大慶葡萄花油田超淺層水平井鉆井技術

高立軍

（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術研究院，黑龍江大慶163413）

·石油與鉆掘工程·

大慶葡萄花油田超淺層水平井鉆井技術

高立軍*

（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術研究院，黑龍江大慶163413）

系統地分析了大慶超淺層水平井（造斜點20m,目的層垂深270～290m）鉆井施工技術難點和特點,重點介紹了P12井區的地層特性、巖性特征，指出了井眼軌跡控制難點,并相應地制定了井身結構、水平井軌道設計和軌跡控制方案措施。通過選取合理的造斜工具、優化鉆具組合、鉆井參數優選及控制措施的執行,順利完成了3口超淺層水平井的施工。通過技術的成功應用,系統地總結形成了一套超淺層水平井鉆井配套技術,在較好滿足超淺層稠油油藏有效開發的基礎上,更為國內外同類儲層的開發提供了有益借鑒。

超淺層水平井；技術難點；鉆井參數；軌跡優化

P12區塊位于松遼盆地中央坳陷區,區塊內斷層全部為正斷層,斷裂系統主要為2條大斷層所控制,斷層走向基本上為近北西向和南東向,該區塊為被斷層夾持局部構造,砂體規模大,油水可以在局部構造內分異,圈閉內為油層,圈閉外為干層、水層,砂體規模小,含油連續性差,因此為巖性油藏構造。所鉆目的層為發育于嫩四段地層的HI油層,該層砂體發育分布穩定,屬于高孔隙度、高滲透率砂巖儲層,油層埋深270～290m,平均砂巖鉆遇率較高。根據水平井產能預測結果,1口水平井可代替3～5口直井產量,在鉆井成本有效降低的條件下,經濟風險相對較小。

1 技術難點

（1）造斜點在20m井深處,出導管之后開始定向,造斜點淺,MWD儀器受磁干擾嚴重,給開始定向帶來一定的不確定因素[1]。

（2）油藏埋深淺,地層疏松,夾層較多,鉆具重量輕,加壓困難,嚴重影響工具造斜能力。同時,MWD儀器測點滯后14.6m,井底井斜預測困難,軌跡控制難度大。

（3）55～115m是流砂層,流砂層易塌,上部地層交接性差,地層疏松,造漿性強,鉆速快,難以加壓,造斜困難,且易發生縮徑、坍塌、鉆具泥包等井下復雜。

（4）水平段油層膠結疏松,主要巖性為砂巖,并有不等厚的泥巖夾層。在砂巖鉆進時降斜明顯,而在泥巖鉆進時增斜顯著,易穿出油巖,且油層垂深小,調整余量小,軌跡控制精度要求高。

2 設計概況

2.1 地層特點

P12區塊HI組油層發育于嫩四段地層。嫩四段沉積于松遼盆地抬升、大規模湖退前期,葡萄花地區由于處于湖盆沉積中心東側,因此沉積相對穩定。與下伏嫩三段地層呈整合接觸。劃分為6個旋回,各個旋回具有以下特點：

（1）旋回厚度分布較為穩定,可對比性強。HI組地層厚度平均248.2m,厚度變化23.5m。HI2層厚度變化3.5m,HI6層厚度變化5.5m,沉積單元地層厚度發育穩定。

（2）各沉積單元反旋回特征明顯。旋回底部為穩定分布泥巖,向上為粉泥、泥粉、粉砂細砂,有時可見中砂,而且自下而上底部深色泥巖段逐步變薄。

（3）55～115m段是60m的流砂層,目的層上面是致密的蓋層,目的層是砂巖,膠結疏松,成巖性差。

2.2 井身結構設計

（1）一開鉆進采用?311.2mm鉆頭鉆至140m,下入?273.1mm套管封固封固易坍塌流砂層及地表水層,為二開安裝井口裝置和安全鉆井提供可靠條件,降低二開鉆進時的施工風險。

（2）二開鉆進采用?228.6mm鉆頭鉆至345.00m探油頂著陸段,下入?177.8mm套管,水泥返至地面,確保井壁穩定及三開水平段施工安全。

（3）三開鉆進采用?152.4mm鉆頭鉆水平段至完鉆600m,下入?127.0mm篩管完井,便于開采稠油。

2.3 井眼軌道剖面設計結合目前水平井鉆井技術、設備及工具能力及開發目的層垂深淺的特點,井眼軌道設計選擇“直—增—增—增—穩”五段制井身剖面[2]。該剖面相對簡單,工具選擇方便,既能實現常規鉆具造斜,順利鉆達地質目標；又能降低管柱摩阻,方便套管正常下入（見表1）。

