長慶致密油3 000 m長水平段三維水平井鉆井技術

彭元超，韋海防，周文兵

（1中國石油川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術研究院2低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室）

彭元超等.長慶致密油3 000 m長水平段三維水平井鉆井技術.鉆采工藝，2019，42（5）：106-107，112

致密油是中國具有發展前景的四種非常規油氣資源之一，是中石油未來幾年的開發重點。國內致密油總資源量125.8×108t，可采12.34×108t，初步評價長慶鄂爾多斯盆地長7致密油資源量為30.0×108t，是最為現實開發區，有望形成10～20×108t儲量規模，預計“十三五”末產量可達200×104t／年，貢獻率可達8% ～10%，是長慶5 000×104t重要資源基礎［1］，具有廣闊的勘探開發前景，如何效益動用對工程技術提出了更高的要求。

長慶致密油油儲層非均質性強，物性差，具有明顯低壓、低滲透特征，自然狀態下產能低［2］。延長水平段，增加水平井分段多簇射孔壓裂是開采致密油的重要手段之一［3］，目前所采取的2 000 m左右水平段，取得了顯著的效果。為了進一步動用潛在儲藏量，借鑒前期致密油開發的經驗，針對3 000 m長水平段水平井鉆井中存在的一系列難題，開展了延長水平段長度相關鉆井技術攻關研究與試驗，探索3 000 m及以上水平段水平井鉆井技術，實現高效率、規模化開發長慶致密油，既節約了土地資源，又可提高經濟與社會價值。

一、長水平段水平井鉆井技術難點分析

1.地層非均質性強，鉆井時效差

長慶致密油區上部地層洛河組與套管腳處承壓能力低、易漏失，直羅坍塌嚴重，長裸眼段地層祼露層位比較多，儲層非均質性較強，鉆井復雜井段多，影響鉆井時效。

2.摩阻扭矩大，軌跡控制難

長水平段三維水平井因位垂比大、裸眼段長，且消除偏移距后形成井眼軌跡拐點，造成定向鉆進中滑動摩阻扭矩急劇增加。使用常規鉆具復合鉆進時，鉆具扭曲嚴重，易發生鉆具疲勞損壞［4-6］；滑動鉆進時，托壓現象嚴重，鉆壓難以有效傳遞到鉆頭上，工具面失穩，滑動機械鉆速低，難以達到預計定向效果。

3.長裸眼段井壁不穩定

長裸眼存在鉆井周期長、祼眼段浸泡時間長、井壁失穩、噴漏同存等諸多技術瓶頸，對鉆井液提出了更高的要求，必須增強鉆井液的抑制封堵防塌、潤滑防卡及攜砂性能。

4.長水平段固完井難度大

長水平段水垂比大，下套管摩阻高、易粘卡，難以保證套管串安全順利下入與居中度；固井要求長封固井段一次性上返，且固井質量必須滿足后期大型壓裂改造，對水泥漿性能要求很高。

二、長水平段水平井鉆井技術

1.長水平段三維水平井安全鉆井工藝技術

通過優化井身結構，解決了洛河漏失、直羅坍塌、長裸眼段摩阻扭矩大與低成本開發、延長水平段、提高開發效率之間的矛盾；在長水平段、大位垂比等條件下，優化軌跡剖面，直井段小井斜消除偏移距，合理安置三維消偏帶來的軌跡拐點，提高全井段井眼曲率光滑度，降低摩阻扭矩，達到3 000 m水平段安全鉆進目的。

1.1 井身結構優化

長慶致密油長水平段水平井常規的井身結構為：?444.5 mm鉆頭×?339.7 mm套管（表層）+?311.2 mm鉆頭×?244.5 mm套管（二開）+?215.9mm鉆頭×?139.7 mm套管（三開），三開斜井段與水平段在同一裸眼井段，存在祼眼段長、地層浸泡周期長等問題。因此，要達到延長水平段目的，首先要從井身結構優化入手，盡量縮短祼眼井段的長度，緩解地層浸泡時間長、噴漏同存等施工難度。

經過分析研究推薦井身結構：?444.5 mm鉆頭×?339.7 mm套管，封固第四系，進入環河組巖層30 m以上；?311.2 mm鉆頭×?244.5 mm技術套管，根據三維偏移距多少，在消除偏移距后，確定封固部分斜井段；?215.9 mm鉆頭×?139.7 mm生產套管，封固全井段。在二開消除偏移距后，井斜在20°～30°區間時，降摩減阻效果最明顯：最大摩阻減少15%以上，最大扭矩減少8% ～10%，最大泵壓減少3～4 MPa。優化井身結構如圖1所示。

圖1 優化井身結構圖

1.2 剖面優化設計與控制技術

分段優化剖面，精細控制軌跡。井身剖面優化的關鍵在于選擇合理的靶前距，才能夠保證狗腿度適中、井眼曲率平滑、摩阻扭矩最小化，降低長水平段施工難度。3 000 m水平段水平井的有效靶前距選擇300～350 m時，起下鉆和滑動摩阻相對較低。采用五段制井身剖面：直-消偏-方位回扭-增斜-水平段儲層鉆進。

