長(zhǎng)慶致密油3 000 m長(zhǎng)水平段三維水平井鉆井技術(shù)

彭元超，韋海防，周文兵

（1中國(guó)石油川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院2低滲透油氣田勘探開發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室）

彭元超等.長(zhǎng)慶致密油3 000 m長(zhǎng)水平段三維水平井鉆井技術(shù).鉆采工藝，2019，42（5）：106-107，112

致密油是中國(guó)具有發(fā)展前景的四種非常規(guī)油氣資源之一，是中石油未來(lái)幾年的開發(fā)重點(diǎn)。國(guó)內(nèi)致密油總資源量125.8×108t，可采12.34×108t，初步評(píng)價(jià)長(zhǎng)慶鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7致密油資源量為30.0×108t，是最為現(xiàn)實(shí)開發(fā)區(qū)，有望形成10～20×108t儲(chǔ)量規(guī)模，預(yù)計(jì)“十三五”末產(chǎn)量可達(dá)200×104t／年，貢獻(xiàn)率可達(dá)8% ～10%，是長(zhǎng)慶5 000×104t重要資源基礎(chǔ)［1］，具有廣闊的勘探開發(fā)前景，如何效益動(dòng)用對(duì)工程技術(shù)提出了更高的要求。

長(zhǎng)慶致密油油儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，物性差，具有明顯低壓、低滲透特征，自然狀態(tài)下產(chǎn)能低［2］。延長(zhǎng)水平段，增加水平井分段多簇射孔壓裂是開采致密油的重要手段之一［3］，目前所采取的2 000 m左右水平段，取得了顯著的效果。為了進(jìn)一步動(dòng)用潛在儲(chǔ)藏量，借鑒前期致密油開發(fā)的經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)3 000 m長(zhǎng)水平段水平井鉆井中存在的一系列難題，開展了延長(zhǎng)水平段長(zhǎng)度相關(guān)鉆井技術(shù)攻關(guān)研究與試驗(yàn)，探索3 000 m及以上水平段水平井鉆井技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高效率、規(guī)?；_發(fā)長(zhǎng)慶致密油，既節(jié)約了土地資源，又可提高經(jīng)濟(jì)與社會(huì)價(jià)值。

一、長(zhǎng)水平段水平井鉆井技術(shù)難點(diǎn)分析

1.地層非均質(zhì)性強(qiáng)，鉆井時(shí)效差

長(zhǎng)慶致密油區(qū)上部地層洛河組與套管腳處承壓能力低、易漏失，直羅坍塌嚴(yán)重，長(zhǎng)裸眼段地層祼露層位比較多，儲(chǔ)層非均質(zhì)性較強(qiáng)，鉆井復(fù)雜井段多，影響鉆井時(shí)效。

2.摩阻扭矩大，軌跡控制難

長(zhǎng)水平段三維水平井因位垂比大、裸眼段長(zhǎng)，且消除偏移距后形成井眼軌跡拐點(diǎn)，造成定向鉆進(jìn)中滑動(dòng)摩阻扭矩急劇增加。使用常規(guī)鉆具復(fù)合鉆進(jìn)時(shí)，鉆具扭曲嚴(yán)重，易發(fā)生鉆具疲勞損壞［4-6］；滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)，托壓現(xiàn)象嚴(yán)重，鉆壓難以有效傳遞到鉆頭上，工具面失穩(wěn)，滑動(dòng)機(jī)械鉆速低，難以達(dá)到預(yù)計(jì)定向效果。

3.長(zhǎng)裸眼段井壁不穩(wěn)定

長(zhǎng)裸眼存在鉆井周期長(zhǎng)、祼眼段浸泡時(shí)間長(zhǎng)、井壁失穩(wěn)、噴漏同存等諸多技術(shù)瓶頸，對(duì)鉆井液提出了更高的要求，必須增強(qiáng)鉆井液的抑制封堵防塌、潤(rùn)滑防卡及攜砂性能。

