致密油超長水平段水平井鉆井技術(shù)研究

楊麗晶 王敬巖

摘要：中國致密油勘探開發(fā)依然處于初級(jí)階段，雖然取得了一定的成果，但現(xiàn)有水平井鉆井技術(shù)仍然存在著多種問題，故提出致密油超長水平段水平井鉆井技術(shù)研究。依據(jù)壓裂、地面、鉆井等多種因素部署鉆井平臺(tái)，以水平井鉆井整體投資最優(yōu)化為目標(biāo)獲取鉆井平臺(tái)計(jì)算模型，以此為基礎(chǔ)，結(jié)合巖石可鉆性級(jí)值選擇最優(yōu)鉆頭類型，通過空間圓弧軌跡模型制定井眼軌跡，從而實(shí)現(xiàn)了致密油超長水平段水平井的鉆井。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：與現(xiàn)有技術(shù)相比較，提出技術(shù)水平井鉆井整體作業(yè)時(shí)間更短，充分證實(shí)了提出技術(shù)應(yīng)用性能更好。

關(guān)鍵詞：致密油;水平井;超長水平段;鉆井;

中圖分類號(hào)：TE2 ????????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

工程技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，致使全球范圍內(nèi)的非常規(guī)油氣產(chǎn)量與儲(chǔ)量逐漸加大，天然氣與石油工業(yè)已經(jīng)步入了非常規(guī)油氣發(fā)展階段。但我國致密油勘探開發(fā)依然處于初級(jí)階段，存在著多種問題待解決[1]。

我國在致密油勘探開發(fā)過程中，也取得了一定的成果。例如吉木薩爾凹陷致密油井控范圍內(nèi)獲得資源量為12.84億噸，該井具備著水平段超長、規(guī)模較大的特征，采用分段壓裂技術(shù)進(jìn)行水平井鉆井，井身結(jié)構(gòu)為四開結(jié)構(gòu)，水平段長度為1233m，完鉆深度為4360m。水平井投入應(yīng)用后，每日最高產(chǎn)油量可以達(dá)到69.46t。但是依據(jù)致密油產(chǎn)量遞減快速、穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間短的特點(diǎn)，可以發(fā)現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)無法收回成本，也就說明現(xiàn)有水平井鉆井技術(shù)無法滿足致密油勘探開發(fā)需求，應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行技術(shù)革新，因此提出致密油超長水平段水平井鉆井技術(shù)研究。

1 致密油超長水平段水平井鉆井技術(shù)研究

1.1 鉆井平臺(tái)布置與井口模型構(gòu)建

致密油超長水平段水平井鉆井實(shí)質(zhì)上是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要多個(gè)專業(yè)的協(xié)作配合，故需要依據(jù)壓裂、地面、鉆井等多種因素部署鉆井平臺(tái)，構(gòu)建井口模型，為水平井鉆井應(yīng)用效果提升做準(zhǔn)備。

此研究依據(jù)多種影響因素，構(gòu)建鉆井平臺(tái)模型，使得水平井鉆井整體投資達(dá)到最優(yōu)化[2]。水平井鉆井主要影響因素如下所示：

一是鉆井與壓裂相關(guān)設(shè)施布局。水平井鉆井作業(yè)涉及設(shè)備較多，故井場面積需求較大，將鉆井與壓裂井場共用面積考慮在內(nèi)，最大限度地縮小井場面積，以此來降低鉆前投資數(shù)額;

二是鉆機(jī)作業(yè)能力與施工季節(jié)。需要注意的是，鉆機(jī)在冬季無法作業(yè)，因此在計(jì)算作業(yè)時(shí)間中，應(yīng)該扣除冬季時(shí)間。常規(guī)情況下，前期探井鉆井時(shí)間約為150天左右，考慮冬季無法作業(yè)時(shí)間與壓裂時(shí)間，一臺(tái)鉆機(jī)在一年時(shí)間內(nèi)最多能作業(yè)2口井;

三是井眼軌跡控制能力。井口間距決定著井眼的軌跡控制能力，若井口間距過小，井下碰撞風(fēng)險(xiǎn)升高;若井口間距過大，鉆井無法快速移動(dòng)。依據(jù)發(fā)達(dá)國家經(jīng)驗(yàn)可知，井口間距最佳取值范圍為5-30米。

將上述各種影響因素的投資費(fèi)用進(jìn)行累計(jì)相加，即可獲得鉆井平臺(tái)計(jì)算模型，表達(dá)式為

式（1）中，表示的是鉆井平臺(tái)整體投資數(shù)額;、與分別表示的是平臺(tái)與道路建設(shè)費(fèi)用、鉆機(jī)安裝費(fèi)用與鉆完井費(fèi)用。

1.2 最優(yōu)鉆井鉆頭選型

以上述構(gòu)建的鉆井平臺(tái)計(jì)算模型為基礎(chǔ)，結(jié)合巖石可鉆性對(duì)最優(yōu)作業(yè)鉆頭進(jìn)行選型，降低鉆頭浪費(fèi)率，節(jié)省水平井鉆井費(fèi)用[3]。

