葉成林

(中國石油長城鉆探工程有限公司蘇里格氣田分公司，遼寧盤錦 124010)

蘇53區(qū)塊工廠化鉆井完井關(guān)鍵技術(shù)

葉成林

(中國石油長城鉆探工程有限公司蘇里格氣田分公司，遼寧盤錦 124010)

蘇里格氣田是國內(nèi)最大的致密砂巖氣田，蘇53區(qū)塊是該氣田目前實(shí)施水平井整體開發(fā)的唯一區(qū)塊。為提高該區(qū)塊的開發(fā)效率，實(shí)現(xiàn)低成本開發(fā)，以前期實(shí)踐和國內(nèi)外工廠化作業(yè)先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，通過強(qiáng)化區(qū)域地質(zhì)研究，優(yōu)化方案設(shè)計(jì)，加強(qiáng)施工管理，形成了適合蘇里格氣田工廠化作業(yè)的鉆井完井技術(shù)。該技術(shù)主要包括水平井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)、鉆井技術(shù)、儲層改造技術(shù)等。地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)主要通過完善地質(zhì)模型和調(diào)整井眼軌跡，實(shí)現(xiàn)水平井準(zhǔn)確入靶和高效鉆進(jìn)；鉆井技術(shù)主要為優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)及井眼軌道，優(yōu)選PDC鉆頭和鉆井液體系及設(shè)計(jì)鉆機(jī)平移系統(tǒng)等；儲層改造技術(shù)是根據(jù)區(qū)域地質(zhì)特征及完鉆參數(shù)，將體積壓裂融入同步壓裂,以提高儲量動(dòng)用。蘇53區(qū)塊通過實(shí)施工廠化鉆井完井技術(shù)，水平井平均單井鉆井周期比該區(qū)塊常規(guī)水平井縮短15.98 d，平均單井儲層鉆遇率比該區(qū)塊常規(guī)水平井提高4.9百分點(diǎn)，水平井平均單井產(chǎn)氣量比該區(qū)塊常規(guī)水平井高0.49×104m3/d，其工廠化鉆井完井技術(shù)可為國內(nèi)非常規(guī)氣藏水平井工廠化作業(yè)提供借鑒。

工廠化鉆井 水平井 地質(zhì)導(dǎo)向 井身結(jié)構(gòu) 同步壓裂 蘇53區(qū)塊

工廠化作業(yè)于21世紀(jì)初被移植到油氣資源開采領(lǐng)域,主要用于鉆井、壓裂等大型施工方面[1]。近年來，隨著北美頁巖氣藏的成功開發(fā)，工廠化開發(fā)技術(shù)逐漸被應(yīng)用到國內(nèi)非常規(guī)油氣藏的開發(fā)中[2-6]。蘇里格氣田是目前國內(nèi)最大的天然氣田，也是國內(nèi)致密砂巖氣藏的典型代表。該氣田的氣藏主要受控于近南北向分布的大型河流、三角洲砂體帶，含氣層為上古生界二疊系下石盒子組的盒8段及山西組的山1段，具有低孔、低滲、低產(chǎn)、低豐度的基本地質(zhì)特征[7]。蘇53區(qū)塊位于蘇里格氣田的西北部，2010年采用水平井整體開發(fā)，2013年達(dá)到20×108m3/a天然氣生產(chǎn)能力，成為蘇里格地區(qū)唯一以水平井整體開發(fā)并取得顯著成效的建產(chǎn)區(qū)塊[8-9]。開發(fā)伊始，該區(qū)塊始終以提高區(qū)塊開發(fā)效果為目標(biāo)，不斷加強(qiáng)地質(zhì)研究，引進(jìn)先進(jìn)開發(fā)技術(shù)。2013年，受工廠化開發(fā)理念的啟示，結(jié)合水平井整體開發(fā)特色，在蘇53區(qū)塊優(yōu)選區(qū)域開展了水平井工廠化現(xiàn)場試驗(yàn)。

