鄂南致密砂巖油藏水平井鉆完井技術(shù)優(yōu)化研究

田繪杰 張永清 王惠文

(1.中石化華北分公司工程技術(shù)研究院鉆井完井所，鄭州 450000;2.中石化中原石油工程公司鉆井工程技術(shù)研究院，河南 濮陽(yáng) 457001)

根據(jù)我國(guó)油藏的儲(chǔ)層分類標(biāo)準(zhǔn):空氣滲透率在(1～10)×10-3μm2為特低滲儲(chǔ)層，空氣滲透率小于1×10-3μm2為超低滲儲(chǔ)層(油氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)方法SY/T6285-2011)，特低滲儲(chǔ)層和超低滲儲(chǔ)層均屬于非常規(guī)油氣資源。華北分公司鄂南致密砂巖油藏的空氣滲透率普遍小于0.5×10-3μm2，屬于超低滲儲(chǔ)層。目前鄂南致密砂巖油藏的水平井開發(fā)過程中采用過4種完井方式和4種井身結(jié)構(gòu)，以及不同的配套鉆完井技術(shù)，在生產(chǎn)過程中各技術(shù)體系也都存在著各自的優(yōu)缺點(diǎn)，其中水平段固井完井二級(jí)井身結(jié)構(gòu)鉆完井技術(shù)相對(duì)于其他技術(shù)而言具有明顯的優(yōu)勢(shì)，并能有效地解決實(shí)際生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的諸多問題。

1 鄂南致密砂巖鉆完井技術(shù)難點(diǎn)分析

鄂南致密砂巖油藏的水平井開發(fā)過程中鉆完井技術(shù)主要存在的問題:

(1)現(xiàn)有的完井方式起裂位置難以控制，后期治理困難。鄂南致密砂巖油藏開發(fā)初期水平井主要采用裸眼封隔器分段壓裂和水力噴射分段壓裂。其中裸眼封隔器分段壓裂就是在相應(yīng)位置下入水力座封式封隔器，在需要改造的對(duì)應(yīng)位置下入滑套，封隔器與滑套連接成管柱串，施工時(shí)投球依次打開滑套，從而實(shí)現(xiàn)分段壓裂。裸眼封隔器和水力噴射分段壓裂適合于水平段裸眼完井，具有充分暴露儲(chǔ)層和費(fèi)用低廉的優(yōu)點(diǎn)，但是存在起裂位置無(wú)法控制，后期油井綜合治理困難等問題。實(shí)際生產(chǎn)中由于致密砂巖油藏目的層易出水，找堵水困難，并且產(chǎn)量遞減非?？?，改造治理的問題變得愈加突出。

(2)目前采用的三級(jí)井身結(jié)構(gòu)不合理，機(jī)械鉆速低，成本高昂，鉆完井周期較長(zhǎng)。目前，鄂南致密砂巖油藏針對(duì)裸眼完井的水平井均采用三級(jí)井身結(jié)構(gòu)，該井身適合于裸眼完井，但是對(duì)于水平段固井完井的水平井而言則顯得結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本昂貴，并且機(jī)械鉆速慢，鉆井周期長(zhǎng)。例如，井深3 000 m水平段長(zhǎng)1 000 m的三級(jí)井身結(jié)構(gòu)水平井平均機(jī)械鉆速約為7 m/h，鉆井周期約為48 d，仍有提速空間。

(3)鉆遇地層不穩(wěn)定，對(duì)鉆井液防塌性能要求高。鄂南致密砂巖油藏鉆遇地層多為泥巖、砂質(zhì)泥巖或者泥質(zhì)砂巖，水敏性極強(qiáng)，易吸水膨脹發(fā)生井壁坍塌現(xiàn)象。鄂南紅河油田和涇河油田30%以上的水平井存在井漏或者卡鉆等復(fù)雜情況。

針對(duì)以上難點(diǎn)，我們主要從完井方式優(yōu)化、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、鉆完井液和套管安全下入幾個(gè)方面進(jìn)行了優(yōu)化研究，從而形成了一套適合鄂南致密砂巖油藏有效開發(fā)的水平井鉆完井技術(shù)體系。

