肯基亚克盐下油田H8089水平井安全钻井技术

2022-01-23章增光陈志勇薛继彪唐习之

西部探矿工程 2021年12期

章增光，陈志勇，薛继彪，唐习之

（中国石油西部钻探公司国际工程公司，新疆乌鲁木齐 830000）

肯基亚克盐下油田位于西哈萨克斯坦滨里海盆地东缘肯基亚克构造带上，区域构造属于乌拉尔—恩巴盐丘构造带。地层序列自上而下为白垩系、侏罗系、下三叠统、上二叠统、下二叠统和石炭系储油层，见表1。石炭系碳酸盐岩储层是盐下油田主力开发层，油气异常活跃，单井产量高，并含有H2S腐蚀性有毒气体。

表1 H8089井地质分层及岩性表

H8089 水平井为四开次井身结构、石炭系目的层专打，其中四开∅149.2mm钻头钻至井深5086m完钻，水平段长度605m，裸眼完井及下入带遇油膨胀封隔器的一体化完井管柱见图1。

图1 H8089井实钻井身结构图

1 盐下水平井钻井技术难点分析

肯基亚克盐下油田前期钻井实践表明，钻井周期长、机械钻速慢及事故复杂多一直是制约盐下油田高效开发的主要瓶颈，而对于水平井井型，面临的钻井难题将进一步放大，水平井主要技术难点为：

（1）上二叠统地层易斜，防斜打快难度大。

（2）孔谷阶盐层、下二叠统地层井壁失稳，以及盐层下部有高压气层。

（3）下二叠统及石炭系可钻性极差。

（4）下二叠统地层窄密度窗口，井漏、气侵，复杂时率高。

（5）裂缝性风化壳及石炭系顶部，易发生恶性井漏。

（6）石炭系井漏及高含硫、水平段钻具阻卡。

（7）技套高密度固完井难度大。

2 技术对策

针对上述肯基亚克盐下水平井钻井施工的突出复杂和技术难点[1-3]，H8089 水平井从以下几方面提出相应技术对策。

2.1 水平井轨道优化

为减小水平井钻井摩阻和扭矩，重点从井眼轨道设计入手设计出摩阻扭矩较小的井眼轨道及确保作业难度大的滑动钻进顺利定向施工[4-5]。

（1）靶前距和造斜率的选择。H8089 水平井造斜点选择在3750m 左右的稳定地层及避开孔古阶盐层。根据盐下油田的油藏埋深，选取水平段长约600m，靶前位移分别选取200m、300m、400m、500m、600m 及700m，进行井眼轨道优化试验，对比显示本井靶前位移控制在500m左右较为合理，见图2。

图2 不同靶前位移摩阻扭矩值模拟计算图

根据石炭系油藏垂深4375m，结合前期对靶前位移、造斜点的优选，分别选取不同造斜率进行软件模拟，计算分析不同造斜率条件下的钻具摩阻扭矩情况，综合对比优选最优的造斜率，可知扭矩值最低值时对应的造斜率在4.5°/30m左右，见图3。

图3 不同造斜率摩阻扭矩值模拟计算图

因此，H8089 水平井选取靶前位移500m、造斜率在4.5°/30m左右进行轨迹设计。

（2）井眼轨道类型优选。确定靶前位移和造斜率后，基于水平段钻遇石炭系储层非均质性强，靶窗垂深深度精确预测和入地质靶窗均困难，同时考虑到定向仪器误差等因素，将H8089井眼轨道优化为“直—增—稳—增—水平”五段制剖面[6]，设计参数见表2。

表2 H8089水平井井眼轨道设计

2.2 个性化钻头优选

利用盐下已钻邻井测井数据，通过岩石力学分析软件反演计算得出区域岩石力参数特征，见表3。

表3 地层岩石力学参数表

根据上述地层岩石力学特性参数剖面，分析对比已钻井实钻钻头的使用经验，优化形成高效破岩钻头系列如表4所示。

表4 钻头优选序列表

2.3 配套提速工具优选

（1）盐上易斜直井段（1200～3300m）、∅311.2mm井眼。盐下水平井造斜点较深，二叠统孔谷阶泥岩、砂岩及盐膏层段，即上二叠统井深3300m 以上地层容易发生井斜，前期已钻井基本采用钟摆钻具组合吊打的方式，提速与井身质量控制矛盾较为突出。因此，根据已钻井实钻经验，结合国内外的成熟防斜打直技术，建议井深3300m以上地层防斜打直的主要应对技术预案为：带螺杆复合钻井，并加装MWD 工具便于纠斜，控制井身质量及提速。

