吉木薩爾地區致密油藏水平井優快鉆井技術

黃 鴻李俞靜陳松平

（1.新疆油田公司勘探公司，新疆克拉瑪依 834000；2.西部鉆探井下作業公司，新疆克拉瑪依 834000）

吉木薩爾地區致密油藏水平井優快鉆井技術

黃 鴻1李俞靜2陳松平1

（1.新疆油田公司勘探公司，新疆克拉瑪依 834000；2.西部鉆探井下作業公司，新疆克拉瑪依 834000）

吉木薩爾地區油層屬于低滲、超低滲油氣藏，針對該地區油藏的地質特征和鉆井特點，在鉆井方案中融入“最優化儲層改造”思路，優化水平井井眼軌道設計；通過對井震資料、鄰井及導眼井的巖性、含油性對比分析，動態跟蹤水平段井眼軌跡控制，確保油層鉆遇率；優選鉆頭及輔助提速工具，建立了區塊鉆頭序列和配套提速技術，實現了全井快速鉆進；通過測井資料進行水平井井眼穩定性分析，優選鉆井液體系和優化鉆井液性能，實現了?152.4 mm小井眼長水平段的安全鉆進，最終形成了一套有特色的吉木薩爾凹陷致密油藏的水平井優快鉆井技術，為十億噸級的昌吉油田開發提供了堅實的技術保障。

吉木薩爾；致密油藏；井眼軌跡；油層鉆遇率；PDC鉆頭；集成提速

新疆吉木薩爾凹陷東斜坡區擁有豐富致密油藏資源，2012年前主要以直井開采為主，但在勘探開發過程中發現，靠簡單直井難以提高油藏動用程度，因此2012年制定了“研究與工藝并重，注重整體，以規模儲量為目標，以直井控面，水平井增產為部署”原則，主攻吉木薩爾凹陷，落實儲量規模。在致密油藏氣藏勘探中，采用水平井加體積壓裂新技術，有效提高了油藏動用程度及采收率［1-5］。

吉木薩爾凹陷位于準噶爾盆地東部隆起，面積1 278 km2，地層發育較全，生儲蓋組合好，2011年前主要作為烴源層，無專層探井，但多井見良好油氣顯示。2011年通過老井復查，初步認識到蘆草溝組烴源儲一體、油層大面積連續展布的致密油藏特征。2012年通過實際鉆探證實，蘆草溝組烴源條件極佳，發育上、下2套甜點體，且分布穩定，匹配關系好。吉木薩爾凹陷蘆草溝組致密油藏二疊系埋藏深度3 000～4 500 m，三疊系、二疊系地層可鉆性較差，鉆速慢，工期長，燒房溝組、韭菜園組及梧桐溝組地層易垮塌，且該區塊未鉆過小井眼水平井。針對吉木薩爾地區地質特點和蘆草溝組儲層特征，結合直井鉆探情況和鉆井難點，2012年開展了水平井鉆井技術的攻關，取得了較好的效果。

1 致密油藏水平井鉆井技術

1.1 水平井優化鉆井技術

1.1.1 井眼軌道設計 通過對上、下甜點地質體進行巖石力學和應力場分析，根據上、下甜點地質體的最大最小主應力、彈性模量、泊松比、單軸抗壓強度等參數，模擬水平井壓裂裂縫的縫寬、縫長等形態以及最佳鋪砂方式，以“最優化儲層改造”為前提，優化水平井井眼軌道設計。具體操作為：根據橢圓井眼短軸方向、XRMI井眼圖像、誘導縫走向等判斷出二疊系地層最小水平主應力方向，為了保證井眼穩定及壓裂產生網狀裂縫，優選井眼方位與最小主應力保持一定的夾角（圖1），此外通過模擬水平井壓裂裂縫延展及鋪砂最佳方式優化水平井井眼軌道設計。鉆井工程方案中引入“最優化儲層改造”理念，進行反向設計，正向施工，最終優化水平井地質目標，為試油及大型多級壓裂提供科學的井眼軌道設計［6-9］。