2 完井方式的優(yōu)化

鄂南致密砂巖油藏裸眼完井水平井目的層易出水，找堵水困難，且由于產(chǎn)量遞減速率較快，改造治理困難，針對(duì)這些問題，在完井方式方面進(jìn)行了優(yōu)選，并優(yōu)選出了可鉆橋塞分段壓裂和連續(xù)油管帶底封分段壓裂2種水平段固井完井方式?？摄@橋塞由非金屬材質(zhì)組成，壓裂時(shí)作為橋塞對(duì)每一層進(jìn)行分隔，實(shí)現(xiàn)水平井或者直井多級(jí)分段壓裂;另外，通過特殊設(shè)計(jì)，該橋塞還具有單向?qū)Я鞯墓δ?，可以?shí)現(xiàn)壓后的返排生產(chǎn)。連續(xù)油管帶底封分段壓裂則是從水平井末端開始，在相應(yīng)油層位置利用連續(xù)油管及噴砂射孔器進(jìn)行噴砂射孔，射孔后上提連續(xù)油管至垂直段，進(jìn)行環(huán)空水力壓裂，形成水力支撐裂縫，再采用高砂比混合砂塞封堵已壓裂段，完成第一段壓裂，然后利用連續(xù)油管探砂面并調(diào)整砂面，下放連續(xù)油管至第二射孔井段，進(jìn)行射孔、套管環(huán)空壓裂及砂塞封堵，以此反復(fù)，完成水平段壓裂施工。

可鉆橋塞和連續(xù)油管帶底封分段壓裂適合于水平段固井完井，具有壓裂起裂位置明確，壓后即可實(shí)現(xiàn)井筒全通徑、固井完井，便于后期治理等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效地解決油井后期綜合治理的問題。2013年下半年至今鄂南致密砂巖油藏完鉆水平井70余口，均采用水平段固井完井，且應(yīng)用效果較好。

3 井身結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

鄂南致密砂巖油藏儲(chǔ)層埋深處于400～2 500 m不等，從上到下依次鉆遇第四系全新統(tǒng)、白堊系羅漢洞組、環(huán)河組、華池組、洛河宜君組、安定組、直羅組、延安組和三疊系延長(zhǎng)組，目的層均為三疊系延長(zhǎng)組，地層壓力系數(shù)在0.8～1.1之間，屬于常溫常壓系統(tǒng)。第四系黃土層具有結(jié)構(gòu)疏松、承壓能力較低、滲透能力較強(qiáng)等特點(diǎn)，鉆井過程中易漏、易垮，在井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中為一開必封井段。

開發(fā)初期鄂南致密砂巖油藏水平井采用水平段裸眼完井。對(duì)于水平段裸眼完井的水平井，原井身結(jié)構(gòu)為一開采用Φ374.7 mm鉆頭，下Φ273 mm套管封固第四系黃土層;二開采用Φ241.3 mm鉆頭鉆至A點(diǎn)，下Φ177.8 mm技術(shù)套管固井;三開水平段采用Φ152.4 mm鉆頭鉆至B靶點(diǎn)，裸眼完井井身結(jié)構(gòu)見表1。

表1 裸眼完井井身結(jié)構(gòu)

該井身結(jié)構(gòu)共應(yīng)用250余口井，應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)二開造斜井段機(jī)械鉆速過慢，平均機(jī)械鉆速約為3 m/h。經(jīng)過鉆井參數(shù)優(yōu)化仍然無(wú)法顯著提高機(jī)械鉆速，于是對(duì)其進(jìn)行井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化，將二開造斜井段尺寸改為 Φ215.9/Φ222.3 mm鉆頭鉆至 A點(diǎn)，下Φ177.8 mm技術(shù)套管固井，裸眼完井復(fù)合井身結(jié)構(gòu)見表2。其中Φ222.3 mm鉆頭實(shí)驗(yàn)2口井，由于效果不如Φ215.9 mm鉆頭，后期均采用二開造斜段Φ215.9 mm鉆頭復(fù)合井眼裸眼完井，該井身結(jié)構(gòu)已應(yīng)用于200余口井。

