永3平9跨斷塊階梯水平井鉆完井技術(shù)

劉成貴許軍富徐云龍

（1.勝利石油管理局黃河鉆井總公司，山東東營 257009；2.勝利石油管理局鉆井工藝研究院，山東東營 257017）

永3平9跨斷塊階梯水平井鉆完井技術(shù)

劉成貴1許軍富1徐云龍2

（1.勝利石油管理局黃河鉆井總公司，山東東營 257009；2.勝利石油管理局鉆井工藝研究院，山東東營 257017）

勝利油田永安區(qū)塊是典型的復(fù)雜小斷塊油藏。為進(jìn)一步對該類型油藏進(jìn)行挖潛增效，在精細(xì)描述斷層的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)施工了一口跨斷塊階梯水平井，對不同斷塊內(nèi)的剩余油使用同一口井進(jìn)行開采，在提高剩余油采收率的同時(shí)，能夠降低鉆井成本。在分析永3斷塊儲層特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，針對跨斷塊階梯水平井鉆完井的技術(shù)難點(diǎn)，介紹了勝利油田第1口跨斷塊階梯水平井-永3平9井的鉆完井工藝。將地質(zhì)導(dǎo)向和地震剖面相結(jié)合，判斷斷層位置，精確控制井眼軌跡穿越斷層，進(jìn)入斷塊另一側(cè)油層。采用鉆固一體化技術(shù)和塑性微膨脹水泥漿體系，大幅度地提高了階梯水平井的固井質(zhì)量。該井的成功實(shí)施及順利投產(chǎn)，證明跨斷塊階梯水平井可以提高復(fù)雜斷塊油藏的采收率，具有推廣價(jià)值。

跨斷塊；階梯水平井；鉆完井技術(shù)；永3平9井

永安油田位于東營凹陷的東北邊緣坨—勝—永三斷裂帶東端，永3斷塊位于永安油田南部，是一個(gè)被斷層復(fù)雜化的復(fù)雜斷塊油藏，整體受北部弧型斷層控制，內(nèi)部被多條斷層切割復(fù)雜化，地層整體為向南傾斜的不對稱鼻狀構(gòu)造，地層傾角一般為10～15°。巖性主要為厚層反韻律細(xì)-粉砂巖夾灰質(zhì)粉砂巖、泥巖等，分選中等，粒度中值一般在0.12～0.26 mm，孔隙度平均值為27%。平均空氣滲透率1 539 mD。目前永3斷塊油田的采收率相對較低，隨著水平井技術(shù)和地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)的日益完善［1-7］，跨斷塊階梯水平井鉆完井技術(shù)［8-10］將成為提高斷塊油田采收率的重要手段。

1 地質(zhì)概況

永3斷塊油藏具有構(gòu)造系統(tǒng)復(fù)雜、斷塊多，斷塊小、含油層位多、油藏類型多等特點(diǎn)。針對不同類型的復(fù)雜小斷塊，研究部署不同類型復(fù)雜結(jié)構(gòu)井進(jìn)行挖潛。如對于塊間局部剩余油設(shè)計(jì)應(yīng)用跨斷塊階梯水平井，對于多薄互油層，儲層物性差設(shè)計(jì)應(yīng)用多層分支水平井。永3-平9井是1口四靶點(diǎn)跨斷塊階梯水平井，鉆探目的層為永3斷塊西部復(fù)雜斷塊沙二下段5-1小層永3斜107斷塊和5-2小層永3側(cè)94斷塊，如圖1所示。

圖1 永3-平9井東西向油藏剖面圖

2 鉆完井技術(shù)難點(diǎn)

（1）井眼軌跡跨斷層，穿越斷層破碎帶時(shí)，造斜率容易失常，井眼軌跡預(yù)測和控制難度大。

（2）水平段穿越斷層后，地層發(fā)生變化，目的層有可能上移、下移或斷失，增加油層的不確定性。

（3）由于地質(zhì)目的的需要在穿越斷層時(shí)多次調(diào)整井斜，井眼軌跡波動大，摩阻扭矩大，巖屑返出困難，對鉆井液性能要求高。

（4）永3斷塊Ⅲ類油藏?cái)鄩K多且小，油砂體多，疊合性差，跨度大，能量差異大，油層油水關(guān)系復(fù)雜，保證固井質(zhì)量難度大。

3 跨斷塊水平井鉆完井技術(shù)

