吉木薩爾地區(qū)致密油藏水平井優(yōu)快鉆井技術(shù)

黃 鴻李俞靜陳松平

（1.新疆油田公司勘探公司，新疆克拉瑪依 834000；2.西部鉆探井下作業(yè)公司，新疆克拉瑪依 834000）

吉木薩爾地區(qū)致密油藏水平井優(yōu)快鉆井技術(shù)

黃 鴻1李俞靜2陳松平1

（1.新疆油田公司勘探公司，新疆克拉瑪依 834000；2.西部鉆探井下作業(yè)公司，新疆克拉瑪依 834000）

吉木薩爾地區(qū)油層屬于低滲、超低滲油氣藏，針對該地區(qū)油藏的地質(zhì)特征和鉆井特點，在鉆井方案中融入“最優(yōu)化儲層改造”思路，優(yōu)化水平井井眼軌道設(shè)計；通過對井震資料、鄰井及導(dǎo)眼井的巖性、含油性對比分析，動態(tài)跟蹤水平段井眼軌跡控制，確保油層鉆遇率；優(yōu)選鉆頭及輔助提速工具，建立了區(qū)塊鉆頭序列和配套提速技術(shù)，實現(xiàn)了全井快速鉆進(jìn)；通過測井資料進(jìn)行水平井井眼穩(wěn)定性分析，優(yōu)選鉆井液體系和優(yōu)化鉆井液性能，實現(xiàn)了?152.4 mm小井眼長水平段的安全鉆進(jìn)，最終形成了一套有特色的吉木薩爾凹陷致密油藏的水平井優(yōu)快鉆井技術(shù)，為十億噸級的昌吉油田開發(fā)提供了堅實的技術(shù)保障。

吉木薩爾；致密油藏；井眼軌跡；油層鉆遇率；PDC鉆頭；集成提速

新疆吉木薩爾凹陷東斜坡區(qū)擁有豐富致密油藏資源，2012年前主要以直井開采為主，但在勘探開發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)，靠簡單直井難以提高油藏動用程度，因此2012年制定了“研究與工藝并重，注重整體，以規(guī)模儲量為目標(biāo)，以直井控面，水平井增產(chǎn)為部署”原則，主攻吉木薩爾凹陷，落實儲量規(guī)模。在致密油藏氣藏勘探中，采用水平井加體積壓裂新技術(shù)，有效提高了油藏動用程度及采收率［1-5］。

吉木薩爾凹陷位于準(zhǔn)噶爾盆地東部隆起，面積1 278 km2，地層發(fā)育較全，生儲蓋組合好，2011年前主要作為烴源層，無專層探井，但多井見良好油氣顯示。2011年通過老井復(fù)查，初步認(rèn)識到蘆草溝組烴源儲一體、油層大面積連續(xù)展布的致密油藏特征。2012年通過實際鉆探證實，蘆草溝組烴源條件極佳，發(fā)育上、下2套甜點體，且分布穩(wěn)定，匹配關(guān)系好。吉木薩爾凹陷蘆草溝組致密油藏二疊系埋藏深度3 000～4 500 m，三疊系、二疊系地層可鉆性較差，鉆速慢，工期長，燒房溝組、韭菜園組及梧桐溝組地層易垮塌，且該區(qū)塊未鉆過小井眼水平井。針對吉木薩爾地區(qū)地質(zhì)特點和蘆草溝組儲層特征，結(jié)合直井鉆探情況和鉆井難點，2012年開展了水平井鉆井技術(shù)的攻關(guān)，取得了較好的效果。

1 致密油藏水平井鉆井技術(shù)

1.1 水平井優(yōu)化鉆井技術(shù)

