樊家地區致密砂巖油氣藏鉆井關鍵技術

葛 磊

（勝利石油管理局黃河鉆井總公司，山東東營 257064）

樊家地區致密砂巖油氣藏鉆井關鍵技術

葛 磊

（勝利石油管理局黃河鉆井總公司，山東東營 257064）

樊家地區致密砂巖油氣藏開發是勝利油田的開發重點。針對該地區井身結構復雜、致密砂巖特點和施工技術難點，在總結前期樊154-平1井等6口井從一開、定向段、穩斜段到完井的施工經驗的基礎上，優化了井身結構、鉆頭選型、鉆具組合、鉆井液技術，配套形成了樊家地區致密砂巖非常規井優快鉆井技術和安全鉆井液技術，并在樊家地區樊154-6HF井等4口非常規井中進行了應用，機械鉆速較前期施工的井提高10%以上，鉆井周期縮短了10%以上，為后續非常規井的開發提供了經驗。

樊家地區；致密砂巖；優快鉆井技術

近年來，隨著常規油氣資源接替儲量的日益減少和開發難度的不斷增大，以致密砂巖油氣藏為主的致密砂巖油氣藏勘探開發已經引起人們的高度重視。勝利油田在樊家地區部署了近10口致密砂巖開發井，樊家地區致密砂巖油氣藏的開發已成為勝利油田重點開發增儲區塊。該區塊非常規井開發存在鉆速慢、完井難度大、井眼小、井身結構復雜等特點。為確保該區塊同類型井順利施工，縮短鉆井周期，降低鉆井成本，分析前期完成的6口樊家地區非常規水平井，在鉆頭選型，鉆具組合、鉆進方式選擇、井眼軌跡控制、鉆井液配置等方面進行對比優化，保證了后期施工的非常規井順利施工，鉆井周期均比設計周期縮短10%。通過幾口井的施工，驗證了樊家地區致密砂巖油氣藏鉆井關鍵技術的可行性，進一步完善了該區塊鉆井技術，也為同類型非常規井施工提供了借鑒經驗。

1 概況

1.1 地質構造

東營凹陷樊家地區油氣聚集區位于下第三系沙三段。沙三段的儲集層屬三角洲前緣砂體和三角洲前緣濁積砂體，砂體物源來自魯西隆起區和青城凸起2個物源區。沙三段砂體的油氣分布主要受巖性橫向變化、斷層遮擋以及輝綠巖體刺穿接觸遮擋的控制。該段主要以暗色泥巖為主，為灰、深灰色泥巖夾砂巖、油頁巖及炭質泥巖等。該區塊總體上為南高北低的單斜，地層傾角5～8°，主要發育一系列近東西向斷層［1］。樊家地區地理位置位于大蘆湖油田，構造位置位于濟陽坳陷東營凹陷博興凹陷中部樊154斷塊。

1.2 井身結構

樊家地區部署的非常規井均為小井眼長水平段水平井，垂深為2 680～2 780 m，位于S3中二組，井深為3 800～5 000 m，均為三開井身結構。一開采用?444.5 mm鉆頭，下?339.7 mm套管封住上部疏松易垮塌地層，一般下深300 m左右；二開采用?241.3 mm鉆頭，下?177.8 mm套管，下深一般在進入水平段后；三開采用?152.4 mm鉆頭，下?144.3 mm套管，或裸眼完鉆后下入完井壓裂管柱。

2 技術難點

（1）斜井段定向施工時裸眼段長，定向施工周期較長，館陶組及以上地層經長時間浸泡容易掉塊坍塌［2］。

（2）三開井眼（?152.4 mm）小，在水平段鉆進，排量受到限制，攜巖困難。

（3）水平段長，常規導向鉆具滑動鉆井鉆壓傳遞十分困難，井眼軌跡控制難度高，后期滑動鉆井控制軌跡占用時間長，效率低，效果差［3］。

（4）水平段巖性較為致密，研磨性較高，機械鉆速較慢，鉆頭選型受到限制。

（5）鉆進過程中受到鄰井壓裂工況影響，造成鉆井溢流，導致鉆井液受到污染，施工難度增加。

（6）設計完井管串中下入多個封隔器，對井眼質量要求較高。井眼軌跡控制難度加大，而且完井篩管串的下入難度較大。

（7）長水平段鉆進周期長，要求鉆井液技術在保障井下有效攜巖［4］、潤滑的基本前提下，還需要具有較低的失水和良好的護壁性，以保證封隔器有效坐封，井徑擴大率要求較高，要求小于5%，施工難度較大。