3.1 井眼軌跡控制與地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)

該井主要采用的井眼軌跡控制技術(shù)是在隨鉆測量儀器和導(dǎo)向鉆具配合下，使得井眼軌跡沿設(shè)計(jì)軌道鉆進(jìn)，利用地質(zhì)導(dǎo)向?qū)ふ矣蛯?，并最大限度地在油層中鉆進(jìn)，從而實(shí)現(xiàn)地質(zhì)目的。造斜點(diǎn)以下定向井段使用 MWD+導(dǎo)向鉆具進(jìn)行井眼軌跡監(jiān)測與控制，探油層頂段及以下井段使用LWD+導(dǎo)向鉆具進(jìn)行井眼軌跡監(jiān)測控制和地質(zhì)導(dǎo)向。

永3-平9井目的層為下傾方向，水平段井斜角小于90°，靶前位移可適當(dāng)多提前，探油頂井斜角可略小，控制井眼軌跡在A點(diǎn)前40～50 m，垂深達(dá)到設(shè)計(jì)油頂位置，井斜達(dá)到82～84°，進(jìn)入油層后地層下傾，井眼軌跡能在A點(diǎn)前進(jìn)入油層，并在距油頂1.5 m范圍內(nèi)著陸。

跨斷塊水平井存在兩大因素影響井眼軌跡在油層著陸和水平段的控制，一是受地質(zhì)導(dǎo)向儀器本身的制約，隨鉆測井?dāng)?shù)據(jù)滯后鉆頭，對地層認(rèn)識帶來判斷難度，一般情況下，自然伽馬和電阻率的測點(diǎn)距鉆頭10～18 m，井斜和方位測點(diǎn)距鉆頭18～22 m；二是水平井過斷層后易發(fā)生找不到油層的現(xiàn)象，如圖2所示，這是因?yàn)檫^斷層后，地層層位發(fā)生了變化，有可能上移、下移或者斷失。

圖2 斷層錯(cuò)位現(xiàn)象

針對地質(zhì)導(dǎo)向儀器滯后的缺點(diǎn)，在目的層之上10～20 m優(yōu)選1～2個(gè)標(biāo)志層控制井眼軌跡，消除滯后效應(yīng)，并與鄰井對比，水平井著陸點(diǎn)可提前判斷，調(diào)整合理的井斜角入靶，校正A、B靶來確定水平段的井斜角，從而控制水平段鉆進(jìn)。針對過斷層后找不到油層的現(xiàn)象，把實(shí)鉆軌跡與地震剖面相結(jié)合，利用高精度的地震剖面來識別斷層尋找油層。

3.2 鉆井液和儲層保護(hù)技術(shù)

永3區(qū)塊儲層中泥質(zhì)含量較高，有儲層黏土顆粒吸水膨脹、運(yùn)移、堵塞造成滲透率降低的風(fēng)險(xiǎn)，因此采用了MEG鉆井液體系保護(hù)儲層。

MEG是極性較弱的表面活性劑類物質(zhì)，其分子結(jié)構(gòu)上有1個(gè)親油的甲氧基（-OCH3）和4個(gè)親水的羥基（-OH）。這些親水的羥基可以吸附在井壁巖石和鉆屑上，而親油基則朝外，如果在鉆井液中MEG的加量足夠的話，則可在井壁上形成一層類似油包水泥漿那樣的吸附膜，這個(gè)膜可以把頁巖中的水和鉆井液中的水隔開。由于這種半透膜作用的存在，通過調(diào)節(jié)MEG鉆井液的活度可以實(shí)現(xiàn)活度平衡鉆進(jìn)，控制鉆井液和地層內(nèi)水的運(yùn)移，只要控制得當(dāng)就可以使鉆井液和地層內(nèi)水的運(yùn)移達(dá)到平衡，從而有效地阻止頁巖的水化膨脹，以保持井壁穩(wěn)定。同樣當(dāng) MEG鉆井液的濾液浸入儲層內(nèi)，也不容易引起儲層內(nèi)黏土顆粒的水化膨脹和分散，從而可以減少水化膨脹和分散運(yùn)移造成的儲層損害。由于MEG鉆井液具有較低的表面及界面張力，當(dāng)其濾液浸入儲層后，返排出來應(yīng)比較容易，因而可以減少濾液在儲層內(nèi)滯留而引起的滲透率的下降。

