吉木萨尔地区致密油藏水平井优快钻井技术.pdf

第 36 卷 第 4 期 2014 年 7 月 石 油 钻 采 工 艺 OIL DRILLING 2. Downhole Service Company of the West Drilling Corporation, Karamay 834000, China） Abstract The oil layers in Jimusar area are oil/gas reservoir of low and super-low permeability. In view of the geologic features and drilling characteristics of the reservoirs in this area, the concept of optimal reservoir stimulation is incorporated in the drilling program to optimize the design of horizontal well trajectory; through comparing and analyzing wellbore seismic data, lithologies and oil possibilities of offset well and pilot hole, and dynamically tracking hole trajectory control in horizontal section, the encountering rate of oil reservoirs is assured; through optimizing the drill bits and auxiliary accelerating tools, and establishing the sequence for this block and the allied accelerating technique, the fast drilling of the whole well is realized; through the analysis of of horizontal hole stability with logging data, and optimization of the drilling fluid system and its properties, the safe drilling of 152.4 mm long horizontal section is realized. Finally, a set of optimal and fast dilling technology specific for drilling horizontal wells in competent reservoirs in Jimusar Depression is ed, which provides a solid technical guarantee for the development of the 1 billion ton in Changji Oilfield. Key words Jimusar; competent oil reservoir; well trajectory; oil reservoir encountering rate; PDC bit; integrated accelerating 作者简介   黄鸿， 1980 年生。2005 年毕业于西南石油学院石油工程专业， 现主要从事钻井技术研究及管理工作。电话13579522478。E- mailhuangh11。 新疆吉木萨尔凹陷东斜坡区拥有丰富致密油藏 资源， 2012 年前主要以直井开采为主， 但在勘探开发 过程中发现， 靠简单直井难以提高油藏动用程度， 因 此 2012 年制定了“研究与工艺并重， 注重整体， 以 规模储量为目标， 以直井控面， 水平井增产为部署” 原则， 主攻吉木萨尔凹陷， 落实储量规模。在致密油 藏气藏勘探中， 采用水平井加体积压裂新技术， 有效 提高了油藏动用程度及采收率［1-5］。 吉木萨尔凹陷位于准噶尔盆地东部隆起， 面积 1 278 km2， 地层发育较全， 生储盖组合好， 2011 年前 主要作为烃源层， 无专层探井， 但多井见良好油气显 示。2011 年通过老井复查， 初步认识到芦草沟组烃 源储一体、 油层大面积连续展布的致密油藏特征。 2012 年通过实际钻探证实， 芦草沟组烃源条件极佳， 1111黄 鸿等吉木萨尔地区致密油藏水平井优快钻井技术 发育上、 下 2 套甜点体， 且分布稳定， 匹配关系好。 