4.長(zhǎng)水平段固完井難度大

長(zhǎng)水平段水垂比大，下套管摩阻高、易粘卡，難以保證套管串安全順利下入與居中度；固井要求長(zhǎng)封固井段一次性上返，且固井質(zhì)量必須滿足后期大型壓裂改造，對(duì)水泥漿性能要求很高。

二、長(zhǎng)水平段水平井鉆井技術(shù)

1.長(zhǎng)水平段三維水平井安全鉆井工藝技術(shù)

通過(guò)優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)，解決了洛河漏失、直羅坍塌、長(zhǎng)裸眼段摩阻扭矩大與低成本開發(fā)、延長(zhǎng)水平段、提高開發(fā)效率之間的矛盾；在長(zhǎng)水平段、大位垂比等條件下，優(yōu)化軌跡剖面，直井段小井斜消除偏移距，合理安置三維消偏帶來(lái)的軌跡拐點(diǎn)，提高全井段井眼曲率光滑度，降低摩阻扭矩，達(dá)到3 000 m水平段安全鉆進(jìn)目的。

1.1 井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化

長(zhǎng)慶致密油長(zhǎng)水平段水平井常規(guī)的井身結(jié)構(gòu)為：?444.5 mm鉆頭×?339.7 mm套管（表層）+?311.2 mm鉆頭×?244.5 mm套管（二開）+?215.9mm鉆頭×?139.7 mm套管（三開），三開斜井段與水平段在同一裸眼井段，存在祼眼段長(zhǎng)、地層浸泡周期長(zhǎng)等問(wèn)題。因此，要達(dá)到延長(zhǎng)水平段目的，首先要從井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化入手，盡量縮短祼眼井段的長(zhǎng)度，緩解地層浸泡時(shí)間長(zhǎng)、噴漏同存等施工難度。

經(jīng)過(guò)分析研究推薦井身結(jié)構(gòu)：?444.5 mm鉆頭×?339.7 mm套管，封固第四系，進(jìn)入環(huán)河組巖層30 m以上；?311.2 mm鉆頭×?244.5 mm技術(shù)套管，根據(jù)三維偏移距多少，在消除偏移距后，確定封固部分斜井段；?215.9 mm鉆頭×?139.7 mm生產(chǎn)套管，封固全井段。在二開消除偏移距后，井斜在20°～30°區(qū)間時(shí)，降摩減阻效果最明顯：最大摩阻減少15%以上，最大扭矩減少8% ～10%，最大泵壓減少3～4 MPa。優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)圖

1.2 剖面優(yōu)化設(shè)計(jì)與控制技術(shù)

分段優(yōu)化剖面，精細(xì)控制軌跡。井身剖面優(yōu)化的關(guān)鍵在于選擇合理的靶前距，才能夠保證狗腿度適中、井眼曲率平滑、摩阻扭矩最小化，降低長(zhǎng)水平段施工難度。3 000 m水平段水平井的有效靶前距選擇300～350 m時(shí)，起下鉆和滑動(dòng)摩阻相對(duì)較低。采用五段制井身剖面：直-消偏-方位回扭-增斜-水平段儲(chǔ)層鉆進(jìn)。

（1）消除偏移距段。采用微增鉆具組合，以小井斜（10°～20°）調(diào)整鉆壓、排量等參數(shù)穩(wěn)斜鉆進(jìn)以消除偏移距70%左右為最佳。

（2）方位回扭段?；嘏に蕉畏轿?，達(dá)到設(shè)計(jì)方位后徹底消除偏移距。進(jìn)入斜井段后，下技術(shù)套管固封，盡量將三維消偏造成的拐點(diǎn)、摩阻扭矩最大點(diǎn)放置在技術(shù)套管中。