1 工廠化井位優(yōu)選

1.1 優(yōu)選原則

1) 具有豐富的儲量，能夠滿足水平井集中建產(chǎn)的要求，確保單井控制儲量；

2) 不存在死氣區(qū)和井間干擾，能確保開發(fā)井網(wǎng)完善、儲量動(dòng)用程度及采收率高；

3) 井控程度相對較高，對地質(zhì)特征認(rèn)識清楚，具有較高的產(chǎn)能；

4) 在實(shí)施過程中，根據(jù)地質(zhì)情況變化，井位能夠靈活調(diào)整，以確保開發(fā)效果及鉆井成功率；

5) 以提高工作效率、氣井產(chǎn)能貢獻(xiàn)率，降低開發(fā)成本為最終目標(biāo)。

充分利用勘探、開發(fā)過程中獲得的地震、測井、測試、鉆井及開發(fā)動(dòng)態(tài)等資料，借助地震反演、三維地質(zhì)建模等技術(shù)，建立了蘇53區(qū)塊氣藏三相巖相模型和氣藏屬性模型，從不同角度對氣藏特征進(jìn)行精細(xì)描述和預(yù)測。結(jié)合優(yōu)選原則，在蘇53區(qū)塊西南部優(yōu)選出工廠化作業(yè)部署區(qū)。

1.2 工廠化部署區(qū)儲層特征

1.2.1 儲層發(fā)育，具備集中建產(chǎn)的儲量基礎(chǔ)

在整體研究蘇53區(qū)塊的基礎(chǔ)上，縮小研究范圍，對井位部署區(qū)進(jìn)行了模擬研究。平面上，部署區(qū)儲層相對蘇53區(qū)塊其他區(qū)域較為發(fā)育，山1段、盒8段累計(jì)砂體厚度44～60 m，氣層厚度14～60 m。其中，盒8段4、5、6小層全區(qū)分布，氣層厚度均超過8 m，儲量豐度1.50×108m3/km2。山1段氣層厚度6～14 m，其中氣層厚度大于9 m區(qū)域的儲量豐度為1.15×108m3/km2。地質(zhì)儲量豐富，具備“雙層系”開發(fā)的基礎(chǔ)。

1.2.2 儲層物性好，符合高效開發(fā)要求

蘇里格氣田目的層山西組和石盒子組均屬于河流相沉積[11]。根據(jù)蘇53區(qū)塊河流展布特征，二疊紀(jì)時(shí)期部署區(qū)為河道交匯區(qū)域，多期河道相互疊加，心灘發(fā)育，形成了豐富的油氣儲集空間[11]。在沉積時(shí)期，物源大致為北東方向，部署區(qū)在蘇53區(qū)塊距離物源最遠(yuǎn)，為儲層具有較好的物性提供可能。通過分析區(qū)內(nèi)已鉆井資料，得知該區(qū)域山1段和盒8段含氣飽和度均明顯高于該區(qū)塊產(chǎn)能建設(shè)區(qū)平均值，孔隙度和滲透率也略優(yōu)于其他產(chǎn)建區(qū)域(見表1)。

表1 工廠化部署區(qū)儲層參數(shù)

Table 1 Reservoir parameters in the factory deployment zone

1.2.3 隔層發(fā)育，適合雙層系開發(fā)

蘇里格氣田屬于低滲透氣藏，為保證開發(fā)效果，所有生產(chǎn)井在投產(chǎn)前均需進(jìn)行壓裂改造[12]。由于蘇里格氣田具有砂體分布零散、儲量不集中的基本地質(zhì)特征，要實(shí)現(xiàn)10口水平井工廠化作業(yè)，必須考慮同時(shí)動(dòng)用山1段和盒8段兩套層系[13]。因此考慮后期壓裂改造，需要對兩套層系之間的隔層進(jìn)行研究。通過研究得知，山1段和盒8段儲層均較為發(fā)育，且砂體展布穩(wěn)定，層系分隔明顯。山1段與盒8段之間泥巖隔層發(fā)育，隔層平均厚度7.8 m，且分布穩(wěn)定，具備分兩套層系開發(fā)的地質(zhì)條件。

2 水平井參數(shù)設(shè)計(jì)

2.1 主要影響因素

儲量的大小及分布規(guī)律 根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果及已鉆井資料進(jìn)行儲量分析，核實(shí)儲量，細(xì)化儲量分布。根據(jù)山1段、盒8段儲量的大小和分布特征，優(yōu)化層系組合，確定各層系設(shè)計(jì)井?dāng)?shù)量，優(yōu)化井位、水平段位置、方位、長度等基本參數(shù)。

