超低滲透鉆井液工藝技術(shù)探討

郭翔

摘 要：研究選擇了我國(guó)延長(zhǎng)東部油區(qū)低滲-超低滲儲(chǔ)層作為研究的對(duì)象，分析在地層壓力低、埋深淺、常規(guī)井開(kāi)發(fā)多、產(chǎn)量低、效率低等情況下所出現(xiàn)的各種難題，進(jìn)而為后期實(shí)現(xiàn)水平井鉆井壓裂一體化發(fā)展提供更多的思路與方向，研究在不同技術(shù)思路下，如何有效解決油藏水平井鉆井技術(shù)難點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：超低滲淺層油藏;水平井鉆井;鉆井技術(shù)

1? ? 研究情況概述

延長(zhǎng)油田開(kāi)發(fā)區(qū)位于部落盆地的中部。延長(zhǎng)石油東部地區(qū)位于宜山斜坡盆地東南。它具有典型的低，特別是低滲透率的巖性油箱，基礎(chǔ)層非常簡(jiǎn)單。延長(zhǎng)油田的探明資源幾乎占整個(gè)油田探明儲(chǔ)量的40%，充分利用了在此類(lèi)油藏中使用水平井資源和資源管理的好處，從而克服了常規(guī)井的開(kāi)發(fā)難題，并實(shí)現(xiàn)了水平井的鉆探和完井。技術(shù)的變動(dòng)和發(fā)展是穩(wěn)定石油生產(chǎn)的重要保證。

2? ? 超低滲淺層油藏鉆井液的工藝技術(shù)難點(diǎn)分析

2.1? 油藏為超低滲，產(chǎn)能較低

該儲(chǔ)層是典型的低滲透率和超低滲透率的巖性?xún)?chǔ)層，并且油層通常是不生產(chǎn)、不可降解的。由于油層太淺，上層巖層的垂直壓力不足，垂直應(yīng)力接近或小于最小水平基本應(yīng)力，并且在分裂時(shí)很容易形成水平裂紋。通常選擇具有較大裂口的筆直水平截面，并且無(wú)法在三維空間中充分利用油層。

2.2? 地面限制因素較多

地面上有很多限制因素，例如村莊、道路、森林和煤油之間的礦產(chǎn)權(quán)重疊，許多資源無(wú)法得到有效利用，因此，水平井必須實(shí)現(xiàn)最大位移。水平位移小于850 m的水平井對(duì)井的結(jié)構(gòu)和資源利用率沒(méi)有足夠的改善效果，因此，需要較高的垂直井比，并且井設(shè)計(jì)需要較高的軸向壓力傳遞效率。

2.3? 鉆井中鉆具過(guò)重

在鉆井過(guò)程中，鉆巖的破裂能量來(lái)源主要是上部鉆井工具的重量，但是淺水平井由于可用的上部井段較短，難以對(duì)鉆機(jī)施加壓力，并且鉆井效率低。

3? ? 創(chuàng)新水平井鉆井壓裂一體化設(shè)計(jì)的主要理念分析

在延長(zhǎng)油田東部地區(qū)，淺層儲(chǔ)層的淺層壓力很低，實(shí)驗(yàn)室模擬和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的結(jié)果表明，裂縫大多是水平的。如果選擇通常的筆直水平截面設(shè)計(jì)，則會(huì)受到相鄰裂縫的干擾，如果水平段約為600 m，則分割段的數(shù)量通常僅為4～5個(gè)，并且一級(jí)分割的規(guī)模受到限制。鑒于淺層油藏的垂直應(yīng)力低的特點(diǎn)，提出了一種水平井鉆井和裂化的綜合設(shè)計(jì)方案。為了提高油藏的利用水平，采用了水平井“弓形”的設(shè)計(jì)方法和淺裂網(wǎng)的破碎技術(shù)。水平井軌道設(shè)計(jì)的創(chuàng)新遵循水平井段高度差為8～12 m的3個(gè)目標(biāo)的設(shè)計(jì)方法，這為鉆井過(guò)程中的儲(chǔ)罐拆卸轉(zhuǎn)換創(chuàng)造了良好的鉆孔基礎(chǔ)。

4? ? 井身結(jié)構(gòu)與軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)

4.1? 簡(jiǎn)化井身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

井眼設(shè)計(jì)是水平井鉆井工程項(xiàng)目中與井眼施工安全有關(guān)的重要內(nèi)容之一，是鉆井工程經(jīng)濟(jì)效益的重要基礎(chǔ)。為了證明井眼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)合理，應(yīng)避免諸如泄漏、噴灑、坍塌和陷井之類(lèi)的工程事故，并且應(yīng)將鉆井工程的成本降至最低。通過(guò)解決淺水平井眼的設(shè)計(jì)優(yōu)化方案，可以顯著提高鉆井效率，節(jié)省鉆井成本，縮短工期。

東部延長(zhǎng)油田地層很簡(jiǎn)單，第四系殼層，長(zhǎng)2+3段，長(zhǎng)4+5段，長(zhǎng)6段從上到下依次發(fā)育。油藏層和基礎(chǔ)層通常不相容，底層與泥石，砂頁(yè)巖和硅樹(shù)脂結(jié)合，巖性相對(duì)穩(wěn)定。因此，雙重結(jié)構(gòu)既可以滿(mǎn)足各層對(duì)坍塌和滲漏的防護(hù)需求，又可以更有效地適應(yīng)目前低油價(jià)的外部環(huán)境。

