松遼盆地北部致密油井眼軌跡控制技術(shù)

宋利軍

（大慶鉆探工程公司鉆井三公司，黑龍江大慶163114）

在松遼盆地北部發(fā)育的致密油儲(chǔ)層平面分布不穩(wěn)定，物性普遍較差，孔隙度和滲透率都很低，井眼軌跡控制存在著以下幾方面的難點(diǎn)：①井眼軌跡控制難度大。由于致密油儲(chǔ)層埋深變化大、儲(chǔ)層厚薄不均、標(biāo)志層少、著陸難度大，為提高油層鉆遇率，下部造斜段調(diào)整過(guò)大，導(dǎo)致局部狗腿度過(guò)高，后期摩阻也偏大，所以會(huì)使水平段井眼軌跡調(diào)整頻繁，控制難度極大；②井壁穩(wěn)定難度大，井壁易垮塌。致密油儲(chǔ)層上部的青山口組地層粘度礦物含量高，遇水極易水化分散，導(dǎo)致井壁剝落、掉塊，甚至是坍塌，井壁失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)較大；③由于水平段長(zhǎng)，水平段控制點(diǎn)多導(dǎo)致井眼軌跡復(fù)雜，后期常在造斜段至直井段發(fā)生鉆具螺旋屈曲，這樣會(huì)增加直井段側(cè)應(yīng)力，導(dǎo)致上部鉆具傳遞下來(lái)的力分散，多作用在井壁上，無(wú)法有效傳遞鉆壓，發(fā)生鉆具自鎖現(xiàn)象，最終導(dǎo)致水平段延伸鉆進(jìn)困難。

1 鉆井剖面優(yōu)化

為減小致密油長(zhǎng)水平段水平井鉆井過(guò)程中的摩阻和扭矩，首先從井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化和井眼軌道設(shè)計(jì)入手，設(shè)計(jì)出摩阻和扭矩都較小的井眼軌道，以降低井眼軌跡控制難度，提高軌跡光滑度。

1.1 井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化

綜合考慮地層因素、降低摩阻和扭矩以及后期大型體積壓裂的安全，經(jīng)過(guò)三個(gè)階段的不斷優(yōu)化，形成以下井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施：

（1）生產(chǎn)及注水區(qū)減少技套下深到直井段，由于黑帝廟油層存在淺層氣、葡萄花油層注水開(kāi)發(fā)壓力高，表層下深不少于200m，并安裝井口防噴裝置，保證鉆井施工安全；技套下深以封至青二、三段易水化膨脹泥巖為原則，減少或避免二開(kāi)311.1mm井眼造斜；

（2）對(duì)于目的層為高臺(tái)子/扶余油層水平井，將三維設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)為二維設(shè)計(jì)。表層套管封固第四系泰康組，下深不少于100m[1]。

1.2 井眼軌跡優(yōu)化

致密油軌跡控制堅(jiān)持“略大勿小”的原則，增加初期造斜率，具體措施：

（1）采用“直—增—穩(wěn)—增—微增—水平”的6段式軌跡設(shè)計(jì)方式；

（2）針對(duì)致密油二維井目的層垂深發(fā)育不確定和三維井鉆速慢的難題，優(yōu)化井眼曲率和靶前距設(shè)定，調(diào)整扭方位井段和幅度：①二維井優(yōu)化探油頂長(zhǎng)度30～50m，曲率3°/30m，減少井眼軌跡上下調(diào)整；③將整體三維軌跡變化為分段式二維軌跡，并將造斜點(diǎn)上移以降低造斜率，由6.5°調(diào)整至5.5°，避免65°以后出現(xiàn)扭方位作業(yè)[2]。

2 近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向和提速工具

2.1 LWD隨鉆測(cè)井儀器

經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，LWD 隨鉆測(cè)井技術(shù)相對(duì)成熟，大慶油田自2002 年引用國(guó)外LWD 隨鉆測(cè)井儀器以來(lái)。已經(jīng)完全掌握相關(guān)核心技術(shù)，很好地滿(mǎn)足了現(xiàn)場(chǎng)施工需求，解決了長(zhǎng)期依賴(lài)國(guó)外進(jìn)口儀器的難題[3]。到2018年，大慶油田已經(jīng)累計(jì)生產(chǎn)LWD 隨鉆測(cè)井儀器40 余串，在大慶和吉林探區(qū)薄差油層應(yīng)用了超過(guò)450口水平井，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2.2 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)

為實(shí)現(xiàn)致密油水平井長(zhǎng)水平段的順利延伸，在水平段全程使用Halliburton 公司的Geo-Pilot 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)。該系統(tǒng)是一種不旋轉(zhuǎn)外筒式自動(dòng)導(dǎo)向工具，具有復(fù)合鉆進(jìn)速度快、轉(zhuǎn)速高、減少井眼迂曲度、實(shí)現(xiàn)井眼軌跡精確控制的優(yōu)點(diǎn)，能夠有效降低摩阻、防止托壓，提高油層鉆遇率，最大程度延伸水平段長(zhǎng)度。因此，在水平段的地質(zhì)導(dǎo)向工具使用Geo-Pilot旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)。