（1）消除偏移距段。采用微增鉆具組合，以小井斜（10°～20°）調整鉆壓、排量等參數穩斜鉆進以消除偏移距70%左右為最佳。

（2）方位回扭段。回扭水平段方位，達到設計方位后徹底消除偏移距。進入斜井段后，下技術套管固封，盡量將三維消偏造成的拐點、摩阻扭矩最大點放置在技術套管中。

（3）斜井段。利用地層自然增斜規律、工具造斜能力，復合為主進行斜井段造斜，平穩光滑入窗，全井段狗腿度不大于6°／30 m，保證井眼曲率光滑。

（4）水平段。旋轉地質導向工具，利用其近鉆頭伽馬成像功能，及時預判到泥巖，進行軌跡調整，快速穿越泥巖夾層或避免泥巖段鉆進。

1.3 水平段安全快速延伸鉆井技術

1.3.1 旋轉地質導向

旋轉地質導向隨鉆系統較傳統滑動導向隨鉆系統而言，改變鉆進方式，全程旋轉鉆進極大地消減了摩阻扭矩大給鉆井施工帶來的困難，能更精細地控制井眼軌跡，更好指導實鉆軌跡在目的層中穩定穿行。旋轉地質導向工具的近鉆頭模塊能實時測量近鉆頭井斜、方位及方位伽馬成像，可以判別實鉆軌跡從目的油層的上邊界或下邊界偏離目的層，并可以提取地層傾角，提前確認地層開始變化的位置，進而實時修正地質模型、調整軌跡，降低構造不確定性對地質導向結果的影響［7］。該工具能夠幫助工程人員精準、實時地掌握控制權，保證目的層的鉆進，提高儲層鉆遇率。

1.3.2 水力振蕩器

水力振蕩器通過自身產生的“縱向振動”，帶動與之相鄰的一定范圍內的鉆柱“振動”，消除部分鉆柱與井筒的靜摩擦力，來提高鉆進過程中鉆壓傳遞的有效性和減少底部鉆具與井眼之間的摩阻，特別是在定向鉆進中改善鉆壓的傳遞，減少鉆具粘卡的可能性。針對長水平段三維水平井摩阻扭矩大，托壓嚴重等問題，川慶公司自主研制了水力振蕩器，累計應用147套，滑動鉆進效率平均提高23%，有效解決了滑動鉆進托壓問題，成為水平井提速利器。

2.鉆井液潤滑減阻技術

（1）通過優選高效環保潤滑劑增強鉆井液的潤滑性能和嚴格控制鉆井液中低密度固相含量兩項措施，解決長水平段施工中的摩阻問題。

（2）通過優化鉆井液的配方、增強鉆井液的低剪切速率切力提高攜砂性能解決井筒清潔困難的問題。

（3）針對長水平段段施工周期長、地層浸泡時間長導致井壁易失穩的特點，優選了鉆井液用屏蔽暫堵劑G325。該封堵劑能夠有效降低水基鉆井液的濾失量，能夠快速形成濾餅，同時有助于改善濾餅質量。加入該封堵劑后水基鉆井液的常溫常壓濾失量和高溫高壓濾失量均有顯著降低。

3.長水平段固井工藝技術

分析實鉆井眼軌跡數據，優化套管串扶正器安放位置與數量，采用預應力多級漂浮接箍、旋轉導向偏頭引鞋輔助套管順利下入，同時保證套管串居中［8］。上部井段采用強度高、穩定性和流動性好的低密高強水泥漿體系；長水平段以低溫高強韌性水泥漿體系中引入增強劑，以確保水泥漿的早期強度，確保水泥環的完整性和密封性；尾漿采用低溫高強韌性水泥漿體系，提高水泥石的抗沖擊破碎能力，保證體積壓裂分割的有效性。

三、現場應用及效果

川慶鉆探在長慶致密油示范區試驗完成NHx-x井，完鉆井深4 970 m，實施水平段長3 035 m，位垂比為2.03，鉆井周期32 d，機械鉆速16.96 m／h，砂巖鉆遇率86.5%，創長慶油田油井水平井水平段最長記錄。現場試驗效果：

（1）采用分段精細控制剖面的方法，鑒于?311 mm井眼造斜能力弱，以小井斜糾偏14.4，消偏73%，鉆到井深1 116 m時，以?244.5 mm套管封固井眼，保證了后期施工摩阻扭矩最小化。

（2）水平段采用旋轉地質導向工具。通過近鉆頭伽馬成像多次探至儲層邊界，全水平段共鉆遇11段泥巖，及時調速軌跡，穿回儲層，合計泥巖段408 m，儲層鉆遇率86.5%。

（3）完井采用預應力多級漂浮接箍和旋轉導向偏頭引鞋，保證了管串一次下入，采用樹脂水泥漿體系，保證了固井質量。成像測井顯示：水泥環內部無連續竄槽、膠結良好，固井優良率92.5%。

四、結論與認識

（1）致密油區儲層物性差，滲流阻力大，注水開發難以有效建立驅替系統，自然產能低。需要采用長水平段分段多簇體積壓裂，擴大儲層泄流面積，溝通滲流通道，釋放儲層潛能，從而提高單井產量，長水平段水平井是提高致密油單井產量的有效手段。

（2）長水平段水平井安全鉆井需要采用水力振蕩器降摩減阻安全延伸水平段，應用旋轉地質導向的近鉆頭方位伽馬成像探邊功能，提高儲層鉆遇率。

（3）采用屏蔽暫堵劑G325增強鉆井液封堵性能，改善濾餅質量，維護井壁穩定；優選高效環保潤滑劑降低摩阻；提高鉆井液的低剪切速率切力，增強攜砂性能，保持井筒清潔。

（4）長水平段完井采用預應力多級漂浮接箍和旋轉導向偏頭引鞋，保證了套管串安全下入與居中；水泥漿采用低溫高強韌性體系，可以保證分段多簇體積壓裂分割的有效性與安全性。