高立軍

（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院，黑龍江大慶163413）

·石油與鉆掘工程·

大慶葡萄花油田超淺層水平井鉆井技術(shù)

高立軍*

（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院，黑龍江大慶163413）

系統(tǒng)地分析了大慶超淺層水平井（造斜點(diǎn)20m,目的層垂深270～290m）鉆井施工技術(shù)難點(diǎn)和特點(diǎn),重點(diǎn)介紹了P12井區(qū)的地層特性、巖性特征，指出了井眼軌跡控制難點(diǎn),并相應(yīng)地制定了井身結(jié)構(gòu)、水平井軌道設(shè)計(jì)和軌跡控制方案措施。通過(guò)選取合理的造斜工具、優(yōu)化鉆具組合、鉆井參數(shù)優(yōu)選及控制措施的執(zhí)行,順利完成了3口超淺層水平井的施工。通過(guò)技術(shù)的成功應(yīng)用,系統(tǒng)地總結(jié)形成了一套超淺層水平井鉆井配套技術(shù),在較好滿足超淺層稠油油藏有效開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)上,更為國(guó)內(nèi)外同類儲(chǔ)層的開(kāi)發(fā)提供了有益借鑒。

超淺層水平井；技術(shù)難點(diǎn)；鉆井參數(shù)；軌跡優(yōu)化

P12區(qū)塊位于松遼盆地中央坳陷區(qū),區(qū)塊內(nèi)斷層全部為正斷層,斷裂系統(tǒng)主要為2條大斷層所控制,斷層走向基本上為近北西向和南東向,該區(qū)塊為被斷層夾持局部構(gòu)造,砂體規(guī)模大,油水可以在局部構(gòu)造內(nèi)分異,圈閉內(nèi)為油層,圈閉外為干層、水層,砂體規(guī)模小,含油連續(xù)性差,因此為巖性油藏構(gòu)造。所鉆目的層為發(fā)育于嫩四段地層的HI油層,該層砂體發(fā)育分布穩(wěn)定,屬于高孔隙度、高滲透率砂巖儲(chǔ)層,油層埋深270～290m,平均砂巖鉆遇率較高。根據(jù)水平井產(chǎn)能預(yù)測(cè)結(jié)果,1口水平井可代替3～5口直井產(chǎn)量,在鉆井成本有效降低的條件下,經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較小。

1 技術(shù)難點(diǎn)

（1）造斜點(diǎn)在20m井深處,出導(dǎo)管之后開(kāi)始定向,造斜點(diǎn)淺,MWD儀器受磁干擾嚴(yán)重,給開(kāi)始定向帶來(lái)一定的不確定因素[1]。

（2）油藏埋深淺,地層疏松,夾層較多,鉆具重量輕,加壓困難,嚴(yán)重影響工具造斜能力。同時(shí),MWD儀器測(cè)點(diǎn)滯后14.6m,井底井斜預(yù)測(cè)困難,軌跡控制難度大。

（3）55～115m是流砂層,流砂層易塌,上部地層交接性差,地層疏松,造漿性強(qiáng),鉆速快,難以加壓,造斜困難,且易發(fā)生縮徑、坍塌、鉆具泥包等井下復(fù)雜。

（4）水平段油層膠結(jié)疏松,主要巖性為砂巖,并有不等厚的泥巖夾層。在砂巖鉆進(jìn)時(shí)降斜明顯,而在泥巖鉆進(jìn)時(shí)增斜顯著,易穿出油巖,且油層垂深小,調(diào)整余量小,軌跡控制精度要求高。

2 設(shè)計(jì)概況

2.1 地層特點(diǎn)

P12區(qū)塊HI組油層發(fā)育于嫩四段地層。嫩四段沉積于松遼盆地抬升、大規(guī)模湖退前期,葡萄花地區(qū)由于處于湖盆沉積中心東側(cè),因此沉積相對(duì)穩(wěn)定。與下伏嫩三段地層呈整合接觸。劃分為6個(gè)旋回,各個(gè)旋回具有以下特點(diǎn)：

