蘇里格氣田水平井高效建產技術

楊志倫 趙偉蘭 陳啟文 董瑜 張春

中國石油長慶油田公司第四采氣廠

鄂爾多斯盆地蘇里格氣田雖然地質條件異常復雜［1］，但隨著水平井開發進程的持續推進，其水平井產量所占比例得到進一步增加［2－3］。因此，不斷總結和完善水平井開發配套技術具有重要的意義。

1 水平井選井及部署技術

1．1 選井技術

首先，通過地震反演技術，預測建產區目標層儲層含氣特征、儲層展布趨勢以及含氣富集區展布范圍；其次，采用層序地層學法、沉積學法精細刻畫二疊系石盒子組8段、山西組1段地貌形態，劃分三級地貌單元，將儲層發育較好的心灘、點砂壩作為有利水平井部署區域；再次，結合鉆井、測井資料，精細標定地震剖面，分析地震界面時間值與鉆井深度的關系，利用地震資料追蹤井間標志層起伏形態，采取“地震全區刻畫，地質重點精描”的研究思路，精細描述小幅度構造；最后，根據水平井周邊區域儲層特征，地震與地質結合，有針對性地開展儲層精細描述，細化儲層展布方位。通過多種方法和手段，保證了水平井選井質量，鉆井成功率大幅度提高。

1．2 布井技術

以優選部署區域為基礎，采用“優中選優”的思路進行布井。首先，利用骨架井精細刻畫小層儲層展布特征，落實河道展布方向，為水平井設計提供依據，即從已知井出發，提供水平井實施井場，從已知完鉆井向骨架井“點對點”的方式布井；其次，在部署水平井時，要考慮到水平段在同一小層進行追蹤時，若發生巖性相變或尖滅，或側向穿出河道，要盡可能有替補層位接替，以保證氣層鉆遇率；再次，要考慮水平段方向是否與有效砂體展布方向一致，水平段與有效砂體展布方向一致可提高氣層鉆遇率，同時還要考慮有效砂體展布方向與最大主應力方向之間的關系，垂直于最大主應力方向壓裂可形成多條有效橫向裂縫，可保證水平井改造效果，因此，蘇里格氣田水平井水平段方位多采用近南北向；最后，水平段長度要適宜，區域數值模擬結果表明，當水平段達到一定長度后，產能增加幅度出現逐步減緩趨勢，因此，水平段合理長度應考慮當前綜合開發效益指標。

1．3 目標層優選技術

通過儲層精細描述，水平井部署區域地質情況基本清楚，最終確定水平井目標層。從蘇里格氣田沉積地質特征來看，目前水平井部署主要有5種有利砂體模式：①心灘孤立型（圖1－a）；②物性夾層心灘疊置型（圖1－b）；③泥質隔層心灘疊置型（圖1－c）；④橫向串糖葫蘆型（圖1－d）；⑤心灘側向切割連通型（圖1－e）。根據部署區域砂體或疊置砂體類型情況，優選出一種砂體模式或砂體模式組合作為水平井目標層。

圖1 水平井目標層有利砂體模式圖

1．4 部署方式

1．4．1 水平井整體部署

在儲層發育相對集中、單層厚度大、含氣性好的有利富集區，統籌考慮優化骨架井部署方式，詳細落實儲層展布特征，在部署區域地質認識基本清楚的情況下，采取整體部署的方式部署水平井。

1．4．2 水平井加密部署

立足現有完鉆井，細化小層對比，精細描述未動用儲量區域儲層展布特征，結合已有井網布局和已投產氣井生產動態特征，在目前生產井之間加密部署水平井。

1．4．3 水平井隨鉆部署

水平井部署前一般利用骨架井對部署區域儲層條件進行先期評價，同時結合已有地震、地質認識成果，當骨架井評價結果滿足水平井部署要求時，可隨鉆動態部署水平井。

2 水平井入靶及地質導向

由于蘇里格氣田儲層非均質性強，水平井目標層橫向變化大，為確保水平井準確入靶，鉆進中通常采用以下關鍵技術［4］。

1）根據地層特點，斜井段以巖性對比為主確定3處靶點調整時機：①石千峰組底界，一般為灰綠、紫褐色粉砂巖或黃綠色粗砂巖，此時初步預判入靶深度；②盒4段砂巖底界，底部發育一套穩定的砂巖，其上下多為大段泥巖，此時做好靶點調整的準備工作；③目標層，結合巖性組合及鉆時、巖屑、氣測等特征，大致判斷鉆頭所處地層層位和位置，為入靶做最后的微調。