1.1.1 井眼軌道設(shè)計 通過對上、下甜點地質(zhì)體進(jìn)行巖石力學(xué)和應(yīng)力場分析，根據(jù)上、下甜點地質(zhì)體的最大最小主應(yīng)力、彈性模量、泊松比、單軸抗壓強(qiáng)度等參數(shù)，模擬水平井壓裂裂縫的縫寬、縫長等形態(tài)以及最佳鋪砂方式，以“最優(yōu)化儲層改造”為前提，優(yōu)化水平井井眼軌道設(shè)計。具體操作為：根據(jù)橢圓井眼短軸方向、XRMI井眼圖像、誘導(dǎo)縫走向等判斷出二疊系地層最小水平主應(yīng)力方向，為了保證井眼穩(wěn)定及壓裂產(chǎn)生網(wǎng)狀裂縫，優(yōu)選井眼方位與最小主應(yīng)力保持一定的夾角（圖1），此外通過模擬水平井壓裂裂縫延展及鋪砂最佳方式優(yōu)化水平井井眼軌道設(shè)計。鉆井工程方案中引入“最優(yōu)化儲層改造”理念，進(jìn)行反向設(shè)計，正向施工，最終優(yōu)化水平井地質(zhì)目標(biāo)，為試油及大型多級壓裂提供科學(xué)的井眼軌道設(shè)計［6-9］。

圖1 優(yōu)化水平井方位

1.1.2 井身剖面設(shè)計 通過對吉木薩爾凹陷地質(zhì)特征認(rèn)識，該區(qū)塊探井水平井設(shè)計采用了“雙增剖面”水平井，其主要特征是在2個增斜段之間設(shè)置了一個可供調(diào)節(jié)的“切線段”，通過優(yōu)化設(shè)計“切線段”的井斜角和長度來滿足地質(zhì)要求，彌補(bǔ)油氣儲層幾何產(chǎn)狀及其厚度的影響，實現(xiàn)井眼軌跡準(zhǔn)確中靶。針對前期造斜段井眼軌跡偏長這一現(xiàn)象，通過對井眼穩(wěn)定性、鉆具摩阻及管柱與井眼相容性分析與評價，設(shè)計采用中～長半徑水平井，縮短靶前距離，井眼曲率由5～6 （°）/30 m提高到8～10 （°）/30 m ，縮短造斜段長度100多m，實現(xiàn)了安全快速鉆井的目的，降低了鉆井成本。

1.1.3 鉆具結(jié)構(gòu)優(yōu)化 針對水平段?152.4 mm小井眼鉆具組合，一般采用?88.9 mm斜坡、加重鉆桿與?127 mm斜坡鉆桿復(fù)合鉆具組合，在鉆進(jìn)過程中面臨排量小、泵壓高、鉆具易發(fā)生二次彎曲及鉆壓不能有效傳遞至鉆頭等現(xiàn)象，通過進(jìn)行鉆具力學(xué)分析，優(yōu)化使用?101.6 mm非標(biāo)斜坡、加重鉆桿與?127 mm斜坡鉆桿鉆具組合，增強(qiáng)了鉆具的剛度，實現(xiàn)了鉆壓的有效傳遞和降低了高泵壓作業(yè)風(fēng)險，大幅度地提高了平均機(jī)械鉆速。通過鄰井對比，在相同的地層、鉆頭、工具及鉆井液性能條件下，使用非標(biāo)?101.6 mm鉆桿后，水平段平均機(jī)械鉆速達(dá)到11.72 m/h，比鄰井提高了329%。

1.1.4 動態(tài)跟蹤水平井軌跡，確保油層鉆遇率 在水平井施工過程中，除了準(zhǔn)確預(yù)測下部鉆具組合的造斜能力外，充分利用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具的自身特點，根據(jù)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具在鉆井過程中抗地層漂移的能力，初步判斷地層走向趨勢，最重要的是根據(jù)導(dǎo)眼井油氣顯示及電測資料，精密跟蹤、動態(tài)調(diào)整井眼軌道，在油層鉆井過程中，時時監(jiān)測地層標(biāo)志層，保證井眼軌跡在標(biāo)志層高GR下部穿行，通過措施的有效落實，實現(xiàn)了鉆井、地質(zhì)工程一體化，大幅度提高了油層鉆遇率及甜點鉆遇率，吉172-H、吉251-H、吉32-H 等3口水平井甜點體鉆遇率100%，平均油層鉆遇率91.8%。

1.2 水平井快速鉆井技術(shù)

