大慶油田致密油藏開發鉆井提速技術淺析

高銳

中國石油大慶油田有限責任公司鉆井工程技術研究院 （黑龍江 大慶 163413）

0 引言

齊家油田金28 區塊位于齊家-古龍凹陷，是松遼盆地最主要的生油凹陷之一。 齊家地區的油氣主要來自齊家-古龍凹陷的青山口組源巖， 具有埋藏深、厚度大、有機質豐度高、生油母質類型好的特點，為油氣的大量生成提供了充足的物質基礎[1]。

本區塊鉆遇嫩江組、姚家組、青山口組（未穿）。嫩江組大段紫紅色、灰黑色泥巖、灰綠色泥巖，泥巖造漿性強，需防塌、防造漿。 姚家組主要含灰色粉砂巖，灰色含鈣粉砂巖，灰色泥質粉砂巖與灰色泥巖呈不等厚互層夾暗紫紅色泥巖、 紫灰色粉砂質泥巖薄層。 青山口組大段灰黑色泥巖，灰色粉砂巖，灰色含鈣粉砂巖、鈣質粉砂巖與灰色、灰黑色泥巖組成不等厚互層。青山口泥巖地層在大慶地區鉆井難度很大，極易失穩造成井塌、井壁剝落、掉塊情況，本區塊鉆井設計長達1 500 m 左右水平段在青山口地層穿行， 對施工技術提出更高要求。 4 口水平井依次施工，逐步摸清了主要地層的失穩機理[2]，并分析出一套有效的鉆進參數[3]，使鉆井得以安全順利施工，并有效提高了鉆速， 為本區塊后續開發提供了有力保障。

1 鉆井參數分析

1.1 4 口水平井施工概況

4 口井鉆遇層位，都穿遇嫩江組、姚家組、青山口組，除金B-平2 井砂巖鉆遇率91.3%，其他3 口砂巖鉆遇率均為100%，開發層位同屬青山口地層。其中金A-平1 垂深2 175.96 m， 開發青山口GⅣ5層；金A-平2 垂深2 133.88 m，開發GⅣ4 層；金A-平1 垂深2 178.4 m，開發GⅣ1 層；金B-平1 井垂深2 215.7 m，開發GⅣ3 層。4 口井開發層位同屬青山口組高四油層組，且砂巖鉆遇率很高，鉆進中地層基本一致，地層對鉆速影響較小。并且4 口井相鄰并由同一井隊完成施工，鉆速具有很強可比性。根據地質情況和已鉆井的經驗，主要進行工程、定向、鉆井液3 個方面優化調整。

1.2 鉆井參數調整

在4 口水平井施工過程中， 根據施工的效果對鉆具組合逐步調整，試驗出最具效率的鉆具組合[4]，具體鉆具組合調整見表1。

1）鉆頭水眼調整。 從金A-平1 到金B-平1，鉆頭水眼逐步調整到最大， 使鉆頭壓降進一步降到最低，造斜段、水平段排量從31 L/s 提升到32～34 L/s，有效提升了環空返速，增強了鉆井液攜帶巖屑能力，對防止巖屑反復破碎和巖屑床起到了積極作用。

表1 4 口水平井鉆具組合調整

2）鉆鋌使用調整。 鉆具結構改變是減掉螺旋鉆鋌的使用。 金A-平1、金A-平2 造斜段起初使用鉆鋌目的是為了增加鉆壓傳遞至鉆頭效果， 實際應用效果表明，在嫩江組、姚家組較軟地層，使用大尺寸鉆鋌等加重鉆具沒有起到改善鉆壓傳遞的效果，反而因鉆具重量增加使鉆具吃入軟地層， 大大增加了鉆進時的摩阻，導致有效鉆壓降低，鉆速過慢。金B-平2、金B-平1 造斜段摒棄鉆鋌使用之后，鉆速得到明顯提升。