吉木萨尔凹陷芦草沟组致密油藏二叠系埋藏深度 3 0004 500 m， 三叠系、 二叠系地层可钻性较差， 钻 速慢， 工期长， 烧房沟组、 韭菜园组及梧桐沟组地层 易垮塌， 且该区块未钻过小井眼水平井。针对吉木 萨尔地区地质特点和芦草沟组储层特征， 结合直井 钻探情况和钻井难点， 2012 年开展了水平井钻井技 术的攻关， 取得了较好的效果。 1 致密油藏水平井钻井技术 1.1 水平井优化钻井技术 1.1.1 井眼轨道设计 通过对上、 下甜点地质体进 行岩石力学和应力场分析， 根据上、 下甜点地质体的 最大最小主应力、 弹性模量、 泊松比、 单轴抗压强度 等参数， 模拟水平井压裂裂缝的缝宽、 缝长等形态以 及最佳铺砂方式， 以“最优化储层改造” 为前提， 优 化水平井井眼轨道设计。具体操作为根据椭圆 井眼短轴方向、 XRMI 井眼图像、 诱导缝走向等判断 出二叠系地层最小水平主应力方向， 为了保证井眼 稳定及压裂产生网状裂缝， 优选井眼方位与最小主 应力保持一定的夹角（图 1） ， 此外通过模拟水平井 压裂裂缝延展及铺砂最佳方式优化水平井井眼轨道 设计。 钻井工程方案中引入 “最优化储层改造” 理念， 进行反向设计， 正向施工， 最终优化水平井地质目 标， 为试油及大型多级压裂提供科学的井眼轨道设 计［6-9］。 图 1 优化水平井方位 1.1.2 井身剖面设计 通过对吉木萨尔凹陷地质特 征认识， 该区块探井水平井设计采用了“双增剖面” 水平井， 其主要特征是在 2 个增斜段之间设置了一 个可供调节的“切线段” ， 通过优化设计“切线段” 的井斜角和长度来满足地质要求， 弥补油气储层几 何产状及其厚度的影响， 实现井眼轨迹准确中靶。 针对前期造斜段井眼轨迹偏长这一现象， 通过对井 眼稳定性、 钻具摩阻及管柱与井眼相容性分析与评 价， 设计采用中 长半径水平井， 缩短靶前距离， 井 眼曲率由 56 （ ）/30 m 提高到 810 （ ）/30 m ， 缩 短造斜段长度 100 多 m， 实现了安全快速钻井的目 的， 降低了钻井成本。 1.1.3 钻具结构优化 针对水平段 152.4 mm 小井 眼钻具组合， 一般采用 88.9 mm 斜坡、 加重钻杆与 127 mm 斜坡钻杆复合钻具组合， 在钻进过程中面 临排量小、 泵压高、 钻具易发生二次弯曲及钻压不能 有效传递至钻头等现象， 通过进行钻具力学分析， 优 化使用 101.6 mm 非标斜坡、 加重钻杆与 127 mm 斜坡钻杆钻具组合， 增强了钻具的刚度， 实现了钻压 的有效传递和降低了高泵压作业风险， 大幅度地提 高了平均机械钻速。通过邻井对比， 在相同的地层、 钻头、 工具及钻井液性能条件下， 使用非标 101.6 mm 钻杆后， 水平段平均机械钻速达到 11.72 m/h， 比 邻井提高了 329。 1.1.4 动态跟踪水平井轨迹， 确保油层钻遇率 在 水平井施工过程中， 除了准确预测下部钻具组合的 造斜能力外， 充分利用旋转导向工具的自身特点， 根 据旋转导向工具在钻井过程中抗地层漂移的能力， 初步判断地层走向趋势， 最重要的是根据导眼井油 气显示及电测资料， 精密跟踪、 动态调整井眼轨道， 在油层钻井过程中， 时时监测地层标志层， 保证井 眼轨迹在标志层高 GR 下部穿行， 通过措施的有效 落实， 实现了钻井、 地质工程一体化， 大幅度提高了 油层钻遇率及甜点钻遇率， 吉 172-H、 吉 251-H、 吉 32-H 等 3 口水平井甜点体钻遇率 100， 平均油层 钻遇率 91.8。 1.2 水平井快速钻井技术 1.2.1 因地制宜优选 PDC 钻头 通过对吉木萨尔 凹陷区块地层进行岩石力学特性分析可知（1） 三叠 系以上地层， 西山窑组到克拉玛依组之间主要以泥 岩为主， 具有一定冲击性， 可钻性较好；（2） 三叠系地 层， 克拉玛依组主要为泥岩和中砂岩互层， 研磨性 强， 具有一定冲击性， 岩石可钻性一般；烧房沟、 韭 菜园组以泥岩为主， 具有一定的塑性， 可钻性较差； （3） 二叠系地层， 梧桐沟组以灰色泥岩为主， 可钻性 差；芦草沟组主要为泥岩， 夹砂岩， 岩性致密， 强度 较大， 可钻性差。 在克拉玛依组及以上地层， 采用四刀翼、 攻击力 强的 PDC 钻头， 增加 PDC 钻头进尺占有率， 减少起 下钻；在烧房沟、 韭菜园及梧桐沟组采用高抗研磨、 热稳定齿的 PDC 钻头， 配合使用扭力冲击器及水力 脉冲接头特殊工具， 有效切削地层， 从而提高机械钻 速；芦草沟采用专为泥岩设计的高攻击性 PDC 钻 头， 水平段采用双排齿设计的 PDC 钻头， 以提高机 械钻速并且延长钻头进尺， 最终形成了全井钻头序 石油钻采工艺 2014 年 7 月（第 36 卷） 第 4 期12 列及配套提速技术。 