科威特北部油区钻井技术

柳 云 徐书瑞

中国石化中原石油勘探局 钻井管具工程处 （河南 濮阳 457000）

科威特北部油区钻井技术

柳 云 徐书瑞

中国石化中原石油勘探局 钻井管具工程处 （河南 濮阳 457000）

简要介绍了科威特石油储量等基本情况、科威特北部油区的地质概况和中国石化钻井队在该区Raudhatain油田钻井作业中所采用的井身结构、钻具组合、钻井参数、钻头优选、钻井液以及井控技术方面的情况，通过这些内容可以了解到在科威特施工的井队需要具备的一些基本条件和施工中需要注意的一些问题。对国内石油钻井技术的发展也有一定的借鉴作用。

井身结构 套管程序 钻具组合 钻井参数

科威特石油公司（KPC）是世界七大石油公司之一。该地区已探明石油储量133.17亿t(965亿桶)，占世界储量9.3%，居世界第4位；天然气储量4 890亿m3，占世界储量1.1%。科威特目前石油日产能为35.88万t(260万桶)，已确立2020年前钻探1.2万口重油井的计划和到2020年达到日产石油55.2万t(400万桶)的战略目标。其北部有劳达泰因（Raudhatain)油田，刷卜里亚（Sabriya)油田，拉特嘎（RatGa)油田，巴赫拉（Bahra)油田，阿卜代利（Abdali)油田。从2009年10月启动第一台钻机开始，目前已有7台中石化的钻机在科威特北部油区施工。在施工过程中，中石化的队伍已经初步总结了一整套钻井技术及经验，在某些领域还取得了突破，这将对今后我国钻井队伍在该地区施工产生积极影响，同时对国内石油钻井技术的发展也有一定的借鉴作用。

1 地质概况

（1）科威特北部油区底层从地面往下依次为：DAMMAM组、RUS组、RADHUMA组、TAYARAT组、HARTHA组、SADI组、MUTRIBA组、MISHRIF组、RUMAILA组、AHMADI组、MAUDDUD组、BURGAN组、SHUAIBA组、ZUBAIR组。

（2）主要含油层为中白垩系RUMAILA砂岩及BURGAN砂岩，孔隙度25%～30%，渗透率3 000× 10-3～4 000×10-3μm2，属于底辟拱升型背斜油气藏，其背斜构造圈闭是由于侏罗系泻湖相巨厚的柔性盐层长期活动的结果。

（3）RUMAILA砂岩为细-粉砂岩与暗色黏土岩互层，其底层岩性相对较为稳定，胶结一般，定向井造斜点一般都选择在该层段。

（4）BURGAN砂岩为中-粗石英砂岩和厚度不等的暗灰色黏土互层，为三角洲沉积。岩石胶结疏松，含油孔隙度大。

2 井身结构和套管程序

科威特北部油区生产井的设计垂深一般在2 895.6m（9 500ft）以内,典型的套管程序和井身结构如下：

（1）钻头程序：一开用558.8mm(22″)牙轮钻头，二开用406.4mm(16″)牙轮钻头，三开用311.15mm (124r″)金刚石钻头，四开用215.9mm(82r″)金刚石钻头，有时需用152.4mm(6″)金刚石钻头进行五开。

（2）套管程序：相对于以上的钻头程序，依次为：473.08mm(18 5/8″)套管×339.73mm(13 3/8″)套管×244.48mm(9 5/8″)套管×177.8mm(7″)尾管，有时还需要挂一层127mm(5″)尾管。

（3）以SINOPEC186队在Raudhatain油田承钻的RA418井为例：473.08mm(18 5/8″)表层套管下深至375.8m(1 233ft)，主要封堵易水化、造浆且胶结极差的DAMMAM组泥岩层段；339.73mm(13 3/8″)技术套管下深1 873.3m(6 146ft)，封隔MUTRIBA组及以上的地层；244.48mm(9 5/8″)套管下深2 784.0m (9 134ft)；177.8mm(7″)尾管下深至井底3 237.58m (10 622ft)。

