致密油水平井井眼軌跡控制技術(shù)研究與應(yīng)用

李細(xì)鴻

（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院，黑龍江大慶163114）

大慶油田致密油儲層存在物性差、平面分布不穩(wěn)定等特點(diǎn)，孔隙度和滲透率極低。只能采用長水平段水平井和大規(guī)模壓裂的方式進(jìn)行開采。定向鉆井作業(yè)面臨入窗難度大、斜井段狗腿度大、井眼軌跡不光滑等難題，在進(jìn)入水平段后易發(fā)生鉆具自鎖、托壓和定向難等復(fù)雜。通過優(yōu)化井眼軌跡和井身結(jié)構(gòu)，形成適用于不同井段的鉆具組合，通過使用自助研發(fā)的近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向工具，使機(jī)械鉆速和水平段延伸長度大幅度提高。

1 井軌控制難點(diǎn)分析

大慶油田致密油藏在鉆井施工過程中存在著以下難點(diǎn)：

（1）井壁穩(wěn)定性差。致密油水平段位于青山口組，屬于粘土礦物含量高、裂縫發(fā)育的泥巖地層，極易發(fā)生井塌和卡鉆等事故。

（2）井眼軌跡控制難度大。致密油儲層埋深在2000m左右，水平段長度大都在1000m左右，少數(shù)井水平段長度超過1500m，水垂比在1∶2左右。由于儲層埋深變化大、厚薄不均，使油層鉆遇率提高難度較大，會導(dǎo)致造斜段局部狗腿度過高，為提高鉆遇率，水平段井眼軌跡控制難度極大，后期起下鉆和下套管摩阻也會偏大。

（3）井眼軌跡不光滑。因水平段長和造斜段狗腿度大，大部分鉆具都貼在下井壁，會增加起下鉆摩阻，當(dāng)水平段長度大于1000m，起下鉆摩阻會超過30t。

（4）井眼清潔難度大。井壁剝落或坍塌通常會在某一井段形成“大肚子”井眼，極易在該處或者井底形成大量巖屑床，使鉆具與井壁的摩阻進(jìn)一步增加。

（5）水平段鉆壓傳遞困難，難以延伸水平段長度。

2 井眼軌跡控制技術(shù)研究

2.1 鉆井剖面優(yōu)化

2.1.1 井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化

根據(jù)近幾年的施工經(jīng)驗(yàn)，綜合考慮地層、降低摩阻和扭矩等因素，形成井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施[1]：①復(fù)雜地區(qū)。充分考慮到致密油扶楊油層上部的葡萄花層位注水壓力高、黑帝廟層存在著淺層氣的特點(diǎn)，表層套管下入深度大于200m，技術(shù)套管下入到青山口組泥巖段，并在井口安裝防噴裝置，以確保施工安全；②無復(fù)雜區(qū)塊。對于沒有淺層氣和注水井的區(qū)塊，將三維井眼設(shè)計轉(zhuǎn)為二維設(shè)計。表層套管下入深度不小于100m封固第四系泰康組，技術(shù)套管下入深度以封固嫩二段以上的松軟地層為佳。

2.1.2 井眼軌跡優(yōu)化

針對傳統(tǒng)井眼軌道設(shè)計會影響對下部造斜段井眼軌跡、增加后期摩阻和不能正常入窗的缺點(diǎn)，實(shí)行“略大勿小、增加初期造斜率”的原則，主要技術(shù)措施有：①采用“直—增—穩(wěn)—增—微增—水平”的6段式軌跡設(shè)計方式；②優(yōu)化井眼曲率和靶前距設(shè)定，調(diào)整扭方位井段和幅度。二維井優(yōu)化探油頂長度30～50m，曲率3°/30m，減少井眼軌跡上下調(diào)整；將整體三維軌跡變化為分段式二維軌跡，并將造斜點(diǎn)上移以降低造斜率[2]。

2.2 隨鉆儀器和提速工具

2.2.1 LWD隨鉆測井儀器

截止到2019年底，針對LWD儀器引進(jìn)費(fèi)用高、技術(shù)壟斷的問題，大慶油田在引用國外LWD隨鉆測井儀器的基礎(chǔ)上，已經(jīng)掌握核心技術(shù)，形成了成熟的隨鉆測量技術(shù)，累計生產(chǎn)LWD隨鉆測井儀器50余串。為了有效降低鉆井成本和有效控制井眼軌跡，致密油水平井的造斜段使用自主研發(fā)的LWD隨鉆測井儀器，很好地滿足了現(xiàn)場施工需求，平均單井故障時間6.5h，同比降低了8%[3]。

