大慶油田致密油藏開發(fā)鉆井提速技術淺析

高銳

中國石油大慶油田有限責任公司鉆井工程技術研究院 （黑龍江 大慶 163413）

0 引言

齊家油田金28 區(qū)塊位于齊家-古龍凹陷，是松遼盆地最主要的生油凹陷之一。 齊家地區(qū)的油氣主要來自齊家-古龍凹陷的青山口組源巖， 具有埋藏深、厚度大、有機質豐度高、生油母質類型好的特點，為油氣的大量生成提供了充足的物質基礎[1]。

本區(qū)塊鉆遇嫩江組、姚家組、青山口組（未穿）。嫩江組大段紫紅色、灰黑色泥巖、灰綠色泥巖，泥巖造漿性強，需防塌、防造漿。 姚家組主要含灰色粉砂巖，灰色含鈣粉砂巖，灰色泥質粉砂巖與灰色泥巖呈不等厚互層夾暗紫紅色泥巖、 紫灰色粉砂質泥巖薄層。 青山口組大段灰黑色泥巖，灰色粉砂巖，灰色含鈣粉砂巖、鈣質粉砂巖與灰色、灰黑色泥巖組成不等厚互層。青山口泥巖地層在大慶地區(qū)鉆井難度很大，極易失穩(wěn)造成井塌、井壁剝落、掉塊情況，本區(qū)塊鉆井設計長達1 500 m 左右水平段在青山口地層穿行， 對施工技術提出更高要求。 4 口水平井依次施工，逐步摸清了主要地層的失穩(wěn)機理[2]，并分析出一套有效的鉆進參數(shù)[3]，使鉆井得以安全順利施工，并有效提高了鉆速， 為本區(qū)塊后續(xù)開發(fā)提供了有力保障。

1 鉆井參數(shù)分析

1.1 4 口水平井施工概況

4 口井鉆遇層位，都穿遇嫩江組、姚家組、青山口組，除金B(yǎng)-平2 井砂巖鉆遇率91.3%，其他3 口砂巖鉆遇率均為100%，開發(fā)層位同屬青山口地層。其中金A-平1 垂深2 175.96 m， 開發(fā)青山口GⅣ5層；金A-平2 垂深2 133.88 m，開發(fā)GⅣ4 層；金A-平1 垂深2 178.4 m，開發(fā)GⅣ1 層；金B(yǎng)-平1 井垂深2 215.7 m，開發(fā)GⅣ3 層。4 口井開發(fā)層位同屬青山口組高四油層組，且砂巖鉆遇率很高，鉆進中地層基本一致，地層對鉆速影響較小。并且4 口井相鄰并由同一井隊完成施工，鉆速具有很強可比性。根據(jù)地質情況和已鉆井的經驗，主要進行工程、定向、鉆井液3 個方面優(yōu)化調整。

1.2 鉆井參數(shù)調整

在4 口水平井施工過程中， 根據(jù)施工的效果對鉆具組合逐步調整，試驗出最具效率的鉆具組合[4]，具體鉆具組合調整見表1。

1）鉆頭水眼調整。 從金A-平1 到金B(yǎng)-平1，鉆頭水眼逐步調整到最大， 使鉆頭壓降進一步降到最低，造斜段、水平段排量從31 L/s 提升到32～34 L/s，有效提升了環(huán)空返速，增強了鉆井液攜帶巖屑能力，對防止巖屑反復破碎和巖屑床起到了積極作用。

表1 4 口水平井鉆具組合調整

2）鉆鋌使用調整。 鉆具結構改變是減掉螺旋鉆鋌的使用。 金A-平1、金A-平2 造斜段起初使用鉆鋌目的是為了增加鉆壓傳遞至鉆頭效果， 實際應用效果表明，在嫩江組、姚家組較軟地層，使用大尺寸鉆鋌等加重鉆具沒有起到改善鉆壓傳遞的效果，反而因鉆具重量增加使鉆具吃入軟地層， 大大增加了鉆進時的摩阻，導致有效鉆壓降低，鉆速過慢。金B(yǎng)-平2、金B(yǎng)-平1 造斜段摒棄鉆鋌使用之后，鉆速得到明顯提升。