（4）该地区均采用挂177.8mm尾管（有时还需要再挂一层127mm尾管）完井。

（5）合理的井身结构会使施工安全可靠且成本最低，能满足分割不同地层压力系数、减少目的层的污染、与试油采油工艺相衔接、有利于提高固井质量和机械钻速以及下部特殊施工等6方面的需要。科威特北部地区均采用以上套管程序，满足了现场施工需要，最大限度地提高了机械钻速，采用尾管完井降低了钻井成本。

3 钻具组合

3.1 直井钻具组合

（1）一开钻具组合：558.8mm（22″）钻头+558.8 mm(22″)扶正器×1根+304.8mm(12″)减震器×1根+ 558.8mm(22″)扶正器×1根+254mm(10″)螺旋钻铤×1根+558.8mm(22″)扶正器×1根+254mm(10″)螺旋钻铤×3根+215.9mm(8 1/2″)螺旋钻铤×12根+168.28mm (6 5/8″)加重钻杆×3根+127mm(5″)加重钻杆×9根+ 127mm(5″)钻杆。

（2）二开钻具组合：406.4mm(16″)钻头+406.4mm (16″)扶正器×1根+304.8mm(12″)减震器×1根+ 406.4mm(16″)扶正器×1根+254mm(10″)螺旋钻铤×1根+406.4mm(16″)扶正器×1根+254mm(10″)螺旋钻铤×3根+215.9mm(82r″)螺旋钻铤×12根+241.3mm (92r″)随钻震击器×1根+215.9mm(82r″)螺旋钻铤×3根+168.28mm(6 5/8″)加重钻杆×6根+127mm(5″)加重钻杆×9根+127mm(5″)钻杆。

（3）三开钻具组合：311.15mm(124r″)钻头+ 311.15mm(124r″)扶正器×1根+215.9mm(82r″)螺旋钻铤×1根+311.15mm(124r″)扶正器×1根+215.9mm (82r″)螺旋钻铤×1根+311.15mm(124r″)扶正器×1根+215.9(82r″)螺旋钻铤×15根+203.2mm(8″)随钻震击器×1根+215.9mm(82r″)螺旋钻铤×3根+168.28mm (8 1/2″)螺旋钻铤×6根+127mm(5″)加重钻杆×9根+ 127mm(5″)钻杆。

（4）四开钻具组合：215.9mm(82r″)钻头+168.28 mm(6 5/8″)螺旋钻铤×6根+127mm(5″)加重钻杆×12根+127mm(5″)钻杆。

（5）五开钻具组合：152.4mm(6″)钻头+120.65mm (4 3/4″)螺旋钻铤×9根+88.9mm(32r″)钻杆。

3.2 定向井钻具组合

（1）一开和二开为直井段，钻具组合与直井钻具组合相同。

（2）造斜和增斜钻具组合：311.15mm(124r″)钻头+203.2mm(8″)弯壳体动力马达×1根+209.55mm (84r″)无磁钻铤（安放无线随钻测量系统MWD）×1根+168.28mm(6 5/8″)加重钻杆×27根+203.2mm(8″)随钻震击器++168.28mm(6 5/8″)螺旋钻铤×3根+127mm (5″)加重钻杆×3根+127mm(5″)钻杆。

（3）稳斜段钻具组合：311.15mm(124r″)钻头+ 311.15mm(124r″)扶正器×1根+215.9mm(82r″)螺旋钻铤×1根+209.55mm(84r″)无磁钻铤（安放无线随钻测量系统MWD）+168.28mm(6 5/8″)加重钻杆×27根+203.2mm(8″)随钻震击器+168.28mm(6 5/8″)螺旋钻铤×3根+127mm(5″)加重钻杆×3根+127mm(5″)钻杆。

