施覽玲

（中海石油（中國(guó)）有限公司上海分公司，上海200335）

1 概述

東海盆地西湖凹陷區(qū)域，是重要的油氣勘探區(qū)域。西湖區(qū)塊地層復(fù)雜，存在多個(gè)目的層和多套壓力系統(tǒng)［1］。近年來(lái)探井平均井深已超過(guò)4500 m，深部地層研磨性強(qiáng)，可鉆性差，機(jī)械鉆速低，且存在異常高溫高壓地層［2］。針對(duì)封隔復(fù)雜地層、降低井下復(fù)雜情況發(fā)生率、減少套管層序、提高鉆井效率等問(wèn)題，鉆完井專業(yè)人員通過(guò)不斷探索、實(shí)踐井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)，井身結(jié)構(gòu)由五開優(yōu)化為四開［3-4］，省去了二開的?660.4 mm井眼，并將?444.5 mm井眼加深鉆進(jìn)至2500 m左右，減少?311.1 mm井段長(zhǎng)度，降低了?311.1 mm井段鉆進(jìn)難度，形成了東海近幾年較為固定的探井井身結(jié)構(gòu)：?914.4 mm×200 m+?444.5 mm×（2200～2500 m）+?311.1mm×（3900～4200 m）+?215.9 mm×完鉆深度。此套井身結(jié)構(gòu)使用效果良好，解決了?311.1 mm井段起下鉆困難、劃眼時(shí)間長(zhǎng)、井壁坍塌及卡鉆等諸多鉆井難題。但當(dāng)前表層?444.5 mm井眼鉆進(jìn)至2300～2500 m井深后，鉆井提速遭遇“瓶頸”，進(jìn)一步提速困難重重；同時(shí)針對(duì)常壓深井，井身結(jié)構(gòu)仍有優(yōu)化的空間。

隨著東海鉆井技術(shù)的不斷進(jìn)步及油氣資源勘探開發(fā)的需求，水平井及大斜度井的數(shù)量在不斷增多［5-6］，但此類井多數(shù)存在井眼鍵槽及臺(tái)階、井眼軌跡復(fù)雜等情況，導(dǎo)致尾管下入時(shí)容易出現(xiàn)遇阻或下不到位的問(wèn)題［7］。在采用水平井開發(fā)一些滲透性較好的邊底水油氣田時(shí)，地質(zhì)方面對(duì)工程提出了水平井控水完井的要求，需要在?215.9 mm水平段下入尾管，但?215.9 mm水平段下入?177.8 mm尾管容易出現(xiàn)遇阻或下不到位的問(wèn)題，一般采用小排量循環(huán)、上提下放的方式處理的效果不夠理想。因此，需要進(jìn)一步對(duì)東海井身結(jié)構(gòu)進(jìn)行深度優(yōu)化研究。

2 主要難點(diǎn)

（1）表層?444.5 mm井眼再加速遭遇“瓶頸”

?444.5 mm井眼從最初的幾百米，逐步加深至2500 m左右，速度也大幅提升，表層?444.5 mm井眼鉆進(jìn)至2300～2500 m井深后，受限于表層地層特性，以及?444.5 mm鉆頭切削效率，?444.5 mm井眼機(jī)械鉆速長(zhǎng)期處于100 m/h左右，難以得到實(shí)質(zhì)性提升；在表層安全作業(yè)時(shí)間窗口內(nèi)，其鉆進(jìn)深度也難以繼續(xù)加深。