3 技術措施

大蘆湖地區作為勝利油田大規模開發的非常規地區，在樊家地區共部署同類型井10口，在前期完成6口井的基礎上，通過總結分析施工過程中遇到的問題，不斷地總結經驗教訓，形成了適合該區塊的優快鉆井技術。

3.1 一開井段

一開均采用?444.5 mm鉆頭，套管直徑339.7 mm，其他數據見表1。

表1 樊家地區一開鉆井情況統計

從表1可見，樊154-平3井機械鉆速最高，采用的是SKG124銑齒牙輪鉆頭，鉆壓120 kN，轉速120 r/ min。地層巖性為灰黃色、棕黃色黏土，夾粉細砂巖；可鉆性較強。鉆井液采用清水鉆進，保證排量，以井口不跑鉆井液為準，保證一開井徑擴大率，確保表層套管下入順利。一開鉆井用時相差不大。

3.2 二開直井段

當造斜點超過2 100 m時，使用PDC鉆頭效果較好，僅使用1只高效PDC鉆頭，如果采用牙輪鉆頭，至少消耗2只。當造斜點低于2 100 m時，鋼齒牙輪鉆頭與PDC效果相差不大。建議該地區二開直井段當造斜點低于2 100 m時，采用剛齒牙輪鉆頭；造斜點超過2 100 m時，采用高效4刀翼PDC鉆頭。二開直井段為保證機械鉆速，應嚴格控制造漿，保證鉆井液低密度、低固相、低黏切、高濾失量。

該段地層主要以棕黃、棕紅色夾淺灰、棕黃色粉砂巖、棕紅色、灰綠色泥巖、灰綠色粉質泥巖、灰白色礫狀砂巖、中礫巖、細礫巖以及砂巖為主。經過二開直井段各井對比分析（見表2），優選鉆井院P4362MC（4F）鉆頭，該鉆頭在非常規直井段表現突出，1只鉆頭能夠鉆進到定向點［5］。鉆具組合采用防斜打直鉆具結構（18 m單扶），建議鉆壓40～60 kN，轉速100～120 r/min。樊154-平4井二開后泵壓15～18 MPa，高泵壓提高了鉆頭水功率和破巖效果，機械鉆速38.25m/ h，是樊154-平1井3.5倍。建議優化鉆頭水眼，提 高鉆井排量，確保泵壓大于16 MPa。

表2 二開直井段鉆頭使用情況統計

3.3 二開造斜段

二開造斜段，當造斜點超過2 100 m時，使用PDC鉆頭的效果較好，樊154-平4、樊154-平5、樊154-平7僅消耗1只5刀翼PDC鉆頭就完成定向段（見表3）。因此，建議二開造斜段使用鉆井院5刀翼PDC鉆頭。

表3 二開造斜段鉆頭使用情況統計

樊154-平4井鉆井液密度較低，機械鉆速較高。因此，二開造斜段建議鉆井液密度定位于設計密度中下線，這樣有利于提高機械鉆速。

樊154-平1、樊154-平3、樊154-平7等3口井定向段采用的是未加修壁器的鉆具機構，其鉆井速度較慢，復雜情況較多；樊154-平2、樊154-平 4、樊154-平5等井鉆具結構中增加了2個修壁器，其鉆井效果較好，機械鉆速較快，復雜情況較少。因此，建議在非常規定向段鉆具結構中添加修壁器以保證井眼狀況。確保鉆井安全。

具體鉆具組合為：鉆頭+動力鉆具+轉換接頭+ 回壓閥+無磁承壓鉆桿+懸掛短節+轉換接頭+鉆桿+加重鉆桿×15根+螺旋擴大器+直條擴大器+鉆桿。

對比了6口完鉆井造斜段滑動、復合鉆進所占比例。由表4可看出，復合鉆所占比列較大的井的二開鉆井周期較短，其中樊154-平4井二開定向段復合鉆占56%，二開鉆井周期遠低于其他井。因此，建議進入定向段增加復合鉆進時間。