3.3 刮管钻具组合

（1）下244.48mm(9 5/8″)刮管器时的钻具组合：215.9mm(82r″)钻头+244.48mm(9 5/8″)旋转刮管器+ 168.28mm(6 5/8″)螺旋钻铤×3根+127mm(5″)加重钻杆×3根+127mm(5″)钻杆。

（2）下177.8mm(7″)刮管器时的钻具组合：152.4 mm(6″)钻头+177.8mm(7″)旋转刮管器+120.65mm (4 3/4″)螺旋钻铤×9根+88.9mm(32r″)钻杆。

3.4 取心钻具组合

311.15 mm(124r″)取心钻头+241.3mm(92r″)取心筒×4根+215.9mm(82r″)螺旋钻铤×12根+209.55mm (84r″)随钻震击器×1根+215.9mm(82r″)螺旋钻铤×2根+168.28mm(6 5/8″)加重钻杆×1根+127mm(5″)加重钻杆×9根+127mm(5″)钻杆。

该地区使用的254mm(10″)钻铤、558.8mm(22″)和406.4mm(16″)扶正器及与之相配合的短节、井下工具等都采用193.68mm(7 5/8″)H90型螺纹连接，该螺纹牙形角为90°，具有更能传递扭矩更能抗断裂的性能。在科威特地区一、二开钻具中普遍使用。

为了预防井喷事故，钻头之上的近钻头扶正器均装有回压凡尔。

所有井段都使用螺旋钻铤及随钻震击器或减震器，这都可以起到预防和减少卡钻事故发生的作用。

所有的直井段均采用传统的刚性满眼钻具组合防斜。

下入244.48mm(9 5/8″)套管和177.8mm(7″)尾管固井后，均需要下入相应尺寸的旋转刮管器清理套管内层。

为了预防硫化氢腐蚀，推荐在该地区使用有内涂层的钻杆。

4 钻井参数及钻头优选

通过2年的作业经验积累,中石化钻井队已经摸索出了一整套适合于科威特北部油区的钻井参数,表1是SINOPEC186井队承钻的RA437井时，各个地层所用的钻井参数。该井为定向井,从1 981.2m (6 500ft)处开始定向钻进，设计井深 4 080.97m (13 389ft)，钻穿ZUBAIR层完钻。

（1）由表1可见，在科威特北部油区使用的钻井参数具有高转速、高泵压、低钻压和大排量的特点，尤其是在钻进558.8mm(22″)和406.4mm(16″)井眼时，该措施的合理使用提高了机械钻速。

（2）科威特北部油区的典型钻头程序为：一开采用牙轮钻头钻穿DAMMAM组地层；二开采用牙轮钻头钻穿RUS、RADHUMA、TAYARAT、HARTHA、SADI及MUTRIBA组。最后采用PDC钻头一直钻进至ZUBAIR组。

（3）选用合适的钻头和喷嘴是提高机械钻速、缩短钻井周期、降低钻井成本的重要措施之一。根据科威特北部油区上部地层岩石可钻性较好的特点，选用了VAREL公司生产的CR1GJ型中心喷嘴牙轮钻头来钻558.8mm(22″)井眼，在406.4mm(16″)井眼的钻进中，主要选用了REED公司生产的T44型和SMITH公司生产的GS18BVQCPS型牙轮钻头，并优选了钻井参数，不仅有效地避免了钻头泥包，而且满足了高转速的要求，并获得了较高的机械钻速。

（4）钻头喷嘴的选择主要是从避免钻头泥包和改善钻头在井底的水力流场2方面考虑，因此中心喷嘴牙轮钻头在该地区得到了广泛的应用，也取得了很高的机械钻速。牙轮钻头的喷嘴组合一般为1个中心喷嘴加上另外3个与之等径的喷嘴，PDC钻头一般采用6喷嘴组合。

