孫連坡，劉新華，李彥

（1.長江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 荊州 434023；2.中國石化勝利石油管理局鉆井工藝研究院，山東 東營 257017；3.中國石油天然氣管道局天津設(shè)計院，天津 300457）

勝利油田第一口跨斷塊階梯水平井鉆井實踐

孫連坡1，2，劉新華2，李彥3

（1.長江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 荊州 434023；2.中國石化勝利石油管理局鉆井工藝研究院，山東 東營 257017；3.中國石油天然氣管道局天津設(shè)計院，天津 300457）

永3-平9井是勝利油田第一口跨斷塊階梯水平井，完鉆井深2 418 m，斷塊前鉆遇油層180 m，斷塊后鉆遇油層110 m，斷塊前后垂直落差9.17 m。針對斷塊油藏剩余油分布相對比較零散、單井控制儲量低等開發(fā)特點，利用一口跨斷塊階梯水平井控制多個斷塊剩余油的富集區(qū)，可最大程度地接觸油層，達(dá)到提高儲量控制及動用程度的目標(biāo)。文中分析了永3斷塊油藏的構(gòu)造形態(tài)和儲層特性，對地質(zhì)靶點、井身結(jié)構(gòu)、井眼軌道等進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，通過鉆井實踐總結(jié)了階梯水平井在復(fù)雜斷塊油藏開發(fā)中的鉆井難點和技術(shù)措施。該井的成功實施，為復(fù)雜斷塊油藏未動用儲量的經(jīng)濟(jì)高效開發(fā)提供了新的工程技術(shù)思路和手段。

復(fù)雜斷塊油藏；優(yōu)化設(shè)計；階梯水平井；井眼軌跡；永3-平9井

復(fù)雜斷塊油藏具有構(gòu)造系統(tǒng)復(fù)雜、斷塊斷層多、斷塊小、含油層位多、油藏類型多等特點，需要利用先進(jìn)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)井來適應(yīng)這類油藏的高效開發(fā)。階梯水平井是利用普通中半徑水平井技術(shù)連續(xù)鉆成具有一定高差的2個或2個以上水平段，用一個井眼開采或勘探2個或多個層疊狀油藏或斷塊油藏的水平井井型。由于階梯水平井至少連通2個油氣層，因此節(jié)約了重復(fù)鉆井的投資，增加了單井產(chǎn)量，可取得最佳的開發(fā)效果［1］，從而達(dá)到有效提高儲量動用程度的目標(biāo)。

1 地質(zhì)概況

永3斷塊是一個被斷層復(fù)雜化的復(fù)雜斷塊，整體為受北部弧型斷層控制、內(nèi)部被多條斷層切割復(fù)雜化、地層整體向南傾斜的不對稱鼻狀構(gòu)造，最小斷塊面積為0.02 km2，最大封閉斷塊面積也僅為0.4 km2。主力含油層系沙二下主要發(fā)育一套三角洲沉積，由1—11砂層組組成，其中5砂層組儲量規(guī)模最大（770.8×104t），占總儲量的49.6%［2］。根據(jù)周圍井鉆遇砂層組油層情況，結(jié)合2個斷塊區(qū)內(nèi)老井生產(chǎn)動態(tài)分析、水淹規(guī)律研究，得出剩余油主要分布在構(gòu)造高部位斷層夾角處和沿斷層一線腰部及構(gòu)造高部。其中，永3-平9井的目的層位于西部復(fù)雜斷塊沙二下段5-1小層和5-2小層。

2 設(shè)計優(yōu)化

2.1 地質(zhì)設(shè)計

由于跨斷塊水平井從斷層上升盤5-2小層永3側(cè)94塊跨到斷層下降盤5-1小層永3斜107塊，考慮到跨斷層層間存在落差，需要對靶點和井眼軌跡進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

