偏心扩眼器在中石油尼日尔项目首次应用

顾亦新，李万军，肖 月,胡 超，孔祥吉，钱 锋，景 宁

1中国石油集团工程技术研究院有限公司 2中国石油川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院 3中国石油国际勘探开发有限公司

0 引言

中石油尼日尔项目是西非“一带一路”建设的重点地区，前期勘探开发阶段钻井任务已经结束，目前正处于全面开发阶段。

Agadem油田作为尼日尔项目主力油田，自上而下分别为Recent、Sokor泥岩层、低速泥岩层和Sokor砂岩层。其中，Sokor泥岩层岩性以泥岩为主，含少量砂岩(伊—蒙混层占53%、高岭石占44%、伊利石占3%)，地层平均厚度为430 m；低速泥岩层主要以易缩径泥岩为主，厚度约为50～300 m，表现出低声波速度的特点;Sokor砂岩层平均厚度730 m，该层系是盆地的主力含油层系[1-5]。Sokor泥岩段及低速泥岩段为大段泥岩层，井壁坍塌、井眼缩径频发。统计分析2015～2019年已钻56口定向井，实钻中每400 m长起一次至套管鞋，每200 m短起一次至低速泥岩顶，长短起频次高，平均单井长短起耗时4 034.8 h，占全井钻井时效的12.38%，且下套管不到位、电测遇阻遇卡等事故复杂频发。在前期的现场试验中，尝试采用KCl聚合物钻井液体系和胺基钻井液体系，效果不明显。通过调研，随钻扩孔作业技术解决国内外各大油田因井眼缩径导致的阻卡难题[6-11]效果明显。

1 现场复杂工况

尼日尔项目Agadem油田主要目的层为Sokor砂岩储层，地层埋深通常2 200 m左右。采用二开井身结构，Ø508 mm/Ø406 mm导管下深为30 m，表层套管尺寸为Ø339.7 mm或Ø273 mm，下深500～800 m，以封固胶结疏松地层，安装井口装置，为井口压力控制提供条件(固井水泥返至地面)；Ø177.8 mm生产套管下至设计深度，固井水泥浆油井返至目的层以上500 m，气井返至上层套管鞋以上100～150 m。二开裸眼段一般长1 400～1 700 m，泥页岩水化膨胀，导致井眼缩径、井壁坍塌频发。

1.1 下套管遇阻

尼日尔现场下套管遇阻遇卡情况的统计结果表明，下套管遇阻遇卡情况主要在二开，缩径是导致复杂的主要因素，平均处理事故时间为371.1 h，最长处理时间为908.75 h，严重影响钻井时效。

1.2 测井遇阻遇卡

2015～2020年尼日尔完钻的56口定向井中，遇阻遇卡共计29口井，主要发生在Sokor泥岩、低速砂岩及Sokor砂岩层，遇阻遇卡率达到52.38%，遇阻遇卡井斜角范围大(15°～52.62°)，其中Slam测井遇阻23口井(解卡后采用PCL测井)，穿心打捞6口井(通井后PCL测井)。尼日尔现场测井作业事故复杂的统计结果表明，定向井电测过程中存在不同程度的阻卡现象，处理复杂事故时间长达42.7 h，严重影响作业效率，平均单井作业时间长达63.7 h，最长作业时间可达136.25 h,尼日尔9口井测井作业遇阻遇卡事故处理如表1所示。

表1 尼日尔9口井测井作业遇阻遇卡事故处理表

2 提高井眼质量随钻扩眼技术

偏心扩眼器可整合到下部钻具进行随钻扩眼，如图1所示。随钻柱旋转时，偏心结构使得实际井眼大于钻头钻出的井眼，理论上可将钻头钻出的井眼扩大3%～5%，上、下两组螺旋刀翼可实现钻进和起钻过程中的正划眼和倒划眼需求，消除定向井中的微狗腿和微台阶，清理岩屑床，在不影响正常钻井作业的基础上对井眼进行修正，提高井眼的规则度，解决井壁失稳、缩径等难题，减少下套管和电测遇阻遇卡等事故[12-17]。