3）加重鉆桿的調整。不使用大尺寸加重鉆具，改用加重鉆桿來調節鉆壓傳遞， 找到了使用加重鉆桿比較合理的范圍， 既減少了起下鉆次數使鉆進工序銜接緊密，又明顯提高了鉆速。

4）井下工具的使用。在試驗過液動旋沖工具、隨鉆震擊器、工具面穩定器、旋轉導向儀器之后，發現此類井下工具在該地層提高鉆速與普通鉆具相比效果不明顯，而且準備時間過長，拉長了鉆井周期，更容易出現井下復雜事故。

經過鉆具結構對比， 通過改變鉆頭水眼尺寸和鉆鋌、加重鉆桿位置，優化出最具效率的鉆具組合，達到了減少復雜時率、提高鉆速的目的。

1.3 定向參數調整

本區塊4 口水平井在逐井施工過程中， 定向工程師根據已鉆井施工效果， 掌握了不同層位定向規律，并制定定向鉆具結構，對提高鉆速起到了關鍵作用。 4 口水平井定向數據見表2。

定向鉆進過程結合工程采取了有效措施， 進入定向段每鉆完一個單根充分劃眼， 擾動下井壁累積的鉆屑；每鉆進50~100 m，短起100~200 m 修整井壁； 減少短起下及通井時產生困難而對井壁形成過多的撞擊等對穩定井壁起到了重要作用。

定向對于鉆具的調整關鍵在于雙螺扶和加重鉆桿的應用， 對其細微的調整代表了對不同地層定向增斜或減斜效果掌握的程度。 通過4 口井的逐次定向施工， 摸索出了雙螺扶和加重鉆桿在不同地層下的最優搭配，起到了很好的效果。由表2 看出，金B-平1 在完全沒有使用旋轉導向的情況下， 復合鉆進比例仍達到了78.75%，最大井斜角也控制在最低范圍內， 狗腿度與部分使用旋轉導向的3 口井相比也控制在合理的范圍內。

表2 4 口水平井定向數據

1.4 鉆井液性能調整

本區塊使用高性能水基鉆井液[6]，具有防塌性好、流變性優良、抗溫性較好的特點，通過添加優選的潤滑劑、環保油能夠有效改善泥漿潤滑性，體系中的聚合醇、AP-1、 超細碳酸鈣對致密油層有較好的保護作用。 鉆井液配方性能見表3。

根據地質概況分析及已鉆井經驗， 分井段對鉆井液性能做出不同調整。

表3 鉆井液配方性能

1.4.1 直井段鉆井液性能調整

直井段鉆遇地層為嫩一、姚二、姚三段，巖性主要為灰黑色泥巖、泥質粉砂巖、含鈣泥質粉砂巖等。從已鉆導眼及裸眼段替漿返出井壁剝落掉塊分析，上部地層并不穩定，鉆水泥塞中含有較多鈣離子，使鉆井液骨架結構增強，使鉆井液失水稍大，井壁發生滲透性膨脹[7]而失穩。

1）調整密度：實際施工過程中，前期黏度較低，采取補充純堿、加入高黏PAC 等方式提高鉆井液黏度，保證鉆井液有足夠的懸浮力，后期幾口井直井段密度一直保持在1.40 g/cm3之上，返砂情況正常，井壁情況穩定。

2）調整失水及流變性：室內使用降濾失劑膠液稀釋能夠有效降低失水，在實際維護中采用純堿、降濾失劑配制膠液的方式混入井漿，及時補充包被劑，加大觀測密度，及時調整，避免出現絮凝現象，最終將失水控制在2.0 mL 以下。

