巖性油氣藏長水平段鉆井井眼軌跡控制與配套技術研究

段建軍

摘 要：通過理論研究和現場試驗，以國內現有鉆井裝備條件為基礎，形成包括井眼軌跡控制技術、電磁波隨鉆測量技術、無固相鉆井液技術和欠平衡鉆井技術的長水平段水平井鉆井配套技術，并在實踐中表明，充氣全過程欠平衡鉆井技術提高了區塊機械鉆速，達到在鉆井過程中保護油氣層、及時發現油氣層和提高單井產量目的。本文總結了長水平段水平井井眼軌跡控制的基本方法，提出其他相關技術的發展建議，對于高效開發低孔低滲油氣田具有重要的指導作用。

關鍵詞：致密儲層；低孔低滲；巖性油氣藏；井壁穩定；井眼軌跡控制

低孔、低滲、致密儲層型巖性油氣藏區內構造、斷裂不發育，總體為東北高、西南低的平緩單斜，平均坡降為6～9 m/km，地層傾角為13—160。局部發育鼻狀隆起，未形成較大的構造圈閉。鉆井過程中，主要存在5方面的技術難點：一是砂體夾泥巖，井壁穩定問題突出；二是地層研磨性強，鉆進效率低；三是水平段長，摩阻扭矩大，軌跡控制難度大；四是地層復雜、水平井段長、鉆井液性能要求高；五是低孔低滲儲層保護難度大。鑒于上述難點，有必要開展低孔低滲氣田長水平段水平井鉆井技術研究工作。目前水平段延伸鉆進的主要技術手段有2種：一是以復合鉆進和滑動鉆進為基礎的連續導向鉆井技術；二是旋轉導向鉆井技術。

1長水平段井眼軌跡控制技術

1.1復合鉆進技術

根據整體技術思路，選取3口試驗井井眼軌跡控制技術沒有本質的不同，均使用了連續導向鉆井技術，只是所使用的欠尺寸扶正器和無磁鉆存在少許差別。鉆具組合為：？215.9 mm鉆頭+？172 mm 1.25。單彎螺桿鉆具+？（212、208、206）mm扶正器+單向閥+？127mm無磁鉆桿（無磁鉆鋌）l根+？165 mmEMWD無磁短節+？127 mm斜坡鉆桿×20根+？127 mm加重鉆桿×13根+？127 mm斜坡鉆桿+單向閥。上述鉆具組合在水平段旋轉鉆進情況下有微增井斜的特點，根據扶正器尺寸的不同，增井斜幅度稍有不同。實際上，A井使用了？208 mm和？206 mm 2種扶正器。在三開第一趟鉆使用了以？206 mm扶正器，穩斜效果不理想。因此，在此后的水平段施工中使用了？208mm扶正器，水平段鉆進采取旋轉鉆進15～25 m后再滑動鉆進4—5m降井斜的井眼軌跡控制方法。其他井也使用了類似的井眼軌跡控制技術，只是使用的扶正器外徑不相同。B井水平段施工中使用了以？212mm扶正器，從井斜控制情況來看，其穩斜效果優于以？208mm扶正器。以？212 mm扶正器使用前期略有降斜效果，但由于地層研磨性強，鉆具磨損較快，導致扶正器外徑逐步減小，從而在扶正器外徑磨損至以？208 mm之前總體上呈現微降井斜一穩斜一微增井斜的控制效果。

1.2鉆進參數優選技術

滑動鉆進時，需要根據巖性變化合理調整定向工具面、機械鉆速、螺桿鉆具工況和鉆進井段，而且隨著水平井段不斷延伸，鉆壓傳遞困難的問題逐漸隨之減小，故鉆進參數優選的空間相對較小。因此，在水平井段較長之后，滑動鉆進參數的調整主要依據立管壓力變化酌情調整。如斯倫貝謝公司為司鉆配備了精確的數字化立壓顯示器，以幫助司鉆準確判斷井底鉆壓變化情況。復合鉆進時，根據巖性變化調整鉆進參數對井眼軌跡控制效果的影響將十分顯著。如A井在鉆遇灰黑色泥巖、鉆頭工況良好、鉆壓20—40kN的情況下，機械鉆速小于2 m/h，而鉆壓40—50 kN時，機械鉆速可保持為3.5～4。5 m/h，同時井斜略增；如每個單根劃眼3遍以上則可以保持穩斜。一旦鉆壓達到60 kN以上，井斜變化率可達到4～70/100m，機械鉆速亦可達到6～10 m/h。鉆遇粗砂巖時，使用以12 mm扶正器、40～60 kN鉆壓鉆進，也可達到穩斜效果。