图1 偏心扩眼器示意图

对于Ø215.9 mm井眼，推荐随钻扩眼的钻具组合为：Ø215.9 mmPDC钻头+Ø172 mm螺杆(1.25°)+Ø172 mm浮阀+Ø210 mm稳定器+Ø172 mm定位接头+Ø172 mm无磁钻铤+Ø127 mm加重钻杆+Ø215.9 mm偏心扩眼器+Ø127 mm加重钻杆+Ø127 mm钻杆。

3 偏心扩眼器应用效果

尼日尔项目应用的偏心扩眼器技术理论扩眼直径可达226 mm，试验的4口井(GololoW-4，GololoW-3，Debeila-8，Koulele-5)均为二开定向井，应用井段平均进尺1 304.3 m，井斜角43.01°～52.21°,如表2、表3所示。

表2 偏心扩眼器技术参数表

表3 偏心扩眼器作用井段统计表

3.1 有效提高井径扩大率

偏心扩眼器在尼日尔地区钻遇地层从上到下依次为Recent，Sokor泥岩，低速泥岩，Sokor砂岩，未使用偏心扩眼器的4口邻井井径扩大率在6.13%～10.43%之间，试验井井径扩大率在12.35%～14.82%之间。其中，Gololo W-4应用井段井径扩大效果最为明显，井径扩大率为14.82%，各区块Sokor砂岩井段也不同程度提高了井径扩大率(表4)。

表4 偏心扩眼器在尼日尔应用井井径扩大率统计表

结合试验井的测井数据分析可以发现，使用偏心扩眼器后整个低速泥岩段没有缩径点，且井径规则，解决了Koulele区块缩径难题。

3.2 保障电测顺利作业

尼日尔地区Dibeilla G-1井未使用扩眼器，该井在测井作业时，在定向段有8处遇阻点，而使用偏心扩眼器的Dibeilla-8、Gololo W-3/4、Koulele-5井在定向段测井时遇阻点减少至0～2处且使用偏心扩眼器的井相对井径较规则，测井下放和上提阻卡点有较好的改善(见表5)。

表5 4口实验井及DibeillaG-1井测井遇卡统计

3.3 缩短钻井周期

偏心扩眼器现场应用过程中，尝试延长短起下段长，钻进进尺控制在300～500 m进行一次短起下，在测井、起下钻方面节省了一定的时间。Debeilla G-1井使用偏心扩眼器后，分别钻进370 m，398 m进行短起，短起正常；尝试使用电缆大满贯一次测井并成功，测井时间仅为9.5 h，二开阶段节省测井、起下钻时间共计104.5 h。其余试验井下钻过程受偏心影响，存在部分点遇阻现象，但并不严重，未出现起钻超拉严重，需要倒滑眼情况，相比之前有明显改善。

3.4 偏心扩眼器作用效果分析

尼日尔现场应用偏心扩眼器的4口试验井(Dibeilla-8、Gololo W-3/4、Koulele-5井)最大井斜均在40°以上，偏心扩眼器应用井段井径扩大至12.35%～14.82%；造斜段起钻未出现过倒滑眼、超拉点减少，下钻遇阻情况大幅减轻，钻柱起下整体上比较顺畅；偏心扩眼器作用井段形成的井壁较规则；使用偏心扩眼器时将短起下段长延长至300～500 m，短起下过程阻点少且未出现倒划眼的情况。通过分析4口试验井的偏心扩眼器使用效果可以发现，偏心扩眼器可对易缩径地层进行有效扩孔(同区块邻井井径扩大率仅为6.13%～10.43%)，消除局部狗腿严重度，减轻在定向造斜段的遇阻卡情况，另外偏心扩眼器对破坏大斜度井岩屑床、消除软硬交错地层形成的壁阶效果明显，缩短起下钻时间，总体上提高了作业效率。

4 结论

(1)使用偏心扩眼器后单井井眼扩大率可达到14.82%，有效扩大井径，减轻因井眼缩径导致的起下钻遇阻卡情况、电测遇阻遇卡以及提高下套管顺畅程度。

(2)4口试验井在定向段进行测井作业时，遇阻遇卡点减少且迅速解除，说明偏心扩眼器可以消除尼日尔地区定向井的局部狗腿严重度和微台阶。

(3)使用偏心扩眼器时可将短起下钻进进尺适当延长，减少起钻未出现过倒滑眼、超拉点，大幅减轻下钻遇阻情况，缩短起下钻时间，提高钻井效率。