2.2.2 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)

為實(shí)現(xiàn)致密油水平井長水平段的順利延伸，在水平段全程旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)，攻克了大功率泥漿發(fā)電、雙向無線通訊、非接觸供電等關(guān)鍵技術(shù)，研制了一套旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)。具有復(fù)合鉆進(jìn)速度快、轉(zhuǎn)速高、井眼軌跡精確控制的優(yōu)點(diǎn)，能夠有效降低摩阻、防止托壓，提高油層鉆遇率，最大程度延伸水平段長度，同比滑動鉆進(jìn)速度提高20%以上。

2.2.3 提速工具

經(jīng)過多年技術(shù)攻關(guān)，研制出了能降鉆井液液能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的水力振蕩器，該工具通過產(chǎn)生高頻、低幅軸向振動，可將鉆具與井壁之間的靜摩擦力轉(zhuǎn)化為動摩擦力，降低鉆井摩阻、提高鉆速。通過該工具的有效應(yīng)用，解決了在致密油水平井鉆進(jìn)過程中存在的大摩阻、高托壓問題，降低摩阻超過2.3t，平均鉆速提高10%以上[4]。

2.2.4 加重鉆桿

通過優(yōu)化加重鉆桿長度、位置等參數(shù)可有效增加鉆具鉆壓，有效延長水平段長度。在致密油鉆進(jìn)過程中，當(dāng)井斜角達(dá)到25°以后，應(yīng)該安裝加重鉆桿，螺旋屈曲段長度小，所以加重鉆桿最下方位置選擇在造斜段井斜25°以內(nèi)[5]。

2.3 鉆具組合

大慶致密油儲層的上部地層采用牙輪鉆頭，三開造斜段和水平段均使用PDC鉆頭。根據(jù)不同地層情況和井段，使用不同鉆具組合。在造斜段進(jìn)行定向時，用5刀翼PDC鉆頭，按照“一趟鉆”要求配備儀器和鉆具組合，使用?215.9mmPDC鉆頭+?172mm單彎螺桿+?172mm浮閥+?172mmLWD+1根?165mm無磁鉆鋌+2根?165mm螺旋鉆鋌+6根?127mm加重鉆桿+45根?127mm鉆桿+24根?127mm加重鉆桿+?127mm鉆桿；在水平段全程選用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)，實(shí)施水平段“一趟鉆”。鉆具組合?215.9mm的PDC鉆頭+?193mm的 旋 轉(zhuǎn) 導(dǎo) 向 工 具+?172mm浮 閥+3根?127mm的加重鉆桿+?165mm振擊器+3根?127mm加重鉆桿+165根?127mm鉆桿+24根?127mm加重鉆桿+?127mm鉆桿。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

形成的技術(shù)在大慶油田致密油區(qū)塊進(jìn)行了應(yīng)用，主要取得了以下幾方面效果：①造斜能力增強(qiáng)，通過井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化，造斜段全部采用?215.9mm井眼施工，鉆具剛性降低、造斜能力大幅度增強(qiáng)；②鉆速提高明顯，機(jī)械鉆速和行程鉆速比優(yōu)化之前分別提高了25%和34%；③降低井下復(fù)雜效果明顯，平均單井延誤時間由11.25h降低至6.92h，沒有發(fā)生托壓、卡鉆等復(fù)雜，套管一次下入到底。

4 結(jié)論

（1）大慶油田致密油儲層由于油層埋藏深，厚薄不均，使定向鉆井作業(yè)面臨入窗難度大、斜井段狗腿度大、井眼軌跡不光滑等難題，在進(jìn)入水平段后易發(fā)生鉆具自鎖、托壓和定向難等復(fù)雜，嚴(yán)重影響了鉆井速度和效率。

（2）通過優(yōu)化鉆井剖面，形成適用于不同井段的鉆具組合，使用自助研發(fā)的近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向工具，降低了因處理阻卡等井下復(fù)雜的非鉆進(jìn)時間，為大慶油田致密油資源的高效開發(fā)提供了技術(shù)支持。