1.2.1 因地制宜優(yōu)選PDC鉆頭 通過對吉木薩爾凹陷區(qū)塊地層進(jìn)行巖石力學(xué)特性分析可知：（1）三疊系以上地層，西山窯組到克拉瑪依組之間主要以泥巖為主，具有一定沖擊性，可鉆性較好；（2）三疊系地層，克拉瑪依組主要為泥巖和中砂巖互層，研磨性強(qiáng)，具有一定沖擊性，巖石可鉆性一般；燒房溝、韭菜園組以泥巖為主，具有一定的塑性，可鉆性較差；（3）二疊系地層，梧桐溝組以灰色泥巖為主，可鉆性差；蘆草溝組主要為泥巖，夾砂巖，巖性致密，強(qiáng)度較大，可鉆性差。

在克拉瑪依組及以上地層，采用四刀翼、攻擊力強(qiáng)的PDC鉆頭，增加PDC鉆頭進(jìn)尺占有率，減少起下鉆；在燒房溝、韭菜園及梧桐溝組采用高抗研磨、熱穩(wěn)定齒的PDC鉆頭，配合使用扭力沖擊器及水力脈沖接頭特殊工具，有效切削地層，從而提高機(jī)械鉆速；蘆草溝采用專為泥巖設(shè)計的高攻擊性PDC鉆頭，水平段采用雙排齒設(shè)計的PDC鉆頭，以提高機(jī)械鉆速并且延長鉆頭進(jìn)尺，最終形成了全井鉆頭序列及配套提速技術(shù)。

與2011年前完成井相比，三疊系燒房溝以上地層平均深度增加221 m的情況下，PDC進(jìn)尺占有率提高32.4%，機(jī)械鉆速提高15.26%；燒房溝至梧桐溝地層應(yīng)用PDC+特殊提速工具配套技術(shù)，機(jī)械鉆速提高75%～90%；二疊系蘆草溝組在平均深度增加1 077 m的情況下，PDC鉆頭機(jī)械鉆速比牙輪鉆頭提高99.27%。水平井水平段僅用2只PDC鉆頭完成進(jìn)尺，見表1。

表1 水平井PDC鉆頭技術(shù)指標(biāo)

1.2.2 鉆井液技術(shù) 根據(jù)直井測井資料進(jìn)行水平井眼穩(wěn)定性分析，模擬分析在一定的方位條件下，隨著井斜的增加，蘆草溝組地層的坍塌壓力變化情況。通過對比分析，在井眼方位為237.01°時，隨著井斜增加，坍塌壓力逐漸降低，從而為鉆井液選型及鉆井液密度提供理論依據(jù)。在水平井施工過程中，由于造斜段及水平段均較長，鉆具與井壁接觸面積大，容易引起鉆進(jìn)過程的鉆頭托壓以及黏附卡鉆。通過優(yōu)選鉀鈣基混油鉆井液體系，造斜段及水平段根據(jù)井下情況加入8%～12%的白油，復(fù)配其他潤滑劑，改善濾餅潤滑性及濾餅質(zhì)量，提高防塌護(hù)壁能力，從而降低了井眼摩阻及緩解二疊系梧桐溝組垮塌問題。此外，優(yōu)化鉆井液流變參數(shù)，提高其攜帶懸浮能力，動塑比控制在0.4～0.5、初切4～5 Pa，終切達(dá)到初切的2～3倍，有效解決了小井眼的凈化問題，保障了提下鉆通暢、電測及管柱下入順利。

2 現(xiàn)場應(yīng)用

通過應(yīng)用優(yōu)快鉆井技術(shù)，吉木薩爾區(qū)塊井深3 900 m左右直井鉆井周期由原來的115 d降至85 d左右，同類型水平井從造斜點到完井平均鉆井周期由112.5 d縮短至61.2 d。

通過長水平段+多級壓裂體積改造技術(shù)，致密油藏蘆草溝組獲得中高產(chǎn)。目前已在吉172-H、吉251-H、吉32-H及吉36-H井中成功應(yīng)用，其中吉172-H井壓裂后 2個多月連續(xù)穩(wěn)產(chǎn)60 m3，吉251-H最高日產(chǎn)50.67 m3，吉32-H最高日產(chǎn)28.44 m3，目前正在退液試產(chǎn)。

