致密油水平井肇平26井鉆井優化設計與應用

李文志

（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術研究院，黑龍江大慶 163413）

隨著大慶油田致密油儲層的開發力度加大，在對松遼盆地中央坳陷區三肇凹陷的勘探過程中，為了尋找低孔特低滲透儲層含油情況，提高單井產能，為預測儲量優選提供支撐，并且針對三肇凹陷扶楊油層薄互層儲層，探索“水平井+大規模體積壓裂”技術，提高致密油層產量的有效途徑，加快儲量升級和有效動用步伐。在此構造上部署了肇平26 井，由于該區地層存在易斜、易漏、易井塌等工程難點，且致密油儲層具有儲層厚度相對薄、非均質性強、孔隙度低、滲透率低等特點。因此，針對在鉆井過程中可能遇到的難點與風險，進行了井身結構、井眼軌道、鉆井液、鉆井提速、鉆井參數等方面的優化設計。

1 肇平26井鉆井施工難點分析

肇平26 井是一口勘探水平井（設計最大井斜角90.42°），水平段長1566.00m，水平段摩阻扭矩大，鉆井施工風險較高；地質目的層為扶楊油層的致密砂巖，地質勘探風險也較高，分析本井鉆井施工主要難點有：

（1）從軌跡方向地震剖面圖上看，本井可能在嫩二段下部約1150m 鉆遇斷層，斷距約30m，嫩江組、青山口組等上部泥巖地層易造漿、井壁穩定性差，鉆井施工過程中，要注意防斜、防漏、防塌。

（2）本井目的層為扶楊油層，易井漏、井侵、卡鉆，需調節鉆井液性能。通過鄰井資料收集分析，源62、肇平21、肇平20 等井在泉四、泉三段分別發生井漏、井侵、卡鉆等復雜事故情況（詳見表1），施工過程中需合理確定鉆井液密度，提高封堵、防塌性能。

表1 鄰井復雜事故統計表

（3）二開葡萄花油層存在高壓注水開發，對井控安全和鉆井液密度要求更高；本井位于大慶頭臺油田內，經落實：本井葡萄花油層300m 范圍以內有2 口油井；500m范圍以內有2口注水井；515m處有1口注水井。

（4）距離本井井口東偏北約7.6km的芳186井在層位：嫩三段979.4～981.2m井段，測井解釋為可疑氣層，應注意落實預防本區可能存在的淺層氣。

（5）本井設計水平段較長，摩阻扭矩大，易造成托壓現象，機械鉆速低。鄰井肇平9、肇平11井在水平段內施工過程中有嚴重的托壓現象發生。

2 肇平26井鉆井優化設計

2.1 井身結構優化設計

本井優化設計三層井身結構：為了保護淺水層，將表層套管下至四方臺組，井口安裝井控裝置，為二開施工提供安全保障；為了封掉葡萄花油層注水開發層，淺氣層及不穩定層段，保證三開鉆井安全施工將技術套管下至青二、三段；優化井身結構，將技套下至造斜點（1522.1m）以上30m，提高三開井段鉆進效率，降低鉆井成本，實現儲層專打。重點層位提前50m 采用有針對性的隨鉆堵漏措施，從而降低井漏等復雜情況發生幾率，保證安全施工。地質設計三壓力預測提示鄰井源14、肇26 井泉三段破裂壓力系數僅1.5g/cm3，二、三開固井使用雙密度水泥漿固井，全井下入P110×9.17mm生產套管，滿足完井后大規模壓裂施工要求。基于以上考慮，優化后的井身結構設計見圖1。

2.2 軌道優化設計

肇平26 井設計為一口勘探水平井，為了實現勘探目的和鉆井效果的最優化。根據地質方面靶點連線回歸出本井最大的井斜角為90.42°，將造斜井段井眼軌跡設計成增斜—穩斜—增斜的形式，造斜率設計小于5.0°/30m，同時設計30.0m 的探油頂段，能有效提高儲層中靶幾率。肇平26井井眼軌道剖面設計見表2。