圖1 優化水平井方位

1.1.2 井身剖面設計 通過對吉木薩爾凹陷地質特征認識，該區塊探井水平井設計采用了“雙增剖面”水平井，其主要特征是在2個增斜段之間設置了一個可供調節的“切線段”，通過優化設計“切線段”的井斜角和長度來滿足地質要求，彌補油氣儲層幾何產狀及其厚度的影響，實現井眼軌跡準確中靶。針對前期造斜段井眼軌跡偏長這一現象，通過對井眼穩定性、鉆具摩阻及管柱與井眼相容性分析與評價，設計采用中～長半徑水平井，縮短靶前距離，井眼曲率由5～6 （°）/30 m提高到8～10 （°）/30 m ，縮短造斜段長度100多m，實現了安全快速鉆井的目的，降低了鉆井成本。

1.1.3 鉆具結構優化 針對水平段?152.4 mm小井眼鉆具組合，一般采用?88.9 mm斜坡、加重鉆桿與?127 mm斜坡鉆桿復合鉆具組合，在鉆進過程中面臨排量小、泵壓高、鉆具易發生二次彎曲及鉆壓不能有效傳遞至鉆頭等現象，通過進行鉆具力學分析，優化使用?101.6 mm非標斜坡、加重鉆桿與?127 mm斜坡鉆桿鉆具組合，增強了鉆具的剛度，實現了鉆壓的有效傳遞和降低了高泵壓作業風險，大幅度地提高了平均機械鉆速。通過鄰井對比，在相同的地層、鉆頭、工具及鉆井液性能條件下，使用非標?101.6 mm鉆桿后，水平段平均機械鉆速達到11.72 m/h，比鄰井提高了329%。

1.1.4 動態跟蹤水平井軌跡，確保油層鉆遇率 在水平井施工過程中，除了準確預測下部鉆具組合的造斜能力外，充分利用旋轉導向工具的自身特點，根據旋轉導向工具在鉆井過程中抗地層漂移的能力，初步判斷地層走向趨勢，最重要的是根據導眼井油氣顯示及電測資料，精密跟蹤、動態調整井眼軌道，在油層鉆井過程中，時時監測地層標志層，保證井眼軌跡在標志層高GR下部穿行，通過措施的有效落實，實現了鉆井、地質工程一體化，大幅度提高了油層鉆遇率及甜點鉆遇率，吉172-H、吉251-H、吉32-H 等3口水平井甜點體鉆遇率100%，平均油層鉆遇率91.8%。

1.2 水平井快速鉆井技術

1.2.1 因地制宜優選PDC鉆頭 通過對吉木薩爾凹陷區塊地層進行巖石力學特性分析可知：（1）三疊系以上地層，西山窯組到克拉瑪依組之間主要以泥巖為主，具有一定沖擊性，可鉆性較好；（2）三疊系地層，克拉瑪依組主要為泥巖和中砂巖互層，研磨性強，具有一定沖擊性，巖石可鉆性一般；燒房溝、韭菜園組以泥巖為主，具有一定的塑性，可鉆性較差；（3）二疊系地層，梧桐溝組以灰色泥巖為主，可鉆性差；蘆草溝組主要為泥巖，夾砂巖，巖性致密，強度較大，可鉆性差。

在克拉瑪依組及以上地層，采用四刀翼、攻擊力強的PDC鉆頭，增加PDC鉆頭進尺占有率，減少起下鉆；在燒房溝、韭菜園及梧桐溝組采用高抗研磨、熱穩定齒的PDC鉆頭，配合使用扭力沖擊器及水力脈沖接頭特殊工具，有效切削地層，從而提高機械鉆速；蘆草溝采用專為泥巖設計的高攻擊性PDC鉆頭，水平段采用雙排齒設計的PDC鉆頭，以提高機械鉆速并且延長鉆頭進尺，最終形成了全井鉆頭序列及配套提速技術。

與2011年前完成井相比，三疊系燒房溝以上地層平均深度增加221 m的情況下，PDC進尺占有率提高32.4%，機械鉆速提高15.26%；燒房溝至梧桐溝地層應用PDC+特殊提速工具配套技術，機械鉆速提高75%～90%；二疊系蘆草溝組在平均深度增加1 077 m的情況下，PDC鉆頭機械鉆速比牙輪鉆頭提高99.27%。水平井水平段僅用2只PDC鉆頭完成進尺，見表1。