4.2? 對(duì)井眼軌道進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)

淺水平鉆探的主要問(wèn)題是，難以調(diào)節(jié)鉆探重量和運(yùn)行套管的高風(fēng)險(xiǎn)。另外，井眼的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)增加了孔的開(kāi)口部分與鉆井工具之間的摩擦。因此，井眼輪廓的設(shè)計(jì)必須基于最小的摩擦力，以確保鉆井效率并滿(mǎn)足精加工需求。在設(shè)計(jì)階段，彎曲點(diǎn)應(yīng)盡可能小，以確保垂直井段中“倒置鉆具”的重量效果。

對(duì)于具有足夠的垂直深度和目標(biāo)前距（垂直深度大于500 m，目標(biāo)引導(dǎo)距離大于400 m）的水平井，采用非傳統(tǒng)的雙傾斜剖面設(shè)計(jì)（即第一次上升斜率大于第二個(gè)上升斜率）。大的穩(wěn)定傾斜角和穩(wěn)定的傾斜部分的長(zhǎng)度增加了擴(kuò)展傾斜井段的位移的機(jī)會(huì)。

鉆井在有限的土地上，垂直深度為770 m，默認(rèn)前沿距離為460 m。采用通常的雙倍放大輪廓設(shè)計(jì)時(shí)，撓度應(yīng)從大約300 m開(kāi)始。傳統(tǒng)油泵的深度太小，無(wú)法保證吃水深度，鉆井效率低。因此，采用非傳統(tǒng)的輪廓設(shè)計(jì)來(lái)增加穩(wěn)定角和穩(wěn)定部分的長(zhǎng)度。實(shí)際鉆孔深度為2 035 m，水平截面為985 m。其延長(zhǎng)油田淺水平井之間的最長(zhǎng)水平斷面。對(duì)目標(biāo)前沿距離大于350 m但垂直深度不足的井，使用單弧來(lái)增加井斜率的穩(wěn)定性，從而減少摩擦并在油層不清楚時(shí)提供軌跡調(diào)整點(diǎn)。在垂直深度和目標(biāo)前方距離較小的情況下，應(yīng)將單拱結(jié)構(gòu)視為具有足夠的垂直井段長(zhǎng)度，以確保折疊鉆機(jī)壓力的影響。

5? ? 鉆井液優(yōu)化設(shè)計(jì)

在延長(zhǎng)油田東油區(qū)，水平井的埋藏深度較淺，地層簡(jiǎn)單，對(duì)上部鉆井液的性能要求較低。優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要目的是確保鉆井液性能，同時(shí)，盡可能節(jié)省成本。

直井段地層較為簡(jiǎn)單，以滿(mǎn)足快速鉆進(jìn)為主，性能不做特別優(yōu)化。直井段鉆井液采用鈉膨潤(rùn)土體系，優(yōu)化的K-PAM聚合物鉆井液系統(tǒng)具有良好的效果，減少了復(fù)雜井的發(fā)生，并提高了鉆井速度。添加極壓減摩劑顯然可以減少摩擦和阻力，從而大大減少其他有機(jī)潤(rùn)滑劑?，F(xiàn)場(chǎng)鉆井液價(jià)格降低了至少50%，對(duì)降低成本和提高效率具有良好的作用。

6? ? 低成本鉆井軸向的加壓技術(shù)分析

目前，垂直井段的大部分淺層水平鉆探延長(zhǎng)井油田小于100 m，使用鉆孔工具的常規(guī)組合。在水平截面上鉆孔時(shí)，鉆孔壓力為零，無(wú)法進(jìn)行鉆孔。通常使用倒置鉆具組合，即使在所有垂直井段中使用較重的鉆桿，殘留重量也通常小于1 t。在水平部分的末端鉆孔時(shí)，根本無(wú)法保證鉆孔底漆的效率。

因此，在傳統(tǒng)倒置鉆具的基礎(chǔ)上，使用了創(chuàng)新的“加強(qiáng)型倒置”鉆具，用井鉆將上部垂直部分壓緊，并用較重的鉆桿壓緊從垂直部分的末端到傾斜35°的部分。為實(shí)現(xiàn)淺層油藏垂直應(yīng)力低的特點(diǎn)，提出了水平井鉆井與拆除一體化原理的設(shè)計(jì)思想。利用水平井徑跡設(shè)計(jì)的“弧形”方法，結(jié)合淺層裂縫網(wǎng)絡(luò)的破碎技術(shù)，優(yōu)于常規(guī)水平井的水平段。

提高鉆具的軸向壓力傳遞效率是提高鉆石拆卸效率的關(guān)鍵。使用常規(guī)的鉆井工具組合，當(dāng)鉆水平井底的尖端時(shí)，鉆井壓力接近于零，并且不可能進(jìn)行鉆井。使用“加強(qiáng)型倒置”鉆孔工具。井的上部垂直部分被鉆趾壓縮。用較重的鉆桿將井段從井段的垂直端壓到35°的井斜。

7? ? 結(jié)語(yǔ)

隨著越來(lái)越深入廣泛地應(yīng)用超低滲淺層油藏水平井鉆井技術(shù)，所要面對(duì)的難題也越來(lái)越多，只有針對(duì)性地解決這些難題，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)超低滲淺層油藏水平井鉆井效果的提高，推動(dòng)采油率的提升，為我國(guó)的超低滲淺層油藏水平井鉆井技術(shù)的發(fā)展奠定更加堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[參考文獻(xiàn)]

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