（1）旋回厚度分布較為穩(wěn)定,可對(duì)比性強(qiáng)。HI組地層厚度平均248.2m,厚度變化23.5m。HI2層厚度變化3.5m,HI6層厚度變化5.5m,沉積單元地層厚度發(fā)育穩(wěn)定。

（2）各沉積單元反旋回特征明顯。旋回底部為穩(wěn)定分布泥巖,向上為粉泥、泥粉、粉砂細(xì)砂,有時(shí)可見(jiàn)中砂,而且自下而上底部深色泥巖段逐步變薄。

（3）55～115m段是60m的流砂層,目的層上面是致密的蓋層,目的層是砂巖,膠結(jié)疏松,成巖性差。

2.2 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）一開(kāi)鉆進(jìn)采用?311.2mm鉆頭鉆至140m,下入?273.1mm套管封固封固易坍塌流砂層及地表水層,為二開(kāi)安裝井口裝置和安全鉆井提供可靠條件,降低二開(kāi)鉆進(jìn)時(shí)的施工風(fēng)險(xiǎn)。

（2）二開(kāi)鉆進(jìn)采用?228.6mm鉆頭鉆至345.00m探油頂著陸段,下入?177.8mm套管,水泥返至地面,確保井壁穩(wěn)定及三開(kāi)水平段施工安全。

（3）三開(kāi)鉆進(jìn)采用?152.4mm鉆頭鉆水平段至完鉆600m,下入?127.0mm篩管完井,便于開(kāi)采稠油。

2.3 井眼軌道剖面設(shè)計(jì)結(jié)合目前水平井鉆井技術(shù)、設(shè)備及工具能力及開(kāi)發(fā)目的層垂深淺的特點(diǎn),井眼軌道設(shè)計(jì)選擇“直—增—增—增—穩(wěn)”五段制井身剖面[2]。該剖面相對(duì)簡(jiǎn)單,工具選擇方便,既能實(shí)現(xiàn)常規(guī)鉆具造斜,順利鉆達(dá)地質(zhì)目標(biāo)；又能降低管柱摩阻,方便套管正常下入（見(jiàn)表1）。

表1 井眼軌道剖面設(shè)計(jì)表

2.4 鉆具組合設(shè)計(jì)（見(jiàn)表2）

表2 鉆具組合設(shè)計(jì)

2.5 鉆井參數(shù)及水利參數(shù)設(shè)計(jì)（見(jiàn)表3）

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1 手工定向,確保開(kāi)始定向的準(zhǔn)確性

針對(duì)造斜點(diǎn)淺,MWD儀器受磁干擾嚴(yán)重的特點(diǎn),現(xiàn)場(chǎng)采取手工定向法[3]。先用陀螺儀在地面確定設(shè)計(jì)方位,并做好標(biāo)記,轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤至設(shè)計(jì)方位偏大5°～10°后鎖死鉆具加壓鉆進(jìn)。依據(jù)BT值精度確定儀器完出套管后采取MWD定向鉆進(jìn),這樣能有效避開(kāi)磁干擾造成的不良后果,保證了開(kāi)始定向的準(zhǔn)確性。

表4 P12-1H井現(xiàn)場(chǎng)手工定向測(cè)斜數(shù)據(jù)

由P12-X井現(xiàn)場(chǎng)手工定向測(cè)斜數(shù)據(jù)（見(jiàn)表4）可看出,13～33m時(shí)測(cè)得方位與手工定向方位偏差較大,BT值較高則反映出儀器受磁干擾所導(dǎo)致的方位值不準(zhǔn)確,手工定向至測(cè)深44m時(shí),儀器已出表套,方位數(shù)據(jù)恢復(fù)正常。