（2）常壓深井井身結(jié)構(gòu)仍有優(yōu)化空間

近年來(lái)東海探井的平均井深已超過(guò)4500 m，早已經(jīng)步入深井行列。天然氣層的溫度較油層更高，地溫梯度一般在3～5℃/100 m，5000 m的井地溫就可能達(dá)到150～250℃，故天然氣井，特別是深層天然氣井大都是高溫高壓井。高溫高壓井是鉆井工程中難度大、風(fēng)險(xiǎn)高、工程費(fèi)用高的一種苛刻井［8］。為了確保安全鉆進(jìn)，鉆完井專業(yè)人員通過(guò)研究形成常用探井井身結(jié)構(gòu)：?914.4 mm+?444.5 mm+? 311.1 mm+?215.9 mm，此套井身結(jié)構(gòu)幫助該區(qū)塊大幅減少鉆完井作業(yè)復(fù)雜情況，取得了良好的應(yīng)用效果。但是當(dāng)前鉆完井專業(yè)人員利用含油巖屑處理技術(shù)［9-10］，很好地解決了油基鉆井液［11］的環(huán)保問(wèn)題之后，對(duì)油基鉆井液進(jìn)行了推廣應(yīng)用，裸眼在長(zhǎng)時(shí)間浸泡情況下，復(fù)雜情況也極大減少，此時(shí)，對(duì)于常壓井而言，此套井身結(jié)構(gòu)稍顯保守。同時(shí)，針對(duì)常壓井深部井段采用?215.9 mm井眼鉆進(jìn)，如果地質(zhì)油藏要求加深鉆探，或鉆遇地質(zhì)未預(yù)測(cè)的異常壓力地層，可能需要下入?177.8 mm尾管以后繼續(xù)采用? 152.4 mm井眼鉆進(jìn)，鉆井速度會(huì)下降，從而導(dǎo)致鉆井工期增加，鉆井成本上升，且地質(zhì)取資料面臨風(fēng)險(xiǎn)更大。

（3）?215.9 mm井眼水平段?177.8 mm尾管下入困難

長(zhǎng)期以來(lái)，東海?215.9 mm井眼下入尾管尺寸均為?177.8 mm。針對(duì)直井，摩阻相對(duì)較小，套管下入相對(duì)容易，但是對(duì)于定向井或水平井，受井眼軌跡影響，套管下入過(guò)程中“躺”在下井壁，大大增加套管下入摩阻，同時(shí)套管下入過(guò)程中不斷剮蹭井壁，造成環(huán)空巖屑堆積。由于環(huán)空間隙較小，且管柱重，套管下入摩阻不斷變大，管柱旋轉(zhuǎn)摩阻扭矩過(guò)大，因此旋轉(zhuǎn)下入困難重重。隨著剮蹭堆積的巖屑越來(lái)越多，甚至導(dǎo)致環(huán)空堵死，發(fā)生套管下入不到位、下入過(guò)程中尾管掛提前坐掛或封隔器提前坐封、套管到位后開泵困難等問(wèn)題。雖然可以采用小排量循環(huán)、上提下放的方式來(lái)處理，但通常效果不夠理想，而且在一些復(fù)雜井況下導(dǎo)致尾管中途卡死。如川西地區(qū)的中江18H井、江沙33-1HF井等水平井在下尾管時(shí)均因遇阻活動(dòng)困難而無(wú)法成功下至設(shè)計(jì)井深，只能就地固井［12］。

3 井身結(jié)構(gòu)深度優(yōu)化技術(shù)

3.1 表層井眼尺寸優(yōu)化技術(shù)

井身結(jié)構(gòu)主要包括套管層次和每層套管的下入深度，以及套管和井眼尺寸的配合。井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是鉆井工程的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，它不但關(guān)系到鉆井工程整體效益，而且還直接影響油井的質(zhì)量和壽命［13］。采用較小直徑的表層井眼尺寸，既能節(jié)約鉆井液用量又提高了機(jī)械鉆速，從而縮短鉆井周期，獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

