延長油田水平井鉆井關鍵技術解析范文

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［摘要］水平井鉆井技術對延長油田低滲透油藏的勘探開發具有重要意義。從鉆井設計出發，提出了三維軌跡、負位移、三增剖面等剖面優化設計以及二開的井身結構設計;針對水平井地質導向的技術難點，形成了相應的技術對策;為解決原KPAM鉆井液體系抑制性較差的問題，通過室內實驗確定了陽離子乳液聚合物鉆井液體系配方。這些關鍵技術有效性的保證了延長油田水平井鉆井安全平穩運行。

［關鍵詞］水平井;鉆井技術;鉆井液;地質導向;延長油田

水平井鉆井技術在油氣勘探開發發揮著重要作用，是提高油氣田最終采收率、老油田挖潛、新油田開發的重要手段。相比于常規直井，水平井能較好的提高低滲透油藏單井產量、開發質量以及提高油田采收率，非常適用于延長低滲透油藏的開發，有效的解決了延長油田開發過程中“多井、低產、低效”的問題。延長油田第一口成功開發的低滲透水平井為薛平1井［1］，為油田的高效開發提供了成功經驗，自2011年大力推廣水平井以來，延長油田在2013年～2014年間，成功鉆探水平井154口井，對油田的增儲上產具有重要意義。

1延長油田水平井鉆井優化

1．1優化井眼軌跡

由于延長油田地處陜北黃土高原，受限于復雜的地面條件和丘陵溝壑地貌，充分對隊伍素質、油層落實程度以及施工效率等因素進行綜合考慮［2，3］，以三增剖面、負位移以及三維軌跡等作為剖面設計方法，開展了水平井井眼軌跡優化設計，主要分為以下三種情況:(1)水平井靶前距＜240m:以水平井井型、水平井段長度為依據，采取側向位移、負位移以及非常規雙增為設計方法。若為三維井或水平段較長，在直井段采取側向位移、負位移進行軌跡設計，以降低鉆井的難度;水平段較短時，采取非常規雙增軌道，實現第一段造斜率大于第二段，使的入窗調整難度降低。(2)水平井靶前距處于240～300m之間:考慮兩種情況，二維井設計方法為常規雙增剖面，即“直－增－穩－增－水平”，三維井需要綜合考慮隊伍素質進行設計，素質較高的隊伍二開時打側向位移采取小角度斜井段方式，下部為二維剖面常規設計，素質較差的隊伍，為降低難度，僅在第二增斜段扭方位。(3)水平井靶前距＞300m:為保證入窗精度，采取增大入窗可調范圍，采取三增剖面優化設計。二維井的三增剖面設計為“直－增－穩－增－穩－增－水平”;三維井為圓滑井身軌跡，采取扭方位在第二增斜段，第三增斜段僅僅進行井斜調整。

1．2優化井身結構

由于延長油田主力開發區域之上為第四系黃土層，具有易漏失和垮塌、地層相對穩定、壓力系統簡單等特征，井身結構采取二開形式即可保證鉆井安全。本次優化井身結構為:一開鉆頭直徑為Φ311．2mm，表層套管直徑為Φ244．5mm，水泥漿返至地面，實現對上部不穩定層的封固;二開直井段鉆頭直徑為Φ222．3mm，鉆達造斜點后，選取鉆頭直徑為Φ215．9mm進行水平段鉆進，解決由于上部地層縮徑導致的起下鉆困難問題，下入油層套管直優化的井身結構充分對地層特征、鉆井工藝、對接工藝以及最大關井壓力等進行了綜合考慮，實現了保證鉆井順利施工的同時，常規井和水平井的管材結構、鉆具結構等的一致性。總之，優化后的井身結構非常簡單，在保證鉆井安全、完成鉆探目的的前提下，又節約了成本，同時還有利于修井作業、后期投產等施工的展開。

2延長油田水平井地質導向技術

20世紀90年代，地質導向鉆井技術被提出并逐漸實現了廣泛應用，作為前沿鉆井技術，其通過對井底信息進行實時測量，實時評價地層參數，以實現對鉆遇地質目標的精確控制［4］。

2．1地質導向技術的技術難點

(1)延長油田地質構造相對簡單，因此開展地震勘探的區域并不多，使的對于井間的砂體、構造多采取插值進行預測。由于測井數據的不充足，以插值預測的地質圖件誤差在所難免，實際上一般對油頂預測的誤差在1～2m，這與高精度要求的水平井實施要求不一致。

