科威特BURGAN区块防斜打快技术分析

庄绪财

（中原石油工程公司塔里木分公司，新疆巴音郭楞 841000）

1 BURGAN区块现场情况

1.1 项目特点

科威特的BURGAN区块位于阿拉伯盆地内，属于穹隆结构，以Graben复合断层为边界与其他几个区块区分开。从原油开采情况来看，BURGAN油田储量主要赋存于白垩纪砂岩的第三段和第四段中。而第三段可以进一步细分为上、中、下油藏，第四段油藏通过石灰岩与第三段上部油藏分隔开。由于布尔干油田地层存在较多断层，引发了油藏分隔情况。同时因为许多断层存在较多落差，造成砂岩和砂岩间难以连通。近年来随着石油开采活动的频繁开展，多数区域已经形成了密集的井网，留下的新井位有限，因此在BURGAN区块开展钻井作业，要求达到较高技术水平，在降低石油开采成本和提高生产效率的同时，能够充分利用井位资源[1]。对BURGAN区块储层分布展开进一步分析，主要的两个储层分别位于BUMAILA砂岩和BURGAN砂岩。前者拥有细粉砂岩和黏土岩互层结构，拥有岩性稳定的地层结构，能够布置定向井造斜点。而后者为石英砂岩和黏土岩互层结构，同时黏土层具有厚度不等的特点，岩石为胶结状，结构疏松，拥有较高的孔隙度，在钻井作业中容易出现井斜、结构失稳等问题，给石油开采带来较大困难。

1.2 各井段情况

从BURGAN区块各井段情况来看，一共包含三个井段。其中，一开井段的地层表层较为松软，底层为松软砂岩。如果开展常规的钻井作业，在表层钻进过程中可能出现井眼漏失情况，钻至底层可能遭遇塌陷问题。从二开井段的特点来看，地层中赋存酸性液体，部分位置存在硫化氢。分析原因可知，区块局部濒临浅海，形成了快速沉积区域。随着地层的发育，部分沉积层发生了快速沉积，造成大量地层压力无法及时释放，进而导致大量浅层气被圈闭。而地层岩性属于石灰岩，在钻进过程中容易发生有毒气体泄漏情况。从三开井段情况来看，拥有泥页岩地层，钻进期间钻头将遭遇较大的摩阻扭矩，同时井壁坍塌的概率较大。而其主力油层属于石灰岩，拥有较发育的孔隙，容易出现井漏问题[2]。因此从总体上来看，BURGAN区块各井段的地层可钻性较差，存在岩性不均质等问题，给钻头使用带来了较大限制，容易因磨损出现使用寿命缩短的问题。此外，部分岩层孔隙度较高，同时地层断层较多，容易发生井壁坍塌、井眼漏失、井斜等各种问题，因此需要提出可靠的钻井技术方案，确保能够取得理想的钻井效果。

2 BURGAN区块钻井要点

2.1 井斜控制

BURGAN区块的地层倾角较大，对井斜加以控制的难度有目共睹，与此同时，过大的地层倾角还致使机械钻速难以得到显著提高，即便引入空气钻井，同样难以保证井斜控制效果达到预期。

2.2 钻头选型

钻井施工所使用主要工具为钻头，其作用是通过破碎岩石的方式，形成相应的井眼。由此可见，井眼形成速度及整体质量，不仅受钻头性能、地层条件影响，还受钻头和地层匹配度的影响，只有以现场情况为依据，对钻头进行科学选型，才能既保证转速得到提高，又使钻井成本有所降低。现阶段，天然气以及石油开发领域所使用钻头多为PDC钻头，该钻头以硬质合金、金刚石微粉为主要原料，这也决定其既具备与硬质合金相同的良好韧性和强度，同时又继承了金刚石的耐磨性以及硬度，利用其开展钻井作业是大势所趋[3]。

BURGAN区块地层的特点为含有大量砾石，研磨性较强，可钻性不理想。在钻进施工环节，施工人员极易遇到跳钻或是蹩钻的情况，导致钻头寿命缩短、无法正常使用。研究表明，导致牙轮钻头难以发挥出自身优势的原因，主要是钻头出现断齿、掉齿或是牙齿磨损问题，仅有少数钻头存在轴承受损的情况。考虑到BURGAN区块各井段均具有岩性不均、砾石占比较大的问题，导致钻头使用受限，可供选择的牙轮钻头类型有限，钻速自然难以得到提高。鉴于此，在对牙轮钻头加以应用时，施工方应先通过实地勘察的方式，明确现场是否存在软硬交错或曲线作业的情况，确保牙轮钻头所具有优势能够得到充分发挥。

3 防斜打快技术的应用

3.1 防塌技术分析

BURGAN区块所采用技术以满眼打直为主，该技术强调通过对底部钻具整体刚性进行增强的方式，确保钻具组合可表现出更加理想的抗弯曲性，由此来达到纠斜和降斜的最终目的。在实际施工中，施工方应优先选择钻压低、排量大、泵速快且泵压高的钻井参数。