根據(jù)以上研究認(rèn)識(shí)，結(jié)合東海淺層地層井壁穩(wěn)定、地層為常壓且不含淺層氣等特點(diǎn)，通過(guò)開展井眼尺寸敏感性研究及井眼尺寸對(duì)機(jī)械鉆速的影響分析［14］，創(chuàng)新采用?406.4 mm井眼替代?444.5 mm井眼鉆過(guò)三潭組和柳浪組的不整合面，鉆穿玉泉組，進(jìn)入龍井組后根據(jù)實(shí)際鉆井速度和地層變化在2500～2800 m中完成（在原有?444.5 mm井眼鉆深基礎(chǔ)上再增加300～500 m），下入?339.7 mm套管，為?311.15 mm井眼的加深鉆進(jìn)和?244.5 mm技術(shù)套管下入創(chuàng)造了有利條件；且在相同井深下能夠有效縮短?311.1 mm井眼長(zhǎng)度，減少鉆井液用量及含油鉆屑處理量，減少固井水泥漿用量，降低鉆井作業(yè)成本。優(yōu)化前后的井身結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 表層井眼優(yōu)化前后井身結(jié)構(gòu)對(duì)比Fig.1 Comparison of the casing programs before and after surface hole optimization

3.2 深井井身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化技術(shù)

東海勘探開發(fā)逐漸向深層低滲油氣資源發(fā)展，探井鉆井作業(yè)深度和鉆井成本不斷增加，提高鉆井速度和作業(yè)效率顯得尤為重要。

隨著油基鉆井液的推廣應(yīng)用，東海地層的井壁易失穩(wěn)難題得到有效解決，同一井段也有了更長(zhǎng)的安全作業(yè)時(shí)間。井下復(fù)雜情況大幅減少，基本能夠保障井壁穩(wěn)定。做好儲(chǔ)層保護(hù)和防止壓差卡鉆或卡電纜。因此針對(duì)該類井，在滿足地質(zhì)要求的前提下，創(chuàng)新采用?311.1 mm井眼直接鉆進(jìn)至垂深4800 m左右的完鉆井深，從而減少一次下套管、固井、候凝時(shí)間及一個(gè)井段電測(cè)時(shí)間。將?215.9 mm井眼作為鉆遇地質(zhì)未能預(yù)測(cè)的異常高壓等復(fù)雜地層時(shí)的備用井眼，可有效避免采用小井眼作業(yè)時(shí)機(jī)械鉆速慢和小井眼測(cè)試難以滿足地層評(píng)價(jià)要求的問(wèn)題。相比常規(guī)井身結(jié)構(gòu)，節(jié)省了?215.9 mm井眼鉆前準(zhǔn)備及下?177.8 mm尾管固井時(shí)間。若未能鉆遇好的油氣顯示，不進(jìn)行測(cè)試作業(yè)，則無(wú)需下入?244.475 mm套管，可節(jié)省?244.475 mm套管和固井材料，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。優(yōu)化后的井身結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 東海深探井優(yōu)化后井身結(jié)構(gòu)Fig.2 Optimized casing program for the deep exploration well in the East China Sea

3.3 開發(fā)井尾管尺寸優(yōu)化技術(shù)

針對(duì)?215.9 mm水平段下入?177.8 mm尾管困難且開泵不暢等問(wèn)題，創(chuàng)新將?177.8 mm尾管優(yōu)化為?139.7 mm尾管，既能基本滿足地質(zhì)油藏完井生產(chǎn)需求，同時(shí)套管/井眼的尺寸比由0.82降低為0.65，增加了環(huán)空間隙，又可有效避免環(huán)空巖屑堵塞導(dǎo)致開泵不暢甚至憋漏地層等復(fù)雜情況的發(fā)生。鑒于不同類型的扶正器在不同鉆井液中的摩擦系數(shù)不同［15］，進(jìn)一步優(yōu)化了套管扶正器加放方案。采用剛性扶正器或摩擦系數(shù)小的樹脂滾輪扶正器等，減少套管本體與井壁的接觸面積，變滑動(dòng)摩擦為滾動(dòng)摩擦，降低套管下入摩阻。