表1 科威特Raudhatain油田RA437井钻井参数及所用钻头

（5）PDC钻头在三开之后长期使用，取得了合理的机械钻速和进尺。在钻进中要严格执行PDC钻头的使用规程：①PDC钻头下井前保证井眼清洁无落物，保证井眼畅通，起下钻无阻卡；②接钻头时小心轻放，使用PDC钻头专用卸扣器；③钻头小心通过井口防喷器组和套管鞋；④如遇阻时，应以接泥浆泵冲通为主，避免长井段划眼；⑤钻头接近井底时，大排量洗井，然后以2 268～4 536kg(5～10kip)的小钻压和30～40r/min的低转速进行井底造型；⑥正常钻进以生产厂家推荐的参数为准，均匀送钻，如遇蹩跳要及时调整参数。

6 钻井液性能

在该地区施工中，要及时调整钻井液密度、黏度和pH值等参数，才能安全钻穿各底层。表2是SINOPEC186井队在Raudhatain油田RA418井施工时，钻遇各个地层所采用的钻井液参数。

（1）由表2可以看出：全井钻进中都需要连续使用振动筛、除砂器、除泥器和离心机等固控设备，以尽量减少钻井液中的固相含量，在一定程度上也能提高机械钻速，降低设备故障率，保证井下安全。全井钻井液漏斗黏度控制在45s左右。

（2）DAMMAM、TAYARAT、MAUDDUD、BURGAN和SHUAIBA组都容易发生井漏，要尽可能地降低钻井液密度。ZUBAIR和RATAWI组井壁稳定性差，要严格控制钻井液的滤失量，提高泥饼质量，方可降低井壁垮塌风险，必要时可混油乳化，提高底层岩石的亲油疏水性。

（3）全井都要求钻井液的塑性黏度尽可能的小。

7 井控技术

表2 科威特Raudhatain油田RA418井地层与钻井液性能参数对照表

（1）一开井控设备：由于地层富含浅层气，一开施工时就要安装导流器，具体做法是在搬家前就在新井场挖好园井，埋入762mm(30″)导管，井架就位后，在导管上焊接762mm(30″)3.4MPa(500psi)底法兰，再依次装上四通和749.3mm(292r″)3.4MPa (500Psi)导流器，四通的压井一侧接一个79.38mm (38r″)34MPa(5 000Psi)液动平板阀和一个79.38mm (38r″)34MPa(5 000Psi)手动平板阀，再接从钻台立管下来的压井管线；放喷一侧接一个254mm(10″) 3.4MPa(500Psi)液动球阀，再接91.44m(300ft)长254mm(10″)3.4MPa(500Psi)的放喷管线至燃烧池。

（2）二开井控设备：下完473.08mm(185/8")表层套管后，在井口焊接一个527.05mm(203/4″)20.4MPa (3 000Psi)的简易套管头，套管头上装 527.05mm (203/4″)20.4MPa(3 000Psi)×539.75mm(214r″)13.6MPa (2 000Psi)的双载丝法兰，然后装539.75mm(214r″) 13.6MPa(2 000Psi)四通+双闸板防喷器+环形防喷器，四通压井端依次接一个52.39mm(21/4r″)34MPa (5 000Psi)手动平板阀和一个52.39mm(23/4r″)34MPa (5 000Psi)液动平板阀，再接一个52.39mm(21/7r″) 34MPa(5 000Psi)方块三通，方块三通另外两侧每侧接一个52.39mm(21/4r″)34MPa(5 000Psi)单流阀和一个52.39mm(23/4r″)34MPa(5 000Psi)手动平板阀，背向大门一侧接从钻台立管分下来的压井管线，面对大门一侧留着备用。四通节流端依次接一个79.38mm (38r″)34MPa(5 000Psi)手动平板阀和一个79.38mm (38r″)34MPa(5 000Psi)液动平板阀，再接一根79.38mm(38r″)34MPa(5 000Psi)铠装软管至节流管汇，节流管汇缓冲管一个出口接一条91.44m(300ft)长152.4mm(6″)6.8MPa(1 000Psi)的放喷管线至燃烧池，另一个出口通过一根50.8mm(2″)切克森管线连接至液气分离器，液气分离器的出口端接一条91.44m(300ft)长203.2mm(8″)3.4MPa(500Psi)的放喷管线至燃烧池。