軌跡控制方式一：每個單根復合鉆進與滑動鉆進相結合，有利于軌跡的圓滑度，但增加了擺放工具面的次數，增加了輔助時間（每次20～30 min，甚至更長時間）。

表4 二開造斜段滑動、復合鉆進時間所占比例統計

軌跡控制方式二：整根滑動，整根復合，軌跡圓滑度稍差一些，但有利于提速。

措施：在滿足完井壓裂管柱順利下入的前提下，適當降低斜井段軌跡圓滑度的要求有利于提速。

3.4 三開水平段

如表5所示，三開水平段鉆井，樊154-平4井僅使用1只鉆井院P5326MJH鉆頭，完成水平段1 110 m，機械鉆速達到9.01 m/h。

表5 三開水平段鉆頭使用情況統計

三開水平段較深，為減少起下鉆次數，建議采用PDC鉆頭。在前期施工的6口井中，與鉆井院鉆頭廠合作，根據地層巖性研制應用了P5235MJH鉆頭，取得了較好的效果。

在鉆具組合方面，針對致密砂巖地層?152.4 mm井眼狀況，對第1扶正器直徑150 mm、148 mm和第2扶正器直徑149 mm、148 mm、146 mm組合的6種情況下的井斜趨勢角進行了模擬計算，結果表明，第1扶正器直徑148 mm、第2扶正器直徑148 mm，鉆壓在80～140 kN時，井斜趨勢角穩斜效果最好（表6）。

表6 ?148 mm+?148 mm扶正器組合模擬井斜角趨勢計算結果 （°）

模擬后得出結論：第1扶正器直徑為148 mm、第2扶正器直徑為148 mm，鉆壓80～140 kN，井斜趨勢角穩斜效果最好。

建議在非常規井水平段，采用常規穩斜鉆具進行鉆進；增加轉盤鉆時間，提高機械鉆速；水平段長1 200 m以內采用螺桿導向鉆具組合；水平段1 200 m以上時，導向鉆具滑動效率極低，可采取常規鉆具組合，達到提速目的。

3.5 鉆井液技術

針對樊154區塊地層特點，優選出強抑制鉆井液體系，利用其強抑制、高效潤滑的特點來保證正常鉆進，解決穩定井眼和水平段順利延伸的難題。配方中引入有機胺抑制劑、有機鹽抑制劑、水基高效潤滑劑，配合使用屏蔽暫堵技術，使體系具有優良的抑制性、潤滑性、承壓能力、防塌能力［6］。

根據實驗研究，確定了強抑制鉆井液體系的配方：5%膨潤土漿+0.15%PAM+0.3%水解聚丙烯晴銨鹽+0.5%～1%SDJA-1+0.3%～0.5%LV-CMC+2%～3% SMP+3%納米乳液+15%有機鹽+15%高效潤滑劑BH-1+3%超細碳酸鈣+1%DSP-2+1%抗鹽防塌降濾失劑+0.1%乳化劑。

通過在樊154區塊的試驗應用，采用優選的強抑制鉆井液體系，水平段性能穩定，施工順利。潤滑系數≤0.1，頁巖回收率≥90%；在現場試驗中應用效果較好，施工順利。

4 現場應用

上述優快鉆井技術，在后期施工的4口井（樊154-6HF、樊154-8HF、樊154-9HF、樊154-10HF）中應用取得了較好的效果，機械鉆速、鉆井周期較前期施工井都有所增加。

4.1 一開

一開4口井均采用?444.5 mm SKG124三牙輪鉆頭鉆至300 m左右，鉆井液采用清水鉆井液，鉆井效果見表7。

表7 一開應用效果統計

4.2 二開直井段

二開直井段，4口井均用1只鉆頭鉆至造斜點，其中樊154-8HF造斜點小于2 100 m，采用?241.3 mm HAT127鉆頭，樊154-6HF、樊154-9HF、樊154-10HF采用鉆井院P4362MC（4F）鉆頭鉆至造斜點。鉆具組合采用防斜打直鉆具結構（18 m單扶）。泵壓均達到了16 MPa以上，其中樊154-9HF泵壓達到了19 MPa。鉆井液在進入館陶組之前采用清水鉆進，館陶組后半段進行造漿，二開直井段完成后形成理想鉆井液體系。具體應用情況見表8。

表8 二開直井段應用效果統計

4.3 二開造斜段

二開造斜段鉆頭選型采用鉆井院的PDC鉆頭，二開造斜段均在700 m以上，4口井均用2只鉆頭完成了定向段，機械鉆速較前6口井均有所提高。具體情況見表9。

表9 二開造斜段應用情況統計

二開造斜段鉆具組合中均在上部加入修壁器，對上部井眼起到了破除鍵槽修整井壁的作用，為二開順利完鉆奠定了基礎。

在鉆進過程中采用復合鉆進與滑動鉆進相結合的方式，保證復合鉆進的時間在45%以上。具體情況見表10。

表10 二開造斜井段不同鉆進方式所占時間比例

4.4 三開水平段

三開水平段鉆頭選型采用鉆井院的PDC鉆頭，4口井水平段均在1 000 m以上，其中3口井用2只PDC鉆頭完成了水平段進尺，另一口井也只用了3只鉆頭。鉆具組合采用高效的螺桿鉆具上加扶正器的鉆具組合，在復合鉆進的情況下有效地保證了井身軌跡的控制。鉆頭使用情況見表11。

