海水快钻及深钻大斜度井段技术的实践探索及突破

刘永峰 覃建宇

摘 要：南海大位移井作业过程中，在浅地层大尺寸大斜度井眼使用泥浆钻进中时常出现携砂不彻底，下套管遇阻等复杂情况，工期长、时效低、费用也高。为解决大尺寸大斜度井眼钻速提升瓶颈、钻屑携带困难以及下套管遇阻等问题，探索尝试在惠州某油田大位移井连续造斜井段采用海水快钻深钻，实际取得了钻深及机械钻速大幅提升及突破、时效翻倍、套管顺利下入且未出现井壁稳定性等复杂情况。相关配套技术及工艺对今后简化并提高大位移井浅地层连续造斜段以及大尺寸高狗腿井眼钻进施工及设计具有指导及借鉴意义。

关键词：海水深钻;海水快钻;连续造斜井段;大位移钻井;大尺寸井眼

中图分类号：TE242 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）02-0143-02

在南海东部惠州油田大位移井项目中，按照以往的作业实践及经验，浅层钻进采用部分水解聚丙烯酰胺水基泥浆闭路循环钻进，开发过程中出现多起钻井液携砂不彻底、钻速偏低，下套管不到位等一系列问题，严重影响了钻井安全及提速提效。为此，项目组根据第一性原理，大胆提出了利用海水快钻、深钻技术设想，实施下来，不但保证了井下安全，也实现了提速提效新突破[1]。

1地质概况

项目位于中国南海珠江口盆地，地层属新生代沉积，所应用大位移井浅地层连续造斜井段以韩江组以上地层为主，项目六口井分两批进行批钻，详见表1上部浅地层地质信息。

2典型井相关数据

2.1井身结构设计

该批次大位移井使用五开结构进行设计。具体井身结构设计如下：一开打桩锤入?609.6mm隔水导管至泥面以下55m;二開钻表层?558.8mm井眼，下入?473.1mm表层套管;三开钻?406.4mm连续造斜至水平井眼，下入?339.7mm套管;四开钻?311.15mm水平井眼，下入?244.5mm套管;五开钻?215.9mm井眼至设计井深，优质筛管防砂或中心管控水方式完井。

2.2浅地层连续造斜轨迹情况

该批次大位移井浅层造斜井段使用?558.8mm和?406.4mm两个井段组合完成，其中使用?406.4mm井眼位连续造斜，完成直井段到水平井段的过渡。典型井轨迹数据见表2。

3连续造斜段钻井难点

3.1井壁稳定性差、易卡钻，套管下不到位

该油田大位移井连续造斜井段地层为为上中新统粤海组-中新统韩江组，由泥、粉砂质泥岩组成。胶结疏松，古河道发育，在垂深700m-890m井段砂砾岩层段发育普遍，地层薄弱，易漏失和发生井壁坍塌卡钻。在前期探井及开发井中均出现表层缩径、起下钻遇阻遇卡以及套管无法下到位的情况卡钻风险高，工程施工难度大。

3.2井眼清洁困难

由于浅部地层岩性以泥岩为主，以往在该区域钻井过程中经常出钻进液携砂不彻底，井壁虚泥饼缩径，起钻困难并憋漏地层[2]。

3.3钻井效率及速度十分低

使用常规泥浆钻井，机械钻速维持在20m/h-50m/h左右，机械钻速低导致井眼裸露时间长，井下复杂情况频发，浅地层作业耗时长。

4海水快钻深钻配套技术

4.1海水钻进+膨润土悬浮岩屑稳定井壁实现快速钻进技术

（1）充分利用海水的分散溶解能力，配合膨润土浆的高悬浮及携带能力，在易水化分散和易垮塌的上部地层，形成较大且干净的井眼，同时利用海水对泥岩的分散特性，协助大幅提高钻速，极大的缩短了钻井周期，在井壁失稳周期内获得了更多的时间窗口[1]。

（2）在连续造斜井段钻进过程中，选用了高排量定向井工具（最大排量4500L/min），配合?149.2mm钻杆使用，最大程度的提供足够的环空返速，提高了井眼清洁效果，在?558.8mm和?406.4mm井眼中环空返速最大可达到0.7m/s的接近理想状态[2]。

（3）钻进过程中，用海水钻进，每钻进一柱，替1.5倍所钻井眼体积的稠膨润土提高井壁支撑稳定效果，同时悬浮未及时返出的钻屑防止钻屑沉降。可以计算好顶替量，保证停泵接立柱时搬土浆至少返至底部大钻具以上，防止钻屑下沉造成井眼携砂效果不好以及井下钻具沉砂卡钻。