（3）三开井控设备：下完339.73mm(131/8″)技术套管后，装527.05mm(201/4″)20.4MPa(3 000Psi)× 346.08mm(131/8″)20.4MPa(3 000Psi)套管头，套管头上装346.08mm(131/8″)20.4MPa(3 000Psi)×346.08mm (131/8″)34MPa(5 000Psi)的双载丝法兰和346.08mm (131/8″)34MPa(5 000Psi)升高短节，然后装346.08mm (131/8″)34MPa(5 000Psi)四通+双闸板防喷器+环形防喷器，四通压井端依次接一个79.38mm(38r″) 34MPa(5 000Psi)手动平板阀和一个79.38mm(38r″) 34MPa(5 000Psi)液动平板阀，再接79.38mm(38r″) 34MPa(5 000Psi)×52.39mm(21/4r″)34MPa(5 000Psi)转换短节，再接一个52.39mm(21/4r″)34MPa(5 000Psi)方块三通，方块三通另外两侧每侧接一个52.39mm (21/4r″)34MPa(5 000Psi)单流阀和一个52.39mm(21/4r″) 34MPa(5 000Psi)手动平板阀，背向大门一侧接从钻台立管分下来的压井管线，面对大门一侧留着备用。四通节流一侧与二开相同。

（4）四开及以后井控设备：下完244.48mm(91/8″)套管后装346.08mm(131/8″)20.4MPa(3 000Psi)× 346.08mm(131/8″)34MPa(5 000Psi)套管头，然后装346.08mm(131/8″)34MPa(5 000Psi)四通+双闸板防喷器+环形防喷器，四通两侧设备与三开时相同。

（5）346.08mm(131/8″)34MPa(5 000Psi)双闸板防喷器的下闸板需装剪切闸板总成。为了保证剪切能力，装剪切闸板的防喷器油缸应配有增加关闭压力的辅助油缸。

（6）节流管汇型号为 92.08mm(31/8″)34MPa (5 000Psi)，需配备2只手动孔板式节流阀和1只液动孔板式节流阀。

（7）井控设备按下列标准作压力测试：防喷器安装之前在试压座上测试，安装到井口后要再次测试。井控设备每14d要测试一次，用钻杆试验；当井下是复合钻具时，环形防喷器需要用较小的钻杆测试。如果部分井控设备有维修、更换或者替换，该部分及受影响的部分都要完全测试，包括为了下套管而更换闸板总成，对于特殊的设备，井队应该保留详细的测试程序。测试包括低压和高压2部分，先试高压稳压5min，再试低压稳压10min，低压测试压力最多不超过3.4MPa(500Psi)；但749.3mm(292r″)3.4MPa (500Psi)导流器只做封钻杆的功能测试，不做压力测试。高压测试至各设备的额定压力，但同时要满足以下条件：初次安装在井口之上,井控及相关设备最少要测试到井口压力的120%；如果是用试压杯在套管内试压,测试压力应该不超过套管额定破裂压力的80%；节流管汇和井口防喷器组测试周期与压力值保持一致；试压过程中不允许使用2次密封；测试介质用清水；要保存压力记录曲线。