2）點面結合、小幅度構造3次描述。根據參照井、斜井段鉆井資料，細化小幅度構造形態刻畫，并重新修正地質模型和靶點位置，提高預測精度。其中第一次描述在井位部署階段，第二次描述在入靶階段，第三次描述在水平段導向階段。

3）在目標層頂底部設置警戒線，確保準確入靶并進入靶體預定位置。在目標砂體頂底界設置警戒線，現場地質導向嚴密監控，在入靶前做最后一次調整，防止鉆穿目標層。

4）提前預判，掌握主動，采取約84°井斜角穩斜探頂。施工經驗表明，井底位置在目標層頂部時井斜應控制在84°左右，即便以該井斜鉆遇目標層，當增斜至90°入靶，入靶深度也僅4m左右；如果預測目標層厚度增大，要求入靶深度較深，探砂頂井斜角可以低于84°穩斜鉆進。

5）以“氣層中部入靶”為主、“氣層中下部入靶”為輔的入靶方式，可加深靶體地質認識。其優點：①防止因水平段井眼軌跡控制不當、目標層認識不清，導致鉆頭頻繁穿出目標層；②有效避免因砂體頂部凹凸不平而頻繁鉆遇泥質巖，降低地質導向判斷難度；③為水平段地質導向提供認識依據。

6）巖性追蹤為主，構造追蹤為輔。為防止因不同海拔高度交錯單砂體所形成的“假構造”而過早穿出目標層，水平段施工前要先制定正確的地質導向思路，采取以“巖性追蹤為主，構造追蹤為輔”的地質導向思路，可有效提高砂層鉆遇率。

7）通過特殊巖性重復出現特征判斷靶體頂底位置。在水平井實施過程中，由于儲層巖性變化需要不斷調整井眼軌跡，常常遇見特殊巖性重復出現，現場可根據砂層頂底部特殊巖性特征判斷井底所處位置，為水平井及時調整提供參考。

8）以±2°井斜范圍保證井眼軌跡平滑，以±5°井斜范圍保證儲層最大鉆遇率。如以水平段整體趨勢90°為基準，井斜正負偏差越大鉆具摩阻越大，水平段施工將越來越困難。施工經驗表明，水平段井斜一般30m水平段控制在±2°范圍內較為合理。當巖性發生相變時，可按±5°偏差的大井斜探明地質情況，如果井況條件滿足施工要求，可以重新進入砂層繼續水平段鉆進。

9）結合隨鉆地質信息及室內研究成果，利用靶點調整方法適時調整地質模型。目前主要采用3種靶點調整方法：①隨鉆地質模型法，根據隨鉆資料修正地質模型，制定鉆進方案；②巖性邊界控制法，依據小層邊界巖性判斷鉆頭空間位置，預測地層傾角變化；③綜合信息分析法，運用鉆時、巖性、隨鉆伽馬等對比方法進行軌跡調整。實際操作中3種方法相互結合、相互驗證并及時調整靶點。

3 快速鉆井

3．1 優化靶前距

合理的靶前距可有效提高復合鉆井段比例，最大限度增加PDC鉆頭的使用井段，有助于提高機械鉆速；另外，合理的靶前距還可帶來最佳的造斜率，降低鉆具摩阻，有利于提高鉆井速度。總結水平井施工經驗，推薦合理靶前距：水平段長度小于1 000m，靶前距350～400m；水平段長度1 000～1 500m，靶前距400～450m；水平段長度大于1 500m，靶前距450～500m（表1）。

表1 不同靶前距復合鉆井比例計算表

3．2 井身結構優化

為了進一步提高施工效率，降低開發成本，結合多種改造工藝技術的適應性優化應用，實施中對井身結構進行了優化（圖2）。其優點：①縮小了井眼尺寸，提高了機械鉆速；②減少了套管層次，降低了鉆井成本。

圖2 井身結構示意圖

3．3 鉆頭選型優化

在保證施工質量和安全的前提下，為了加快鉆井速度，優化了鉆頭選型。主要采用以下兩種優化模式：①斜井段采用“1＋1”模式；②水平段采用“N＋1”模式。“1＋1”模式指一個牙輪鉆頭加一個PDC鉆頭，“N＋1”模式指多個PDC鉆頭加一個牙輪鉆頭。牙輪鉆頭作為備用，當發生巖性相變等特殊情況時，用于快速調整井斜［5］（表2）。