3 結(jié)論

（1）針對“甜點體”分布，結(jié)合目的層地應(yīng)力方向、井眼穩(wěn)定、壓裂起縫方位等因素，引入“最優(yōu)化儲層改造”理念，反向設(shè)計，正向施工，優(yōu)化井眼軌跡，為試油及體積壓裂提供優(yōu)質(zhì)的井眼條件。

（2）通過吉木薩爾地區(qū)致密油藏水平井優(yōu)快鉆井技術(shù)研究與應(yīng)用，獲得了高產(chǎn)油流，增加石油預(yù)測儲量10億噸。

（3）形成了一套有針對性的吉木薩爾致密油藏水平井優(yōu)快鉆井技術(shù)，在推廣應(yīng)用過程中，取得了較好的效果。

（4）建議下步攻關(guān)吉木薩爾致密油藏水平井鉆井“工廠化”作業(yè)，持續(xù)完善吉木薩爾致密油藏水平井優(yōu)快鉆井技術(shù)。

［1］鄒才能，朱如凱，吳松濤，等.常規(guī)與非常規(guī)油氣聚集類型、特征、機(jī)理及展望——以中國致密油藏和致密氣為例［J］.石油學(xué)報，2012，33（2）：173-187.

［2］鄒才能，張光亞，陶士振，等.全球油氣勘探領(lǐng)域地質(zhì)特征、重大發(fā)現(xiàn)及非常規(guī)試油地質(zhì)［J］.石油勘探與開發(fā)，2010，37（2）：129-145.

［3］韓志勇.定向鉆井設(shè)計與計算［M］.山東東營：中國石油大學(xué)出版社，2007.

［4］高德利，許樹謙，李相方，等.復(fù)雜地質(zhì)條件下深井超深井鉆井技術(shù)［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2004.

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［7］王金琪.中國大型致密砂巖含氣區(qū)展望［J］.天然氣工業(yè)，2000，20（1）：10-15.

［8］李道品.低滲透砂巖油田開發(fā)［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1997.

［9］高德利.鉆柱力學(xué)若干基本問題研究［J］.石油大學(xué)學(xué)報，1995，19（1）：24-35.

（修改稿收到日期 2014-04-18）

〔編輯 薛改珍〕

Optimal and fast drilling technology for horizontal wells to competent oil reservoirs
in Jimusar District

HUANG Hong1,LI Yujing2,CHEN Songping1
（1.Exploration Company of Xinjiang Oilfield,Karamay 834000,China;2.Downhole Service Company of the West Drilling Corporation,Karamay 834000,China）

The oil layers in Jimusar area are oil/gas reservoir of low and super-low permeability.In view of the geologic features and drilling characteristics of the reservoirs in this area,the concept of optimal reservoir stimulation' is incorporated in the drilling program to optimize the design of horizontal well trajectory;through comparing and analyzing wellbore seismic data,lithologies and oil possibilities of offset well and pilot hole,and dynamically tracking hole trajectory control in horizontal section,the encountering rate of oil reservoirs is assured;through optimizing the drill bits and auxiliary accelerating tools,and establishing the sequence for this block and the allied accelerating technique,the fast drilling of the whole well is realized;through the analysis of of horizontal hole stability with logging data,and optimization of the drilling fluid system and its properties,the safe drilling of ?152.4 mm long horizontal section is realized.Finally,a set of optimal and fast dilling technology specific for drilling horizontal wells in competent reservoirs in Jimusar Depression is formed,which provides a solid technical guarantee for the development of the 1 billion ton in Changji Oilfield.

Jimusar;competent oil reservoir;well trajectory;oil reservoir encountering rate;PDC bit;integrated accelerating

黃鴻，李俞靜，陳松平.吉木薩爾地區(qū)致密油藏水平井優(yōu)快鉆井技術(shù)［J］.石油鉆采工藝，2014，36（4）：10-12.

TE243

：A

1000–7393（2014）04–0010–03

10.13639/j.odpt.2014.04.003

黃鴻，1980年生。2005年畢業(yè)于西南石油學(xué)院石油工程專業(yè)，現(xiàn)主要從事鉆井技術(shù)研究及管理工作。電話：13579522478。E-mail：huangh11@petrochina.com.cn。