黃36井區油頁巖段水平井快速鉆井技術

高　龍　王登治　翟小龍　石仲元　張寧武　張國虎（.中國石油川慶鉆探長慶鉆井總公司第四工程項目部，陜西定邊　78600 ；.中國石油長慶油田公司長南項目組，陜西定邊　78600；.中國石油川慶鉆探長慶鉆井總公司定向井公司，陜西西安　7008；.中國石油華北油田分公司第四采油廠，河北廊坊　065000）

黃36井區油頁巖段水平井快速鉆井技術

高龍1王登治1翟小龍2石仲元3張寧武1張國虎4
（1.中國石油川慶鉆探長慶鉆井總公司第四工程項目部，陜西定邊718600 ；2.中國石油長慶油田公司長南項目組，陜西定邊718600；3.中國石油川慶鉆探長慶鉆井總公司定向井公司，陜西西安710018；4.中國石油華北油田分公司第四采油廠，河北廊坊065000）

黃36井區長8目的層水平井鉆井施工過程中，針對長7油頁巖段長、井斜大，長4+5地層承壓能力低，鉆井液密度達不到平衡油頁巖坍塌壓力所需要的密度，導致油頁巖易垮塌以及PDC鉆頭滑動困難、造斜段機械鉆速低等問題，從單純通過防漏堵漏提高鉆井液密度轉變為降低排量提高鉆井液密度，同時通過減小油頁巖交變應力、控制油頁巖段井斜來提高坍塌壓力，使用牙輪鉆頭造斜等方法，降低了坍塌幾率，并有效提高了機械鉆速。該水平井快速鉆井技術能有效解決窄密度窗口的問題，提高施工效率，降低鉆井成本。

鉆井；防漏；小排量；環空壓耗；防塌；油頁巖

黃36井區是長慶油田采油三廠水平井規模化開采的重要區塊之一，開發目的層為長8地層。該區塊由于密度窗口窄，地層上漏下塌導致了井下復雜井況頻發。例如，黃平36-19井因井漏和油頁巖垮塌施工2次均未成功；黃平36-21井由于井漏，鉆井液密度達不到平衡地層壓力的要求，導致地層出水，油頁巖垮塌。兩口井均通過承壓堵漏提高地層承壓能力來擴展密度窗口對長7油頁巖進行物理防塌，結果收效甚微，被迫改為三開結構，損失時間1 125 h。通過優化鉆井參數、完善工藝技術，有效解決了這一難題，形成了該區塊水平井安全快速鉆井模式。

1　技術難點

（1）油頁巖易垮塌。長7油頁巖層發育較好，橫向層理構造明顯［1-2］，且油頁巖碳化程度高、可塑性差，屬脆裂巖石，水化程度弱，化學防塌效果差，因此只能通過力學方面來維持其穩定。

（2）長4+5地層承壓能力低且易漏失。長8目的層水平井在提高鉆井液密度過程中，由于長4+5地層微裂縫發育，承壓能力低，所以普遍存在漏失。前期完成的16口井中，漏速大于5 m3/h的有4口井，漏速2～5 m3/h的有9口井，漏速1～2 m3/h的有3口井；其中有5口井因漏失導致鉆井液密度不能達到要求，油頁巖發生坍塌，造成3口井填井側鉆。

（3）油頁巖段長且井斜大。長7油頁巖為開發目的層的上覆層，鉆穿后井斜大（72°～84°），井段長（85～200 m），坍塌壓力相應增大。

（4）PDC鉆頭滑動困難。由于該區塊漏失嚴重，頻繁堵漏導致了鉆井液中堵漏劑含量高；堵漏劑的纖維顆粒造成鉆井液摩阻大，PDC鉆頭滑動黏阻、托壓嚴重，施工效率低。

2　相應技術對策

2.1防漏與堵漏

（1）降低排量。通過降低泵排量，減小環空壓耗，進一步降低了易漏地層承受的壓力，可以有效預防壓差性漏失。例如：某井井眼?212.7 mm，井深2800 m，鉆井液密度1.25g/cm3，塑性黏度22 mPa·s。經理論計算，將排量由34 L/s降到29 L/s，環空返速由1.51 m/s 降到1.33 m/s，能滿足攜砂要求。環空壓耗由1.23 MPa降到0.99 MPa，有效降低了井漏幾率。如黃平34-18井施工中，采用33 L/s排量鉆進至2 820 m時，發生15 m3/h的漏失，在2 500 m注水泥堵漏成功后，鉆水泥塞劃出新井眼，后降低排量至29 L/s鉆至完鉆，未發生井漏。