最優(yōu)作業(yè)鉆頭類型與巖石可鉆性之間存在著緊密的聯(lián)系，具體如表1所示。

1.3 水平井軌跡制定優(yōu)化

水平井軌跡指的是按照已知的靶點(diǎn)井身參數(shù)與幾何參數(shù)，制定出科學(xué)的、合理的剖面參數(shù)，以此來保障制定剖面在符合地質(zhì)要求基礎(chǔ)上，也滿足鉆井技術(shù)施工需求。

對(duì)于水平井軌跡制定來說，由于靶點(diǎn)與造斜點(diǎn)方向不同，造斜點(diǎn)后軌跡無法應(yīng)用常規(guī)軌跡制定方法，再加上軌跡與多種設(shè)備的造斜工藝、控制措施等存在著緊密聯(lián)系，對(duì)水平井軌跡制定與優(yōu)化帶來了較大的困難。此研究依據(jù)致密油超長水平段水平井鉆井的需求，選取空間圓弧軌跡模型制定井眼軌跡。

空間圓弧軌跡模型能夠?qū)劢嵌群头轿唤沁M(jìn)行改變，但是弧形截面曲率不變，可以最大程度地簡化井眼軌跡制定過程。另外，在水平井鉆井過程中，若出現(xiàn)軌跡偏差超限現(xiàn)象，空間圓弧軌跡模型可以及時(shí)對(duì)井眼軌跡進(jìn)行修正，縮短鉆井作業(yè)時(shí)間。

由于篇幅的限制，只針對(duì)第二斜平面內(nèi)的軌跡曲線進(jìn)行展示，如圖1所示。

通過上述過程實(shí)現(xiàn)了致密油超長水平段水平井鉆井技術(shù)的設(shè)計(jì)，優(yōu)化了鉆頭選型過程與水平井軌跡制定過程，以此來提升水平井鉆井的應(yīng)用效果。

2 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

為了驗(yàn)證提出技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)之間的應(yīng)用效果差異，采用Matlab仿真平臺(tái)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，具體實(shí)驗(yàn)過程如下所示：

2.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象選取

選取準(zhǔn)噶爾盆地東部隆起吉木薩爾凹陷區(qū)域作為實(shí)驗(yàn)區(qū)域，該區(qū)域蘊(yùn)含著豐富的致密油資源。實(shí)驗(yàn)區(qū)域致密油層埋深約為800-4800米，巖石礦物成分較為復(fù)雜，大部分為過渡類巖性，并呈現(xiàn)為層狀分布。

實(shí)驗(yàn)區(qū)域地層壓力系數(shù)約為1.20，隸屬于高壓系統(tǒng)，地層溫度較高。實(shí)驗(yàn)區(qū)域水平主應(yīng)力方向?yàn)楸蔽鳌蠔|向，呈現(xiàn)為正斷層狀態(tài)，區(qū)域內(nèi)部水平應(yīng)力分布較為均勻，儲(chǔ)層巖石脆性較好，有利于體積壓裂。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

以選取的實(shí)驗(yàn)對(duì)象為基礎(chǔ)，應(yīng)用提出技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行水平井鉆井實(shí)驗(yàn)，通過整體作業(yè)時(shí)間來顯示技術(shù)的應(yīng)用性能，具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析過程如下所示：

整體作業(yè)時(shí)間主要由三道工序時(shí)間累積加和決定，分別為搬家安裝、接甩鉆具與固井侯凝工序。通過實(shí)驗(yàn)獲得整體作業(yè)時(shí)間數(shù)據(jù)如表2所示。

如表2數(shù)據(jù)顯示，提出技術(shù)水平井鉆井整體作業(yè)時(shí)間范圍為52.79d-71.90d，現(xiàn)有技術(shù)水平井鉆井整體作業(yè)時(shí)間范圍為80.23d-89.45d。通過數(shù)據(jù)對(duì)比可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比較，提出技術(shù)水平井鉆井整體作業(yè)時(shí)間更短，充分證實(shí)了提出技術(shù)具備更有效的應(yīng)用性能。

3 結(jié)束語

此研究提出了一種新的致密油超長水平段水平井鉆井技術(shù)，縮短了水平井鉆井整體作業(yè)時(shí)間，為致密油勘探開發(fā)研究提供一定的幫助與參考。

參考文獻(xiàn)

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[2] 楊麗晶， 常雷， 張仲智，等. 永樂油田ZP22區(qū)塊致密油平臺(tái)長水平段水平井鉆井設(shè)計(jì)優(yōu)化[J]. 西部探礦工程， 2019， 31（12）：28-30，34.

[3] 路宗羽， 趙飛， 雷鳴，等. 新疆瑪湖油田砂礫巖致密油水平井鉆井關(guān)鍵技術(shù)[J]. 石油鉆探技術(shù)， 2019， 47（2）：9-14.

（大慶油田采油工程研究院 ?黑龍江大慶 ?163453）