3.2 優(yōu)化鉆具組合和鉆進(jìn)方式,提高井眼軌跡控制精度

對(duì)于造斜困難、軌跡控制難度大的特點(diǎn),通過(guò)優(yōu)化鉆具組合、合理調(diào)整鉆井參數(shù)等技術(shù)措施,以減少鉆具摩阻、提高造斜率。造斜段全部使用加重鉆桿,采用大角度單彎螺桿配合牙輪鉆頭的鉆具組合,保證直井段鉆具重量,確保工具面穩(wěn)定。同時(shí),根據(jù)地層巖性和機(jī)械鉆速合理調(diào)整泥漿排量和鉆壓,采取滑移鉆進(jìn)和轉(zhuǎn)盤鉆進(jìn)的復(fù)合鉆進(jìn)方式[4],很好地滿足了軌跡控制需求,也減少了鉆具遇卡遇阻現(xiàn)象,增加了施工的安全性。

3.3 合理調(diào)整鉆井參數(shù),提高流砂層造斜率

針對(duì)流砂層,造斜困難,易發(fā)生縮徑、坍塌、泥包鉆具等井下復(fù)雜的特點(diǎn),現(xiàn)場(chǎng)采取去鉆頭水眼,將泥漿排量從20～25L/s降低至15～16L/s,將水力沖擊控制到最小,以防鉆頭水馬力對(duì)地層的沖蝕。同時(shí),使用高粘（200s）、高切泥漿以解決排量不足導(dǎo)致的井底攜砂問(wèn)題,采用快速鉆進(jìn)、打完單根不劃眼、鉆頭提離井底充分循環(huán)的技術(shù)措施,既保證了流砂層內(nèi)的造斜率,又利于攜砂,防止鉆具泥包等井下復(fù)雜。

P12-1H井鉆進(jìn)至井深57m時(shí),鉆時(shí)明顯變快,平均機(jī)械鉆速30m/h,表明鉆至流砂層；鉆進(jìn)至117m時(shí),鉆時(shí)由1.1min/m達(dá)到7.8min/m,鉆時(shí)明顯變慢,鉆穿流砂層,進(jìn)入泥巖層；定向鉆進(jìn)參數(shù)為鉆壓2t,排量16.8L/s,穿越流砂層60m,平均曲率6.29°/30m,最大曲率7.25°/30m,實(shí)現(xiàn)了用1.75°螺桿在流砂層內(nèi)進(jìn)行造斜。

3.4 精確監(jiān)測(cè)、綜合分析,確保水平段油層鉆遇率

水平段油層內(nèi)有不等厚的泥巖夾層,一般均采用小角度單彎螺桿,以復(fù)合鉆進(jìn)為主,穩(wěn)斜效果差,規(guī)律難以掌握等施工難點(diǎn),采用小角度單彎螺桿鉆具配合PDC鉆頭鉆進(jìn)[5],應(yīng)用MWD（帶伽馬）隨鉆監(jiān)測(cè)、地質(zhì)錄井和機(jī)械鉆速綜合分析、隨時(shí)掌握巖性變化,及時(shí)調(diào)整鉆壓及排量,通過(guò)增加測(cè)點(diǎn)密度的方式對(duì)井斜進(jìn)行精確監(jiān)測(cè),合理設(shè)計(jì)滑移鉆進(jìn)和轉(zhuǎn)盤鉆進(jìn)比例,準(zhǔn)確控制軌跡,以確保井眼軌跡在油層內(nèi)穿行,P12區(qū)塊3口井水平段油層鉆遇率均達(dá)到100%。

4 鉆井液技術(shù)

結(jié)合所鉆地層垂深較淺、地層疏松、穩(wěn)定性差、遇水易剝落等特性,選擇了具有低濾失、低傷害并且具有良好潤(rùn)滑性、攜砂能力的低摩阻仿油基鉆井液體系。

（1）選擇合適的鉆井泵缸套,有足夠的泵排量,保持井眼環(huán)空返速,使用四級(jí)凈化設(shè)備控制鉆井液含砂量,使鉆井液含砂量控制在0.5%以內(nèi)。