另一方面，尾管尺寸的優(yōu)化使得管柱質(zhì)量減輕，還不僅有利于管柱下入，有利于提高固井質(zhì)量及下套管固井時(shí)效，同時(shí)也減少了管材使用量，節(jié)省了套管成本。針對(duì)?139.7 mm尾管撓度過(guò)大，下入過(guò)程中可能存在屈曲導(dǎo)致無(wú)法下入到位的問(wèn)題，優(yōu)選可旋轉(zhuǎn)尾管懸掛器［16］，必要時(shí)通過(guò)旋轉(zhuǎn)尾管穿過(guò)遇阻點(diǎn)。優(yōu)化后的井身結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 尾管尺寸優(yōu)化后井身結(jié)構(gòu)Fig.3 Casing program with the optimized liner size

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

4.1 表層井眼尺寸優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用效果分析

表層井眼尺寸優(yōu)化技術(shù)在東海SS1-6-3、SS1-6-4井中進(jìn)行了應(yīng)用，2口井均采用四開井身結(jié)構(gòu)。通過(guò)與同區(qū)塊鄰井相同井段平均機(jī)械鉆速進(jìn)行對(duì)比分析，井眼“瘦身”后機(jī)械鉆速得到提高，結(jié)果如表1所示。

表1 SS1-6-3、SS1-6-4井與同區(qū)塊鄰井相同井段平均機(jī)械鉆速對(duì)比Table 1 Compar ison of aver age ROP at the same well section between SS1-6-3 and SS1-6-4 vs the adjacent well in the same block

SS1-6-3井為東海首次應(yīng)用表層井眼尺寸優(yōu)化技術(shù)的井，?406.4 mm井眼使用海水/膨潤(rùn)土漿開路鉆進(jìn)，配合新型馬達(dá)的使用，機(jī)械鉆速較高，起鉆及下套管井眼順暢，獲得了較好的使用效果。由表1可知，SS1-6-3井二開累計(jì)進(jìn)尺2110 m，純鉆時(shí)間15.80 h，在鉆進(jìn)深度較同區(qū)塊前2口探井SS1-6-1、SS1-6-2分別深187 m和53 m的情況下，機(jī)械鉆速高達(dá)133.54 m/h，較鄰井分別提速26%和66%，為東海表層同深度最快。SS1-6-4井?406.4 mm井眼鉆深達(dá)2888 m，為同一區(qū)塊表層海水開路鉆進(jìn)最深深度，平均機(jī)械鉆速仍達(dá)107 m/h。

?406.4 mm井眼相較?444.5 mm井眼同等排量下，環(huán)空返速更高，井眼清潔效果更好。以SS1-6-3井4800 L/min排量為例，?406.4 mm井眼中? 139.7 mm鉆桿環(huán)空返速達(dá)0.70 m/s，?444.5 mm井眼環(huán)空返速僅為0.57 m/s。較高的環(huán)空返速使得在破巖后巖屑能夠快速離開鉆頭和大鉆具，一方面確保了井下安全，另一方面巖屑快速返出井口，確保了井眼清潔。起鉆過(guò)程中井眼順暢，無(wú)阻掛，下套管過(guò)程井眼狀況較好，順利到位。

4.2 深井井身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化技術(shù)應(yīng)用效果分析

深井井身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化技術(shù)在東海B-B4、SS1-5-2d、SS1-5-3井中進(jìn)行了應(yīng)用。B-B4井領(lǐng)眼鉆進(jìn)至5050 m，垂深3360.62 m，水平位移3464.77 m，油氣顯示良好，直接采用領(lǐng)眼進(jìn)行生產(chǎn)。本井鉆井周期24.15 d，?311.1 mm井眼安全鉆進(jìn)3049 m，平均機(jī)械鉆速高達(dá)33.09 m/h，明顯高于B氣田其他鄰井機(jī)械鉆速，鉆井日效率達(dá)203 m/d，達(dá)到本氣田歷史最高水平。B氣田各井平均機(jī)械鉆速如表2所示。