表2 牙輪與PDC鉆頭性能對比表

3．4 鉆具組合及鉆井參數優化

3．4．1 水平段鉆具

一般選用穩斜效果較好的152．4mmPDC鉆頭＋120mm×1°單彎螺桿＋148mm扶正器＋120 mm無磁鉆鋌＋101．6mm加重鉆桿＋101．6mm鉆桿＋101．6mm加重鉆桿＋101．6mm鉆桿的鉆具組合，這種組合很大程度上減少了滑動鉆進時間，增加了復合鉆井段比例，有利于縮短鉆井周期。

3．4．2 鉆井參數

鉆進中泵壓要求控制在20～25MPa之間，充分發揮鉆頭水眼的水力噴射和切削作用；泵排量控制在20L／s左右，以提高井底攜砂效果，可避免鉆頭反復研磨鉆屑而影響機械鉆速。

4 儲層保護

對于蘇里格氣田低滲透儲層而言，因地層傷害所導致的產能下降，會使水平井產能受到嚴重影響。水平井因施工周期長，較直井存在更大的井底污染。施工中采用有效方法進行儲層保護是水平井獲取高產能的關鍵。儲層傷害評價表明［5］：蘇里格氣田儲層水敏及水鎖現象較為嚴重，故在水平井鉆井和試氣過程中主要采用以下兩種低傷害清潔液進行儲層保護。

4．1 鉆井儲層保護

鉆井采用黏土低傷害暫堵鉆井液體系。該體系具有穩定性好、失水低、潤滑防卡性能優良、可生物降解等特點，能夠適應水平段泥巖鉆進，滿足長水平段裸眼完井，同時對氣層暫堵好，對氣層傷害低，是一種新型高效的鉆完井液體系［6］。

4．2 試氣儲層保護

試氣采用陰離子表面活性劑壓裂液［7］。陰離子表面活性劑具有優良的耐溫和水溶性，分子結構小、表面張力低、對儲層傷害小，最高耐溫高達115℃。在蘇東57－09H2井、蘇東67－07H2井對該壓裂液體系進行試驗，返排效果好，試氣求產無阻流量分別達到68．1×104m3／d、27．0×104m3／d。

5 儲層改造工藝

5．1 改造工藝優選

蘇里格氣田水平井儲層改造基本采用3種改造工藝［8］（表3）：裸眼封隔器壓裂工藝、水力噴射壓裂工藝和封隔器遇油膨脹壓裂工藝。施工中主要針對不同儲層和井況條件優選改造工藝。以該氣田中部蘇6－18－20H1、蘇6－18－20H2叢式水平井組為例，因該井組的2口井儲層和井況條件存在較大差異，分別選用了裸眼封隔器壓裂工藝和水力噴射壓裂工藝，試氣求產無阻流量分別達到51．3×104m3／d、52．4×104m3／d。

表3 不同改造工藝特點表

5．2 連續混配工藝

該工藝采取配液與壓裂施工同步進行，消除了基液浪費，減少了環境污染，提高了壓裂液返排時效性，縮短了施工時間，在水平井壓裂施工中應用成功率達到了100%。

5．3 前置液段塞工藝

施工經驗表明，選擇20～40目中密度陶粒作為段塞，對壓裂縫進行打磨，有效解決了后續填砂因裂縫面不規整造成施工壓力高的問題。

5．4 水平段與斜井段儲層同時動用工藝

為實現多段儲層同時開發，使用水平段裸眼封隔器＋斜井段傳輸射孔組合工具進行多段儲層壓裂改造，既提高了儲量動用程度，又提高了單井產量。以蘇里格氣田東區蘇東57－09H1井為例（表4），水平段有效儲層長度僅97m，通過縱向斜井段與水平段儲層多段同時改造，試氣獲得無阻流量36．4×104m3／d，取得了顯著效果。

蘇里格氣田通過多年的水平井開發，水平井開發配套技術已基本成熟，水平井實施效果逐年提高，施工出現復雜情況頻次明顯減少，多項開發、技術指標被刷新：①水平井施工全獲成功，目前叢式水平井比例占水平井總井數50%左右；②完鉆水平井平均砂層鉆遇率從初期的不到30%上升到目前超過80%，平均有效儲層鉆遇率從初期的不到20%提高到目前的60%左右，并相繼出現砂層鉆遇率、有效儲層鉆遇率均為100%水平井；③水平井平均鉆井周期從初期的240d左右降低到目前的58d，其中最短鉆井周期24d（水平段長1 150m），水平井施工單隊實現7開6完；④水平井提產效果顯著，目前平均無阻流量達到47．9×104m3／d，最高無阻流量為127．5×104m3／d。