（2）保證良好的鉆井液性能,動(dòng)塑比控制在0.3～0.5Pa/（mPa·s）,動(dòng)切力控制在4～12Pa,鉆井過(guò)程中采取每打完一個(gè)單根充分循環(huán)和堅(jiān)持短起下鉆,以達(dá)到破壞巖屑床和清除巖屑的目的。

（3）提高鉆井液的潤(rùn)滑性[6],在鉆井液中加入原油、SAS、膨化石墨等潤(rùn)滑劑及充足的防塌劑,控制鉆井液的摩擦系數(shù)不大于0.06,以確保鉆井液具有良好的防塌和防粘卡性能,保證順利施工。

5 取得的成果

截止目前,大慶葡萄花油田P12區(qū)塊采用上述水平井鉆井技術(shù)措施共完成了3口超淺層水平井的施工,均實(shí)現(xiàn)了精確入靶,井眼軌跡達(dá)到了甲方地質(zhì)要求,取得了較好的效果（見(jiàn)表5）。2014年完成2口井,平均定向周期4.63d,相比2013年縮短了0.61d；平均機(jī)械鉆速13.8 m/h,相比2013年提高了14.62%。

表5 P12區(qū)塊3口超淺層水平井完成情況

該區(qū)塊投產(chǎn)后每天產(chǎn)油總量100t左右,其中P12-H1井日產(chǎn)量20～25t,是同區(qū)塊直井日產(chǎn)量的10～15倍,占日總產(chǎn)量20%以上,投產(chǎn)效果顯著。

6 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）大慶葡萄花油田P12區(qū)塊3口超淺層水平井的成功完鉆,為該區(qū)塊后續(xù)開(kāi)發(fā)提供了有效數(shù)據(jù),對(duì)大慶油田利用水平井技術(shù)開(kāi)發(fā)淺層稠油油藏具有借鑒意義。

（2）通過(guò)優(yōu)化剖面設(shè)計(jì)與鉆具組合,合理調(diào)整鉆井參數(shù),采取定向與復(fù)合相結(jié)合鉆進(jìn)等技術(shù)措施,完成了井深20m定向、60m厚流砂層、垂深270m超淺層水平井的安全鉆進(jìn),滿足了地質(zhì)要求。 （3）選擇具有低濾失、低傷害并且具有良好潤(rùn)滑性、攜砂能力的低摩阻仿油基鉆井液體系及相應(yīng)的技術(shù)措施,很好地解決了由于地層垂深淺、地層疏松、穩(wěn)定性差、遇水易剝落、易垮塌、易漏失等鉆井難題,保證了井下安全。

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Drilling Technology for Shallow Layer Horizontal Well in Putaohua Oil Field of Daqing

GAO Li-jun
(Drilling Engineering Technology Research Institute of CNPC Daqing Drilling&Exploration Engineering Corporation，Daqing Heilongjiang 163413，China)

Drilling technology difficulty and feature for shallow layer horizontal well are analyzed systematically in the paper, which KOP is 20m and TVD of target is about 270m~290m.Formation characteristic,lithologic characteristic and technique difficulty are introduced at P12 block,and corresponding measures are taken such as reasonable well geometry design,well trajectory optimization,BHA and drilling parameter selection etc.There are three shallow layer horizontal wells had to be completed successfully.A set of supporting technology for ultra-shallow layer horizontal well drilling has been summarized and formed by the successful application of the technology,and on the basis of satisfying ultra-shallow layer heavy crude reservoir developing the drilling matching technique for ultra-shallow layer horizontal well offer an experience for similar reservoir at home and abroad.

ultra-shallow layer horizontal well；drilling technical difficulties；drilling parameters；well trajectory optimization

TE243

B

1004-5716（2016）12-0005-04

2016-02-17

2016-02-23

國(guó)家自然科學(xué)基金“鉆頭諧振激勵(lì)下巖石的響應(yīng)機(jī)制及破碎機(jī)理研究”（51274072）。

高立軍（1978-），男（漢族），陜西戶縣人，工程師，現(xiàn)從事定向井/水平井技術(shù)服務(wù)工作。