井網(wǎng)井距 蘇53區(qū)塊為水平井整體開發(fā)區(qū)塊，目前已經(jīng)形成了比較完善的600 m×1 200 m菱形水平井開發(fā)井網(wǎng)。井網(wǎng)設(shè)計(jì)主要考慮區(qū)塊沉積相特征及地層主應(yīng)力展布方向，以確保儲量動(dòng)用程度和后期儲層改造效果[14]。工廠化水平井在設(shè)計(jì)中，要著眼全局，以提高氣藏采收率為最終目的：一是優(yōu)化水平段長度，既能保證儲量的合理動(dòng)用，又不會形成井間干擾；二是優(yōu)化水平段方位，既要確保不會破壞井網(wǎng)，形成死氣區(qū)，同時(shí)也要考慮地層主應(yīng)力方向，確保儲層改造的高效性；三是優(yōu)化水平段間距，為后期進(jìn)行大型體積壓裂奠定基礎(chǔ)。

工程施工難度及技術(shù)特點(diǎn) 水平井參數(shù)設(shè)計(jì)應(yīng)確保現(xiàn)場施工的可行性。首先，通過綜合論證，優(yōu)選布井方式，確保工廠化規(guī)模施工和流水作業(yè)；其次，以地質(zhì)研究為基礎(chǔ)，以油氣井地質(zhì)設(shè)計(jì)規(guī)范及工程設(shè)計(jì)規(guī)范為指導(dǎo)，綜合考慮鉆井、壓裂的技術(shù)特點(diǎn)，通過優(yōu)化水平井設(shè)計(jì)參數(shù)，降低鉆進(jìn)過程中的摩阻與扭矩，從而降低鉆井施工難度。同時(shí)考慮壓裂施工的特點(diǎn)和技術(shù)優(yōu)勢，為后期壓裂改造提供便利。

另外，工廠化井位部署還要綜合考慮井場面積、地面管線施工、試采流程及氣井管理等諸多因素，以實(shí)現(xiàn)整體優(yōu)化，達(dá)到以最小面積的井場開發(fā)井網(wǎng)覆蓋儲層面積的目的[15]。

2.2 主要參數(shù)

綜合考慮以上影響因素，工廠化平臺共部署10口水平井、1口直井和2口定向井，控制面積5.6 km2，控制儲量約18.5×108m3。

2.2.1 基本參數(shù)

以山1段和盒8段為目的層的水平井分別部署4口和6口，平均設(shè)計(jì)井深4 550.70 m，水平段長度800.00～1 000.00 m，靶前位移400.00～870.00 m，相鄰水平井水平段間距大于450.00 m，水平段在盒8段、山1段的方位角分別設(shè)計(jì)為347°和13°，最大偏移距677.00 m。

2.2.2 井場布置

按照“地面服從地下，井場符合施工要求”的原則，根據(jù)水平井設(shè)計(jì)思路，考慮工廠化施工特點(diǎn)，對工廠化井場進(jìn)行布置。井口分為南、北兩排，東西向展布，井距和排距分別為15和50 m，井場規(guī)格為200 m×300 m；北排共6口井，最左側(cè)為1口定向井；南排7口井，中部為直井，最右側(cè)為1口定向井。雙排井位中間均設(shè)計(jì)為30 m，以確保分批作業(yè)時(shí)的安全距離。

3 工廠化作業(yè)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)

在非常規(guī)氣藏水平井鉆井過程中，地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)之一。準(zhǔn)確入靶和水平段鉆進(jìn)是蘇里格地區(qū)水平井地質(zhì)導(dǎo)向的2個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。蘇53區(qū)塊2010年開始實(shí)施水平井整體開發(fā)，2013年建成2 020×108m3/a產(chǎn)能，完鉆108口水平井，入靶成功率100%，水平段平均砂體鉆遇率86.52%，形成了一套完善的地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)。關(guān)于蘇里格氣田的水平井導(dǎo)向技術(shù)，許多文獻(xiàn)已有詳細(xì)論述，在此不再贅述。針對工廠化平臺的特點(diǎn)，水平井地質(zhì)導(dǎo)向主要考慮以下2點(diǎn)：

1) 利用集中建產(chǎn)的優(yōu)勢進(jìn)行導(dǎo)向。a.在區(qū)塊地質(zhì)模型的基礎(chǔ)上，建立工廠化區(qū)域地質(zhì)模型，根據(jù)鄰井及區(qū)域內(nèi)3口直井、定向井的動(dòng)靜態(tài)資料，對模型進(jìn)行優(yōu)化，提高模型預(yù)測的準(zhǔn)確性；b.根據(jù)工廠化完鉆水平井資料調(diào)整模型，進(jìn)一步認(rèn)識儲層，同時(shí)總結(jié)工廠化水平井入靶及鉆進(jìn)特點(diǎn)，總體考慮橫向?qū)Ρ?，確保水平井鉆進(jìn)的高效性。