3.3 完井技術(shù)

3.3.1 低密度高強(qiáng)水泥長封段固井 為避免返高不足導(dǎo)致斷塊開發(fā)井后期出現(xiàn)油、氣、水竄槽以及套管腐蝕等問題，新投產(chǎn)井油層以上200 m至井口全部采用低密度高強(qiáng)水泥長封段保護(hù)套管固井技術(shù)。該低密度水泥漿體系是極其有效的方法之一，可以解決以下2個(gè)問題。

（1）易漏地層固井問題。解決上部地層的漏失問題，低密度水泥漿由于密度低，易返出地面，實(shí)現(xiàn)了全井段的有效封固，保證了固井質(zhì)量。

（2）新投產(chǎn)井套管保護(hù)問題。對新井而言，最好的預(yù)防套損的方法是采用水泥環(huán)全井段保護(hù)套管，即提高水泥返高，使水泥漿能返至井口。

3.3.2 塑性微膨脹水泥漿體系 為提高射孔生產(chǎn)段的水泥環(huán)質(zhì)量，油層段采用低失水防竄塑性微膨脹水泥進(jìn)行固井，提高水泥石的強(qiáng)度。塑性微膨脹水泥漿是以常規(guī)水泥漿體系為基液，通過添加一定比例的塑性劑而形成的一種新的具有較高韌性強(qiáng)度的水泥漿體系。其優(yōu)點(diǎn)主要有以下3方面。

（1）提高了水泥環(huán)強(qiáng)度，降低射孔作業(yè)時(shí)水泥環(huán)的破裂程度。

（2）降低了油氣水竄現(xiàn)象的產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)。

（3）微膨脹性能，提高第二界面膠結(jié)質(zhì)量。

3.3.3 鉆固一體化技術(shù) 鉆固一體化技術(shù)的核心是由潛活化膠凝粉材料、界面增強(qiáng)劑、活性激發(fā)劑和活性調(diào)節(jié)劑等組成的鉆井液。在鉆進(jìn)時(shí)鉆井液中的活化膠凝粉物質(zhì)呈惰性狀態(tài)，滿足長期循環(huán)的鉆井要求，形成特殊濾餅層，具有潛在的固化活性。鉆井完成后，在固井前置液中加入激活劑激活濾餅，候凝使之固化，完成一次注水泥施工作業(yè)。由于鉆井液濾餅存在潛活性材料，固井時(shí)可以實(shí)現(xiàn)同步固化膠結(jié)，改善濾餅與水泥環(huán)、地層的膠結(jié)親合力，避免常規(guī)水泥漿固井出現(xiàn)在水泥石、濾餅和地層過渡層形成類似于“三明治”的結(jié)構(gòu)，防止地層過渡層間高低壓油氣水層的相互竄通。其關(guān)鍵技術(shù)主要有以下幾點(diǎn)：

（1）活性材料是該技術(shù)能否成功的關(guān)鍵之一。該特殊材料在鉆井中應(yīng)表現(xiàn)出良好的惰性、對鉆井液性能影響小、鉆進(jìn)中不提前凝固，完鉆后通過活化技術(shù)使鉆井液在要求的時(shí)間內(nèi)固化并達(dá)到固井技術(shù)規(guī)范要求。

（2）室內(nèi)建立二界面膠結(jié)質(zhì)量的評價(jià)模型和評價(jià)裝置，能模擬評價(jià)砂巖、泥質(zhì)砂巖及灰?guī)r地層二界面膠結(jié)強(qiáng)度。

（3）工作液中的化學(xué)組分、井下溫度和鉆井時(shí)間對潛活性材料的影響。

（4）激活劑對潛活性材料活化速度的控制、對濾餅擴(kuò)散及對濾餅固化質(zhì)量的影響。

4 現(xiàn)場應(yīng)用及效果

4.1 井眼軌道設(shè)計(jì)

永3-平9井設(shè)計(jì)井底垂深2 001 m，A靶垂深1 986 m，B靶垂深1 988 m，A～B靶間水平距離99.81 m，C靶垂深1 998.5 m，B～C靶間水平距離102.65 m，D靶垂深2 001 m，C～D靶間水平距離116.52 m，具體井眼軌道設(shè)計(jì)參數(shù)，見表1。