鉆井過程中，對于跨斷塊階梯水平井，每1 m的落差就需要13 m的調(diào)整段。設(shè)計水平井目的層在斷層兩側(cè)的落差為10 m，需要調(diào)整段130 m。以最大程度地控制地質(zhì)儲量為目的，根據(jù)微構(gòu)造變化趨勢，確定水平段AB段長度為100 m，BC段為130 m的跨斷層段（垂直落差10 m），CD段為117 m，水平段總長為347 m。井眼軌道A靶點距油層頂界垂向距離2 m，B靶點距油層頂界垂向距離3 m，C靶點距油層頂界垂向距離3.5 m，D靶點距油層頂界垂向距離3 m，各靶點平面上向北擺動不超過2 m，向南擺動不超過2 m。

2.2 鉆井工程設(shè)計

2.2.1 井身結(jié)構(gòu)

采用二開制井身結(jié)構(gòu)設(shè)計，一開φ444.5 mm井眼，下入φ339.7 mm表層套管；二開φ215.9 mm井眼，完鉆下入φ139.7 mm油層套管。

2.2.2 井眼軌道

地質(zhì)設(shè)計4個靶點的連線是3條直線組成的一條折線，但這種折線井眼軌道在施工中無法實現(xiàn)，必須對地質(zhì)設(shè)計進(jìn)行調(diào)整，設(shè)計成圓滑的可鉆曲線。同時，需要滿足地質(zhì)靶點、現(xiàn)有工具和技術(shù)能力、完井電測和油層套管安全下入等要求［3］。選用“直—增—穩(wěn)(平)—降—穩(wěn)—增—穩(wěn)(平)”七段制井身剖面，具體井眼軌道參數(shù)如表1所示。

2.2.3 設(shè)計軌道

設(shè)計軌道見圖1。

2.2.4 防碰設(shè)計

本井由于處于老區(qū)塊，周圍防碰井多達(dá)15口，最近距離小于40 m的有8口，需要收集相關(guān)井資料，做好防碰工作。鉆進(jìn)過程中，注意觀察轉(zhuǎn)盤變化及鉆井液返出情況，發(fā)現(xiàn)異常及時停鉆，防止與鄰井相碰。

表1 永3-平9井井眼軌道設(shè)計參數(shù)

3 技術(shù)難點與措施

3.1 技術(shù)難點

本井是一口四靶點三維跨斷層雙階梯水平井，施工難度較大，主要表現(xiàn)在以下5個方面：

1）設(shè)計靶框僅2 m×4 m，斜井段和水平段防碰井多達(dá)15口，最近距離僅6.39 m，對井眼軌跡控制精度提出了非常高的要求。

2）目的層位于復(fù)雜斷塊邊緣，很難準(zhǔn)確預(yù)測目的層位置，實鉆中需要不斷調(diào)整軌跡才能保證油層穿透率最大化，造成后期施工摩阻、扭矩大。

3）階梯水平井開采多個油氣層，水平段使用階梯形井身剖面（階梯水垂比100∶10.17較大），需要多次精確著陸，井眼軌跡控制難度大。

4）使用地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)，測斜盲區(qū)長達(dá)23 m，地層情況復(fù)雜多變，給井眼軌道預(yù)測和控制帶來了極大的挑戰(zhàn)。

5）長裸眼段、井眼軌道調(diào)整頻繁和井眼清洗不徹底等因素造成鉆壓傳遞困難，嚴(yán)重影響滑動鉆進(jìn)效率。

3.2 技術(shù)措施

1）做好直井段防斜打直和造斜段井眼軌跡精確控制，收集鄰井詳細(xì)資料，施工中利用Compass定向軟件連續(xù)掃描，使井眼軌跡盡可能遠(yuǎn)離防碰井，必要時提前扭方位繞障。

2）發(fā)揮地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)的優(yōu)勢，利用隨鉆測量的自然伽馬和電阻率跟蹤油層，結(jié)合氣測、鉆速、巖屑等地質(zhì)錄井參數(shù)，及時準(zhǔn)確地調(diào)整井眼軌跡。

3）提前在B靶前降斜，垂深到一定深度后，適當(dāng)增斜后穩(wěn)斜鉆進(jìn)，到目的層后可安全增斜至水平穩(wěn)斜鉆進(jìn)，避免井眼短段內(nèi)大的起伏，從第1臺階圓滑過渡到第2臺階。