（2） 鉆井液隨鉆堵漏 。進入漏層前在鉆井液中加入堵漏材料，在壓差作用下，進入漏層封堵近井筒漏失通道，提高地層承壓能力，起到防漏作用［3］。在實際施工過程中，需要計算出循環鉆井液量并將配方藥品一次性加足，然后用停用震動篩的辦法來進行隨鉆堵漏，隨著進尺的增加應及時向井漿中補充隨鉆堵漏劑，保證堵漏效果。

（3） 控時鉆進。漏層打開后，控制機械鉆速，每個單根的純鉆時間不少于30 min，同時加強固相控制，改善鉆井液凈化條件，及時清除鉆井液中有害固相，力求環空鉆屑濃度最低，防止憋漏地層。通過黃平33-15水平段施工情況發現：鉆時越長，出口（環空）鉆井液密度越小，漏失量越小。

2.2優化井眼軌跡，控制油頁巖段井斜

水平井鉆井過程中，井壁穩定性不僅與底層巖石強度特性、井壁圍巖的應力狀態有關，還與原地應力狀態和井眼軌跡等因素具有直接關系［4］。因此，井斜角的選擇對于井壁穩定的控制和鉆井施工具有重要的意義。根據靶點垂深與油頁巖的距離（垂深），將靶點垂深下調，從油層中下部入窗，從而降低油頁巖井斜角，確保最大井斜小于76°，降低油頁巖坍塌壓力。施工中，從油層中下部入窗，油頁巖最大井斜角明顯小于從油層上部入窗時的最大井斜角，同時可以縮短油頁巖井段。

該區塊長8目的層水平井平均油層厚度為10～12 m，前期施工井在進入油層3～4 m入窗，油頁巖最大井斜角超過80°。通過下調靶點垂深，從進入油層8～9 m入窗，油頁巖最大井斜角可控制在75°以內。靶點垂深與油頁巖最大井斜角對應關系見表1。

表1　靶點垂深與油頁巖最大井斜角關系

2.3選擇牙輪鉆頭定向，提高滑動效率

堵漏鉆井液對PDC鉆頭滑動效率的影響較大，采用牙輪鉆頭滑動定向能夠有效彌補其不足。牙輪鉆頭與PDC鉆頭指標對比見表2。由表2可知，牙輪鉆頭造斜段平均機械鉆速比PDC提高了106.05%，具有明顯的技術優勢。

表2　斜井段使用PDC和牙輪指標對比

2.4減小交變應力

2.4.1環空壓耗補償油頁巖打開后，中途起鉆時，計算出環空壓耗，根據環空壓耗計算出所需加重鉆井液的密度，配制一定量的重漿補償環空循環壓耗，防止起下鉆或空井狀態下油頁巖坍塌。

2.4.2避免抽吸形成負壓抽吸作用能降低液柱壓力導致井塌［5］，同時單向壓力封堵劑必須保持在正向壓力下才能正常起封閉作用，如果造成負壓則封閉解除，再次發生漏失。因此，起鉆時嚴格控制速度，減小抽吸作用。

2.4.3落實灌漿制度采用井口灌漿裝置灌漿，禁止接方鉆桿直接灌漿。施工中需要排除鉆具水眼內的空氣，避免空氣循環至環空，造成液柱壓力下降，導致井壁垮塌；同時可以預防氣柱循環至井口體積迅速膨脹形成假性井噴。

2.5減少鉆柱與井壁碰撞

井眼的穩定性與鉆柱的震動有明顯的聯系，鉆柱劇烈震動、撞擊井壁，使井壁處形成裂縫，從而導致鉆井液侵入，引發井壁剝落、垮塌［6］。現場施工中應杜絕在油頁巖井段長時間定點循環；控制油頁巖井段起下鉆速度；油頁巖打開后，轉盤轉速控制在40～50 r/min；盡量減少在油頁巖段滑動鉆進。

3　現場應用效果評價

3.1井漏情況對比

降排量前9口井中，7口井在提高鉆井液密度過程中發生嚴重漏失，漏失量大于3 m3/h，只有2口井在未進行承壓堵漏的情況下，密度能達到平衡油頁巖坍塌壓力的要求。排量由34 L/s降到29 L/s后，所施工的9口井均未出現漏速超過3 m3/h的情況，鉆井液密度均達到平衡油頁巖坍塌壓力所要求的密度。

3.2軌跡優化前后坍塌情況對比

調整入窗靶點垂深，從油層中下部入窗，降低了油頁巖段最大井斜角從而降低了油頁巖坍塌壓力，調整軌跡前有5口井油頁巖段最大井斜大于75°，油頁巖發生坍塌；軌跡優化后油頁巖段最大井斜小于75°，且均未發生坍塌。

3.3技術指標對比

通過對技術方案優化前后的18口井對比得出，優化后平均鉆井周期縮短了5.54 d，平均建井周期縮短6.93 d，平均機械鉆速提高17%，優化后未出現井下復雜情況。

4　結論

（1） 保證環空返速滿足攜砂要求的前提下，降低排量，從而降低了環空壓耗及鉆井液對井壁的沖刷作用，防漏效果明顯。

（2） 從靶區中下部入窗，降低油頁巖段井斜角；利用重漿補償環空壓耗，減小交變應力，能夠有效降低油頁巖坍塌壓力。

（3） 鉆井液中堵漏材料或固相含量較高時，采用牙輪鉆頭造斜，能有效提高滑動效率。

［1］劉加杰，康毅力，王業眾.擴展鉆井液安全密度窗口理論與技術進展［J］.鉆井液與完井液，2007，24（4）：69-73.