2電磁波隨鉆測量技術

充氣欠平衡條件下鉆井液當量密度約為O.8—0.9 g/cm3，常規的泥漿脈沖無線隨鉆測量MWD信號衰減嚴重，無法提供實時井下測量參數，因此，A、B井均使用了電磁波無線隨鉆測量儀器（EMWD）。電磁波通道的信息傳輸速度比水力通道更快，對鉆井液的質量和鉆井泵的不均勻性要求更低，發送信息與鉆井液的充氣程度無關，不受井斜角大小、鉆井液（介質）、鉆井方式（旋轉鉆或滑行鉆）等條件的限制。基于上述特點，電磁波MWD已經成為有效解決充氣欠平衡條件下井下數據傳輸問題的關鍵技術。電磁波MWD主要由井下儀器和地面儀器組成。井下儀器由井下發射短節、流量開關及井下測量部分組成。地面儀器主要由信號接收天線、地面接口箱、安裝了專用軟件的電腦和司鉆顯示器組成。A、B井井均實現了使用電磁波MWD配合地質導向測量工具實時監測地層物性參數、適時調整井眼軌跡的目標，具有相當好的發展前景。

3無固相鉆井液技術

水平段設計長度均超過1200m，對鉆井液技術而言，存在3方面的技術難點：①水平段長，易形成大段巖屑床；②欠平衡狀態下不能形成有效濾餅，存在如何降低摩阻問題；③采取欠平衡鉆井工藝，井壁穩定困難。

3.1充氣鉆井液技術

根據無固相鉆井液特點、充氣要求及鉆進技術難點，采取了以下維護措施。（1）鉆井液黏切指標控制。在鉆進過程中，根據欠平衡鉆進特點及攜巖要求，鉆井液黏度控制為40～50 S，動塑比為0.35～0.60，靜切力為2～3 Pa或3—6 Pa，既滿足欠平衡脫氣要求，又滿足攜帶鉆屑要求。（2）鉆井液API失水指標控制。補充抗氧劑，消耗部分氧含量減少對處理劑的降解，同時加大降失水劑的投入（降失水劑的加量為全井鉆井液量的7%～8%），控制API失水。（3）鉆井液密度指標控制。采取部分置換的方法得以控制鉆井液基液密度，達到欠平衡鉆進要求。

3.2無固相鉆井液技術

（1）側鉆后沒有進行充氣欠平衡作業，相對于充氣情況下鉆井液的相對攜巖能力有所降低，因此，提高鉆井液的漏斗黏度大于45s，保證鉆井液的攜巖能力和攜巖效率。（2）側鉆后仍可能鉆遇泥巖，通過以下手段提高鉆井液的防塌性能：①提高鉆井液的黏度，控制鉆井液的流變性，鉆遇泥巖后鉆井液的黏度盡量控制在50 s以上，動切力大于10 mPa·s，動速比控制在0.6左右，減少鉆井液對井壁的沖刷，保證井壁穩定；②提高鉆井液的抑制性，鉆遇泥巖后增大KPAM的用量，保證含量大于5%，同時加入甲酸鉀，盡量提高鉆井液的抑制性，增強防塌能力；③進一步降低鉆井液的失水，控制API失水為4.2—4.6 mL，減少自由水的侵入，提高防塌能力；④通過上述措施，提高了鉆井液的防塌抑制性能，保證了B井側鉆后近200m的泥巖段未出現坍塌。

參考文獻：

[1]苑書金.鄂爾多斯盆地區塊下石盒子組地震儲層預測技術的研究和應用[J].石油地球物理勘探，2016，43（1）：48—52.