宋吉明，覃建宇，劉永峰，張 超

（1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)深圳分公司，廣東深圳 518067；2.中海石油（中國(guó)）有限公司深圳分公司，廣東深圳 518067；3.中海油服深圳作業(yè)公司，廣東深圳 518067）

改革開(kāi)放40 年來(lái)，中國(guó)經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，能源需求持續(xù)快速增長(zhǎng)，原油對(duì)外依存度接近70 %，逼近國(guó)際公認(rèn)的能源安全警戒線，加大國(guó)內(nèi)石油勘探開(kāi)發(fā)力度刻不容緩，中國(guó)油企任重道遠(yuǎn)。同時(shí)，面對(duì)日新月異的科技進(jìn)步，新能源和替代能源快速發(fā)展，正在部分替代傳統(tǒng)能源，這也給傳統(tǒng)油氣行業(yè)帶來(lái)深遠(yuǎn)影響。在此背景下，國(guó)際油價(jià)可能將在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)低位徘徊。石油行業(yè)必須有效管控成本，通過(guò)降本增效提高油氣開(kāi)發(fā)綜合效益[1]，提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和生存能力，在未來(lái)的油氣領(lǐng)域，誰(shuí)控制了成本，誰(shuí)就贏得了競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)和生存空間。鉆完井投資占中國(guó)海上油氣勘探開(kāi)發(fā)生產(chǎn)投資半壁江山，是管控成本、提高資產(chǎn)收益的關(guān)鍵一環(huán)。

在海上石油鉆完井作業(yè)管理中開(kāi)展降本增效工作，對(duì)于油企降低桶油成本的提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力至關(guān)重要，自2014 年國(guó)際油價(jià)斷崖式下跌，南海東部鉆完井人繼承和發(fā)揚(yáng)中國(guó)海油優(yōu)快鉆完井精神，堅(jiān)持緊緊圍繞高質(zhì)量發(fā)展，著眼于新情況、新問(wèn)題，立足于實(shí)際，著力于實(shí)效。通過(guò)開(kāi)展一系列技術(shù)創(chuàng)新和管理創(chuàng)新，取得了一系列的鉆完井新技術(shù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)成果和良好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

本文以惠州32-5/33-1 油田表層鉆井提效降本為例，通過(guò)優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)、優(yōu)選鉆頭及BHA，精細(xì)化井眼清潔措施和井眼軌跡控制技術(shù)，結(jié)合優(yōu)快鉆井的管理實(shí)踐安全高效完成首批3 口井表層，鉆井效率較鄰近區(qū)塊提高一倍以上。通過(guò)總結(jié)和研究，形成了一套適應(yīng)于本區(qū)域海上表層快鉆配套技術(shù)及管理創(chuàng)新，對(duì)于海上表層鉆井提速降本具有一定的借鑒和指導(dǎo)意義。

1 地質(zhì)及工程概況

1.1 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

惠州32-5/33-1 油田基本設(shè)計(jì)井身結(jié)構(gòu)為四開(kāi)設(shè)計(jì)：一開(kāi)打樁錘入φ609.6 mm 隔水導(dǎo)管至泥面以下55 m，二開(kāi)鉆表層φ404.4 mm 井眼，下入φ339.7 mm表層套管；三開(kāi)鉆φ311.15 mm 井眼至著陸井深，下入φ244.5 mm 套管；四開(kāi)鉆φ215.9 mm 井眼至設(shè)計(jì)井深，優(yōu)質(zhì)篩管防砂及中心管控水方式完井，詳細(xì)井身結(jié)構(gòu)（見(jiàn)表1）。

表1 惠州32-5/33-1 油田典型井身結(jié)構(gòu)表

1.2 表層定向井設(shè)計(jì)

惠州32-5/33-1 油田槽口信息，該油田導(dǎo)管架平臺(tái)共有16 個(gè)660.4 mm 井槽，井槽排列：4×4，井口間距：2.2 m×2.0 m，計(jì)劃初鉆13 口井（包括3 口大位移井），預(yù)留3 個(gè)井槽。

2 表層鉆井技術(shù)難點(diǎn)及風(fēng)險(xiǎn)

