有限公司天津分公司 天津 300452)

渤海油田钻井提效新技术及其应用实践

邓建明 刘小刚 马英文 崔治军 叶周明

(中海石油(中国)有限公司天津分公司 天津 300452)

渤海油田部分油田已进入综合调整开发期，钻完井工程面临地质油藏条件复杂、环保和安全形势日益严峻、油气开发成本高等难题。通过创新发展优快钻完井技术体系，形成了渤海油田钻井提效新技术体系，包括加密井网表层防碰技术、膨润土深钻技术、硬地层钻头综合优选技术、中深部地层钻具组合优化技术等。这一系列钻井提效新技术已在歧口18-1、垦利3-2及秦皇岛32-6等油田取得成功应用，较一次优快钻井作业效率提高40.54%，具有广阔的推广和应用价值。

渤海油田；钻井提效新技术；加密井网表层防碰；膨润土深钻；硬地层钻头综合优选；中深部地层钻具组合优化；作业效率

20世纪90年代中期，原油市场低迷，而渤海地区大部分已探明油气田属于边际油气田，高效低成本钻井成为开发渤海边际油气田的必由之路。通过学习和创新，创立了适合渤海油田的优快钻井技术体系。优快钻井技术是通过集成先进、适用技术，创新作业流程和结合应用现代管理模式而形成的一项系统优化配套技术，体现了实现油气田开发效益最大化的理念[1]，在渤海油田发展中起到了举足轻重的作用，已成为中国海油的一种“优快”精神。

目前渤海油田已进入大开发阶段，面临着2个方面的难题：一方面，预开发的油田中储量大、油品好的大型优质油田越来越少，综合调整项目、稠油油田、三低油田等开发效益差油田比例较大；另一方面，社会公众环保意识逐步提升，提升发展的质量和效益已经成为社会期待的发展模式。因此，为实现渤海油田中长期发展规划和“二次跨越”发展要求，必须加快油田开发进程，通过降低钻完井成本来实现低品位油田及边际油田高效开发，进一步提高油田开发效益。近年来，渤海油田通过创新发展优快钻完井技术体系，形成了一系列钻井提效新技术并在歧口18-1、垦利3-2及秦皇岛32-6等油田取得了成功应用。本文主要总结了渤海油田钻完井过程中加密井网表层防碰技术、膨润土深钻技术、硬地层钻头综合优选技术、中深部地层钻具组合优化技术等钻井提效新技术的应用实践，以期为海上油气田降本增效开发提供借鉴和参考。

1 渤海油田钻完井难点

渤海油田具有构造破碎、断裂发育、油藏复杂等地质油藏特点，储层以河流相、三角洲、古潜山为主，油质较稠，稠油储量占65%以上[2-3]。渤海油田地层主要有第四系平原组、新近系明化镇组及馆陶组、古近系东营组和沙河街组以及中生界及以下的潜山地层，其岩性以砂泥岩互层、花岗岩、安山岩、凝灰岩为主(表1)。

渤海油田油气储层大多具有埋藏深、压力系统复杂、井眼密集等特点，钻完井作业面临的主要难点有：

1) 地质条件复杂，多套压力系统并存，地层薄弱点较多，坍塌周期短，易失稳；断裂发育，部分断层通至海底，钻完井安全风险大。

表1 渤海油田地层岩性特征

2) 调整井和综合调整井地层压力亏空、储层衰竭严重，钻井液密度窗口小，地层漏失和井控风险并存。如歧口18-1油田(综合调整)储层沙二段压力系数最低0.625，而旅大10-1油田储层压力系数最低可降至0.5左右。

