委内瑞拉重油带丛式三维绕障井水平井钻井技术

车卫勤 李瑾 杜晶 龚大洪

摘要：Morichal（莫里恰）区块的水平井均采取丛式三维井开发，钻井平台紧凑，对钻井施工要求高。该区块由于地层较浅、成岩性较差、原油溶解气易析出，在钻井施工时经常出现钻具粘卡、压差卡钻、井眼垮塌、钻井液气侵等复杂情况，在以往施工中多次出现钻具和LWD设备被埋井下的情况。在本文中，我们将通过总结该区块已钻井施工经验，充分分析地层特性，综合优化钻井设计等技术措施，大幅度提高钻井时效，降低成本，对该区块水平井施工具有重要的参考意义。

本文结合该区块已钻井施工经验，充分分析地层特性，综合分析钻井设计，大幅度提高钻井时效，降低成本，对该区块水平井施工具有重要的参考意义。

关键词：委內瑞拉;重油带;Morichal区块;水平井;丛式三维井;轨迹控制;

0 前言

委内瑞拉75%的石油储量都集中在其东南部的奥里诺科重油带。MORICHAL区块刚好位于此重油带的CARABOBO油区，该区块地层位于东委内瑞拉盆地南缘的北倾单斜上，油层主要为OFICINA，主要以水平井+电泵+稀释剂的油藏开采方式，以生产重油为主。早期该区块同一平台的生产井分布井眼少、产量低。后来，随着产油量增加及降低开采成本的需求，该区块逐渐开始采用同一平台多井眼布局，井眼采取三维丛式水平井的开采模式，这样同一平台的布井数量是原先的2-3倍，产油量也是翻倍增长。本文主要从该区块地质情况和设计情况出发，详细了解该区块地层的复杂多变性。并根据该区块的地层分布情况、泥浆性能维护情况、油藏保护以及甲方设计需求等诸多因素，讲述了实际的水平井钻井过程中，我们优化钻井设计和钻具组合、合理地使用钻井参数、认真分析实际钻井情况，采取得当的应对方法，最大限度地避免和处理了井下复杂工况，最终大幅度地减少了该地区的钻井周期。也为该地区安全钻井和提高钻井时效，积累了丰富的实战经验，对该区块后期的开发具有很好的指导意义。

1 平台及井眼设计概况

该区域钻井平台的设计情况如下：每个平台约24口井，分2排平行排列，每排由单独的钻机进行连续施工作业，如图1为某平台的井眼分布模拟图。通常每一平台新开井之前，都需要在每排井的某一井眼或者2个井眼内连续钻进2-5分支井眼（分支井眼一般为分支水平井），来获取该平台地层资料，用以作为后期井眼设计的依据。

该区块水平井均为三开三维从式井，一开17-1/2″井眼钻至160m封固疏松砂岩地层，二开12-1/4″井眼造斜点位置井深190m左右，井深约1200m，套管下至目的层入窗点，为水平段钻进提供稳定的井筒环境。二开分别分为增斜段、稳斜段、二次增斜扭方位段，最终完成着陆。本井段第一次造斜率为3°/30m左右，第二次造斜率为6°/30m左右。三开8-1/2″井眼水平钻进至2200m左右，水平段长大于1000m，水垂比2.0左右，最大井斜92°左右，在主力油层OFICINA中穿行，下筛管完井。如下图2和图3为某平台井设计模拟图。

2 施工难点

2.1 地质情况复杂多变

该区块上部为疏松质砂岩，砂岩颗粒大小不等，易发生垮塌，排量过大易冲垮井口。大井眼环空钻井液返速低，岩屑浓度高，停泵后容易造成沉砂卡钻。中部有粘土层存在，以泥岩、泥沙岩为主，成岩性差，易泥包，易造浆，易缩径。中下部为灰页岩与砂岩，疏松性高、渗透性强、地层松软，易造成井壁失稳，易压差卡钻，钻进过程中容易出新井眼。同时，在中下部地层中，时常会有页岩及褐色煤夹层，且易发生掉块，在同一井眼段存在较大地层压力差，易造成井壁失稳，易压差卡钻。下部为主力油层OFICINA，以砂岩为主，地层孔隙度大、渗透性强，容易压差卡钻、井壁失稳、井漏的现象。并且，由于主力油层太软，裸眼段过长，且地层为高孔、高渗透油层，钻进过程中容易出新井眼。