4.2优选钻具组合及钻井参数实现连续造斜钻进技术

通过优选“牙轮加马达”的钻具组合，使用IADC115的铣齿牙轮钻头保证足够的钻头攻击力，配合高造斜率马达（弯角1.5°，理论造斜率8°/30m以上），大排量高钻压，能够保证在大井眼疏松地层的连续造斜能力，同时能够最大限度的提高钻进速度，极大的缩短了裸眼浸泡时间。钻具组合： ?406.4mm牙轮钻头（喷嘴28*3+20）+?244.5mm马达（弯角1.5°）+?241.3mm随钻测量工具+?203.2mm扶正器+ ?203.2mm浮阀接头+?203.2mm非磁钻铤+?203.2mm定向接头+?203.2mm配合接头+?149.2mm加重钻杆*3根+?203.2mm配合接头+?203.2mm液压震击器+?203.2mm配合接头+?149.2加重钻杆*12根[3]。

4.3极限短起下缩短井眼暴露时间技术

在三口大位移井1600m深的连续造斜井段，第一口井中，在中间进行了一次短起下清洁井眼，到第二口井取消中途短起下，再到第三口井取消了全部短起下，一次性钻至目的深度后，井眼垫满1.5倍井眼容积的膨润土浆，井眼裸露时间进一步减少，稳定性得到了极大的保障。即使中间因为天气等待材料，也保障了后续套管的顺利下到位。

4.4快速下套管缩短井眼暴露时间技术

在下套管方面，为了提高下套管速度，选用了液压卡盘配合气胀护丝技术。液压卡盘直接节省了打背钳及操作手动卡瓦，作业流畅性大幅提高，尤其是节省了前期下套管打背钳的繁琐操作;气胀护丝在保护套管扣不受损伤的同时，拆卸护丝时间由原来普通护丝2min-3imn一个缩短至1s-2s一个，操作相当简便。在本批井中下套管速度得到了极大的释放，也实现了下入速度的新突破，13-3/8″套管实现了18.6根/小时，9-5/8″套管下入速度达到23根/小时。

5实践效果及突破

5.1实践效果

项目第一批海水浅地层快钻井，在1000m当量井深全程平均机械钻速达到205.45m/h。第二批实施深钻探索，在连续造斜井段最大井斜73°的情况下，实现最深钻井至1635m，全程平均机械钻速达到了85.51m/h，?339.7mm套管最快下入速度达到了18.6根/小时，单井段作业周期较同等类型井节约工期3d-4d，实现了海水深钻在深度及井斜角上的新突破[1，3]。

5.2 实践突破

对比邻近区域采用部分水解聚丙烯酰胺钻井液体系所钻数十口井，在井斜不变的情况下，平均机械钻速提速达到210%，如果使用在連续造斜井段，可以有效完成水平段的过渡，即降低了钻井液成本，又极大的缩短了钻井周期，使得其中一口井以22.59d打破2018年中海油5000m～5500m井深水平井钻井周期最短纪录，各井钻井周期平均降低35%以，上取得了良好的经济及安全效益。

6结语

（1）使用海水替代部分水解聚丙烯酰胺钻井液体系更好的解决了大尺寸井眼浅层连续造斜井段的井眼清洁问题，有效利用泥岩水化作用并辅助大排量循环携砂以及采用膨润土浆的悬浮岩屑并支持井壁，在大尺寸井眼中的清洁效果明显好于部分水解聚丙烯酰胺钻井液体系，且不会造成井壁稳定性方面的问题。

（2）在海水钻井液体系的水化作用下，选用马达牙轮钻具组合并辅以高排量大钻压可以有效提高泥页岩的破碎效果并大幅提高钻井效率，极大的提高了钻进速度。

（3）考虑井壁稳定性，需要尽可能降低井眼的浸泡时间，提高机械钻速及取消短起下钻均是是可行及十分有效的措施之一。

（4）在浅地层疏松井段，如果要实现连续大狗腿造斜效果，合适弯角的马达钻具表现效果良好，在用海水作为钻井液钻进中，也可以大幅提高机械钻速，同时保证连续造斜效果。

参考文献

[1] 叶周明，刘小刚，马英文，等.膨润土钻井液深钻技术在渤海某油田的应用[J].石油钻采工艺，2015，37（06）：53-56.

[2] 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（03）：106-110.

[3] 魏宏安，张武辇，唐海雄.超大水垂比大位移井钻井技术[J].石油钻采工艺，2005（01）：1-5+8-79.