表2 B氣田各井平均機(jī)械鉆速對(duì)比Table 2 Comparison of average ROP between the wells in B gas field

SS1-5-2d井?311.1 mm井眼順利鉆至完鉆井深4679 m，為東海探井?311.1 mm井眼鉆探井深最深深度。由于減少了一層套管程序，提高了作業(yè)時(shí)效，鉆井周期僅為27.46 d，較設(shè)計(jì)提前2.54 d。同時(shí)，因本井未進(jìn)行測(cè)試作業(yè)，不再下入?244.475 mm套管，相比常規(guī)井身結(jié)構(gòu)節(jié)約4000 m左右套管。SS1-5-3井采用?311.1 mm井眼鉆進(jìn)至垂深4629 m，為東海探井?311.1 mm井眼鉆探垂深最深深度，鉆井周期僅為21.18 d（扣除因臺(tái)風(fēng)影響的時(shí)間）。

4.3 開發(fā)井尾管尺寸優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用效果分析

尾管尺寸優(yōu)化技術(shù)在東海B-A 1H及B-A 2H井中進(jìn)行了應(yīng)用。2口井即使是在水平段下入尾管，也未發(fā)生阻掛現(xiàn)象，順利將套管下入到位，滿足了后續(xù)作業(yè)要求。

2口井與東海前期?215.9 mm井眼下入? 177.8 mm尾管的鉆井相比，未發(fā)生任何復(fù)雜情況，開泵正常。對(duì)比情況如表3所示。

表3 B-A1H、B-A2H井與東海前期?215.9 mm井眼下入?177.8 mm尾管的鉆進(jìn)參數(shù)對(duì)比Table 3 Comparison of the drilling parameters between B-A1H and B-A 2H vs the early wells with 177.8mm liner for 215.9mm well section in East China Sea

由表3可知，在?215.9 mm井眼下入?177.8 mm尾管，時(shí)而發(fā)生套管下入遇阻或開泵憋壓情況，此類復(fù)雜情況發(fā)生后，損失時(shí)間均超過(guò)40 h。尾管尺寸優(yōu)化為?139.7 mm后，未發(fā)生此類復(fù)雜情況，同時(shí)下入速度明顯加快。雖然兩口井井深不足3000 m，但以400 m/h的下鉆速度折算，4800 m左右的井，下長(zhǎng)度為800 m左右的?139.7 mm尾管需要的時(shí)間約30 h，顯著快于其余未發(fā)生復(fù)雜情況下入?177.8 mm尾管的井。

5 結(jié)論及建議

（1）在原有井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化基礎(chǔ)上，通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化形成了東海井身結(jié)構(gòu)深度優(yōu)化技術(shù)，促進(jìn)了鉆井效率的大幅提升，為后續(xù)井的井身結(jié)構(gòu)繼續(xù)優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。

（2）表層井眼尺寸優(yōu)化技術(shù)在東海探井成功應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了表層快速鉆進(jìn)、下套管的目的。應(yīng)用井與同區(qū)塊鄰井相同井段相比，機(jī)械鉆速有顯著提升。深井井身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化技術(shù)因減少了一層套管程序，類似于陸地頁(yè)巖油氣經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)的二開井身結(jié)構(gòu)，提高了作業(yè)時(shí)效，降低了作業(yè)成本，技術(shù)意義重大。開發(fā)井尾管尺寸優(yōu)化技術(shù)在東海的應(yīng)用井未發(fā)生開泵憋壓及下入遇阻情況，且下入速度明顯加快，固井質(zhì)量滿足要求。

（3）建議在以上研究基礎(chǔ)上進(jìn)一步探索適用于東海復(fù)雜地質(zhì)條件下的深井和超深井井身結(jié)構(gòu)，更好地提升深井鉆井速度，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)降本增效。