2.1 井壁穩(wěn)定性差、易卡鉆

惠州32-5/33-1 油田表層地質(zhì)層位為上中新統(tǒng)粵海組-上新統(tǒng)萬(wàn)山組：底界深約945 m 垂深，由泥、粉砂質(zhì)泥巖組成。膠結(jié)疏松，古河道發(fā)育，在垂深700 m～890 m 井段砂礫巖層段發(fā)育普遍，地層薄弱，易漏失和發(fā)生井壁坍塌卡鉆。在惠州區(qū)塊鉆井過(guò)程中，探井、開(kāi)發(fā)井及調(diào)整井作業(yè)中均在表層發(fā)生過(guò)多次卡鉆事故，僅惠州25-8 油田在表層鉆井作業(yè)中就發(fā)生3 次卡鉆事故，卡鉆風(fēng)險(xiǎn)高，工程施工難度大。

2.2 軌跡控制困難

惠州32-5DPP 為一座4 樁腿小平臺(tái)，井口間距僅為2.2 m×2 m，設(shè)計(jì)13 口井，平均井深達(dá)4 550 m，井口槽間距近，井眼必須盡早分離，防碰風(fēng)險(xiǎn)較高。

為兼顧兩個(gè)油田開(kāi)發(fā)和實(shí)現(xiàn)油藏邊鉆邊調(diào)整思路，需要在表層提前造斜，以3°/30m 造斜率連續(xù)造斜至60°左右，為下一井段長(zhǎng)延伸段軌跡做好準(zhǔn)備，井眼軌跡控制要求高、難度大。

2.3 井眼清潔困難

該油田13 口井表層鉆井中，有10 口井平均井深950 m，剩余3 口大位移井表層平均井深1 500 m，惠州區(qū)域表層井段地層巖性以泥巖為主，泥巖粘、軟，塑性強(qiáng)，極易水化，前期探井鉆進(jìn)過(guò)程中，使用φ311.1 mm井眼在該區(qū)域表層井段鉆井過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)出泥餅、泥球等現(xiàn)象，起鉆困難，倒劃眼起鉆困難憋漏地層造成的井下復(fù)雜情況也時(shí)有發(fā)生。砂礫巖發(fā)育井段易垮塌，井眼清潔困難。

在該區(qū)域鄰近平臺(tái)，由于表層卡鉆事故頻發(fā)，該地區(qū)的表層鉆井效率一直較低，平均ROP 僅60 m/h～70 m/h，鉆井周期偏長(zhǎng)。

3 表層鉆井提效模型分析

針對(duì)該區(qū)域表層鉆井的困難和海上鉆井作業(yè)降本增效的迫切需求，必須結(jié)合實(shí)際，因地制宜、量體裁衣的制定一套表層鉆井提速方案。

鉆井提速是一項(xiàng)系統(tǒng)工程[2]，包括技術(shù)儲(chǔ)備、裝備能力、鉆井工藝技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)組織管理等。僅僅依靠某一單項(xiàng)技術(shù)來(lái)加快鉆井速度和提高鉆井整體作業(yè)效率是不夠的，只有從鉆前調(diào)研、設(shè)計(jì)優(yōu)化、優(yōu)化工序工藝和鉆井過(guò)程持續(xù)改進(jìn)、完善配套工具、儀器及裝備、周密的生產(chǎn)組織和精準(zhǔn)管理等方面多管齊下，才能達(dá)到表層鉆井的整體提效降本的目的。

在此背景下，僅考慮技術(shù)與作業(yè)組織這兩大主線方向下，采用系統(tǒng)分析方法，對(duì)表層鉆井提速的要素進(jìn)行梳理和分析，形成思維導(dǎo)圖（見(jiàn)圖1）。

圖1 表層鉆井提速要素系統(tǒng)分析圖

4 表層鉆井提效技術(shù)措施

4.1 優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)及鉆具組合

（1）井眼尺寸由φ444.5 mm 優(yōu)化為φ406.4 mm，減小表層裸眼暴露面積可以顯著降低井眼坍塌的概率和風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)在相同機(jī)械效能比的情況下，小尺寸鉆頭比大尺寸鉆頭擁有更高的ROP 表現(xiàn)，利于表層鉆速的提高。