表2 裸眼完井復(fù)合井身結(jié)構(gòu)

由于后期治理困難，鄂南致密砂巖油藏水平井完井方式優(yōu)化為水平段固井，原先的三級(jí)井身結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本高，并且機(jī)械鉆速較慢，鉆井周期較長(zhǎng)。針對(duì)這種情況，再次對(duì)井身結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，優(yōu)化為二級(jí)井身結(jié)構(gòu)，一開采用Φ311.2 mm鉆頭鉆穿第四系，下入Φ244.5 mm表層套管封固黃土層;二開采用Φ215.9 mm鉆頭一次鉆完水平段，下入Φ139.7 mm套管，技術(shù)套管兼做生產(chǎn)套管使用，固井完井井深結(jié)構(gòu)見表3。

表3 固井完井井身結(jié)構(gòu)

截止到2014年4月，該井身結(jié)構(gòu)在鄂南已應(yīng)用于70余口井，平均機(jī)械鉆速較三級(jí)井身結(jié)構(gòu)水平井提高了5%，鉆井周期縮短了10%。

4 鉆井完井液的優(yōu)化

根據(jù)鄂南致密砂巖油藏地層特點(diǎn)，鉆完井液必須具有穩(wěn)定井壁、減少儲(chǔ)層損害和利于保護(hù)油層的特點(diǎn)。鄂南致密砂巖油藏的開發(fā)過程中采用鉀銨基聚合物鉆井完井液體系，該體系具有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn):(1)具有良好的抑制性和攜巖能力，性能易于調(diào)節(jié)，對(duì)儲(chǔ)層的傷害深度小、滲透率恢復(fù)值高;(2)能夠改善井下數(shù)據(jù)采集環(huán)境，有利于發(fā)現(xiàn)和識(shí)別氣層;(3)能夠有效地提高機(jī)械鉆速，縮短鉆井周期;(4)鉀銨基聚合物鉆井完井液一液兩用，同時(shí)具有鉆井液和完井液的優(yōu)點(diǎn);(5)成本低廉。由于以上諸多優(yōu)點(diǎn)，鉀銨基聚合物鉆完井液體系非常適合致密砂巖油藏的開發(fā)應(yīng)用。具體配方及性能參數(shù)見表4和表5。

表4 水平段裸眼完井分段鉆井液配方

水平段裸眼完井和固井完井在鉆井完井液方面主要區(qū)別是應(yīng)用的井段長(zhǎng)度和層位不同，所以對(duì)鉆井完井液的性能也提出了不同的要求。隨著水平段固井完井方式和井身結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，二開裸眼井段的增加，加大了井漏、井塌的風(fēng)險(xiǎn)，所以鉆井過程中要進(jìn)一步嚴(yán)格控制鉆井完井液的性能，同時(shí)也要制定相應(yīng)的防漏和堵漏技術(shù)對(duì)策。

針對(duì)該情況，鄂南致密砂巖油藏水平段固井完井水平井防漏堵漏的原則是:

(1)一開鉆進(jìn)黃土層時(shí)配制較高黏度的泥漿，控制鉆進(jìn)速度，以減少環(huán)空鉆井液當(dāng)量密度，降低壓漏黃土層的幾率。若發(fā)生漏失，則及時(shí)加入復(fù)合堵漏劑和單封等堵漏材料進(jìn)行堵漏。

(2)無(wú)論哪個(gè)層位發(fā)生漏失，均應(yīng)先采取隨鉆堵漏的辦法，如果沒有效果再采用復(fù)配材料進(jìn)行靜止堵漏。

(3)當(dāng)出現(xiàn)井口失返性漏失時(shí)，應(yīng)首先上提鉆具靜置一段時(shí)間，然后再開泵循環(huán)進(jìn)行試漏，如果有部分返出采取復(fù)配靜堵的辦法;若仍然完全失返則要考慮選擇合適的堵漏材料，或者注水泥進(jìn)行封堵。

表5 水平段裸眼完井鉆完井液性能參數(shù)