2.2 二开井眼轨迹控制难度大

12-1/4″井眼段为增斜段和稳斜段，最后调整着陆。造斜点位于上部LAS PIEDRAS地层，主要以泥岩、泥沙岩为主，成岩性差，由于地层松软，地层胶结性差，造斜率低下，存在造斜率跟不上的风险，岩层中夹有粘土，棕褐色煤层，易造浆。往下的地层从REITES开始，主要由灰页岩与砂岩组成，非常疏松，渗透性强，井壁不稳定，易造成压差卡钻。由于该区块井眼岩性分布不均匀，地层软，井眼容易缩颈，在下钻过程中时常遇到下钻遇阻现象，甚至经常因遇阻出现新井眼，由于下钻遇阻情况、导致重新侧钻的情况也很常见。

另一方面，由于岩性不均匀，地层软，稍有长时间循环，井斜下降非常明显，给下步入窗前的二次造斜工作带来极大的风险，时有起钻调整螺杆角度的情况。另外，该井眼在接近入窗点附近时需要扭方位作业，再加上地层原因，易出现卡钻的现象。如果发现不及时，就需要较长的时间来处理异常工况，因为卡钻原因，在该区块时常发生的埋井事故。最后，在入窗前，现场地质师会根据录井数据卡层位，从而经常要求多个角度调整井眼轨迹，直至找到目的层为止，因为以上原因，造成的侧钻井不在少数。

2.3 水平段长、水垂比高，定向作业困难

该区块水平井大都是三维井，垂深较浅，地层松软，水平段长大都大于1000m，水垂比大都在2.0左右，如图4。水平段为8 1/2"井眼，岩性以砂岩为主，地层孔隙度大，渗透性强，容易压差卡钻、井壁失稳、井漏。在水平段钻进时，由于地层松软，所以在该井队不允许出现较长时间的泥浆循环和钻具静止，因为这样极容易出现新眼。然而，在实际施工过程中，甲方地质师经常会在水平段钻进过程中调整目的层，由于上部井段进行过扭方位作业，导致定向施工异常困难。与此同时，该区块地层松软，钻时快，在整个钻井过程中，定向井不仅要进行定向作业，还要提供测井数据，甲方对于随钻测井质量要求高，这在一定程度上制约了钻进速度，同时也增加了钻井风险。

2.4 油层井壁不稳定

该区块地层油品为重质油，重质油容易侵入，污染钻井液，储层含有泡沫油，油层钻进时会有大量气泡侵入钻井液体系，影响仪器信号，同时也会对泥浆性能产生影响。这样就存在井壁不稳定，有坍塌的可能性。

3 技术措施及施工过程

3.1 直井段

在直井段钻进时，先使用小钻压，将第一根钻杆钻进地层，保证上部井眼垂直，控制排量，主要要防止冲垮井壁，防止卡钻事故发生。由于一开直井段地层非常松软，该井段的打直工作，对于后期的定向作业至关重要。

3.2 二开增斜及入窗段

二开初始增斜段大概680m，以滑动定向钻进与旋转复合钻进方式交替进行，由于定向钻进时地层非常软，影响增斜效果，因此要求小钻压1-2t，小排量25-28l/s钻进。钻进过程中要加强测量工作，待形成比较稳定的井眼曲线和比较理想的造斜率之后，根据各个平台的实际情况逐步加大排量至30l/s左右钻进，鉆压可增至7t，且在钻进过程中，接立柱时，坚持划眼两遍以上，循环泥浆，确认井下安全再进行接单根，虽然这样做会在一定程度上影响增斜效果，但是从根本上可以有效的提高井眼清洁能力，稳定井壁，防止卡钻事故的发生，但是同时，也增加了出现遇阻和出现新井眼的情况发生的几率，这就要求钻具在循环过程中不能长时间在某处定点循环和旋转钻具，减少冲刷和划出新眼的可能性。该增斜段需要精确控制终点的井斜和方位，该终点处的井斜大都在66°左右。

二开稳斜段大概30m左右，需要稳定井斜和方位，因为需要在该稳斜段下入电潜泵。该段虽然短，但是更需要注意钻进时的定向操作，尽量使用钻压来控制井眼轨迹，避免采取定向的模式达到稳斜的效果。如果该段稳斜效果不好，很可能需要调整设计，进行侧钻作业，以达到预期的目的。