3) 加密调整井井网密集、井距小，浅层防碰严重，深部地层轨迹复杂，轨迹控制困难，作业风险大，作业时效和生产时效有待提高。

2 加密井网表层防碰技术

针对渤海油田开发过程中存在的层间矛盾和定向井开采底水油藏效果差的主要问题，实施了密集交叉井网整体加密调整来调整优化油田注采井网，使钻井过程中形成了新老井网交叉的复杂情况，作业难度极大。针对这一问题，“十一五”期间开始研制以钻头破岩时产生的振动为信号源的防碰预警装置，可以实现钻头与邻井的趋近报警。近年来，通过研究振动波在岩石及钢管中的传播规律、钻头振动波在地层中的传播规律，并综合考虑震源工作腔的空间及其与底部钻具组合的最优化匹配，提出了井间相对距离计算模型[4-5]，进而形成了浅层防碰监测技术。该项技术在绥中36-1和秦皇岛32-6等油田32口井进行了应用，表层作业效率提高20%以上，生产时效达80%以上，提高了钻完井作业效率，达到了提效降本的目的。

3 膨润土深钻技术

膨润土浆深钻技术，是指在非储层段井壁失稳周期内利用膨润土钻进至最大许可的地层深度[6]。渤海油田钻井以前的习惯做法是上部地层采用海水代替钻井液钻进至明化镇组上段后再转化为设计的钻井液体系。通过认真分析地层岩性和渤海油田的沉积环境，优化扶正器尺寸，创新性地将膨润土浆钻进至馆陶组中部，结果表明膨润土深钻具有释放钻进参数、提高钻速、适当扩大井径等优点，从而达到了快速钻进、减少井下复杂情况(起下钻和下套管无阻卡)和安全环保的目的[7]。据统计，在歧口18-1油田综合调整井中，上部地层利用膨润土深钻技术提效12%左右，同时将易失稳的明化镇组地层的作业周期缩短至井壁失稳周期以内，节约综合钻井成本10%左右。目前该项技术已全面推广至渤海油田钻井作业中。

4 硬地层钻头综合优选技术

钻头综合优选是指先将钻井参数比对选型法和等概钻头选型法相结合，然后再利用经济性评价最终选择合适的钻头的一种方法。参数比对选型法体现了地层因素对钻头选型的重要意义，并且选型依据充分、方便快捷，但在岩性变化频繁及地层起伏变化较大的地区应用受到限制；等概钻头选型法是基于“地层因素”而建立的，是利用岩石可钻性选择钻头类型方法的完善和提高，它的理论基础是岩石可钻性级别服从正态分布，地层可钻性宏观均质特性和地层可钻性级别与钻头类型具有等概关系，是一种室内试验与数理统计相结合的方法[8]。

锦州9-3油田综合调整作业期间，利用钻头综合优选技术，根据已钻井资料和测井结果及馆陶组底砾岩发育的特点，制定了钻头技术方案，即对于φ311.15 mm钻头，上部钻头优选7刀翼、19 mm切削齿、双排齿刚体钻头，抗冲击和研磨设计，实现了一只钻头钻上部地层和馆陶组底砾岩；下部钻头优选5刀翼、19 mm切削齿、刚体钻头，辐射状井底水力流场和防泥包设计，使布齿避免重复切削，提高了机械钻速，同时利用倒划眼齿结构增强钻头的稳定性。据统计，锦州9-3油田φ311.15 mm井眼馆陶组底砾岩层以上平均机械钻速达74.38 m/h，底砾岩段平均机械钻速为9.02 m/h，绝大部分井均是一次性钻穿底砾岩，特别是D2H井，1只7刀翼、19 mm切削齿、双排齿刚体PDC钻头钻穿上部地层和200多米的底砾岩；而在下部地层，通过优选钻头使东营组平均机械钻速达49.64 m/h，大大提高了钻井效率，缩短了钻井工期(图1)。

图1 锦州9-3油田综合调整井钻井工期对比

5 中深部地层钻具组合优化技术

5.1 随钻扩眼+随钻测井(导向)+旋转导向多功能组合技术

针对复杂井眼轨迹条件下，井下钻进期间易出现进尺缓慢、井下马达频繁制动、井眼轨迹控制困难及后续尾管下入困难等问题，创新性地提出了随钻扩眼+随钻测井+旋转导向多功能组合提效技术，将钻进组合和扩眼有机结合，不但实现了钻进和扩眼一次到位，而且通过在扩眼器上面加随钻测量工具，扩眼过程中可以随时监测轨迹情况，降低了扩眼时出现新井眼的几率，同时也降低了倒划扩眼过程中容易出现的蹩、卡等现象。