5 套管安全下入技術(shù)優(yōu)化

完井方式和井身結(jié)構(gòu)的變化也給套管下入和水平段固井質(zhì)量帶來了一定的難點(diǎn)。水平段固井完井水平井面臨的難點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下2個(gè)方面:

(1)大位垂比水平井套管下入困難。鄂南油區(qū)水平井儲(chǔ)層垂深從400～2 500 m均有分布，水平段均在800～1 200 m之間，某些井位垂比相對(duì)較大(高達(dá)3∶1)，對(duì)于大位垂比井而言套管自身重量無(wú)法推動(dòng)套管下行，導(dǎo)致井口加壓困難，例如鄂南洛河油田ZF47P1井由于位垂比較大，發(fā)生“豎旗桿”現(xiàn)象。

針對(duì)套管下入困難的水平井而言，除了保證井眼質(zhì)量，認(rèn)真通井，充分清洗井眼之外，還研制了下套管專用工具，并且應(yīng)用了漂浮下套管和套管抬頭下套管技術(shù)。

(2)長(zhǎng)水平段水平井固井質(zhì)量難以保證。水平段在1 000 m以上的長(zhǎng)水平段水平井，套管下入過程中套管在自身重力作用下易靠近井壁下側(cè)，引起套管偏心，嚴(yán)重影響巖屑攜帶和注水泥驅(qū)替效果，加劇套管磨損。2013年下半年紅河油田水平段固井完井的水平井水平段固井質(zhì)量?jī)?yōu)良率僅為80%。

針對(duì)長(zhǎng)水平段水平井下套管的問題，扶正器的類型和加放位置的選擇是關(guān)鍵。除盡可能選擇高彈性比例常數(shù)的扶正器之外，還應(yīng)考證扶正器安裝位置的合理性，選擇最優(yōu)間距，使扶正器所受的側(cè)向合力盡可能地減小。

6 不同鉆完井方式在鄂南致密砂巖油藏中的應(yīng)用

紅河油田分布于甘肅鎮(zhèn)原、涇川、崇信三縣，構(gòu)造位置處于鄂爾多斯盆地西緣天環(huán)向斜的南段，是中石化華北分公司的主要油區(qū)。在HH12P142井應(yīng)用了水平段固井完井可鉆橋塞分段壓裂工藝，該井是紅河油田第一口水平段固井完井的水平井。臨井HH12P38井為復(fù)合井眼三級(jí)井身結(jié)構(gòu)，采用裸眼封隔器分段壓裂完井。兩井位置相鄰，完井方式和井身結(jié)構(gòu)不同。兩井鉆井情況及產(chǎn)量對(duì)比見表6。

表6 HH12P142井與HH12P38井指標(biāo)對(duì)比

兩口井完井方式的不同，對(duì)油田開發(fā)后期影響深遠(yuǎn)。所以2013年鄂南致密砂巖油藏水平井全面推廣應(yīng)用水平段固井完井二級(jí)井身結(jié)構(gòu)的鉆完井方式。表7為2013年鄂南洛河油田2種井身結(jié)構(gòu)水平井的對(duì)比情況。

表7 2013年鄂南洛河油田2種井身結(jié)構(gòu)水平井對(duì)比情況

7 結(jié)語(yǔ)

(1)完井是鉆井工作的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，又是采油工程的開端，與整個(gè)油田的開發(fā)緊密相連。所以完井方式的改變直接影響著鉆井方式，同時(shí)也影響著鉆井的成本。

(2)油藏的地質(zhì)條件影響完井方式的選擇，應(yīng)針對(duì)油藏特點(diǎn)對(duì)比分析選擇最優(yōu)的完井方式，同時(shí)隨著技術(shù)的進(jìn)步，完井方式也在不斷進(jìn)步。

(3)鄂南致密砂巖油藏裸眼封隔器完井方式水平井后期生產(chǎn)表明，該完井方式在該區(qū)域應(yīng)用存在一定的缺點(diǎn)，鄂南致密砂巖油藏水平段固井完井的二級(jí)井身結(jié)構(gòu)水平井更具優(yōu)勢(shì)。

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