（3）斜井段。利用地層自然增斜規(guī)律、工具造斜能力，復(fù)合為主進(jìn)行斜井段造斜，平穩(wěn)光滑入窗，全井段狗腿度不大于6°／30 m，保證井眼曲率光滑。

（4）水平段。旋轉(zhuǎn)地質(zhì)導(dǎo)向工具，利用其近鉆頭伽馬成像功能，及時(shí)預(yù)判到泥巖，進(jìn)行軌跡調(diào)整，快速穿越泥巖夾層或避免泥巖段鉆進(jìn)。

1.3 水平段安全快速延伸鉆井技術(shù)

1.3.1 旋轉(zhuǎn)地質(zhì)導(dǎo)向

旋轉(zhuǎn)地質(zhì)導(dǎo)向隨鉆系統(tǒng)較傳統(tǒng)滑動(dòng)導(dǎo)向隨鉆系統(tǒng)而言，改變鉆進(jìn)方式，全程旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)極大地消減了摩阻扭矩大給鉆井施工帶來(lái)的困難，能更精細(xì)地控制井眼軌跡，更好指導(dǎo)實(shí)鉆軌跡在目的層中穩(wěn)定穿行。旋轉(zhuǎn)地質(zhì)導(dǎo)向工具的近鉆頭模塊能實(shí)時(shí)測(cè)量近鉆頭井斜、方位及方位伽馬成像，可以判別實(shí)鉆軌跡從目的油層的上邊界或下邊界偏離目的層，并可以提取地層傾角，提前確認(rèn)地層開始變化的位置，進(jìn)而實(shí)時(shí)修正地質(zhì)模型、調(diào)整軌跡，降低構(gòu)造不確定性對(duì)地質(zhì)導(dǎo)向結(jié)果的影響［7］。該工具能夠幫助工程人員精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)地掌握控制權(quán)，保證目的層的鉆進(jìn)，提高儲(chǔ)層鉆遇率。

1.3.2 水力振蕩器

水力振蕩器通過(guò)自身產(chǎn)生的“縱向振動(dòng)”，帶動(dòng)與之相鄰的一定范圍內(nèi)的鉆柱“振動(dòng)”，消除部分鉆柱與井筒的靜摩擦力，來(lái)提高鉆進(jìn)過(guò)程中鉆壓傳遞的有效性和減少底部鉆具與井眼之間的摩阻，特別是在定向鉆進(jìn)中改善鉆壓的傳遞，減少鉆具粘卡的可能性。針對(duì)長(zhǎng)水平段三維水平井摩阻扭矩大，托壓嚴(yán)重等問(wèn)題，川慶公司自主研制了水力振蕩器，累計(jì)應(yīng)用147套，滑動(dòng)鉆進(jìn)效率平均提高23%，有效解決了滑動(dòng)鉆進(jìn)托壓?jiǎn)栴}，成為水平井提速利器。

2.鉆井液潤(rùn)滑減阻技術(shù)

（1）通過(guò)優(yōu)選高效環(huán)保潤(rùn)滑劑增強(qiáng)鉆井液的潤(rùn)滑性能和嚴(yán)格控制鉆井液中低密度固相含量?jī)身?xiàng)措施，解決長(zhǎng)水平段施工中的摩阻問(wèn)題。

（2）通過(guò)優(yōu)化鉆井液的配方、增強(qiáng)鉆井液的低剪切速率切力提高攜砂性能解決井筒清潔困難的問(wèn)題。

（3）針對(duì)長(zhǎng)水平段段施工周期長(zhǎng)、地層浸泡時(shí)間長(zhǎng)導(dǎo)致井壁易失穩(wěn)的特點(diǎn)，優(yōu)選了鉆井液用屏蔽暫堵劑G325。該封堵劑能夠有效降低水基鉆井液的濾失量，能夠快速形成濾餅，同時(shí)有助于改善濾餅質(zhì)量。加入該封堵劑后水基鉆井液的常溫常壓濾失量和高溫高壓濾失量均有顯著降低。