稳斜段结束后，开始第二次增斜作业。需要进行增斜扭方位，大概钻进340m，扭方位30°-40°。本井段的施工，由于需要扭方位作业，磨阻和扭矩会逐步加大，同时也会钻入目的层附近，此处的地层压差较大，稍不留神，就会出现压差卡钻，再加上现场的地质师会根据LWD数据要求随时调整轨迹，使钻井风险加大，现场的当地司钻操作水平不一，稍有不慎，就会在一定程度上增加井下风险，对于定向井轨迹控制带来一定的负面影响。为此，本段施工，需要定向井工程师特别留意，及时计算轨迹，给现场地质师提供合理的建议，坚决在钻台控制司钻操作，加强测斜，注意地层的变化，及时调整造斜段长度。如果发现异常的造斜率，达不到设计要求时，要坚决及时起钻，调整螺杆角度，以免轨迹失控，待正常后，根据实际情况再决定是否调整螺杆角度。

二开井段要严格控制顶驱转速在每分钟40转左右，要加强测量工作，以免轨迹控制失控。另外要做好短起下工作，进入目的层50m后，建议搞一次长短起下至套管鞋。井斜超过30°左右，造斜率和井壁稳定的情况下，排量在泵压允许的前提下，尽量保持在30L/s以上，确保井眼畅通，根据实际情况，增加短起下次数，打完立柱，尽量提高排量清洁井眼。

在二开井段结束时，要适当的将井底井斜角比设计增大2°左右，根据以往的经验，该井段正常循环时，井斜也会降1°-2°，下套管后，会降斜更多，这里要尤其注意。

3.3 水平段钻进

三开为水平段，地层主要以砂岩为主，地层孔隙度大，渗透性强，容易压差卡钻、井壁失稳、井漏、气侵严重。一般都是出套管就定向，一定要注意固井质量，注意井下安全，此处因水泥掉块卡钻的事故不在少数。在实际钻进中，本井段主要钻遇的是未固结砂岩，尽量以复合钻进为主，要特别注意压差卡钻。尽量用钻压来控制井眼轨迹，钻压控制在2～5T。接立柱时，坚持划眼两遍以上，循环泥浆，充分破坏清除砂床，确认井下安全再进行接单根，防止卡钻。需要定向钻进时，提前混入Nafta，确保钻井液具有良好的润滑性能。另外，在钻进过程中，由于钻遇的地层饱含油气，若气体较多时，尽量控制钻时，钻完一个单根，充分循环一次，确保井下安全。

3.4 优化设计

经过多口井的实际施工，在该区块水平井作业时，需要根据甲方给予的设计资料进行水平井优化设计，考虑到甲方需要稳斜段的需求，考虑到初始增斜时，井眼大，地层非常松软，非常不易增斜，又不能中途更换钻具，经过多次考虑和借鉴当地其他公司在该区块的施工经验，取长补短，将该区块水平井设计为二次增斜的剖面，做好防碰扫描，采用悬链式轨迹设计，适当降低第一次增斜率至2°-3°/30m，随后按照要求留足稳斜井段，将第二次增斜扭方位井段的造斜率提高至5°-6°/30m左右，同时利用专业软件进行磨阻水利分析，确保设计轨迹能够实现优快钻井目的。这样总体下来，既能克服地质条件的限制，又能解决实际问题。存在的风险是，如果第二次造斜率不够时，会被迫起钻调整螺杆角度，这样的情况极少发生，但是确实也发生过，一般都是由于地层突然变软，地质师要求调整轨迹的情况下发生，不过到目前为止并没有发生过工程事故。

3.5 优化钻具组合

经过近百口井的的施工经验，在优化钻具组合上面，首先，在12-1/4"井眼施工时，在钻具组合中，由加重钻杆替代常规的钻铤，一方面既能给保证稳定的钻压输出，又能保证震击器有效工作，另一方面，可以使得井眼泥浆流动间隙增大，减少磨阻扭矩，在很大程度上减少了井下复杂情况下，减少了因钻具刚性太强问题而造成的各种卡钻事故、断钻具事故、以及埋井事故等。在使用螺杆钻具时，12-1/4"井眼设计中最大狗腿虽然为6°/30m左右，但是用1.5°的螺杆无法完成第一次和第二次增斜任务，无法钻完整个二开井眼，尤其第二次要求的6°/30m造斜率，非常的关键。螺杆角度选择中，必须要求比1.5°大一个级别。再次，在8 1/2"井眼施工中，由于水平段长，水深较浅，地层松软，泥浆性能受目的层影响较大，需要在钻井过程中及时地倒装钻具组合中加重钻杆的下入数量及位置，做好防托压措施。