（2）通過(guò)優(yōu)選鉆具組合，使用IADC115 的銑齒牙輪鉆頭保證足夠的鉆頭攻擊力，配合高造斜率電動(dòng)機(jī)（彎角1.5°，理論造斜率8°/30m 以上），在保證淺層造斜率的同時(shí)，能夠最大限度的提高鉆進(jìn)速度。鉆具組合如下：φ406.4 mm 牙輪鉆頭（噴嘴28×3+20）+φ244.5 mm電動(dòng)機(jī)（彎角1.5°）+φ241.3 mm 隨鉆測(cè)量工具+φ203.2 mm扶正器+φ203.2 mm 浮閥接頭+φ203.2 mm 非磁鉆鋌+φ203.2 mm 定向接頭+φ203.2 mm 配合接頭+φ149.2 mm加重鉆桿×3 根+φ203.2 mm 配合接頭+φ203.2 mm 液壓震擊器+φ203.2 mm 配合接頭+φ149.2 mm 加重鉆桿×12 根。

4.2 井眼清潔措施

考慮到惠州油田表層井段為粵海組和萬(wàn)山組的巨厚泥巖，灰質(zhì)砂巖互層，成巖性差，地層疏松且易水化分散的特性；同時(shí)，該地區(qū)表層井段鉆遇砂礫巖及古河道發(fā)育地層疏松易垮塌，因此優(yōu)選海水+稠搬土漿的組合進(jìn)行表層鉆進(jìn)，替代了以往南海東部常用的海水+胍膠為主的鉆進(jìn)清潔井眼泥漿作業(yè)方案。實(shí)踐表明，利用海水搬土漿在該油田表層區(qū)塊鉆進(jìn)具有釋放鉆進(jìn)參數(shù)、提高鉆速、適當(dāng)擴(kuò)大井徑等優(yōu)點(diǎn)，從而達(dá)到了快速鉆進(jìn)、減少井下復(fù)雜情況和安全環(huán)保的目的[3]。

（1）表層鉆進(jìn)過(guò)程中，選擇了最大排量4 500 L/min的高排量定向井工具，配合φ149.2 mm 鉆桿使用，可以降低泥漿泵壓力并最大程度的提供足夠的環(huán)空返速，在φ406.4 mm 井眼中環(huán)空返速可達(dá)到0.7 m/s 的理想狀態(tài)，利于井眼清潔。

（2）稠搬土漿較胍膠而言，攜巖能力更強(qiáng)，搬土漿密度較胍膠高，在易水化分散和易垮塌的表層井段，能夠形成較厚的泥餅，具備一定的維持井壁穩(wěn)定的功能。

（3）鉆進(jìn)過(guò)程中，用海水鉆進(jìn)，每鉆進(jìn)一柱，替2 倍所鉆井眼體積的稠搬土漿（約8 m3）墊至井底，計(jì)算好頂替量，保證停泵接立柱時(shí)搬土漿至少返至底部大鉆具以上[4]，防止鉆屑下沉造成BHA 沉砂卡鉆。

（4）鉆進(jìn)過(guò)程中，考慮到模塊鉆機(jī)泥漿池體積、灰罐體積和鉆井水等資源的局限性，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)物料組織帶來(lái)較大挑戰(zhàn)[5]，可采取每替兩次稠搬土漿清潔井眼，替一次胍膠的交替清掃井眼的措施，中完后全井筒墊搬土漿，直接起鉆下φ339.7 mm 表層套管。

4.3 井眼軌跡控制措施

在鉆井過(guò)程中,鉆井參數(shù)是影響鉆井速度和成本的重要因素。水力參數(shù)的優(yōu)化是優(yōu)選鉆井參數(shù)的重要組成部分。在該油田表層鉆井過(guò)程中，將鉆井參數(shù)與軌跡控制、井眼清潔措施進(jìn)行有力結(jié)合取得了良好的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)踐。

在表層直井段，必須保證防斜打直，不碰和不竄，防止直井段偏離設(shè)計(jì)而占用了鄰井位置，給后續(xù)施工帶來(lái)一系列嚴(yán)重問(wèn)題。采用海水鉆進(jìn)，“輕壓吊打”方式，控制鉆壓0～2.5 t 以內(nèi)（同時(shí)需控制鉆進(jìn)速度不超過(guò)50 m/h 為宜），頂驅(qū)轉(zhuǎn)速不超過(guò)40 r/min（1.5°彎角電動(dòng)機(jī)最大限制轉(zhuǎn)速），鉆井排量控制在3 200 L/min 左右，既能保證井眼打直，也能避免過(guò)大的水力沖刷對(duì)上層隔水導(dǎo)管鞋過(guò)度沖刷，造成不利影響。