3）加重鉆桿的調整。不使用大尺寸加重鉆具，改用加重鉆桿來調節(jié)鉆壓傳遞， 找到了使用加重鉆桿比較合理的范圍， 既減少了起下鉆次數(shù)使鉆進工序銜接緊密，又明顯提高了鉆速。

4）井下工具的使用。在試驗過液動旋沖工具、隨鉆震擊器、工具面穩(wěn)定器、旋轉導向儀器之后，發(fā)現(xiàn)此類井下工具在該地層提高鉆速與普通鉆具相比效果不明顯，而且準備時間過長，拉長了鉆井周期，更容易出現(xiàn)井下復雜事故。

經過鉆具結構對比， 通過改變鉆頭水眼尺寸和鉆鋌、加重鉆桿位置，優(yōu)化出最具效率的鉆具組合，達到了減少復雜時率、提高鉆速的目的。

1.3 定向參數(shù)調整

本區(qū)塊4 口水平井在逐井施工過程中， 定向工程師根據(jù)已鉆井施工效果， 掌握了不同層位定向規(guī)律，并制定定向鉆具結構，對提高鉆速起到了關鍵作用。 4 口水平井定向數(shù)據(jù)見表2。

定向鉆進過程結合工程采取了有效措施， 進入定向段每鉆完一個單根充分劃眼， 擾動下井壁累積的鉆屑；每鉆進50~100 m，短起100~200 m 修整井壁； 減少短起下及通井時產生困難而對井壁形成過多的撞擊等對穩(wěn)定井壁起到了重要作用。

定向對于鉆具的調整關鍵在于雙螺扶和加重鉆桿的應用， 對其細微的調整代表了對不同地層定向增斜或減斜效果掌握的程度。 通過4 口井的逐次定向施工， 摸索出了雙螺扶和加重鉆桿在不同地層下的最優(yōu)搭配，起到了很好的效果。由表2 看出，金B(yǎng)-平1 在完全沒有使用旋轉導向的情況下， 復合鉆進比例仍達到了78.75%，最大井斜角也控制在最低范圍內， 狗腿度與部分使用旋轉導向的3 口井相比也控制在合理的范圍內。

表2 4 口水平井定向數(shù)據(jù)

1.4 鉆井液性能調整

本區(qū)塊使用高性能水基鉆井液[6]，具有防塌性好、流變性優(yōu)良、抗溫性較好的特點，通過添加優(yōu)選的潤滑劑、環(huán)保油能夠有效改善泥漿潤滑性，體系中的聚合醇、AP-1、 超細碳酸鈣對致密油層有較好的保護作用。 鉆井液配方性能見表3。

根據(jù)地質概況分析及已鉆井經驗， 分井段對鉆井液性能做出不同調整。

表3 鉆井液配方性能

1.4.1 直井段鉆井液性能調整

直井段鉆遇地層為嫩一、姚二、姚三段，巖性主要為灰黑色泥巖、泥質粉砂巖、含鈣泥質粉砂巖等。從已鉆導眼及裸眼段替漿返出井壁剝落掉塊分析，上部地層并不穩(wěn)定，鉆水泥塞中含有較多鈣離子，使鉆井液骨架結構增強，使鉆井液失水稍大，井壁發(fā)生滲透性膨脹[7]而失穩(wěn)。

1）調整密度：實際施工過程中，前期黏度較低，采取補充純堿、加入高黏PAC 等方式提高鉆井液黏度，保證鉆井液有足夠的懸浮力，后期幾口井直井段密度一直保持在1.40 g/cm3之上，返砂情況正常，井壁情況穩(wěn)定。

2）調整失水及流變性：室內使用降濾失劑膠液稀釋能夠有效降低失水，在實際維護中采用純堿、降濾失劑配制膠液的方式混入井漿，及時補充包被劑，加大觀測密度，及時調整，避免出現(xiàn)絮凝現(xiàn)象，最終將失水控制在2.0 mL 以下。

1.4.2 造斜段、水平段鉆井液措施改進

造斜段主要為青山口地層，易剝落掉塊、發(fā)生井塌、水平段地層為青山口二、三段。 青山口地層失穩(wěn)可能由于滲透性膨脹， 由于鉆井液泥餅及井壁表層受到抑制無法水化膨脹形成泥餅護壁， 濾液侵入地層就會進一步造成井壁滲透性膨脹， 滲透性膨脹是由于濾液離子含量過高， 侵入地層后巖壁孔道打開膨脹加劇，而使井壁變的酥脆失穩(wěn)，經過鉆具撞擊及壓力變化就會導致剝落掉塊發(fā)生。