垦利油田群利用随钻扩眼技术，根据已钻井资料和该地区地层特点，制定了相应的技术方案。通过已完钻井数据统计，φ215.9 mm井眼平均机械钻速为34 m/h，而在随钻扩眼井(φ215.9 mm扩至φ241.3 mm)平均机械钻速为33 m/h，可见随钻扩眼器对该地区机械钻速影响不大；然而，对比整体工期，随钻扩眼(φ215.9 mm扩至φ241.3 mm)井平均工期为8.9 d，而完钻后采用相同组合单独一趟倒划扩眼至相同井径则为13.8 d。由此可见，随钻扩眼+随钻测井+旋转导向多功能组合可以大大提高钻井效率，缩短钻井工期。

5.2 水力振荡器+等壁厚马达钻具组合技术

随着渤海油田综合调整项目的增多，大斜度井、大位移井等复杂井数量的不断增加，常规马达橡胶衬套厚薄不均匀，其输出功率和井下最大许可时间无法满足大斜度井和大位移井的工况要求，容易导致马达失效。等壁厚马达是定子内孔为可与转子相配的轮廓螺旋曲线设计，缩小了橡胶的厚度，增大了橡胶与金属的粘着面积(图2)，而且将动力提升为原来的2倍，其独特的等壁厚技术有效降低了定子滞胀，因此更适合复杂工况，具有有效延长工具寿命和拥有更高输出扭矩等优点[9]。在轨迹复杂井中，为了传递平稳的钻压，提高对钻头工具面的调整能力，保持工具面的稳定，提高机械钻速，成功应用了水力振荡器。水力振荡器通过自身产生的纵向振动来提高钻进过程中钻压传递的有效性和减少底部钻具与井眼之间的摩阻，特别是在使用动力钻具的定向钻进中可以改善钻压的传递，减少钻具组合粘卡的可能性，减少扭转振动[10]。水力振荡器+等壁厚马达钻具组合技术已在垦利油田群、秦皇岛32-6油田、绥中36-1油田成功推广应用，其中秦皇岛32-6油田机械钻速提高30%左右，滑动钻速提高60%以上(表2)；绥中36-1油田综合调整中滑动钻速提高1倍左右(表3)。由此可见，水力振荡器+等壁厚马达钻具组合的成功应用，不仅可以提高机械钻速，而且能够解决钻进过程中出现的托压，改善钻压传递效果，减少钻具组合粘附卡钻等复杂情况。

图2 常规马达(左)与等壁厚马达(右)定子示意图

表2 水力振荡器在秦皇岛32-6油田使用对比

表3 水力振荡器在绥中36-1油田使用对比

6 结论

渤海油田钻井提效新技术是渤海油田高效快速开发的重要技术措施。该项技术已在歧口18-1油田、垦利3-2油田及秦皇岛32-6等油田进行了成功应用，极大提高了钻完井作业效率，达到了提效降本的目的，较一次优快钻井作业效率提高40.54%，生产时效提高到92.31%，具有广阔的推广和应用前景。

[1] 董星亮,曹式敬,唐海雄，等.海洋钻井手册[M].北京:石油工业出版社,2011.

[2] 倪军娥，孙立春，古莉，等．渤海海域石臼坨凸起Q油田沙二段储层沉积模式[J]．石油与天然气地质，2013,34(4)：491-498．Ni June,Sun Lichun,Gu Li,et al.Bohai sea and other oilfield shijiutuo projection Q shahejie reservoir sedimentary model[J].Oil and Gas Geology,2013,34(4):491-498.

[3] 米立军.新构造运动与渤海海域上第三系大型油气田[J].中国海上油气(地质),2001,15(1):21-28.

Mi Lijun.The Neotectonism and major neogene oil and gas fields in Bohai sea[J].China Offshore Oil and Gas(Geology),2001,15(1):21-28.