在井深300 m 左右開(kāi)始造斜，淺部地層松軟，膠結(jié)和成巖性差，采用低鉆壓，小排量鉆井參數(shù)進(jìn)行定向和鉆進(jìn)，保證造斜的連貫性和井眼軌跡的平滑?？刂婆帕坎怀^(guò)2 800 L/min，保持鉆壓控制在5 t～6 t，均勻送鉆，機(jī)械鉆速可達(dá)300 m/h～500 m/h，利用電動(dòng)機(jī)采取整柱滑動(dòng)鉆進(jìn)的方式，第一柱不進(jìn)行倒劃眼[5]，防止井眼擴(kuò)大和造斜失敗，保證鉆具在淺部井段有足夠的造斜率，基本均可實(shí)現(xiàn)3°/30m～4°/30m 的造斜率。

在成功造斜后，在后續(xù)造斜過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)滑動(dòng)采用高鉆壓15 t～25 t，逐漸提高排量自3 200 L/min～4 500 L/min，選擇勤滑多調(diào)的方式，保證連續(xù)造斜率不低于3°/30m，同時(shí)要充分利用地層的自然造斜趨勢(shì)，旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)頂驅(qū)轉(zhuǎn)速不超過(guò)40 r/min，保證井眼軌跡平滑，既能保證最大化的提高鉆進(jìn)速度，也能保證造斜效果。每鉆完一柱，上下劃眼一遍，修整井壁破壞局部狗腿度過(guò)大的不規(guī)則井眼。

定向鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆遇砂礫巖層段，鉆速有明顯降低，同時(shí)鉆具扭矩波動(dòng)大，應(yīng)適當(dāng)降低鉆井參數(shù)，防止該薄弱層坍塌造成井下事故。

5 快速鉆井精準(zhǔn)管理措施

針對(duì)表層鉆井提速，在鉆前組織現(xiàn)場(chǎng)各承包商領(lǐng)隊(duì)及關(guān)鍵崗位，就該油田表層鉆井作業(yè)提速進(jìn)行宣貫，制定詳細(xì)的提速方案，討論現(xiàn)場(chǎng)各崗位應(yīng)對(duì)管理措施并要求落實(shí)到位：

（1）各專業(yè)服務(wù)商領(lǐng)隊(duì)要向本公司員工宣貫本井表層鉆進(jìn)作業(yè)目標(biāo)及存在的風(fēng)險(xiǎn)，要求全部人員提高警惕，嚴(yán)格執(zhí)行鉆進(jìn)崗位要求，避免麻痹大意。

（2）在鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆井各承包商與鉆臺(tái)及監(jiān)督組時(shí)刻保持溝通通暢。

（3）鉆進(jìn)過(guò)程中，每一次井底墊稠搬土漿安排兩名熟練人員導(dǎo)閥門，做到不停泵墊漿，減小井下沉砂卡鉆風(fēng)險(xiǎn)。

（4）通過(guò)鉆井過(guò)程中的磨合，不斷提高鉆臺(tái)人員操作熟練程度，以最快速度接立柱，起下鉆操作，帶動(dòng)了整個(gè)鉆井過(guò)程中的工作節(jié)奏，所有工作有條不紊的開(kāi)展。

（5）鉆井總監(jiān)及高級(jí)隊(duì)長(zhǎng)、定向井工程師在鉆進(jìn)過(guò)程中，保持鉆臺(tái)全程值班，保證制定的計(jì)劃執(zhí)行到位，對(duì)井下情況時(shí)刻掌握，并能立即根據(jù)預(yù)案在第一時(shí)間做出應(yīng)對(duì)，防止因快出錯(cuò)，造成更大的損失。