(2)延安組要求在油頂上部為水平井穿行軌跡。過低的水平段多與水錐半徑靠近，常出現出水現象;過高的水平段又靠近油層頂，水平井投產后容易出現供液不足。

(3)主要目的層延長組的鉆探時，要求鉆遇優質油層。延長組的儲層物性比延安組差，因此，必須鉆遇高滲儲層或好油層，水平井鉆探時需要盡量多鉆遇天然裂縫，且必須與最大主應力垂直，以保證壓裂時橫向裂縫易于形成，從而保證產能。因此，對儲層裂縫預測、油層和夾層的識別非常重要。

(4)水平井地質導向時主要使用MWD儀器，雖然降低了鉆井成本，但由于僅存在伽馬數據，不利于油氣層的判識和地層對比。

2．2水平井地質導向技術優化方法

根據目前延長油田鉆井設備和技術情況，主要采取以下地質導向技術優化方法保證水平井的施工［5，6］:(1)首先分析鉆井地質風險，施工前設計好各種預案;(2)在軌跡設計，需在A靶前20～50m提前著陸，保障預留的調整井段充足;(3)對井眼軌跡進行優化控制，合理設計進入油層的井斜角;(4)實時開展鉆井跟蹤，當順利著陸后，對井眼軌跡進行重新模擬;(5)綜合利用地質錄井、鉆時、氣測以及伽馬等數據進行綜合判識。

2．2．1地質導向前的資料準備

現場地質導向人員應當對地質、工程設計進行提前熟悉，收集與鉆探井相關的材料如鉆井和地質設計、構造圖、地層分層數據表、周邊井組合圖等，鉆探前編制好油頂微構造疊合含油面積圖。若存在砂體尖滅，其構造邊界就是砂體尖滅線，以延安組油藏為典型代表，構造圖必須對油水界面、油藏空間形態準確反映。對于延長組薄層油藏、延安組邊底水油藏，需要開展儲層精細描述，按照等高線為1m或2m進行油層頂面微構造形態的精細刻畫。對于延長組儲層較厚且均一的油藏，刻畫油層頂面微構造形態的等高線可以為5m或10m。水平井對地層、油藏的刻畫要準確、細致，當前延長油田提供的相關地質數據還不能滿足精細圖件的制作要求，因此還存在較多的不確定性，設計時需要給存在的可能區間，開展現場實時對比并結合相關工程措施以降低鉆井風險。在對比分析后，需要綜合考慮儲層連通性、構造變化分析地質風險，并制定地質風險規避預案。

2．2．2確保中靶技術

根據前期大量地質工作，確定了油藏地質模型，但是對于單井鉆探仍存在較多不確定性，因此，鉆井過程中，要求開展精細地層對比，地質、工程相結合，卡準標志層深度、入窗點深度以及油頂深度，定準入窗井斜角和地層傾角2個角度。關鍵技術主要包括:(1)入窗前開展精細對比，主要為確定油頂深度，控制造斜段井眼軌跡，使其被控制在利于入靶點矢量中靶范圍內;(2)對是否鉆至目的層進行及時判斷，確保順利入窗，著陸后對垂深和井斜進行調整，以實現平穩鉆進水平段。在入窗前，油層垂深為50～200m井段開展地層對比，即通過在A靶點前開展地層對比，確定好油層入窗點，進入油層和A靶點前，需要多次合理調整井身軌跡，以保證進入入窗點的軌跡順暢。部分風險井應提前打導眼井，設計A靶點附近0～30m為延長組的導眼靶點，回填導眼到造斜點之上150m。

2．2．3提高油層鉆遇率技術

水平段鉆進過程中，始終堅持“實時監控、穩斜鉆進、適度校斜、穿行油層”原則，實現水平段軌跡通暢以及水平段又在合適的油層部位穿行。過A靶點后，鉆進過程中按照地質三維軌跡走向的要求，對井身軌跡開展合理判斷和預測，保證好井身軌跡。按照地質、工程設計規定的構造圖、距油層頂底的高度、鄰井的油層深度以及井斜角確定井身軌跡變化趨勢，開展實時跟蹤。目的層鉆進過程中，對儲層和鉆頭位置關系應該實時預測，以調整井斜角、鉆壓和方位角等參數來保證高精度控制水平段軌跡，保證水平段軌跡在最佳位置穿行，實現油層鉆遇率穩步提升的目的。當水平井入窗后，要開展精細的錄井工作，合理的判斷油氣顯示、儲層物性、巖性及含油氣性等，正確引導導向工作，穩步提升油層鉆遇率。根據錄井得到的參數，以滿足地質要求為前提，確保水平段軌跡圓滑，其要求井眼擴大率低于5%、全角變化率不超過6°/100m，良好的井筒質量，對完井壓裂意義重大。