3.6 维护好全井的泥浆性能

全井钻井液要做好优化配方设计，满足全井段疏松地层井壁的稳定性，水平段井眼的清洁能力，保护好储层。

二开钻井过程中，需要补充泥浆时先配好泥浆再混入体系，严禁直接加水，二开上部泥岩造浆段适当放大失水，进入后半段及底部时严格控制失水。定向前混入Nafta，如果出现托压或拉力异常，可根据情况加入润滑剂，进入油层段前，提高钻井液Nafta含量。

三开水平段钻进时，日常维护主要以补充防塌降失水剂为主，适当加入抑制剂。三开为油气层段，使用细目钙提高泥浆密度。全井段控制失水，保障井壁稳定，振动筛返砂正常，没有掉块现象。该区块地层油品为重质油，在水平段油层中钻进过程，重质油容易侵入，污染钻井液，需要提前混入适量Nafta以达到稀释溶解沥青质、胶质目的，保持稳定的泥浆性能。储层油藏属于泡沫油，油层钻进时会有大量气泡侵入钻井液体系，钻井液会有部分气泡浮在表面，气泡较少时不影响正常钻进和定向仪器信号，如果气泡较多可加入适量消泡剂、柴油消泡。同时要做好储层保护，该区块在施工工过程中存在气侵现象，同时考虑井壁稳定等因素，现场使用细目钙提高泥浆密度，混配不同粒径的细目钙，改善钻井液泥饼质量，维护井壁稳定，有效防止钻井液深入储层。

3.7 做好事故预防及处理措施

该区块钻进过程中常见的事故复杂多为遇阻和压差卡钻。

当遇阻时，有可能是缩颈所致。这就要求在钻进上部泥岩段时，要保持钻井液中有足够有效含量的抑制剂，易缩颈井段，尽量提高钻井排量，紊流冲刷井壁，适当扩大井眼;砂岩或砾岩层尽量提高泥饼质量，勤搞短起下，破坏虚泥饼。尽量避免出现狗腿度过大的井段，破坏键槽，严禁高速提拔钻具。总之，定向井工程师要明确知道目前所钻地层，分析遇阻段形成的原因。当出现遇阻现象时，做出及时正确的判断至关重要，再采取相应的措施进行处理。由于全井所钻井段都很软，遇阻时，出现新眼的可能性极大。需要定向井工程师全程钻台值班，遇见险情及时与现场甲方负责人协商处理措施和方案，严禁私自操作带来严重后果。

当钻遇岩性变化的地层时，及时合理调节钻井液流变参数，尽可能实现平衡钻井，加重时严格做到均匀、稳定，密度不能大起大落，在进入油层前，适当提高含油量，减少压差。该区块一般情况下卡钻是由压差引起的压差卡钻，卡钻的处理措施听从甲方指令，采取泡解卡剂和泡油的方式解卡，一般都能顺利解卡。

4  现场技术应用效果

委内瑞拉重油带Morichal区块从式三维水平井钻井利用上述钻井技术，安全成功的施工近5年，在最近的2年当中，由于技术支持到位，措施得当，未因定向井技术原因造成一起事故复杂情况，未造成一起钻具埋井事故，同时也大幅度地减少了钻井周期。而在此区块钻井的过程中，历史资料显示，几乎每年都有定向井LWD工具落井和埋井的事故，因此而造成的经济损失极大，也在很大程度上增加了钻井周期。实践证明，上述的水平井钻井技术分析和成功应用，为该区块安全钻井提供了较不错的指导意义，效果良好。表一为结合5年多的实际经验，在近2年取得的成果。

5  结論与认识

1）井眼轨迹优化和钻具组合优化，为良好的轨迹控制技术提供了保障，实现了该区块浅层疏松地层高造斜率和长水平段优快钻井技术。

2）良好的泥浆体系的是该区块水平井钻进的另一个安全保障，需要各方加强协作和沟通，达到优快钻井的目的。

3）现场定向井工程师的作业经验尤为重要，要有较强的地层分析能力，要有较强的技术水平，要具有较强的实战经验来解决现场出现的问题。

4）通过对该区块水平井安全钻井的研究，有效解决了井下的复杂问题，学习并积累了处理复杂事故的实际经验。

参考文献：

[1] 陈雷 杨国彬 张玮 吴萌.委内瑞拉奥里诺克胡宁区块从式三维水平井安全钻井技术。天然气工业。2016.36（8）： 100-106。.