表2 肇平26井井眼軌道剖面設計表

2.3 鉆井液優化設計

為了實現安全鉆井施工。本井一開井段設計膨潤土混漿；二開井段設計優選鉀鹽共聚物鉆井液體系，由于鄰井葡萄花油層注水開發，設計進入葡萄花油層前50m 加重至1.45g/cm3，鉆井液防漏加入隨鉆堵漏劑，加強鉆井液的封堵能力，處理時以防塌、防卡及保護產層為主，將有機硅腐鉀、高效封堵降濾失劑、HA 樹脂、NH4-HPAN-2的量以高濃度膠液形式加至設計上限，以利于防塌、防卡和降失水，尤其是將超細碳酸鈣和高效封堵降失水劑的含量提高到2.0%以上。此體系具有很好的抑制頁巖水化，可防止嫩江組、青山口組泥巖地層膨脹、剝落、坍塌的能力；三開井段設計麥克巴的ULTRADRIL水基鉆井液體系，具有高抑制性、潤滑防塌性能和保護油氣層的能力。該體系提供最大的泥頁巖抑制性、潤滑性以及井眼穩定性；降低結塊和泥包趨勢；提供一個優質、穩定、易維護的泥漿性能；有較廣的密度和鹽的選擇性；更有利于油氣層的保護，提高采收率?？筛鶕嶋H摩阻情況加入潤滑劑，保證潤滑劑加量不低于3%，并根據實際鉆進情況配合使用固體潤滑劑，提高鉆井液潤滑性能。鉆進到易塌井段時提高磺化瀝青、封堵防塌劑的加量，加強鉆井液的封堵能力，提高井壁的承壓能力。

2.4 鉆井提速方面：推廣旋轉導向技術，提升井眼光滑度，提高鉆井時效

本井水平段設計使用旋轉導向技術，其對井眼軌跡的控制能力更加精確，該井實際完鉆水平段長1370.00m，全井水平位移1715.09m，最大井斜角91.88°。鉆成的井眼較常規井下馬達導向鉆具組合鉆出的井眼更加光滑，能夠有效減少摩阻扭矩和井下復雜情況的發生，加快鉆井速度，縮短鉆井周期。

2.5 鉆井參數優化設計

通過收集資料，分析鄰井鉆井參數，主要推行“三大兩高”（大鉆壓、大排量、大扭矩、高轉速、高泵壓）的鉆井參數，在鉆機設備允許的情況下，將二開排量設計為60～65L/s，將三開排量設計為30～36L/s，既能保證井眼清潔，又能發揮旋轉導向儀器的優勢，可有效提高機械鉆速，縮短鉆井周期。

2.6 鉆頭優化設計

本井鉆遇巖性主要以砂巖、泥巖、粉砂質泥巖、泥質粉砂巖、砂泥巖互層為主，目的層巖性主要是泥巖、粉砂質泥巖與泥質粉砂巖、粉砂巖、含鈣粉砂巖、油斑粉砂巖、油浸粉砂巖呈不等厚互層。經過巖石可鉆性和巖性預測，目的層巖石可鉆性級別為4～5，優選了鉆頭序列，設計五刀翼PDC鉆頭，減少了數量（二開1只；三開2只），增大了鉆進排量（二開65L/s；三開36L/s）。設計肇平26 井鉆頭程序為6.20m（PDC444.5mm）178.00m （PDC311.2mm） 1490.00m （3A215.9mm）1502.0m（PDC215.9mm）3674.33m。設計鉆頭使用情況詳見圖2。