BURGAN区块各井段均有埋深不定、厚度不等的不连续大段砂岩存在，砂岩多为黑色及灰色，要想避免该区块出现地层坍塌或类似问题，关键是要对钻井液比重进行提高，但随着比重的提高，机械钻速必然会受到制约，在钻进各井段期间，出现井壁坍塌或类似问题的概率将有所增加，由此可见，加大对防塌技术进行研究的力度，根据现场情况选择切实可行的防塌技术很有必要。

该区块钻井液体系以聚磺等聚合物为主，其特点主要体现在以下方面：①具有极强的抑制性。②防塌效果理想。③包被能力突出。④在高密度情况下，钻井液具有良好的流变性。⑤可有效抵抗酸根、盐膏所造成污染。

在钻井期间遇到砂岩，则应遵循进一退二的原则，对返沙情况进行仔细观察，根据岩屑数量、形状以及大小，对钻井液密度能否起到平衡砂岩地层的效果加以判断，循环施工期间应避免在砂岩井段进行定点循环，将坍塌问题出现的概率降至最低[4]。

BURGAN区块对目的层失水所提出要求为不超过4mL，项目实际失水量未达到3.5mL，井径扩大平均值为8.45%，目的层井径扩大了7.4%，全井质量合格率达到了100%。

3.2 优选钻头及钻具

3.2.1 钻头

BURGAN区块地层的特点为抗压强度较高，砂砾岩占比大，岩性随机分布，由此而造成的问题，主要是机械钻速难以提高，而砾石的存在无形中增强了地层的研磨性，导致施工方对PDC钻头进行选型的难度极大。要想通过提升机械钻速的方式，对钻井周期加以控制，使项目所取得社会与经济效益达到预期，关键是要以各井段所表现出岩性特点、地层特点为依据，在现有PDC钻头中选择符合现场情况的钻头，真正做到利用PDC钻头进行全井施工。

对钻头进行选择时，施工方应重点考虑以下内容：首先是优先选择刀冀呈进攻螺旋状的钻头。其次是选择对外界冲击具有较强抵抗力的双排齿钻头。再次是要做到强力保径。最后是对防冲蚀硬化以及胎体防磨性能进行增强。本项目所选择PDC钻头的单只进尺均打破以往指标，使得BURGAN区块相关指标得到刷新。

3.2.2 钻具组合

BURGAN区块各井段地层均含有一定比例的砾岩，地层中部含存在大量不连续砂岩，使地层岩性受到负面影响，PDC钻头应用受限。此外，对牙轮钻头加以应用期间，由于地层岩性较为特殊，断齿和磨损问题无法彻底解决，由此而带来的问题，主要是钻头寿命被大幅缩短，项目成本随之提高。要想解决该问题，关键是要做到以现场情况为依据，对钻头进行优选，同时对钻具进行科学组合。

一开井段井眼所适用钻具结构为塔式钻具，组合方案为7"钻铤、8"钻铤以及9"钻铤。二开井段井眼所适用钻具结构同样为塔式钻具，组合形式为6.5"钻铤、7"钻铤以及8"钻铤。三开井段井眼应该用PDC钻头，同时配合钟摆钻具、直螺杆，其中，钟摆钻具的规格为18m，直螺杆的规格为172mm。事实证明，对以上钻铤进行组合应用，一方面能够有效避免钻具刺断的情况出现，另一方面可使钻压得到有效解放，同时防斜效果也能够达到预期[5]。

在实际施工中，施工方对以上技术加以应用，没有出现由于地层断层或是倾角过大，导致井斜失控的问题，井身质量得到了有效控制。通过测量可知，井斜最大值为2.9°/2 595m，未超过设计井斜的最大值5°/2 595m。井底水平位移的最大值为17.6m，同样未超过设计水平位移的最大值58m，由此可见，现场施工质量与设计方案所提出要求相符，该钻具组合具有大范围推广的意义。

3.3 各井段技术说明

3.3.1 一开井段

该井段Dammam地层的岩性以砂岩为主，要想有效钻穿地层，施工方应对Varel钻头加以应用。钻井参数如下：钻压应控制在4~8klb，排量以300加仑/min为宜，开眼转速上限为40r/min、下限为30r/min。在扶正器出导管的前提下，每隔20ft~30ft，便可将排量提升约50加仑/min，同时对其他钻井参数进行增大，确保各项参数均能够达到设计方案所提出要求。在施工期间，施工人员应对圆井周围情况进行密切关注，如果发现地表有钻井液漏出，则应第一时间停止施工。在利用水泥对问题区域进行塞堵后，重新加固各导管并继续施工。