6 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

通過(guò)一系列技術(shù)創(chuàng)新和精準(zhǔn)管理舉措，在表層鉆進(jìn)過(guò)程中，做到作業(yè)前有清晰的方案，執(zhí)行有效率，過(guò)程有監(jiān)控，不足再改進(jìn)的持續(xù)提升循環(huán)，取得了良好的管理實(shí)踐。在惠州32-5/33-1 油田第一批次3 口井中的應(yīng)用中，通過(guò)不斷總結(jié)作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化作業(yè)流程和鉆井工藝措施，作業(yè)組織實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)管理。最終3 口井安全高效完成，3 口井ROP 均創(chuàng)區(qū)域最高，其中A4H 井深940 m，平均ROP：205.45 m/h 創(chuàng)造南海東部最高紀(jì)錄，表層建井周期僅1.45 d（見(jiàn)表2）。

表2 惠州32-5/33-1 實(shí)鉆數(shù)據(jù)表

圖2 表層鉆井提速學(xué)習(xí)曲線圖

同等工作量對(duì)比工期提前設(shè)計(jì)50 %以上，對(duì)比鄰近區(qū)域19 口井，在井深增加150 m 的前提下，平均ROP 提高110 %，表層建井周期平均降低33 %以上，取得了良好的現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)和管理實(shí)踐創(chuàng)新（見(jiàn)圖2）。

7 結(jié)論及建議

7.1 結(jié)論

（1）通過(guò)優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)、優(yōu)選鉆具組合使用φ406.4 mm牙輪鉆頭鉆表層在提高鉆井速度和井眼清潔效率的同時(shí)，也減小了井眼敞開(kāi)面積和暴露時(shí)間，降低了井眼坍塌風(fēng)險(xiǎn)。

（2）本井利用高造斜率電動(dòng)機(jī)和良好的鉆井參數(shù)調(diào)整，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際進(jìn)行實(shí)鉆預(yù)測(cè)和調(diào)整，在表層井段鉆井過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)了理想的造斜率，達(dá)到了精確控制軌跡的目的。

（3）采用海水搬土漿替代以往的胍膠清潔井眼，有利于井壁穩(wěn)定和井眼清潔，在操作過(guò)程中制定良好的計(jì)劃并監(jiān)控執(zhí)行過(guò)程，確保落實(shí)到位，提高了鉆井作業(yè)效率的同時(shí)，也避免了井下風(fēng)險(xiǎn)。

（4）將表層鉆井提效進(jìn)行系統(tǒng)分析，制定良好的作業(yè)計(jì)劃和技術(shù)應(yīng)對(duì)措施，并堅(jiān)決執(zhí)行，不斷學(xué)習(xí)和改進(jìn)，是提高作業(yè)效率實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)提速和精確管理的基礎(chǔ)。

（5）通過(guò)本油田3 口井表層快速鉆井技術(shù)的成功實(shí)施，認(rèn)為在南海東部表層井段制定針對(duì)性的技術(shù)和管理措施，能夠大大提高海上表層鉆井的速度和效率，保證作業(yè)安全高效，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

7.2 建議

（1）表層鉆進(jìn)過(guò)程中，根據(jù)不同井段的風(fēng)險(xiǎn)制定針對(duì)性的作業(yè)控制措施是保證作業(yè)順利高效的前提。

（2）在軟地層初始造斜階段，選取合適電動(dòng)機(jī)彎角的同時(shí)，盡可能配合鉆井參數(shù)以獲得理想的造斜效果，確保萬(wàn)無(wú)一失，寧提前不落后。

（3）考慮后續(xù)的調(diào)整井作業(yè)需要，建議在開(kāi)發(fā)井階段取全取準(zhǔn)軌跡數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)質(zhì)量能更好的降低后續(xù)調(diào)整井作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

（4）在表層鉆井過(guò)程中，使用大彎角高造斜率電動(dòng)機(jī)保證了造斜率，但同時(shí)也造成淺部井段局部狗腿度過(guò)大，需在后續(xù)作業(yè)中，重新評(píng)估鉆具在此處的側(cè)向力和疲勞損壞風(fēng)險(xiǎn)；另外也要能夠在實(shí)鉆過(guò)程中利用地層的自然造斜趨勢(shì)，減少連續(xù)滑動(dòng)鉆進(jìn)，盡最大可能保證井眼軌跡平滑，給后續(xù)起下鉆及下套管作業(yè)打下良好的工程基礎(chǔ)。