与 2011 年前完成井相比， 三叠系烧房沟以上地 层平均深度增加 221 m 的情况下， PDC 进尺占有率 提高 32.4， 机械钻速提高 15.26；烧房沟至梧桐 沟地层应用 PDC 特殊提速工具配套技术， 机械钻 速提高 7590；二叠系芦草沟组在平均深度增 加 1 077 m 的情况下， PDC 钻头机械钻速比牙轮钻 头提高 99.27。水平井水平段仅用 2 只 PDC 钻头 完成进尺， 见表 1。 表 1 水平井 PDC 钻头技术指标 井号型号 进尺 / m 机械钻速 / m h–1 备注 吉 172-H MDI6167032.09试验 MDSi516UQPX5253.13试验 吉 251-H MDSi516UQPX8374.54优化、 应用 MDSi516UQPX7344.78应用 吉 32-H MDi616LNBPX7375.34应用 MDSI516UQPX4854.90应用 吉 36-HMDSI516UQPX1 22111.72优化钻具 1.2.2 钻井液技术 根据直井测井资料进行水平井 眼稳定性分析， 模拟分析在一定的方位条件下， 随着 井斜的增加， 芦草沟组地层的坍塌压力变化情况。 通过对比分析， 在井眼方位为 237.01 时， 随着井斜 增加， 坍塌压力逐渐降低， 从而为钻井液选型及钻井 液密度提供理论依据。在水平井施工过程中， 由于 造斜段及水平段均较长， 钻具与井壁接触面积大， 容 易引起钻进过程的钻头托压以及黏附卡钻。通过优 选钾钙基混油钻井液体系， 造斜段及水平段根据井 下情况加入 812 的白油， 复配其他润滑剂， 改善 滤饼润滑性及滤饼质量， 提高防塌护壁能力， 从而降 低了井眼摩阻及缓解二叠系梧桐沟组垮塌问题。此 外， 优化钻井液流变参数， 提高其携带悬浮能力， 动 塑比控制在 0.40.5、 初切 45 Pa， 终切达到初切的 23 倍， 有效解决了小井眼的净化问题， 保障了提下 钻通畅、 电测及管柱下入顺利。 2 现场应用 通过应用优快钻井技术， 吉木萨尔区块井深 3 900 m 左右直井钻井周期由原来的 115 d 降至 85 d 左右， 同类型水平井从造斜点到完井平均钻井周期 由 112.5 d 缩短至 61.2 d。 通过长水平段 多级压裂体积改造技术， 致 密油藏芦草沟组获得中高产。目前已在吉 172-H、 吉 251-H、 吉 32-H 及吉 36-H 井中成功应用， 其中吉 172-H 井压裂后 2 个多月连续稳产 60 m3， 吉 251-H 最高日产 50.67 m3， 吉 32-H 最高日产 28.44 m3， 目前 正在退液试产。 3 结论 （1） 针对 “甜点体” 分布， 结合目的层地应力方向、 井眼稳定、 压裂起缝方位等因素， 引入“最优化储层 改造” 理念， 反向设计， 正向施工， 优化井眼轨迹， 为 试油及体积压裂提供优质的井眼条件。 （2） 通过吉木萨尔地区致密油藏水平井优快钻井 技术研究与应用， 获得了高产油流， 增加石油预测储 量 10 亿吨。 （3） 形成了一套有针对性的吉木萨尔致密油藏水 平井优快钻井技术， 在推广应用过程中， 取得了较好 的效果。 （4） 建议下步攻关吉木萨尔致密油藏水平井钻井 “工厂化” 作业， 持续完善吉木萨尔致密油藏水平井 优快钻井技术。 参考文献 ［1］ 邹才能， 朱如凯， 吴松涛， 等 . 常规与非常规油气聚集类 型、 特征、 机理及展望以中国致密油藏和致密气为 例［J］. 石油学报， 2012， 33 （2） 173-187. ［2］ 邹才能， 张光亚， 陶士振， 等 . 全球油气勘探领域地质特 征、 重大发现及非常规试油地质 ［J］ . 石油勘探与开发， 2010， 37 （2） 129-145. ［3］ 韩志勇 . 定向钻井设计与计算［M］. 山东东营中国 石油大学出版社， 2007. ［4］ 高德利， 许树谦， 李相方， 等 . 复杂地质条件下深井超深 井钻井技术［M］. 北京 石油工业出版社， 2004. ［5］ 李士伦， 孙雷， 杜建芬， 等 . 低渗透致密气藏、 凝析气藏 开发难点与对策［J］. 新疆石油地质， 2004， 25 （2） 156-159. ［6］ 陈庭根， 管志川， 刘希圣， 等 . 钻井工程理论与技术 ［M］ . 山东东营中国石油大学出版社， 2000. ［7］ 王金琪 . 中国大型致密砂岩含气区展望［J］. 天然气 工业， 2000， 20 （1） 10-15. ［8］ 李道品 . 低渗透砂岩油田开发［M］. 北京 石油工业 出版社， 1997. ［9］ 高德利 . 钻柱力学若干基本问题研究［J］. 石油大学 学报， 1995， 19 （1） 24-35. （修改稿收到日期 2014-04-18） 〔编辑 薛改珍〕