樊154區(qū)塊致密砂巖非常規(guī)水平井鉆井技術(shù)

摘要：勝利油田在樊154、樊162、義123、義173、濱435等致密砂巖油氣區(qū)部署了119口井，開(kāi)展了非常規(guī)油氣勘探開(kāi)發(fā)會(huì)戰(zhàn)。2011年，在樊154區(qū)塊完成了第一口致密砂巖油氣井樊154-平1井，取得了初步勘探效果。之后又在樊154區(qū)塊連續(xù)完成了多口施工井，通過(guò)優(yōu)選鉆頭和鉆進(jìn)參數(shù)、優(yōu)化鉆具結(jié)構(gòu)和鉆井液性能、精心設(shè)計(jì)完井通井方案，保證了施工井的順利完成。

關(guān)鍵詞：致密砂巖；非常規(guī)水平井；鉆井技術(shù)；小井眼；壓裂管柱

中圖分類(lèi)號(hào)：TE242 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）05-0112-03

根據(jù)中石化總部制定的“非常規(guī)大發(fā)展”工作部署，勝利油田在樊154、樊162、義123、義173、濱435等致密砂巖油氣區(qū)部署了119口井，開(kāi)展了非常規(guī)油氣勘探開(kāi)發(fā)會(huì)戰(zhàn)。2011年，在樊154區(qū)塊完成了第一口致密砂巖油氣井樊154-平1井，取得了初步勘探效果。樊154塊位于勝利純梁采油廠大蘆湖油田的東部，區(qū)域構(gòu)造處于東營(yíng)凹陷博興洼陷中部，構(gòu)造位置位于濟(jì)陽(yáng)坳陷東營(yíng)凹陷金家-樊家鼻狀構(gòu)造帶東翼樊154斷塊，樊154-平1井之后又完成了多口井的施工。施工中通過(guò)優(yōu)選鉆頭和鉆進(jìn)參數(shù)、優(yōu)化鉆具結(jié)構(gòu)和鉆井液性能、精心設(shè)計(jì)完井通井方案，滿足了鉆井施工的要求，克服了地質(zhì)條件復(fù)雜帶來(lái)的不利影響，保證了施工井的順利完成。尤其樊154-平2井井眼軌跡平滑、井眼暢通、井壁穩(wěn)定、施工過(guò)程順利，創(chuàng)全國(guó)陸上小井眼水平段最長(zhǎng)、水平位移最大、二十段制壓裂管柱首次下入等三項(xiàng)紀(jì)錄。

1 施工難點(diǎn)

樊154區(qū)塊致密砂巖水平井存在如下施工

難點(diǎn)：

（1）儲(chǔ)層埋藏深：樊154區(qū)塊水平井設(shè)計(jì)垂深2690-3400m，斜深均超過(guò)3800m，造斜段長(zhǎng)，滑動(dòng)鉆進(jìn)多。

（2）造斜段泥巖厚度大，斷層發(fā)育，井壁不穩(wěn)定等問(wèn)題突出，鉆井施工存在較大風(fēng)險(xiǎn)。

（3）水平段軌跡控制精度高（全角變化率不能大于6°/100m）。完井壓裂管柱的安全順利下入需要高度平滑的井眼軌跡，水平段的全角變化率不能大于6°/100m，常規(guī)馬達(dá)導(dǎo)向鉆具實(shí)現(xiàn)難度高。

（4）鉆井液技術(shù)要求高（井眼擴(kuò)大率要求小于5%）。勝利油田砂巖儲(chǔ)層相對(duì)松軟，且長(zhǎng)水平段鉆進(jìn)周期長(zhǎng)，要求鉆井液技術(shù)在保障井下有效攜巖、潤(rùn)滑的基本前提下，還需要具有較低的失水和良好的護(hù)壁性，以保證封隔器有效座封。

（5）水平段長(zhǎng)，摩阻扭矩大，后期軌跡控制難度大。隨著水平井段的延伸，施工后期摩阻18～20t，復(fù)合鉆進(jìn)扭矩10～12kN·m。常規(guī)導(dǎo)向鉆具滑動(dòng)鉆井鉆壓傳遞十分困難，井眼軌跡控制難度高，后期滑動(dòng)鉆井控制軌跡占用時(shí)間長(zhǎng)、效率低、效果差，嚴(yán)重影響鉆井效率。

（6）水平段井眼尺寸較小，循環(huán)壓耗大，泵壓高。水平段井眼尺寸為Φ152.4mm，相對(duì)較小，鉆具組合水眼小，循環(huán)壓耗大，泵壓高達(dá)23～24MPa，已接近常用循環(huán)系統(tǒng)（泥漿泵、高壓管匯、水龍帶、頂驅(qū)）額定壓力，長(zhǎng)期在極限工況下工作，安全隱患大。

（7）裸眼段長(zhǎng)，局部井段失穩(wěn)問(wèn)題嚴(yán)重。館陶組及以上地層經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間浸泡容易坍塌掉塊；水平段平面及垂向非均質(zhì)性強(qiáng)，泥質(zhì)含量較高造成井段穩(wěn)定性差；要求鉆井液具有良好的攜巖能力、泥餅質(zhì)量和防塌性能。