表1 永3-平9井眼軌道設(shè)計(jì)參數(shù)

4.2 施工簡況

在地質(zhì)導(dǎo)向引導(dǎo)下，井眼軌跡順利著陸，鉆達(dá)A靶：井深2 120.14 m，井斜86.19°，方位289.56°，水平段鉆進(jìn)，至B靶前40 m左右開始降斜，井斜從91.6°降至83.21°，鉆達(dá)B靶：井深2 220.08 m，井斜83.21°，方位292.23°；B靶后穩(wěn)斜在82～84°下調(diào)垂深，并在2 230 m左右鉆遇斷層，后微增下探找第2套油層，鉆至C靶：井深2 323.44 m，井斜85.22°，方位286.22°，因顯示不理想，再次下調(diào)垂深，井斜從88.5°降至最小84.1°，再增斜至最大93.3°，鉆進(jìn)至2 418 m處完鉆。

4.3 實(shí)施效果

永3-平9井?dāng)鄬忧般@遇油層180 m，最大井斜91.6°；斷層后鉆遇油層110 m，最大井斜93.3°，油層鉆遇率為97%。MEG鉆井液體系實(shí)現(xiàn)了儲層保護(hù)的效果。該井初期日產(chǎn)油63 t，不含水；目前日產(chǎn)油17.2 t，含水60%。電測證實(shí)該井的二界面固井質(zhì)量合格，該井的成功實(shí)施，為復(fù)雜斷塊油藏的進(jìn)一步挖潛提供了新的技術(shù)支持。

5 結(jié)論

（1）地質(zhì)導(dǎo)向與地震剖面相結(jié)合，及時(shí)預(yù)測斷層位置，控制井眼軌跡，預(yù)防造斜率失常，保證了井眼軌跡的精確控制。

（2）跨斷塊階梯水平井井眼軌跡波動大，摩阻扭矩大，MEG鉆井液體系保證了跨斷塊階梯水平井的安全快速鉆進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了儲層保護(hù)的效果。

（3）采用鉆固一體化技術(shù)和塑性微膨脹水泥漿體系保證了跨斷塊階梯水平井的二界面固井質(zhì)量。

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（修改稿收到日期 2012-11-19）

〔編輯 薛改珍〕

Drilling and completion techniques of cross-block ladder horizontal wells: a case of Well Y3p9

LIU Chenggui1, XU Junfu1, XU Yunlong2

（1. Yellow River Drilling Corporation of Shengli Petroleum Administration, Dongying 257009, China; 2. Shengli Drilling Technology Research Institute, Dongying 257017, China）

Yong’an block of Shengli Oilfield is a typical small complex fault block oil reservoir. In order to explore the potential of this kind of reservoir further, a cross-block ladder horizontal well is used on the basis of recognizing faults, and the remaining oil in different faults is produced by one well. By this method, the recovery is improved and the drilling cost is decreased. The paper analyzes the reservoir characteristics of Yong’an block and illustrates the difficulties for drilling and completion of this well, on the basis of which it introduces the drilling and completion techniques of the first cross-block ladder horizontal well of Shengli Oilfield, Well Y3p9. Geosteering technique and seismic cross section are combined to determine the fault location and to accurately control the well trajectory to pass through faults and dig into another oil layer. Drilling and completion integrated technique and plastic micro-expansion slurry are taken to greatly increase the cementing quality of ladder horizontal wells. This well has been successfully drilled and produced, which proves the cross-block ladder horizontal well can improve the recovery ratio of fault block reservoir, and has promotional value.

cross-block; ladder horizontal well; drilling and completion techniques; Well Y3p9

TE257

A

1000 - 7393（ 2013 ） 01 - 0001 - 04

國家科技重大專項(xiàng)“斷塊油田特高含水期提高水驅(qū)采收率技術(shù)”（編號：2011ZX05011-003）資助。

劉成貴，1960年生?，F(xiàn)主要從事鉆井管理工作，高級工程師。電話：0546-8621598。E-mail：liucg707@126.com。

劉成貴，許軍富，徐云龍.永3平9跨斷塊階梯水平井鉆完井技術(shù) ［J］. 石油鉆采工藝，2013，35（1）：1-4.