［2］白云來，馬龍，吳武軍，等.鄂爾多斯盆地油頁巖的主要地質特征及資源潛力［J］.中國地質，2009，36（5）：1123-1134.

［3］馬光長.井漏綜合分類及其堵漏方法的選擇［J］.鉆采工藝，1993，16（4）：15-20.

［4］折海成，劉海峰.井壁穩定性分析在靖邊氣田水平井鉆井設計中的應用［J］.榆林學院學報，2014，24（2）：1-4.

［5］姚新珠，時天鐘，于興東，等.泥頁巖井壁失穩原因及對策分析［J］.鉆井液與完井液，2001，18（3）：38-41.

［6］徐加放，邱正松，李云貴，等.井壁穩定新觀點——能量守恒［J］.鉆井液與完井液，2007，24（5）：12-14.

〔編輯李春燕〕

河南油田春83井喜獲高產工業油流

2015年7月17日，從河南油田春光探區傳來喜訊，春83井喜獲高產工業油流，最高日產油26.3 t。春83井位于春光探區西北部，目的層為沙一段1砂組。該井2015年7月1日完鉆，完鉆井深1 155 m。完鉆后在沙灣組見油斑顯示1層3 m，測井解釋油層1層3.7m。由于該油層顯示較好，電性特征為典型油層特征，對該井直接進行投產。7月9日對春83井沙灣組油層1 107.1～1 110.8 m投產，防砂施工后7月12日開抽，至7月16日最高日產油26.3 t，日均產油19.3 t,累計產油96.7 t，累計產水14.7 t。7月16日產油26.3 t，產水0.3 t，含水1%。

今年以來，河南油田科研人員以尋找優質儲量為主要研究目的，深入開展細致研究。春83井獲高產工業油流，打開了沙灣組1砂的勘探局面，擴大了沙灣組儲量規模，同時也增強了勘探人員在春光探區繼續尋找優質儲量的信心。

（供稿石藝）

Fast drilling technology for horizontal wells in oil shale segment of Huang 36 Well Area

GAO Long1, WANG Dengzhi1, ZHAI Xiaolong2, SHI Zhongyuan3, ZHANG Ningwu1, ZHANG Guohu4
（1. No.4 Engineering Project Department of Changqing Drilling Engineering Corporation, Chuanqing Drilling Engineering Co. Ltd., CNPC, Dingbian 718600, China; 2. Changnan Project Groups of Changqing Oilfield Company, CNPC, Dingbian 718600, China; 3. Directional Well Company of Changqing Drilling Engineering Corporation, Chuanqing Drilling Engineering Co. Ltd., CNPC, Xi’an 710018, China; 4. No.4 Oil Production Plant of Huabei Oilfield Company, CNPC, Langfang 065000, China）

In regard of the problems of easy collapse of oil shale, difficulty in sliding of PDC drill, and low rate of penetration in deflecting segment, due to long length and steep well deflection of Chang 7 oil shale segment, low load bearing capacity of Chang 4+5 stratum, and failure of drilling fluid density to meet the required density for balancing collapse pressure of oil shale during drilling for horizontal wells of Chang 8 target stratum of Huang 36 Well Area, density is raised by lowering displacement from pure plugging and leakage prevention, and collapse pressure of oil shale segment is improved by lowering alternating stress of oil shale and controlling well deflection of oil shale segment. In addition, the method of deflecting by roller bit is adopted to lower collapse probability and effectively improve rate of penetration. The method effectively solves the problem of narrow-density windows, facilitates guaranteeing drilling safety, improves construction efficiency and lowers drilling cost.

drilling; leakage prevention; small displacement; annular pressure consumption; collapse prevention; oil shale

TE243

B

1000 – 7393（ 2015 ） 04 – 0020 – 03

10.13639/j.odpt.2015.04.006

高龍，1983年生。2005年畢業于西安石油大學測控技術與儀器專業，現主要從事鉆井技術的研究工作，工程師。電話：18893401345。E-mail：zjsdxjgaol@cnpc.com.cn。

（修改稿2015-06-19）

引用格式：高龍，王登治，翟小龍，等. 黃36井區油頁巖段水平井快速鉆井技術［J］.石油鉆采工藝，2015，37（4）：20-22.