（8）Φ177.8mm技套施工存在隱患和難點(diǎn)。在施工中井眼軌跡可能出現(xiàn)曲率高、技術(shù)套管剛性大和難以下入的問(wèn)題；固井水泥返至地面，封固段長(zhǎng)，施工過(guò)程中易發(fā)生井漏等復(fù)雜情況；斜井段井眼曲率較大，固井質(zhì)量很難保證。

（9）Φ152.4mm井眼施工存在隱患和難點(diǎn)。水平段長(zhǎng)，巖屑攜帶困難，形成巖屑床，造成起下鉆阻卡；水平位移長(zhǎng)1233m，在滑動(dòng)鉆進(jìn)中，鉆具與井壁的接觸面積增大，摩阻增高，脫壓嚴(yán)重，鉆速低；水平段地質(zhì)巖性和井眼的特殊性要求鉆井液具有良好的攜巖能力、強(qiáng)抑制能力、泥餅質(zhì)量和防塌性能；完井壓裂管柱管串外徑大，管串結(jié)構(gòu)中放置12級(jí)封隔器，剛性強(qiáng)，下入困難。

2 施工技術(shù)應(yīng)用

2.1 長(zhǎng)水平段井眼軌跡優(yōu)化控制技術(shù)

2.1.1 轉(zhuǎn)變井眼軌跡控制觀念。常規(guī)水平井以“靶盒”為控制目標(biāo)，需要較多的滑動(dòng)鉆進(jìn)控制井眼軌跡，造成井眼全角變化率超過(guò)6°/100m的情況較多，井眼軌跡圓滑度較差，不利于完井壓裂管柱的下入。

針對(duì)低滲透儲(chǔ)層特點(diǎn)，以“井眼圓滑度為核心，盡量控制井眼軌跡在儲(chǔ)層中上部穿行”的軌跡控制原則，井眼全角變化率過(guò)高的情況減少，從而提高井眼軌跡的圓滑度。

2.1.2 井眼軌跡控制主要措施。

（1）結(jié)合地層可鉆性，優(yōu)選底部鉆具結(jié)構(gòu)，優(yōu)配鉆進(jìn)參數(shù)，多復(fù)合少滑動(dòng)。

（2）應(yīng)用國(guó)產(chǎn)LWD隨鉆測(cè)量技術(shù)，評(píng)價(jià)地層巖性，預(yù)判井眼軌跡變化規(guī)律。

（3）適量簡(jiǎn)化鉆具結(jié)構(gòu)，減少測(cè)量另長(zhǎng)（層位穩(wěn)定后，甩掉電阻率短節(jié)）。

（4）地層變化異常井段，進(jìn)行加密測(cè)斜，避免井眼軌跡出現(xiàn)異常。

（5）以全角變化率為主要控制指標(biāo)，適量放寬地質(zhì)靶盒要求。

2.1.3 井眼軌跡控制關(guān)鍵技術(shù)。

（1）底部鉆具組合優(yōu)選。

優(yōu)選原則：增斜段單彎度數(shù)適中，滿足軌跡控制需要，避免出現(xiàn)較大狗腿度；水平段通過(guò)調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)即可控制井斜的增降，“少滑動(dòng)，多

復(fù)合”。

增斜段底部鉆具組合：“Φ241.3mm鉆頭+Φ197mm1.5°單彎螺桿+……”（單彎單穩(wěn)）

優(yōu)化措施及效果：采用1.5°單彎螺桿，但彎角到鉆頭距離比常規(guī)距離稍遠(yuǎn)0.3m，實(shí)鉆造斜率介于常規(guī)1.25°～1.5°單彎螺桿之間，剛好滿足該井設(shè)計(jì)造斜率的要求，同時(shí)避免出現(xiàn)較高的狗

腿度。

水平段底部鉆具組合：“Φ152.4mm鉆頭+Φ120mm1.0°單彎螺桿（本體扶正塊Φ146～147mm）+欠尺寸扶正器（Φ145～147mm）+……”（單彎雙穩(wěn)）。優(yōu)化措施及效果：選擇1.0°單彎螺桿，避免滑動(dòng)鉆進(jìn)調(diào)整井斜時(shí)出現(xiàn)較高的狗腿度；對(duì)螺桿本體上的扶正塊進(jìn)行了優(yōu)化，減少1～2mm，并搭配合適尺寸的欠尺寸扶正器，增強(qiáng)了穩(wěn)斜效果，提高了復(fù)合鉆進(jìn)的比例。

（2）合理使用欠尺寸扶正器。使用原則：帶欠尺寸扶正器的鉆具組合復(fù)合鉆進(jìn)或滑動(dòng)鉆進(jìn)的增斜率較小；不帶欠尺寸扶正器的鉆具組合復(fù)合鉆進(jìn)或滑動(dòng)鉆進(jìn)的增斜率較大。