表1 井眼軌道剖面設計表

2.4 鉆具組合設計（見表2）

表2 鉆具組合設計

2.5 鉆井參數及水利參數設計（見表3）

3 現場應用

3.1 手工定向,確保開始定向的準確性

針對造斜點淺,MWD儀器受磁干擾嚴重的特點,現場采取手工定向法[3]。先用陀螺儀在地面確定設計方位,并做好標記,轉動轉盤至設計方位偏大5°～10°后鎖死鉆具加壓鉆進。依據BT值精度確定儀器完出套管后采取MWD定向鉆進,這樣能有效避開磁干擾造成的不良后果,保證了開始定向的準確性。

表4 P12-1H井現場手工定向測斜數據

由P12-X井現場手工定向測斜數據（見表4）可看出,13～33m時測得方位與手工定向方位偏差較大,BT值較高則反映出儀器受磁干擾所導致的方位值不準確,手工定向至測深44m時,儀器已出表套,方位數據恢復正常。

3.2 優化鉆具組合和鉆進方式,提高井眼軌跡控制精度

對于造斜困難、軌跡控制難度大的特點,通過優化鉆具組合、合理調整鉆井參數等技術措施,以減少鉆具摩阻、提高造斜率。造斜段全部使用加重鉆桿,采用大角度單彎螺桿配合牙輪鉆頭的鉆具組合,保證直井段鉆具重量,確保工具面穩定。同時,根據地層巖性和機械鉆速合理調整泥漿排量和鉆壓,采取滑移鉆進和轉盤鉆進的復合鉆進方式[4],很好地滿足了軌跡控制需求,也減少了鉆具遇卡遇阻現象,增加了施工的安全性。

3.3 合理調整鉆井參數,提高流砂層造斜率

針對流砂層,造斜困難,易發生縮徑、坍塌、泥包鉆具等井下復雜的特點,現場采取去鉆頭水眼,將泥漿排量從20～25L/s降低至15～16L/s,將水力沖擊控制到最小,以防鉆頭水馬力對地層的沖蝕。同時,使用高粘（200s）、高切泥漿以解決排量不足導致的井底攜砂問題,采用快速鉆進、打完單根不劃眼、鉆頭提離井底充分循環的技術措施,既保證了流砂層內的造斜率,又利于攜砂,防止鉆具泥包等井下復雜。

P12-1H井鉆進至井深57m時,鉆時明顯變快,平均機械鉆速30m/h,表明鉆至流砂層；鉆進至117m時,鉆時由1.1min/m達到7.8min/m,鉆時明顯變慢,鉆穿流砂層,進入泥巖層；定向鉆進參數為鉆壓2t,排量16.8L/s,穿越流砂層60m,平均曲率6.29°/30m,最大曲率7.25°/30m,實現了用1.75°螺桿在流砂層內進行造斜。

3.4 精確監測、綜合分析,確保水平段油層鉆遇率

水平段油層內有不等厚的泥巖夾層,一般均采用小角度單彎螺桿,以復合鉆進為主,穩斜效果差,規律難以掌握等施工難點,采用小角度單彎螺桿鉆具配合PDC鉆頭鉆進[5],應用MWD（帶伽馬）隨鉆監測、地質錄井和機械鉆速綜合分析、隨時掌握巖性變化,及時調整鉆壓及排量,通過增加測點密度的方式對井斜進行精確監測,合理設計滑移鉆進和轉盤鉆進比例,準確控制軌跡,以確保井眼軌跡在油層內穿行,P12區塊3口井水平段油層鉆遇率均達到100%。

4 鉆井液技術

結合所鉆地層垂深較淺、地層疏松、穩定性差、遇水易剝落等特性,選擇了具有低濾失、低傷害并且具有良好潤滑性、攜砂能力的低摩阻仿油基鉆井液體系。

（1）選擇合適的鉆井泵缸套,有足夠的泵排量,保持井眼環空返速,使用四級凈化設備控制鉆井液含砂量,使鉆井液含砂量控制在0.5%以內。

（2）保證良好的鉆井液性能,動塑比控制在0.3～0.5Pa/（mPa·s）,動切力控制在4～12Pa,鉆井過程中采取每打完一個單根充分循環和堅持短起下鉆,以達到破壞巖屑床和清除巖屑的目的。