3延長油田水平井鉆井液技術優化

3．1水平井鉆井液技術的技術難點

(1)延長油田的水平井井身結構一般為二開結構［7］，封固二開直井段后就進入造斜段和水平段，一般情況下，水平段的長度為500～1000m，大位移井一般更長，因此，對鉆井液潤滑性提出了更高的要求。

(2)大位移水平井在淺層造斜段具有較高的造斜率，以滑動鉆進方式鉆斜井段，若鉆井液的攜砂能力欠缺，造斜段內形成巖屑床的可能性較大，嚴重時井下事故頻繁。

(3)實驗結果表明，侏羅系直羅組泥巖伊/蒙間層比例超49%，具有較強的水敏性，長期浸泡下，水化膨脹作用使的井眼不規則。因此，導致延長油區侏羅系直羅組和安定組的砂泥巖地層井壁垮塌發生頻繁。

(4)在下部地層鉆探過程中，PDC鉆頭復合增斜率、造斜率均較低，降低了施工效率。一般情況下，水平井造斜點為1800～2000m，在延安組、富縣組等層位可鉆性差，滑動增斜率低導致嚴重的托壓現象。

(5)老區塊長期注水開發，普遍存在“同存漏侵”井，實施壓井作業困難。地層的承壓能力上部較低，不好把握，壓井密度窗口。

3．2水平井鉆井液體系配方優化

在鄂爾多斯、新疆、四川等地區，陽離子乳液聚合物鉆井液已普遍使用并取得了較好的應用效果［8］。陽離子乳液主要為乳化石蠟RHJ－1、聚合物DS－301，其中乳化石蠟RHJ－1潤滑防塌性優良，對連續相性能的有效改善意義重大，聚合物DS－301為陽離子大分子抑制劑，陽離子基團含量非常大，分子量達到600萬～1100萬，對連續相黏度的有效提高有積極作用，DS－301、RHJ－1同時使用，對化學抑制能力的提高有促進作用。該區原使用KPAM鉆井液體系，本次將KPAM替換為聚合物DS－301，對攜砂能力和抑制性進行有效提升，將原水基潤滑劑替換為乳化石蠟RHJ－1，增強潤滑性能，鉆井液降濾失能力的提高使用降濾失劑RHPT－1。根據原KPAM鉆井液體系配方，結合前人研究成果，確定DS－301、RHJ－1以及RHPT－1的加量分別為:0．2%～0．3%、1．0%～2．0%以及0．5%，為確定RHJ－1、DS－301對鉆井液性能的影響，選用以下配方開展實驗。膨潤土4%+RHPT－10．5%+Na2CO30．2%+無熒光防塌劑1．5%實驗結果顯示，當DS－301從0．2%增加至0．3%時，鉆井液動塑比、動切力提升明顯;整體流變性能在老化前后并無太大變化，表明鉆井液體系具有較好的穩定性;加入RHJ－1后較好的提升了鉆井液潤滑性，在高溫(100℃)高壓下，加量為0．3%時，泥餅黏滯系數是0．0524;但潤滑系數低值是0．245，需要進一步提高。本次引入減摩劑JM－1提升潤滑性能，實驗表明JM－1對潤滑性的提高明顯。

此外，本次選取靖邊區塊B井延長組巖屑(井深1902m)開展滾動回收率實驗，實驗條件為100℃，16h，表明增加RHJ－1、DS－301，對鉆井液抑制性提高具有較好的作用，證實了陽離子乳液聚合物良好的抑制性。因此，本次優選出鉆井液體系配方為:膨潤土4%+DS－3010．3%+Na2CO30．2%+JM－1(1．0%)+RHPT－1(0．5%)+RHJ－1(2．0%)+無熒光防塌劑1．5%該鉆井液體系已在延長油田西平15、羅平16、蒲平22等多口井進行現場試驗，證實了該體系具有較好的攜巖能力、潤滑性以及抑制性，能較好的滿足延長油田水平井鉆井施工要求，值得進一步推廣應用。

4結語

(1)通過開展水平井鉆井優化設計，實現了較好的控制井眼軌跡，對鉆井施工能力、機械鉆速以及水平井成功率都有了較好提升。

(2)結合延長油田水平井地質導向存在的技術困難，制定了針對性的技術對策，在多方法下實現優良的水平井地質導向。

(3)室內實驗形成了陽離子乳液聚合物鉆井液體系，其抑制性、潤滑性以及流變性均優于原KPAM鉆井液體系，對泥頁巖水化膨脹有較好的抑制性，鉆井液體系中還加入減摩劑JM－1，較好的解決了鉆井托壓問題。

參考文獻

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作者:盧雄 寇楓 申超 閆華 閆小星 單位:陜西延長石油國際勘探開發工程有限公司