（8）加强井涌监测和预防井喷措施：流量、泥浆池液位和泥浆补给罐等监测设备一直保持正常工作，特别是在起钻时候；泥浆比重和漏斗黏度（井筒内外）和泥浆罐体积最少每15min要记录一次，结果要立即报给司钻；任何钻具组合的钻头短节都要安装浮阀；万一出现钻具放空，司钻在检查地层流体前钻进不得超过1.52m(5ft)。如果没有溢流,再钻进1.52m(5ft)并再次检查流体，如果还是没有发现溢流，慎重的继续钻进.任何底层特征如构造性钻具放空应该在钻井设计里显示；起下钻时，包括进出井筒、刚离开井底时、在套管鞋的最深处、通过井口防喷器组起出钻铤之前都要监控起下钻灌泥浆罐的泥浆用量，并做好记录，水基泥浆5min检查一次，油基泥浆没10min检查一次，一旦发现有泥浆向底层漏失，司钻要立即停钻并记录漏失量，在2.76t/h(20桶/ h)的漏失量以内可以继续钻进或起下钻，但要保证井筒内充满原先使用的水或泥浆，当钢丝或者电缆在钻柱里的，任何时候都要安装全开式安全阀。

8 认识及结论

（1）558.8mm(22″)牙轮钻头×406.4mm(16″)牙轮钻头×311.15mm(124r″)金刚石钻头×215.9mm(82r″)金刚石钻头×152.4mm(6″)金刚石钻头是科威特北部油区乃至整个科威特地区典型的钻头程序。

（2）473.08mm(181/8″)套管×339.73mm(131/8″)套管×244.48mm(91/8″)套管×177.8mm(7″)尾管是科威特北部油区乃至整个科威特地区套管程序的典型特征。

（3）在科威特地区一、二开钻井钻具中普遍使用193.68mm(71/8″)H90型螺纹的扶正器和钻铤，具有更能传递扭矩更能抗断裂的性能。

（4）在科威特北部油区，所有井段都使用螺旋钻铤及随钻震击器或减震器，可以起到预防和减少卡钻事故发生的作用。

（5）在科威特北部油区使用的钻井参数具有高转速、高泵压、低钻压和大排量的特点。

（6）在该区块，中心喷嘴牙轮钻头得到了广泛的应用，也取得了很高的机械钻速。建议以后试用中长喷嘴和水力涡流喷嘴，以期进一步提高机械钻速。

（7）全井钻进中都需要连续使用固控设备，尽量减少钻井液中的固相含量。全井钻井液漏斗黏度控制在45s左右。

（8）国产的井控设备已获准在该区块使用。346.08mm(131/8″)34MPa(5 000Psi)双闸板防喷器的下闸板需装剪切闸板总成。为了保证剪切能力，该油缸要配备增加关闭压力的辅助油缸。节流管汇需配备2只手动孔板式节流阀和1只液动孔板式节流阀。如国产孔板式节流阀稳压效果不好可改为T3或SWACO的同类产品。

（9）每14d要对所有的井控设备做一次压力测试，测试包括低压和高压2部分，先测试高压稳压5min，再测试低压稳压10min，高压测试压力一般为设备的额定压力，低压测试压力最多不超过3.4MPa (500Psi),现场一般为2.04MPa(300Psi)。

[1]柳广弟.石油地质学[M].北京：石油工业出版社,2009.

[2]严忠,辛俊和,陈曙东,等.苏丹1/2/4区钻井技术[J].石油钻探技术, 1999,2(4):18-20.

[3]雍自强,刘汝山.钻井承包商协会论文集[M].北京:中国石化出版社, 2006：369-375.

[4]中国石化集团公司井控培训教材编写组.钻井井控工艺技术[M].青岛：中国石油大学出版社,2008.

A brief introduction is given to the basic situation about the petroleum storages of Kuwait,the geological state of north oil region of Kuwait,and some aspects like the well depth structure,the drilling tool assemblage,the drilling parameter,the drilling head preference,the drilling fluid and the well control technology applied by drilling team of Sinopec in drilling operation of Raudhatain oilfields.From the above information,some basic conditions needed by the drilling team in Kuwait and some problems needed to be paid much attention to in the construction can be obtained.Meanwhile,this study can play some reference role in the development of domestic petroleum drilling technology.

well depth structure;casing program;drilling assemblage;drilling parameter

柳云（1976-），男，工程师一直从事钻井及井控工作，现任中原石油勘探局钻井管具工程处沙特（科威特）项目组副经理。

尉立岗

2011-12-22