2.2 摩阻扭矩分析監(jiān)測(cè)技術(shù)

通過(guò)實(shí)測(cè)摩阻扭矩，反算摩阻系數(shù)，預(yù)計(jì)摩阻扭矩，有針對(duì)性地采取調(diào)整措施。

2.3 高效PDC鉆頭優(yōu)選技術(shù)

優(yōu)選目標(biāo)為提高機(jī)械鉆速，減少產(chǎn)層浸泡時(shí)間，減少泥頁(yè)巖縮頸，保障完井管串下入。

鉆頭特性：雙排切削結(jié)構(gòu)，適用于研磨性較強(qiáng)的地層，能延長(zhǎng)鉆頭使用壽命，增加單只進(jìn)尺；大排屑槽，減少重復(fù)破碎，提高機(jī)械鉆速同時(shí)延長(zhǎng)鉆頭

壽命；優(yōu)化水力布局，為鉆頭提供較好水力覆蓋。

為樊154-平1井水平段設(shè)計(jì)的P5235MJH-152.4型PDC鉆頭實(shí)現(xiàn)單只鉆頭水平段進(jìn)尺1088m，僅用兩只就完成了水平段進(jìn)尺。

2.4 地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)應(yīng)用

實(shí)現(xiàn)目標(biāo)：探油層著陸和水平段鉆進(jìn)過(guò)程中引導(dǎo)軌跡準(zhǔn)確進(jìn)入目的層并獲得最大的油層穿透率。

技術(shù)思路：探油頂時(shí)，加強(qiáng)隨鉆電阻率和伽馬曲線與領(lǐng)井測(cè)井圖對(duì)比分析；進(jìn)入目的層后，及時(shí)分析曲線的異常變化，結(jié)合錄井?dāng)?shù)據(jù)綜合判斷軌跡在儲(chǔ)層中的層位和底部鉆具造斜趨勢(shì)，及時(shí)調(diào)整軌跡走向。

2.5 鉆井液技術(shù)應(yīng)用

考慮到施工井三開(kāi)Φ152.4小井眼水平段長(zhǎng)達(dá)1230多m，可能鉆遇泥巖段，要求井徑擴(kuò)大率小于5%，經(jīng)充分論證，選用高性能鋁胺水基鉆井液體系，利用其優(yōu)良的抑制防塌性能、良好的流變性能，很好地解決了本井井眼不穩(wěn)定、鉆具磨阻扭矩大脫壓現(xiàn)象嚴(yán)重、小井眼攜巖和泵壓高等難題。

2.6 完井通井技術(shù)

每次通井鉆具結(jié)構(gòu)的剛性依次加強(qiáng)，模擬完井管柱；通井下鉆中，精細(xì)劃眼技術(shù)避免劃出新井眼，保障通井順利；單次通井到底循環(huán)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，確保清除巖屑床。

3 現(xiàn)場(chǎng)施工情況

通過(guò)優(yōu)選鉆頭和鉆進(jìn)參數(shù)、優(yōu)化鉆具結(jié)構(gòu)和鉆井液性能、精心設(shè)計(jì)完井通井方案，滿足了鉆井施工的要求，克服了地質(zhì)條件復(fù)雜帶來(lái)的不利影響，保證了施工井的順利完成（如下表1）。

4 積累經(jīng)驗(yàn)和取得成績(jī)

通過(guò)樊154-平1、樊154-平2、樊154-平3等多口非常規(guī)井的施工，積累了一定的大位移水平井和致密砂巖井施工經(jīng)驗(yàn)，掌握了同類(lèi)井施工的技術(shù)：高效鉆頭優(yōu)選技術(shù)；井下鉆具組合的優(yōu)選技術(shù)；井身軌跡剖面的優(yōu)選技術(shù)；磨阻扭矩分析監(jiān)測(cè)技術(shù)和地質(zhì)導(dǎo)向的預(yù)測(cè)技術(shù)；高性能鋁胺水基鉆井液體系應(yīng)用技術(shù)；套管防磨技術(shù)；長(zhǎng)水平段通井技術(shù)；多級(jí)壓裂管柱下入技術(shù)。

樊154-平2井，完鉆井深4916m，最大井斜

92.93°，水平段長(zhǎng)2015m，最大水平位移2384.87m。成功下入Φ114.3mm二十段制完井壓裂管柱至預(yù)定位置4851.9m，創(chuàng)全國(guó)陸上小井眼水平段最長(zhǎng)、水平位移最大、二十段制壓裂管柱首次下入三項(xiàng)紀(jì)錄，為非常規(guī)油氣藏勘探開(kāi)發(fā)積累了大量

經(jīng)驗(yàn)。

作者簡(jiǎn)介：趙學(xué)軍（1969-），女，勝利石油管理局黃河鉆井總公司鉆井四公司經(jīng)濟(jì)師，研究方向：鉆井技術(shù)和經(jīng)營(yíng)管理。

（責(zé)任編輯：文 森）