1）使用螺桿造斜鉆進后，為增加鉆井液的潤滑防卡性，提前加入2%環(huán)保油及潤滑劑，后續(xù)鉆進及時補加潤滑材料，增強泥餅的潤滑性，降低摩阻，使鉆壓能更有效地傳遞到鉆頭上。

2）進入造斜段后采用土漿+膠液補充泥漿量，鉆進時再根據(jù)情況補充。 膠液中藥品含量達到4%~6%之間，純堿使用量根據(jù)鉆井液失水及切力變化大小來確定，逐步緩慢地清除掉井漿中的鈣離子，降低鈣離子帶來的滲透性膨脹等不良影響。

3）鉆進時針對可能會產生井壁剝落及摩阻增大的情況，密度調整至1.45~1.50 g/cm3，并及時觀察振動篩返砂情況，發(fā)現(xiàn)有剝落及時調整密度及失水，并控制固相和含砂，及時補充潤滑材料，較小摩阻。

4）鉆進至后期固相含量上漲，中后期離心機基本保持常開狀態(tài)，每天開啟6~8 h，能夠保持固相穩(wěn)定，同時也置換一部分泥漿，保持鉆井液性能穩(wěn)定。

1.4.3 4 口水平井鉆井液參數(shù)

在金A-平1 井施工過程中，直井段多次出現(xiàn)井壁剝落、掉塊現(xiàn)象，在造斜段泥漿經逐步調整清除鈣侵影響后，后續(xù)經泥漿護壁作用后保持穩(wěn)定；進入水平后半段開始出現(xiàn)遇阻刮卡現(xiàn)象， 根據(jù)此前技術措施分析，整個水平段在青山口地層穿行，青山口地層易發(fā)生滲透性膨脹，使井壁變的酥脆失穩(wěn)，經過鉆具撞擊及壓力變化就會導致剝落掉塊發(fā)生。 后續(xù)提高密度至1.45~1.50 g/cm3后井壁可以保持穩(wěn)定，起下鉆趨于順暢（表4）。

表4 4 口井鉆井液性能統(tǒng)計值

在隨后3 口井施工過程中， 對鉆井液性能做出如下改進。

1）將鉆井液密度調整在1.47～1.50 g/cm3，失水控制在2.0 mL 以下。

2）加入聚合醇、潤滑劑降低鉆井液液面張力，降低青山口地層滲透性膨脹，有效保持了井壁穩(wěn)定。在鉆井及各次起下鉆過程中基本再無剝落、 掉塊等失穩(wěn)現(xiàn)象發(fā)。

3）黏度調整在60～80 s，動切力保持在12～18 Pa，并具有良好的剪切稀釋性。實踐表明能更加有效地攜帶懸浮巖屑。

4）在造斜、水平定向施工過程中，分段及時搭配使用潤滑劑、環(huán)保油提高鉆井液潤滑性能，進一步降低了鉆進時的摩阻。

通過對鉆井液性能和措施優(yōu)化， 達到了維持井壁穩(wěn)定，保障快速鉆進的目的。

1.4.4 4 口水平井機械鉆速對比

隨著各井施工推進，鉆速逐漸提高，最后完成的金B(yǎng)-平1 與金A-平1 相比鉆速提高71.1%， 鉆速提高對比見表5。

表5 4 口相鄰井機械鉆速對比

2 結論

在大慶金28 區(qū)塊致密油藏開發(fā)過程中，經過4口長水平段水平井施工， 分析已鉆井參數(shù)提出如下改進措施。

1）通過對鉆頭水眼改變、鉆鋌和加重鉆桿使用調整出最佳鉆具組合。

2）分析定向參數(shù)配比出雙螺扶和定向工具最優(yōu)結構。

3）施工過程中需根據(jù)不同層位及施工情況優(yōu)化鉆井液性能。

以上措施有效地提高了大慶地區(qū)致密油藏開發(fā)井的鉆井速度，達到了快速優(yōu)質鉆井的目的，為該區(qū)塊后續(xù)開發(fā)提供了有利條件。