2) 考慮工廠化水平井靶前位移和偏移距大，定向施工和調(diào)整難度大等問題，優(yōu)化導(dǎo)向技術(shù)，加強(qiáng)協(xié)調(diào)管理，確保高效鉆進(jìn)。

蘇53區(qū)塊工廠化水平井均實(shí)現(xiàn)一次性成功入靶，平均單井砂體鉆遇率86.4%，有效儲層鉆遇率73.4%，有效儲層鉆遇率高于同期完鉆水平井的平均水平(68.5%)，其中蘇53-82-18H1井、蘇53-82-19H井和蘇53-8-20H井等3口水平井的砂體鉆遇率達(dá)到100%。

3.2 鉆井技術(shù)

基于工廠化作業(yè)理念，工廠化實(shí)施批量鉆井、完井作業(yè)[16]。由ZJ30型車載鉆機(jī)批量實(shí)施表層鉆井作業(yè)，兩部50L鉆機(jī)聯(lián)合批量進(jìn)行二開、水平段鉆井作業(yè)，整個(gè)工廠化作業(yè)分兩輪完成。第一輪集中鉆西部7口井(如圖1所示)，為錄取地層資料，首先鉆直井和定向井，同時(shí)ZJ30型車載鉆機(jī)完成表層施工，施工順序?yàn)?號井、2號井、7號井、8號井、9號井；接著由兩部ZJ50型鉆機(jī)同時(shí)批量進(jìn)行二開作業(yè)，北排第一口鉆3號水平井，向左回拖，南排第一口鉆7號水平井，向右正拖，同時(shí)相向作業(yè)；最后批量進(jìn)行水平段作業(yè)，施工順序與二開一致。第二輪作業(yè)順序與第一輪相同(見圖1)，同時(shí)壓裂第一輪完鉆水平井。

針對工廠化水平井存在的偏移距大和井眼軌跡三維空間旋轉(zhuǎn)等技術(shù)難點(diǎn)，主要采取了以下技術(shù)措施[17]：1)優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)及井眼軌道。蘇53區(qū)塊初期二開采用φ241.3 mm鉆頭鉆進(jìn)，鉆井速度較慢，通過優(yōu)化，工廠化水平井二開采用φ222.0 mm鉆頭+φ215.9 mm鉆頭鉆進(jìn)，即直井段選用φ222.0 mm鉆頭，造斜段和扭方位段選用φ215.9 mm鉆頭，提高了機(jī)械鉆速、降低了套管下入難度；通過優(yōu)化井眼軌道，確定采用三維S形軌道，即“直井段+造斜段+穩(wěn)斜段+扭方位段+入靶點(diǎn)”。2)根據(jù)蘇里格地區(qū)不同地層儲層參數(shù)，分井段優(yōu)選PDC鉆頭，與單彎螺桿鉆具配合進(jìn)行復(fù)合鉆進(jìn)。采用潤滑性、防塌性、抑制性好的GWSSL鉆井液。3)鉆機(jī)整體平移技術(shù)。采用地面棘爪式軌道液壓推動(dòng)方式移動(dòng)鉆機(jī)，15 m井距3 h內(nèi)可完成鉆機(jī)整體平移。

3.3 儲層改造技術(shù)

根據(jù)部署區(qū)的地質(zhì)特征及水平井參數(shù)，考慮不同壓裂方式的特點(diǎn)和技術(shù)優(yōu)勢，工廠化平臺采取同步壓裂和段內(nèi)多縫體積壓裂相結(jié)合的方式進(jìn)行儲層改造[18-19]。優(yōu)選6口水平井實(shí)施雙井同步壓裂，其中以山1段為目的層的蘇 53-82-3H井和蘇 53-82-4H井實(shí)施段內(nèi)多縫同步體積壓裂。為保證儲量整體動(dòng)用，其余4口水平井實(shí)施單井段內(nèi)多縫體積壓裂。直井和定向井采用常規(guī)的分層壓裂方式進(jìn)行儲層改造。

為驗(yàn)證同步壓裂效果，運(yùn)用微地震裂縫監(jiān)測技術(shù)對蘇 53-82-1H 井和蘇 53-82-2H 井實(shí)施了實(shí)時(shí)裂縫監(jiān)測。通過分析監(jiān)測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩口井同步壓裂前3級產(chǎn)生的裂縫形態(tài)與單井順序壓裂沒有明顯的差別，從第4級開始兩井間區(qū)域的裂縫形態(tài)發(fā)生了比較明顯的變化，開始產(chǎn)生明確的非對稱裂縫，兩翼之間存在一定的夾角，且區(qū)域內(nèi)部裂縫形態(tài)趨向復(fù)雜，形成了比較復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)裂縫(見圖2)。