（3）提高鉆井液的潤滑性[6],在鉆井液中加入原油、SAS、膨化石墨等潤滑劑及充足的防塌劑,控制鉆井液的摩擦系數不大于0.06,以確保鉆井液具有良好的防塌和防粘卡性能,保證順利施工。

5 取得的成果

截止目前,大慶葡萄花油田P12區塊采用上述水平井鉆井技術措施共完成了3口超淺層水平井的施工,均實現了精確入靶,井眼軌跡達到了甲方地質要求,取得了較好的效果（見表5）。2014年完成2口井,平均定向周期4.63d,相比2013年縮短了0.61d；平均機械鉆速13.8 m/h,相比2013年提高了14.62%。

表5 P12區塊3口超淺層水平井完成情況

該區塊投產后每天產油總量100t左右,其中P12-H1井日產量20～25t,是同區塊直井日產量的10～15倍,占日總產量20%以上,投產效果顯著。

6 結論與認識

（1）大慶葡萄花油田P12區塊3口超淺層水平井的成功完鉆,為該區塊后續開發提供了有效數據,對大慶油田利用水平井技術開發淺層稠油油藏具有借鑒意義。

（2）通過優化剖面設計與鉆具組合,合理調整鉆井參數,采取定向與復合相結合鉆進等技術措施,完成了井深20m定向、60m厚流砂層、垂深270m超淺層水平井的安全鉆進,滿足了地質要求。 （3）選擇具有低濾失、低傷害并且具有良好潤滑性、攜砂能力的低摩阻仿油基鉆井液體系及相應的技術措施,很好地解決了由于地層垂深淺、地層疏松、穩定性差、遇水易剝落、易垮塌、易漏失等鉆井難題,保證了井下安全。

[1]時江濤,潘華峰,楊文斌,等.河南油田直井鉆機鉆超淺層水平井鉆井技術[J].鉆采工藝,2009,32（2）:11-13.

[2]范志國,于建民,聶濤,等.淺層稠油水平井鉆井工藝技術[J].新疆石油科技,2008,18（1）:6-8.

[3]劉學峰,李強,趙宏偉,等.淺層稠油的開發技術及應用[J].西部探礦工程,2009,21（2）：60-61.

[4]裴建忠,劉天科,周飛,等.金平1淺層大位移水平井鉆井技術[J].石油鉆探技術,2009,37（1）:87-90.

[5]廖騰彥,薛金強張儀,等.超淺水平井技術在紅淺1井區的創新應用[J].新疆石油科技,2008,18（3）:1-3.

[6]奚廣春,劉永貴,王迎成,等.大慶朝陽溝油田淺層水平井鉆井技術[J].探礦工程（巖土鉆掘工程）,2009,36（6）:21-23.

Drilling Technology for Shallow Layer Horizontal Well in Putaohua Oil Field of Daqing

GAO Li-jun
(Drilling Engineering Technology Research Institute of CNPC Daqing Drilling&Exploration Engineering Corporation，Daqing Heilongjiang 163413，China)

Drilling technology difficulty and feature for shallow layer horizontal well are analyzed systematically in the paper, which KOP is 20m and TVD of target is about 270m~290m.Formation characteristic,lithologic characteristic and technique difficulty are introduced at P12 block,and corresponding measures are taken such as reasonable well geometry design,well trajectory optimization,BHA and drilling parameter selection etc.There are three shallow layer horizontal wells had to be completed successfully.A set of supporting technology for ultra-shallow layer horizontal well drilling has been summarized and formed by the successful application of the technology,and on the basis of satisfying ultra-shallow layer heavy crude reservoir developing the drilling matching technique for ultra-shallow layer horizontal well offer an experience for similar reservoir at home and abroad.

ultra-shallow layer horizontal well；drilling technical difficulties；drilling parameters；well trajectory optimization

TE243

B

1004-5716（2016）12-0005-04

2016-02-17

2016-02-23

國家自然科學基金“鉆頭諧振激勵下巖石的響應機制及破碎機理研究”（51274072）。

高立軍（1978-），男（漢族），陜西戶縣人，工程師，現從事定向井/水平井技術服務工作。