4）加強(qiáng)井眼軌跡預(yù)測和控制，在防碰點、油層頂、斷層前后等關(guān)鍵位置加密測量，掌握軌跡走向，及時調(diào)整井眼軌跡按設(shè)計或地質(zhì)需要鉆進(jìn)。

5）通過井眼軌跡控制優(yōu)化技術(shù)、定期短起下鉆、調(diào)整鉆井液性能等手段，優(yōu)化井眼軌跡控制和提高鉆井液攜巖能力，摸索鉆壓、轉(zhuǎn)速、劃眼等手段控制井眼軌跡的規(guī)律，做到少滑動鉆進(jìn)、多復(fù)合鉆進(jìn)。

4 施工過程

4.1 直井段

制定詳細(xì)的直井防碰技術(shù)措施，取得了較好的控制效果。輕壓吊打鉆進(jìn)，完成一開井段，井深348 m。二開直井段至井深1 706 m完成后，投測多點，測得井底井斜0.90°，方位12.74°，井底位移僅1.08 m，為后期井眼軌跡控制奠定了良好的基礎(chǔ)。

4.2 斜井段及水平段

第 1趟采用常規(guī)導(dǎo)向鉆具組合：φ215.9 mm鉆頭+φ172 mm 1.5°單彎動力鉆具+φ177 mm無磁鉆鋌×1根+MWD短節(jié)+φ127 mm加重鉆桿×15根+φ127 mm鉆桿。施工中的鉆井參數(shù)為鉆壓60～120 kN，排量26～30 L/s，泵壓8～12 MPa；鉆進(jìn)井段為1 706.00～1 985.91 m，井斜變化0.9～53.50°，方位變化12.74～284.42°，全角變化率為19.11°/100 m。因需要換地質(zhì)導(dǎo)向（LWD）儀器，循環(huán)干凈井底后起鉆，更換儀器；大井斜段為保證鉆具組合柔性，把無磁鉆鋌更換為無磁承壓鉆桿，并倒換鉆具。

第 2趟下入地質(zhì)導(dǎo)向鉆具組合：φ215.9 mm鉆頭+φ172 mm 1.5°單彎動力鉆具+φ127 mm無磁承壓鉆桿×1根+LWD短節(jié)+φ127 mm鉆桿×27根+φ127 mm加重鉆桿×15根+φ127 mm鉆桿。鉆井參數(shù)為鉆壓60～120 kN，排量24～30 L/s，泵壓12～13 MPa；鉆進(jìn)井段為1 985.91～2 202.73 m，井斜變化53.50～86.60°，方位變化284.42～292.91°，全角變化率為15.69°/100 m。由于鉆頭壽命限制，起鉆換鉆頭，為保證有效加壓和減小摩阻再多倒入10柱鉆桿。

第3趟下入地質(zhì)導(dǎo)向鉆具組合：φ215.9 mm鉆頭+φ172 mm 1.5°單彎動力鉆具+φ127 mm無磁承壓鉆桿× 1根+LWD短節(jié)+φ127 mm鉆桿×27根+φ127 mm加重鉆桿×15根+φ127 mm鉆桿。鉆井參數(shù)為鉆壓60～120 kN，排量 24～30 L/s，泵壓 13～15 MPa；鉆進(jìn)井段為2 202.73～2 418.00 m，井斜變化86.60～93.30°，方位變化292.91～282.50°，全角變化率為5.75°/100 m。通過提前調(diào)整井斜、加密測斜及精確預(yù)測和控制井眼軌跡，本趟鉆實現(xiàn)了從B靶圓滑過渡到C靶，并在第2臺階著陸油層，最后因斷層提前鉆遇泥巖，提前30 m完鉆。

4.3 中靶情況

實鉆A靶井深2 120.14 m，垂深1 990.51 m，靶心距0.85 m；B靶井深2 220.08 m，垂深1 992.88 m，靶心距0.39 m；C靶井深2 323.44 m，垂深2 002.05 m，靶心距2.02 m；提前完鉆井深2 418.00 m，垂深2 005.27 m。BC段垂直落差9.17 m，第1階梯段最大井斜91.6°，鉆遇油層180 m；第2階梯最大井斜93.3°，鉆遇油層110 m，BC靶間調(diào)整段最小井斜82.5°。