3.長(zhǎng)水平段固井工藝技術(shù)

分析實(shí)鉆井眼軌跡數(shù)據(jù)，優(yōu)化套管串扶正器安放位置與數(shù)量，采用預(yù)應(yīng)力多級(jí)漂浮接箍、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向偏頭引鞋輔助套管順利下入，同時(shí)保證套管串居中［8］。上部井段采用強(qiáng)度高、穩(wěn)定性和流動(dòng)性好的低密高強(qiáng)水泥漿體系；長(zhǎng)水平段以低溫高強(qiáng)韌性水泥漿體系中引入增強(qiáng)劑，以確保水泥漿的早期強(qiáng)度，確保水泥環(huán)的完整性和密封性；尾漿采用低溫高強(qiáng)韌性水泥漿體系，提高水泥石的抗沖擊破碎能力，保證體積壓裂分割的有效性。

三、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果

川慶鉆探在長(zhǎng)慶致密油示范區(qū)試驗(yàn)完成NHx-x井，完鉆井深4 970 m，實(shí)施水平段長(zhǎng)3 035 m，位垂比為2.03，鉆井周期32 d，機(jī)械鉆速16.96 m／h，砂巖鉆遇率86.5%，創(chuàng)長(zhǎng)慶油田油井水平井水平段最長(zhǎng)記錄?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果：

（1）采用分段精細(xì)控制剖面的方法，鑒于?311 mm井眼造斜能力弱，以小井斜糾偏14.4，消偏73%，鉆到井深1 116 m時(shí)，以?244.5 mm套管封固井眼，保證了后期施工摩阻扭矩最小化。

（2）水平段采用旋轉(zhuǎn)地質(zhì)導(dǎo)向工具。通過(guò)近鉆頭伽馬成像多次探至儲(chǔ)層邊界，全水平段共鉆遇11段泥巖，及時(shí)調(diào)速軌跡，穿回儲(chǔ)層，合計(jì)泥巖段408 m，儲(chǔ)層鉆遇率86.5%。

（3）完井采用預(yù)應(yīng)力多級(jí)漂浮接箍和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向偏頭引鞋，保證了管串一次下入，采用樹脂水泥漿體系，保證了固井質(zhì)量。成像測(cè)井顯示：水泥環(huán)內(nèi)部無(wú)連續(xù)竄槽、膠結(jié)良好，固井優(yōu)良率92.5%。

四、結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）致密油區(qū)儲(chǔ)層物性差，滲流阻力大，注水開發(fā)難以有效建立驅(qū)替系統(tǒng)，自然產(chǎn)能低。需要采用長(zhǎng)水平段分段多簇體積壓裂，擴(kuò)大儲(chǔ)層泄流面積，溝通滲流通道，釋放儲(chǔ)層潛能，從而提高單井產(chǎn)量，長(zhǎng)水平段水平井是提高致密油單井產(chǎn)量的有效手段。

（2）長(zhǎng)水平段水平井安全鉆井需要采用水力振蕩器降摩減阻安全延伸水平段，應(yīng)用旋轉(zhuǎn)地質(zhì)導(dǎo)向的近鉆頭方位伽馬成像探邊功能，提高儲(chǔ)層鉆遇率。

（3）采用屏蔽暫堵劑G325增強(qiáng)鉆井液封堵性能，改善濾餅質(zhì)量，維護(hù)井壁穩(wěn)定；優(yōu)選高效環(huán)保潤(rùn)滑劑降低摩阻；提高鉆井液的低剪切速率切力，增強(qiáng)攜砂性能，保持井筒清潔。

（4）長(zhǎng)水平段完井采用預(yù)應(yīng)力多級(jí)漂浮接箍和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向偏頭引鞋，保證了套管串安全下入與居中；水泥漿采用低溫高強(qiáng)韌性體系，可以保證分段多簇體積壓裂分割的有效性與安全性。