3.3.2 二开井段

该井段以石灰岩、白云岩以及硬石膏为主，施工方计划利用Baker和REED钻头将Rus地层、Dammam地层钻穿。钻井参数如下：WOB的取值为30~60KIP，排量的取值为600~750加仑/min，转速取值为90~110r/min。将钻井液的酸碱值维持在9~10之间，以此来中和Rus地层、Dammam地层所含有的大量酸性液体。提前对随钻堵漏剂进行准备，一旦地层出现漏失问题，便可利用随钻堵漏剂加以处理，以免造成更严重的后果。

上文所提到随钻漏堵剂的成分以聚戊糖、植物胶、纤维素、腐植盐酸及相关衍生物为主。其外观为固体粉末，具有良好的流动性，通常配合钻井液加以应用。研究表明，按照固定比例将其与钻井液进行混合，可达到降低滤失的效果，为储层提供有力保护。随钻堵漏剂所含纤维、晶片和封堵颗粒的级配并不相同，对其加以应用可使漏失地层得到快速封堵，在阻断液相、固相深入储层的途径的基础上，避免钻井液被大量浪费的情况出现，使井壁稳定性最大程度接近理想水平。若施工需求为预防渗漏，随钻堵漏剂的掺入量以 1%~2%为宜，如果施工需求为封堵微裂隙与砂层空隙，为储层提供保护，则应将其掺入量调整为 2%~4%，若封堵对象为严重漏失层，施工方应将掺入量增加至4%~6%，确保随钻堵漏剂所具有价值可得到最大程度的实现。

3.3.3 三开井段

该井段以石灰岩为主，对该井段进行施工的主要工具为SMOTH PDC钻头，钻井参数如下：WOB的取值为10~40KIP，排量的取值为500~650加仑/min，RPM的取值为60~100r/min。钻井液体系以KCl为首选，该体系可有效应对Ahamadi地层，最大程度避免坍塌情况发生。与此同时，引入固液复合润滑的相关技术，通过对钻井液所具有润滑性进行增强的方式，有效弱化该地层所具有高摩阻扭矩给施工造成的不利影响。根据现场情况采购适合的随钻漏堵剂，对钻井液、钻井各项参数进行调整，确保即使主力油层出现井漏问题，施工人员仍然能够做到从容应对，将井漏所造成损失降至最低。

事实证明，合理应用随钻堵漏剂，可取得以下良好效果：首先是使微裂漏失和孔隙得到及时封堵，将相关问题所造成影响降至最低。其次是可快速形成强度符合项目特点的屏蔽带，屏蔽带具有非渗透特性，可有效阻止储层被工作液固相及液相侵入，待施工告一段落，有关人员可经由射孔反排将屏蔽带解除，以免给后续施工造成困扰。再次是可使泥浆滤失量得到大幅降低，同时不给泥浆固有流变性能带来影响，在耐温性方面的表现较为理想。最后是不被电解质污染所影响，真正做到了无害无毒。

4 研究成果与展望

随着防斜打快技术研究的深入，BURGAN区块的钻井速度较以往有所提高，钻速得到显著提升的关键点可归纳如下：①施工方以现场情况为依据，对钻头进行优选，并对钻具组合进行了调整。②引入了复合钻进技术，在保留PDC钻头的基础上，新增了液力推进器以及螺杆。③根据施工要求，对安全系数较高的钻进技术进行了充分利用。事实证明，随着以液力推进器为代表的新型工具的加入，PDC钻头所具有稳定性得到显著提升，不仅定向托压等问题迎刃而解，钻头寿命和机械钻速也更接近预期水平，但引入新技术必然伴随着成本的增加，除特殊情况外，以上技术通常被用来对3 000m或以上的井进行施工。④要想实现防斜打快的目标，关键是要引入满眼打直技术，同时采用钻压低、排量大、泵速快且泵压高的钻井参数。⑤要想提高井壁稳定性，使减摩降扭效果更加理想，施工方应确保现场所用钻井液体系为KCl，同时根据实际情况采取相应的固液润滑技术。⑥如果条件允许，施工方可联合钻头生产商、石油院校，共同对抗钻强度、岩石可钻性以及塑性系数等地质相关因素进行研究，为钻头指明优化方向，并为日后选型工作的高效开展提供参考。未来相关人员应将工作重心放在对钻头数据库进行建立健全上，根据实际施工所积累经验，对数据库进行更新，以免出现反复试验的情况。

5 结束语

BURGAN区块作为科威特主要产油区，应当做到科学应用钻井技术，有效利用油田井位实现石油高效开采。而在实践工作中，需要认识到区块地层特殊性，根据各井段钻井遇到的技术难题制定科学钻井方案，运用防斜打快技术避免钻井过程中出现井壁塌陷、井眼漏失、井斜等问题。把握技术应用要点，合理进行钻头和钻具选择，最终能够取得理想钻井效果，为类似项目的开展提供指导。