3 肇平26井現場施工情況

3.1 井身結構

依據三壓力曲線預測及地質風險提示，進行了三層井身結構優化設計，充分考慮到了鉆井難點及風險，井身結構設計與實際井身結構符合程度較高，滿足實際施工需求（詳見表3）。

表3 肇平26井井身結構設計與實際數據表

3.2 肇平26井井身質量情況

（1）井斜：在施工過程中一開及二開直井段，三開 造斜段及水平段，井斜均控制在中國石油天然氣SY/T 5088-2017《鉆井井身質量控制規范》的要求內，與鉆井設計基本吻合。最大井斜角：91.88°，其所在深度為：2357.42m。設計與實際井斜對比圖詳見圖3。

（2）井徑：二開311.2mm 井眼平均井徑擴大率3.46%；三開215.9mm 井眼平均井徑擴大率7.76%，目的層井徑擴大率11.19%（1600～2030m 定向段井徑超標原因：定向時間長，增井斜困難），符合地質設計中關于目的層平均井徑擴大率不超過12%的要求。設計和實際井徑對比圖詳見圖4。

3.3 肇平26井實鉆鉆頭使用情況

通過對巖石可鉆性進行預測，使用鉆頭優選技術，設計與實際所使用鉆頭稍有差別，但是所替代的鉆頭均是同類型、同級別鉆頭，機械鉆速較高，設計符合率較高。三開水平段使用旋轉導向與PDC 鉆頭配合使用，在鉆進中通過鉆井參數優化，降低摩阻扭矩，控壓控時鉆進，鉆速較快且工作穩定。實際鉆頭使用詳見圖5。

3.4 肇平26井實鉆效果

肇平26井完鉆斜深3454.00m（垂深1895.51m），二開通過優化鉆井參數，實鉆平均機械鉆速31.26m/h，相比鄰井提高45.2%；三開水平段平均機械鉆速6.13m/h；鉆井施工順利，沒有事故復雜發生。

三開水平段應用旋轉導向技術，精準地控制了井眼軌跡，有效減少摩阻扭矩和井下復雜情況的發生，提高鉆進速度。該井造斜點井深1513.0m，入靶點方位角179.41°，終靶點方位角181.00°，入靶點井斜角85.49°，終靶點井斜角90.45°，水平段長1314.0m，全井水平位移1715.09m，最大井斜角91.88°。

二開應用抑制性強、封堵性好的鉀鹽共聚物鉆井液體系，三開麥克巴鹽水鉆井液體系，具有高抑制性、潤滑防塌性能和保護油氣層的能力，確保水平段井壁穩定。很好地滿足了水平段施工需求。

井口采用TF13-3/8″×9-5/8″×5-1/2″-70MPa分體套管頭；實鉆井徑擴大率符合鉆井設計要求；二、三開固井均使用雙密度水泥漿，固井質量評價均為合格；全井下入P110×9.17mm生產套管，為后期大規模壓裂施工提供保障。

4 肇平26井鉆井工程設計結論

肇平26 井以肇平22、肇平20 井為參考，收集鉆測錄探等相關資料，分析井漏、井斜、提速等施工難點，制定了具有針對性的技術措施，并推廣軌道和井身結構優化等技術，通過了安全性評估。本井鉆井周期符合率90%以上，實現了高效安全施工，為完井獲得工業油流提供了保障。該井的順利完鉆，取得了以下幾點認識：

（1）肇平26井鉆井工程設計，設計合理，針對性強，可操作性強，為順利完鉆提供了安全保障。

（2）該區塊上部地層成巖性差，地層疏松，易造漿，塑性大，要適當控制鉆速，大排量鉆進，以免產生泥環，造成環空不暢。

（3）水平井對鉆井液性能要求特別高，必須做好鉆井液的配制及日常維護工作，保證鉆井液性能穩定。二開鉀鹽共聚物鉆井液體系，三開麥克巴鹽水鉆井液體系均滿足鉆井施工需求。

（4）旋轉導向工具可精確控制井眼軌跡，降低摩阻扭矩，提高鉆井速度，降低工程事故風險。

（5）根據施工情況和注水井壓力動態，及時調整鉆井液密度，以防水侵，并做好高密度壓井鉆井液儲備，保障了井控安全。