表1 水平井PDC鉆頭技術指標

1.2.2 鉆井液技術 根據直井測井資料進行水平井眼穩定性分析，模擬分析在一定的方位條件下，隨著井斜的增加，蘆草溝組地層的坍塌壓力變化情況。通過對比分析，在井眼方位為237.01°時，隨著井斜增加，坍塌壓力逐漸降低，從而為鉆井液選型及鉆井液密度提供理論依據。在水平井施工過程中，由于造斜段及水平段均較長，鉆具與井壁接觸面積大，容易引起鉆進過程的鉆頭托壓以及黏附卡鉆。通過優選鉀鈣基混油鉆井液體系，造斜段及水平段根據井下情況加入8%～12%的白油，復配其他潤滑劑，改善濾餅潤滑性及濾餅質量，提高防塌護壁能力，從而降低了井眼摩阻及緩解二疊系梧桐溝組垮塌問題。此外，優化鉆井液流變參數，提高其攜帶懸浮能力，動塑比控制在0.4～0.5、初切4～5 Pa，終切達到初切的2～3倍，有效解決了小井眼的凈化問題，保障了提下鉆通暢、電測及管柱下入順利。

2 現場應用

通過應用優快鉆井技術，吉木薩爾區塊井深3 900 m左右直井鉆井周期由原來的115 d降至85 d左右，同類型水平井從造斜點到完井平均鉆井周期由112.5 d縮短至61.2 d。

通過長水平段+多級壓裂體積改造技術，致密油藏蘆草溝組獲得中高產。目前已在吉172-H、吉251-H、吉32-H及吉36-H井中成功應用，其中吉172-H井壓裂后 2個多月連續穩產60 m3，吉251-H最高日產50.67 m3，吉32-H最高日產28.44 m3，目前正在退液試產。

3 結論

（1）針對“甜點體”分布，結合目的層地應力方向、井眼穩定、壓裂起縫方位等因素，引入“最優化儲層改造”理念，反向設計，正向施工，優化井眼軌跡，為試油及體積壓裂提供優質的井眼條件。

（2）通過吉木薩爾地區致密油藏水平井優快鉆井技術研究與應用，獲得了高產油流，增加石油預測儲量10億噸。

（3）形成了一套有針對性的吉木薩爾致密油藏水平井優快鉆井技術，在推廣應用過程中，取得了較好的效果。

（4）建議下步攻關吉木薩爾致密油藏水平井鉆井“工廠化”作業，持續完善吉木薩爾致密油藏水平井優快鉆井技術。

［1］鄒才能，朱如凱，吳松濤，等.常規與非常規油氣聚集類型、特征、機理及展望——以中國致密油藏和致密氣為例［J］.石油學報，2012，33（2）：173-187.

［2］鄒才能，張光亞，陶士振，等.全球油氣勘探領域地質特征、重大發現及非常規試油地質［J］.石油勘探與開發，2010，37（2）：129-145.

［3］韓志勇.定向鉆井設計與計算［M］.山東東營：中國石油大學出版社，2007.

［4］高德利，許樹謙，李相方，等.復雜地質條件下深井超深井鉆井技術［M］.北京：石油工業出版社，2004.

［5］李士倫，孫雷，杜建芬，等.低滲透致密氣藏、凝析氣藏開發難點與對策［J］.新疆石油地質，2004，25（2）：156-159.

［6］陳庭根，管志川，劉希圣，等.鉆井工程理論與技術 ［M］ .山東東營：中國石油大學出版社，2000.

［7］王金琪.中國大型致密砂巖含氣區展望［J］.天然氣工業，2000，20（1）：10-15.

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［9］高德利.鉆柱力學若干基本問題研究［J］.石油大學學報，1995，19（1）：24-35.

（修改稿收到日期 2014-04-18）

〔編輯 薛改珍〕

Optimal and fast drilling technology for horizontal wells to competent oil reservoirs
in Jimusar District

HUANG Hong1,LI Yujing2,CHEN Songping1
（1.Exploration Company of Xinjiang Oilfield,Karamay 834000,China;2.Downhole Service Company of the West Drilling Corporation,Karamay 834000,China）

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 formed,which provides a solid technical guarantee for the development of the 1 billion ton in Changji Oilfield.

Jimusar;competent oil reservoir;well trajectory;oil reservoir encountering rate;PDC bit;integrated accelerating

黃鴻，李俞靜，陳松平.吉木薩爾地區致密油藏水平井優快鉆井技術［J］.石油鉆采工藝，2014，36（4）：10-12.

TE243

：A

1000–7393（2014）04–0010–03

10.13639/j.odpt.2014.04.003

黃鴻，1980年生。2005年畢業于西南石油學院石油工程專業，現主要從事鉆井技術研究及管理工作。電話：13579522478。E-mail：huangh11@petrochina.com.cn。