1.4.2 造斜段、水平段鉆井液措施改進

造斜段主要為青山口地層，易剝落掉塊、發生井塌、水平段地層為青山口二、三段。 青山口地層失穩可能由于滲透性膨脹， 由于鉆井液泥餅及井壁表層受到抑制無法水化膨脹形成泥餅護壁， 濾液侵入地層就會進一步造成井壁滲透性膨脹， 滲透性膨脹是由于濾液離子含量過高， 侵入地層后巖壁孔道打開膨脹加劇，而使井壁變的酥脆失穩，經過鉆具撞擊及壓力變化就會導致剝落掉塊發生。

1）使用螺桿造斜鉆進后，為增加鉆井液的潤滑防卡性，提前加入2%環保油及潤滑劑，后續鉆進及時補加潤滑材料，增強泥餅的潤滑性，降低摩阻，使鉆壓能更有效地傳遞到鉆頭上。

2）進入造斜段后采用土漿+膠液補充泥漿量，鉆進時再根據情況補充。 膠液中藥品含量達到4%~6%之間，純堿使用量根據鉆井液失水及切力變化大小來確定，逐步緩慢地清除掉井漿中的鈣離子，降低鈣離子帶來的滲透性膨脹等不良影響。

3）鉆進時針對可能會產生井壁剝落及摩阻增大的情況，密度調整至1.45~1.50 g/cm3，并及時觀察振動篩返砂情況，發現有剝落及時調整密度及失水，并控制固相和含砂，及時補充潤滑材料，較小摩阻。

4）鉆進至后期固相含量上漲，中后期離心機基本保持常開狀態，每天開啟6~8 h，能夠保持固相穩定，同時也置換一部分泥漿，保持鉆井液性能穩定。

1.4.3 4 口水平井鉆井液參數

在金A-平1 井施工過程中，直井段多次出現井壁剝落、掉塊現象，在造斜段泥漿經逐步調整清除鈣侵影響后，后續經泥漿護壁作用后保持穩定；進入水平后半段開始出現遇阻刮卡現象， 根據此前技術措施分析，整個水平段在青山口地層穿行，青山口地層易發生滲透性膨脹，使井壁變的酥脆失穩，經過鉆具撞擊及壓力變化就會導致剝落掉塊發生。 后續提高密度至1.45~1.50 g/cm3后井壁可以保持穩定，起下鉆趨于順暢（表4）。

表4 4 口井鉆井液性能統計值

在隨后3 口井施工過程中， 對鉆井液性能做出如下改進。

1）將鉆井液密度調整在1.47～1.50 g/cm3，失水控制在2.0 mL 以下。

2）加入聚合醇、潤滑劑降低鉆井液液面張力，降低青山口地層滲透性膨脹，有效保持了井壁穩定。在鉆井及各次起下鉆過程中基本再無剝落、 掉塊等失穩現象發。

3）黏度調整在60～80 s，動切力保持在12～18 Pa，并具有良好的剪切稀釋性。實踐表明能更加有效地攜帶懸浮巖屑。

4）在造斜、水平定向施工過程中，分段及時搭配使用潤滑劑、環保油提高鉆井液潤滑性能，進一步降低了鉆進時的摩阻。

通過對鉆井液性能和措施優化， 達到了維持井壁穩定，保障快速鉆進的目的。

1.4.4 4 口水平井機械鉆速對比

隨著各井施工推進，鉆速逐漸提高，最后完成的金B-平1 與金A-平1 相比鉆速提高71.1%， 鉆速提高對比見表5。

表5 4 口相鄰井機械鉆速對比

2 結論

在大慶金28 區塊致密油藏開發過程中，經過4口長水平段水平井施工， 分析已鉆井參數提出如下改進措施。

1）通過對鉆頭水眼改變、鉆鋌和加重鉆桿使用調整出最佳鉆具組合。

2）分析定向參數配比出雙螺扶和定向工具最優結構。

3）施工過程中需根據不同層位及施工情況優化鉆井液性能。

以上措施有效地提高了大慶地區致密油藏開發井的鉆井速度，達到了快速優質鉆井的目的，為該區塊后續開發提供了有利條件。