5 結(jié)論

1）地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)為邊緣油藏、斷塊油氣藏等復(fù)雜油氣藏開發(fā)提供了技術(shù)支撐，降低了鉆探風(fēng)險，提高了復(fù)雜油氣藏的開發(fā)成功率。

2）水平井通過調(diào)整鉆壓、轉(zhuǎn)速等鉆井參數(shù)和劃眼、短起下鉆等工程手段控制井眼軌跡，配合“轉(zhuǎn)滑結(jié)合、勤調(diào)少調(diào)、加密測量”等方法優(yōu)化井眼軌跡控制。

3）導(dǎo)向鉆井技術(shù)是一種先進(jìn)的井眼軌跡控制技術(shù)，其最大的難點是測量盲區(qū)的預(yù)測，除了昂貴的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)外，可通過研發(fā)近鉆頭測量技術(shù)解決。

［1］馮志明，頡金玲.階梯水平井鉆井技術(shù)［J］.石油鉆采工藝，2000，22（5）：22-26. Feng Zhiming，Jie Jinling.Stepped horizontal drilling technology［J］. Petroleum Drilling Technology，2000，22（5）：22-26.

［2］錢志.永安鎮(zhèn)油田永3斷塊油氣成藏條件及主控因素［J］.斷塊油氣田，2011，18（1）：59-61. Qian Zhi.Reservoir accumulation condition and main controlling factors of Yong 3 Fault Block in Yonganzhen Oilfield［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2011，18（1）：59-61.

［3］吳敬濤，王振光，崔洪祥.兩口階梯式水平井的設(shè)計與施工［J］.石油鉆探技術(shù)，1997，25（2）：1-2. Wu Jingtao，Wang Zhenguang，Cui Hongxiang.Design and operation of two stepped horizontal wells［J］.Petroleum Drilling Techniques，1997，25（2）：1-2.

（編輯 趙衛(wèi)紅）

Drilling practice of the first stepped horizontal well drilled in two fault blocks in Shengli Oilfield

Sun Lianpo1，2,Liu Xinhua2,Li Yan3
(1.School of Petroleum Engineering,Yangtze University,Jingzhou 434023,China;2.Drilling Technology Research Institute,Shengli Petroleum Administration Bureau,SINOPEC,Dongying 257017,China;3.Tianjin Design Institute of Gas Pipeline Bureau,CNPC, Tianjin 300457,China)

Well Yong 3-Ping 9,drilled in two fault-blocks,is the first stepped horizontal well in Shengli Oilfield,having the total depth of 2,418 m.The oil reservoirs with 180 m for the first step and 110 m for the second step are drilled.There are 9.17 m vertical throw between the two fault blocks.The dispersed remaining oil and low reservoir controlling reserves of single well make it difficult to develop.The reservoir development can be improved with a stepped horizontal well which has a better drainage area and the goal of enhancing the reserves controlling and producing degree can be attained.This paper analyzes the structure shape,the reservoir characteristics of Yong 3 fault-block reservoir and optimizes geological targets,well structure and well trajectory.Difficulties and measures of drilling stepped horizontal well are summarized based on drilling practice.The successful drilling of this well provides a new method to develop complex fault-block reservoir in economical and effective way.

complex fault-block reservoir;optimization design;stepped horizontal well;well trajectory;Well Yong 3-Ping 9

國家油氣重大專項“斷塊油田特高含水期提高水驅(qū)采收率技術(shù)”（2011ZX05011-003）

TE243

：A

1005-8907（2012）01-0117-03

2011-05-11；改回日期：2011-11-06。

孫連坡，男，1981年生，工程師，在讀工程碩士研究生，主要從事鉆井工藝技術(shù)研究和定向井、水平井技術(shù)服務(wù)工作。電話：（0546）8797422，E-mail：willianpoe_312@163.com。

孫連坡，劉新華，李彥.勝利油田第一口跨斷塊階梯水平井鉆井實踐［J］.斷塊油氣田，2012，19（1）：117-119. Sun Lianpo，Liu Xinhua，Li Yan.Drilling practice of the first stepped horizontal well drilled in two fault blocks in Shengli Oilfield［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2012，19（1）：117-119.