表4 蘇東57－09H1井氣層改造數據表

6 結論

1）形成了水平井選井、部署配套技術、5種選井有利砂體模式、4項部署原則、3種部署方式等，這為水平井井位優選和部署奠定了基礎。

2）蘇里格氣田水平井入靶及地質導向9項關鍵技術的應用保障了所實施水平井全獲成功，開發效果持續保持良好。

3）通過對靶前距、鉆頭選型、井身結構、鉆具組合、鉆井參數等優化，水平井鉆井速度明顯加快，鉆井周期明顯縮短。

4）黏土低傷害暫堵鉆井液體系、陰離子表面活性劑壓裂液的推廣應用，有效保護了儲層。

5）裸眼封隔器壓裂工藝、水力噴射壓裂工藝和封隔器遇油膨脹壓裂工藝的優化應用，保證了不同儲層和井況條件水平井改造效果。

6）連續混配、前置液段塞、水平段與斜井段儲層多層動用等新工藝的試驗與應用，縮短了水平井施工時間，提高了施工效率和儲層改造效果。

［1］李樂忠，李相方，何東博，等．蘇里格氣田橢圓狀孤立砂體產能方程的建立［J］．天然氣工業，2009，29（4）：71－73．LI Lezhong，LI Xiangfang，HE Dongbo，et al．Establishment of the deliverability equation of elliptic isolated sandbody in Sulige Gas Field［J］．Natural Gas Industry，2009，29（4）：71－73．

［2］冉新權．蘇里格低滲透氣田開發技術最新進展［J］．天然氣工業，2011，31（12）：59－62．RAN Xinquan．Recent progress of development technologies in the Sulige Gas Field［J］．Natural Gas Industry，2011，31（12）：59－62．

［3］何光懷，李進步，王繼平，等．蘇里格氣田開發技術新進展及展望［J］．天然氣工業，2011，31（2）：12－16．HE Guanghuai，LI Jinbu，WANG Jiping，et al．New progress and outlook of development technologies in the Sulige Gas Field［J］．Natural Gas Industry，2011，31（2）：12－16．

［4］李建奇，楊志倫，陳啟文，等．蘇里格氣田水平井開發技術［J］．天然氣工業，2011，31（8）：60－64．LI Jianqi，YANG Zhilun，CHEN Qiwen，et al．Horizontal well technology for the development of the Sulige Gas Field［J］．Natural Gas Industry，2011，31（8）：60－64．

［5］陳在君，劉頂運，韋孝忠，等．長慶氣田水平井PDC鉆頭防泥包技術［J］．天然氣工業，2009，29（11）：62－63．CHEN Zaijun，LIU Dingyun，WEI Xiaozhong，et al．Antibit balling for PDC bits of horizontal wells in Changqing Gas Field［J］．Natural Gas Industry，2009，29（11）：62－63．

［6］崔貴濤，金祥哲，董宏偉，等．蘇里格氣田桃7井區水平井斜井段和水平段適用鉆井液體系［J］．天然氣工業，2011，31（3）：66－69．CUI Guitao，JIN Xiangzhe，DONG Hongwei，et al．Drilling fluid system applicable to deviated and horizontal intervals in the Tao－7wellblock of the Sulige Gas Field［J］．Natural Gas Industry，2011，31（3）：66－69．

［7］才博，王欣，蔣廷學，等．蘇里格氣田下二疊統儲層改造難點及對策［J］．天然氣工業，2009，29（12）：59－61．CAI Bo，WANG Xin，JIANG Tingxue，et al．Technical difficulties and countermeasures for hydraulic fracturing in Lower Permian gas reservoirs of the Sulige Gas Field［J］．Natural Gas Industry，2009，29（12）：59－61．

［8］鄭云川，陶建林，蔣玲玲，等．蘇里格氣田裸眼水平井分段壓裂工藝技術及其應用［J］．天然氣工業，2010，30（12）：44－47．ZHENG Yunchuan，TAO Jianlin，JIANG Lingling，et al．Application of open hole horizontal well multiple fracturing in the Sulige Gas Field［J］．Natural Gas Industry，2010，30（12）：44－47．