[4] 刘刚，刘华亮，何保生，等．丛式井钻头距邻井井筒距离的计算模型[J]．石油机械，2013,41(10)：46-50．

Liu Gang,Liu Hualiang,He Baosheng,et al.The cluster well drill from adjacent shaft distance calculation model[J].China Petroleum Machinery,2013,41(10):46-50.

[5] 张晓诚，刘亚军，王昆剑，等．海上丛式井网整体加密井眼轨迹防碰绕障技术应用[J]．石油科技论坛，2010,29(5)：13-17,73．Zhang Xiaocheng,Liu Yajun,Wang Kunjian,et al.Application of path control technology of overall infill drilling on offshore cluster well group[J].Oil Forum,2010,29(5):13-17,73.

[6] 温佩，武文洁，赵立辉．膨润土的改性及应用研究进展[J]．化工技术与开发，2008,37(2)：27-31,44．

Wen Pei,Wu Wenjie,Zhao Lihui.Progress in modification and application of bentonite[J].Technology & Development of Chemical Industry,2008,37(2):27-31,44.

[7] 张培丰，王达．科钻一井钻井液用膨润土性能及分散机理[J]．地质科技情报，2008,27(1)：103-107．Zhang Peifeng,Wang Da.The bentonite drilling fluid properties and dispersion mechanism of KEZUAN1 well[J].Geological Science and Technology Information,2008,27(1):103-107.

[8] 赵金洲.中国东部复杂超深井钻井实践[M].北京:中国石化出版社,2008.

[9] 苗同勇，刘永旺，赵伟，等．等壁厚螺杆钻具及应用[J]．石油矿场机械，2011,40(10)：72-76．

Miao Tongyong,Liu Yongwang,Zhao Wei,et al.The same thickness of the screw hole and application[J].Oil Field Equipment,2011,40(10):72-76.

[10] 王建龙，王丰，张雯琼，等．水力振荡器在复杂结构井中的应用[J]．石油机械，2015,43(4)：54-58．

Wang Jianlong,Wang Feng,Zhang Wenqiong,et al.Hydraulic oscillator applications in complex structure wells[J].China Petroleum Machinery,2015,43(4):54-58.

(编辑：孙丰成)

Novel and efficient drilling technology and its application in Bohai oilfields

Deng Jianming Liu Xiaogang Ma Yingwen Cui Zhijun Ye Zhouming

(TianjinBranchofCNOOCLtd.,Tianjin300452,China)

The development of some oilfields in Bohai sea has entered a comprehensive adjustment period, with drilling and completion engineering facing complex geological reservoir conditions, more and more demanding environmental and safety rules, high cost of oil and gas development and other problems. By the innovation and development of fast drilling and completion technologies, new technology system for improving efficiency was formed, which includes anti-collision of infilling wells, bentonite deep drilling, integrated optimization of bits for hard formations, BHA optimization in medium-deep formations etc. This series of new technologies has been successfully used in QK 18-1, KL 3-2 and QHD 32-6 oilfields, and improved the efficiency by 40.54% compared with the previous drilling operations. The new technology has a high potential of dissemination and application.

Bohai oilfields; efficient drilling technology; infilling well anti-collision; bentonite deep drilling; hard formation bit optimization; BHA optimization for medium-deep formation; opearation efficiency

邓建明，男，教授级高级工程师， 1989年毕业于天津大学石油分校钻井工程专业，现任中海石油(中国)有限公司天津分公司总工程师(钻完井)，主要从事钻完井技术研究与管理工作。地址：天津市滨海新区渤海石油大厦A座(邮编：300452)。E-mail：dengjm@cnooc.com.cn。

1673-1506(2016)03-0106-05

10.11935/j.issn.1673-1506.2016.03.016

TE242

A

2015-12-16 改回日期：2016-01-15

邓建明,刘小刚,马英文，等.渤海油田钻井提效新技术及其应用实践[J].中国海上油气，2016,28(3)：106-110.

Deng Jianming,Liu Xiaogang,Ma Yingwen，et al.Novel and efficient drilling technology and its application in Bohai oilfields[J].China Offshore Oil and Gas,2016,28(3):106-110.