2.3 提速工具優(yōu)選

大慶油田經(jīng)過(guò)多年技術(shù)攻關(guān)，已經(jīng)自主研發(fā)出液動(dòng)旋沖工具、水力振蕩器、渦輪鉆具等專(zhuān)業(yè)提速工具。針對(duì)定向段施工摩阻大、施工效率低的問(wèn)題，通過(guò)使用水力振蕩器，并對(duì)動(dòng)力機(jī)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)、縮短工具尺寸，即降低了工具壓耗，還適應(yīng)了工藝要求。目前，該技術(shù)共應(yīng)用19口井，平均鉆速提高10.8%，平均降低摩阻2.3t，所以致密油水平井選用水力振蕩器提高鉆井速度[4]。

3 鉆井液措施

提高致密油地層井壁穩(wěn)定性，對(duì)控制井眼軌跡和質(zhì)量具有重要作用，鉆井液體系必須具有優(yōu)異的抑制性、封堵性能和良好的潤(rùn)滑性。在優(yōu)選抑制劑、封堵劑和環(huán)保型液體潤(rùn)滑劑的基礎(chǔ)上，研制出一套性能優(yōu)異的鉆井液體系。如表1所示，鉆井液體系流變性合理，粘切可控，抗溫可達(dá)120℃，能夠滿(mǎn)足致密油水平井施工需求。

表1 鉆井液性能數(shù)據(jù)表

4 其他措施

4.1 加重鉆桿優(yōu)化

加重鉆桿有增加鉆壓的作用，通過(guò)合理選擇加重鉆桿段長(zhǎng)度、位置可以有效增加鉆具強(qiáng)度、有效降低摩阻。對(duì)于致密油長(zhǎng)水平段水平井加重鉆桿位置選擇井斜在25°以后最合理，螺旋屈曲段長(zhǎng)度較小。造斜段40°，鉆具未發(fā)生螺旋屈曲，但是造斜段的加重鉆具剛性較強(qiáng)，會(huì)增加鉆具側(cè)向力，增加摩阻。造斜段加重鉆桿因?yàn)閺澢谑┘油茹@壓時(shí)摩阻增加的較為明顯。所以，加重鉆桿最下方位置選擇在造斜段井斜25°以?xún)?nèi)[5]。

4.2 鉆具組合優(yōu)化

4.2.1 造斜段

造斜段選用5 刀翼PDC 鉆頭代替牙輪鉆頭，并在造斜段開(kāi)始就按照“一趟鉆”配備儀器和鉆具組合。具體鉆具組合為：?215.9mmPDC 鉆頭+?172mm 單彎螺桿（1.5°）+?172mm 浮閥+?172mm LWD+?165mm無(wú)磁鉆鋌×1根+?165mm螺旋鉆鋌2根+?127mm 加重鉆桿×6 根+?127mm 鉆桿×45 根+?127mm 加重鉆桿×24 根+?127mm 鉆桿。

4.2.2 水平段

水平段全程選用Geo-Pilot旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)，實(shí)施水平段“一趟鉆”。鉆具組合為：?215.9mmPDC 鉆頭+?193mmGeo-Pilot 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具+?172mm 浮閥+?127mm 加重鉆桿×3 根+?165mm 震擊器+?127mm加重鉆桿×3 根+?127mm 鉆桿×165 根+?127 mm 加重鉆桿×24 根+?127mm 鉆桿。

5 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

形成的致密油藏眼軌跡控制技術(shù)進(jìn)行了推廣應(yīng)用，效果顯著，主要表現(xiàn)在以下幾方面：

（1）造斜能力增強(qiáng)。造斜段全部采用215.9mm 井眼施工，鉆具剛性降低、造斜能力大幅度增強(qiáng)；

（2）降低井下復(fù)雜效果明顯。通過(guò)使用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)，儀器可靠性得到大幅度提高，平均單井延誤時(shí)間由11.25h降低至6.92h；

（3）鉆速提高。在龍虎泡區(qū)塊，機(jī)械鉆速和行程鉆速比優(yōu)化之前分別提高了25%和34%；

（4）井眼質(zhì)量提高。測(cè)井顯示平均井徑擴(kuò)大率小于10%，沒(méi)有發(fā)生大的剝落、掉塊和井塌現(xiàn)象，起下鉆順暢，沒(méi)有發(fā)生托壓、卡鉆等復(fù)雜，套管一次下入到底。

6 結(jié)論

（1）大慶油田致密油藏鉆井過(guò)程中存在井眼軌跡不光滑、狗腿度大、井眼軌跡難控制等難點(diǎn)，嚴(yán)重影響了鉆井速度和效率。

（2）經(jīng)過(guò)研究形成了適用于致密油藏得井眼軌跡控制技術(shù)，提高了水平井的延伸長(zhǎng)度和機(jī)械鉆速，復(fù)雜時(shí)率大幅度降低，為大慶油田致密油資源的高效開(kāi)發(fā)提供了技術(shù)支持。