（2）下二叠统造斜段（3727m 至A 点）、∅215.9mm井眼。针对盐下下二叠统造斜段岩石抗压强度高，研磨性变强，可钻性变差，机械钻速极低，主要提速应对技术预案为可调式高速涡轮+孕镶PDC 钻头，利于钻硬及研磨性地层[7]。

（3）水平段钻进、∅149.2mm井眼。为提高肯基亚克水平段石炭系难钻地层的钻速，提速方式为加装旋转导向工具提速，它是在钻柱旋转钻进时，随钻实时完成导向功能的一种导向式钻井系统，能有效防止托压，大幅度地提高钻井速度，并能精确控制轨迹[8]。

2.4 钻井液体系优化

肯基亚克盐下已钻井的井径扩大情况为：二开孔谷阶盐层井径扩大率为25%左右；三开下二叠统地层阿尔琴阶—阿塞利阶井径扩大率最多在25%左右；可见，可见孔谷阶盐层、下二叠统属于不稳定地层。

因此，针对H8089井二开、三开不稳定地层选用强抑制的聚磺饱和盐水钻井液体系，该体系的性能评价如图4、图5 所示，可见具有良好抗污染性能和强抑制性能力。

图4 体系抗污染性能评价

图5 体系抑制性评价实验

综上所述，一开采用两性离子聚合物、二开采用欠饱和盐水聚合物/饱和盐水聚磺体系，三开采用饱和盐水聚磺体系，四开采用钾盐聚磺体系。

3 现场施工情况

肯基亚克盐下复杂井通过上述一系列优化技术措施的落实，H8089 水平井自2019 年7 月25 日开钻，于2019 年12 月27 日顺利完钻，完钻井深为5086m/垂深4373.80m，水平段长605m（A点4481m至B点5086m）。

周期和复杂情况：H8089 井钻井周期154.63d，相比前期同类井平均钻井周期208.25d 缩短了53.62d 及25.75%；平均事故复杂时率0.35%，相比前期同类井平均事故复杂3.70%降低3.35%。

钻头钻速情况：H8089 井使用优选钻头序列和配套提速工具机械钻速取得突破，平均机械钻速为3.56m/h，相比前期同类井平均2.43m/h提高46.51%。

其中，螺杆+个性化高效PDC钻头提速情况：二开直井段311.2mm 井眼采用螺杆+川石SP1935 系列PDC 钻头实施复合钻井方式，应用井段平均机械钻速4.42m/h，相比前期同类井平均3.13m/h提速41.21%。

涡轮工具+孕镶钻头提速情况：H8089 井三开215.9mm井眼使用斯伦贝谢高速涡轮+K705孕镶金刚石钻头，应用井段平均机械钻速1.75m/h，相比前期同类井螺杆+MWD的常规复合钻进方式平均0.86m/h提速103.49%。

旋转导向工具提速情况：H8089 井四开水平段149.2mm 井眼应用斯伦贝谢旋转导向工具+XS516 型PDC钻头，应用井段平均机械钻速6.43m/h，相比前期同类井平均机械钻速1.64m/h，提速292.07%，同时，H8089井用单只钻头就钻完整个605m水平段。

钻井液使用情况：针对二开盐层及三开下二叠统不稳定地层，H8089 井应用高密度聚磺饱和盐水钻井液体系效果良好，有效降低了事故复杂时率和井下阻卡，在钻进过程中无坍塌掉块及阻卡现象；同时，四开水平段应用钾盐聚磺体系返砂正常，起下钻开泵顺利；水平段摩阻系数控制在0.05以内，滤饼质量良好，无粘卡现象，无托压现象。