4 應(yīng)用效果評價(jià)

4.1 鉆井效果

工廠化作業(yè)從鉆井至投產(chǎn)歷時(shí)211.0 d，累計(jì)進(jìn)尺56 702.00 m，水平井平均單井完鉆井深4 584.20 m，平均單井水平段長932.00 m，通過流水線作業(yè)，鉆井效率明顯提高：1)水平井平均單井鉆井周期29.1 d，比蘇53區(qū)塊同年完鉆的其他水平井平均縮短15.98 d；2)水平井平均機(jī)械鉆速11.5 m/h，而2013年常規(guī)水平井的平均機(jī)械鉆速為11.9 m/h；3)平均單井有效儲層鉆遇率73.4%，比同區(qū)塊同期其他水平井平均值提高4.9百分點(diǎn)。

4.2 生產(chǎn)效果

工廠化水平井平均單井試氣無阻流量64.30×104m3/d，投產(chǎn)初期平均井口壓力20.2 MPa，單井日產(chǎn)氣量11.80×104m3/d，比蘇53區(qū)塊2013年投產(chǎn)水平井產(chǎn)氣量高0.49×104m3/d，其中蘇53-82-3H井初期產(chǎn)氣量超過20.00×104m3/d(見表2)。

5 結(jié)論及建議

1) 蘇53區(qū)塊部分區(qū)域的儲層特征符合水平井工廠化作業(yè)的地質(zhì)要求。

2) 工廠化作業(yè)實(shí)現(xiàn)了縮短鉆井周期、提高鉆井效率、降低開發(fā)成本和效益最大化的目的。同時(shí)，為先進(jìn)的壓裂工藝提供了平臺，節(jié)約了井場用地，便于集中管理。

3) 在工廠化水平井鉆井完井過程中，形成的水平井工廠化鉆井完井關(guān)鍵技術(shù)值得其他非常規(guī)氣藏工廠化作業(yè)借鑒。

4) 建議強(qiáng)化地質(zhì)研究，在蘇里格氣田優(yōu)選工廠化作業(yè)區(qū)域，實(shí)施適度規(guī)模的水平井工廠化整體開發(fā)試驗(yàn)。

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[編輯 劉文臣]

Key Technologies of Factory Drilling and Completion in Su 53 Block

Ye Chenglin

(SuligeGasFieldBranch,CNPCGreatWallDrillingEngineeringCompanyLimited,Panjin,Liaoning, 124010,China)

The Sulige gas field belongs to the largest tight sandstone gas reservoir in China, and Su 53 is the only block in which horizontal wells have been implemented in integrated development. In order to improve the development efficiency at a low cost, and following the previous practice and experience of advanced factory operations experience both domestically and abroad, suitable factory drilling and completion techniques for Sulige gas field have been determined by regional geological research, which optimize the design scheme and the construction management. The key technologies include geosteering for horizontal wells, drilling and reservoir stimulation. Geosteering technology can better guide horizontal wells accurately into the target zones with high efficiency by improving the geological model and adjusting the well trajectory. Drilling technology includes optimizing the casing program and well trajectory, optimizing PDC bits and drilling fluid system as well as designing the drilling rig move on a rail system. Reservoir stimulation technique integrates the volume fracturing into synchronous fracturing to improve producing reserves according to the regional geological characteristics and drilling parameters. Through the implementation of factory drilling and completion in Su 53 Block, the drilling cycle of the average single well was shortened for 15.98 days, the drilling payzone rate raised 4.9% points, and the gas production increased 4 900 cubic meters per day respectively compared with traditional horizontal wells. The factory drilling and completion techniques could provide a new paradigm for domestic unconventional gas reservoir development with horizontal wells.

factory drilling; horizontal well; geosteering; casing program; simultaneous fracturing; Su 53 Block

2014-11-10；改回日期：2015-06-15。

葉成林(1982—)，男，安徽阜陽人，2009年畢業(yè)于長江大學(xué)資源勘查工程專業(yè)， 獲巖石學(xué)、礦物學(xué)、礦床學(xué)專業(yè)碩士學(xué)位，工程師，主要從事天然氣勘探開發(fā)與管理工作。

國家科技重大專項(xiàng)“低滲、特低滲油氣儲層相對高產(chǎn)富集區(qū)預(yù)測技術(shù)”(編號：2011ZX05013-001)資助。

?現(xiàn)場交流?

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