4.5 完井

為保證壓裂管柱的順利下入，采用模擬壓裂管柱的鉆具結構進行通井，并保證通井2次以上，在無顯示的情況下再進行壓裂管柱下入作業。

通過4口井的施工，均達到了提速提效效果，具體實施效果見表12。可以看出，實際鉆井周期樊154-6HF較設計縮短20.4%、樊154-8HF較設計周期縮短8.72%、樊154-9HF較設計周期縮短17.45%、樊154-10HF較設計周期縮短27.02%。4口井平均機械鉆速9.39 m/h，較之前6口井平均機械鉆速提高2.4 m/h。

表11 三開水平段應用效果統計

表12 應用效果統計

5 結論與建議

（1）樊家地區致密砂巖油氣藏是油田非常規前期開發的主力油氣藏，通過對樊家地區致密砂巖油氣藏優快鉆井技術總結，為其他區域非常規井的鉆井提供了寶貴的借鑒經驗。

（2）樊家地區致密砂巖非常規井水平段較長，施工難度較大，施工周期較長。通過總結技術經驗，順利完成了后續同區塊井，并將機械鉆速逐步提高，鉆井周期逐步縮短。

（3）三開水平段采用5刀翼PDC，有助于提高機械鉆速，縮短建井周期

（4）根據定向點的井深選擇合適的鉆頭，有助于減少起下鉆次數。

（5）水平段盡量采用常規鉆具組合進行穩斜段作業。

（6）選用強封堵鋁胺高性能鉆井液體系，增加了封堵能力，提高了井壁穩定性。

［1］胡文瑞，翟光明，李景明.中國非常規油氣的潛力和發展［J］.中國工程科學，2010，12（5）：25-29.

［2］陳世春，叢長江，秦嶺，等.山前高陡構造復雜井東秋6井鉆井實踐［J］.石油鉆采工藝，2010，32（4）：5-7.

［3］錢峰，楊立軍.吐哈盆地北部山前帶深層致密氣藏水平井鉆井技術［J］.石油鉆采工藝，2013，35（1）：19-22.

［4］謝潤成，韓振林，周文，等.深層致密砂巖氣藏高異常破裂壓力影響因素分析［J］.石油鉆采工藝，2009，31（5）：60-64.

［5］王興武，趙國順，孫雪，等.巴楚探區深井鉆井難點分析與技術對策［J］.石油鉆采工藝，2011，33（3）：1-4.

［6］周曉宇，趙景原，熊開俊.氨基聚醇鉆井液體系在八喀地區的現場試驗［J］.石油鉆采工藝，2011，33（6）：33-36.

（修改稿收到日期 2014-03-31）

〔編輯 薛改珍〕

Key technology on drilling oil and gas reservoirs of tight sandstone in Fanjia area

GE Lei
（The Huanghe River Drilling Corportion of Shengli Petroleum Administration,Dongying 257064,China）

Development of tight sandstone gas reservoir in Fanjia area in 2012 is the development emphasis of Shengli oilfield.In view of the complexity of the wellbore configurations,the characteristics of tight sandstone and difficulties in drilling operations this area,this paper summarizes the drilling experience from the first spud,directional section,buildup section to well completion of six wells including Fan 154-Ping-1,ect.;optimizes the wellbore configurations,bit selection,BHA,and drilling fluid technology;forms the fast drilling technology and safe drilling fluid technology for Fanjia area sandstone unconventional well,which applies to 4 unconventional wells (e.g.Fan 154-6HF),and achieves good results.The ROP is increased by more than 10% compared to previously completed wells,and drilling cycle is shortened by more than 10%,which providing valuable experience for the subsequent development of unconventional wells.

Fanjia area;tight sandstone;optimal and fast drilling technology

葛磊.樊家地區致密砂巖油氣藏鉆井關鍵技術［J］.石油鉆采工藝，2014，36（3）：27-32.

TE22

：A

1000 - 7393（2014） 03 - 0027 - 06

10.13639/j.odpt.2014.03.007

葛磊，1981年生。2004年畢業于中國石油大學石油工程專業，現主要從事鉆井工程現場技術研究工作。電話：0546-8727719。E-mail:glhuanying@163.com。