松遼盆地北部致密油井眼軌跡控制技術

宋利軍

（大慶鉆探工程公司鉆井三公司，黑龍江大慶163114）

在松遼盆地北部發育的致密油儲層平面分布不穩定，物性普遍較差，孔隙度和滲透率都很低，井眼軌跡控制存在著以下幾方面的難點：①井眼軌跡控制難度大。由于致密油儲層埋深變化大、儲層厚薄不均、標志層少、著陸難度大，為提高油層鉆遇率，下部造斜段調整過大，導致局部狗腿度過高，后期摩阻也偏大，所以會使水平段井眼軌跡調整頻繁，控制難度極大；②井壁穩定難度大，井壁易垮塌。致密油儲層上部的青山口組地層粘度礦物含量高，遇水極易水化分散，導致井壁剝落、掉塊，甚至是坍塌，井壁失穩風險較大；③由于水平段長，水平段控制點多導致井眼軌跡復雜，后期常在造斜段至直井段發生鉆具螺旋屈曲，這樣會增加直井段側應力，導致上部鉆具傳遞下來的力分散，多作用在井壁上，無法有效傳遞鉆壓，發生鉆具自鎖現象，最終導致水平段延伸鉆進困難。

1 鉆井剖面優化

為減小致密油長水平段水平井鉆井過程中的摩阻和扭矩，首先從井身結構優化和井眼軌道設計入手，設計出摩阻和扭矩都較小的井眼軌道，以降低井眼軌跡控制難度，提高軌跡光滑度。

1.1 井身結構優化

綜合考慮地層因素、降低摩阻和扭矩以及后期大型體積壓裂的安全，經過三個階段的不斷優化，形成以下井身結構優化措施：

（1）生產及注水區減少技套下深到直井段，由于黑帝廟油層存在淺層氣、葡萄花油層注水開發壓力高，表層下深不少于200m，并安裝井口防噴裝置，保證鉆井施工安全；技套下深以封至青二、三段易水化膨脹泥巖為原則，減少或避免二開311.1mm井眼造斜；

（2）對于目的層為高臺子/扶余油層水平井，將三維設計轉為二維設計。表層套管封固第四系泰康組，下深不少于100m[1]。

1.2 井眼軌跡優化

致密油軌跡控制堅持“略大勿小”的原則，增加初期造斜率，具體措施：

（1）采用“直—增—穩—增—微增—水平”的6段式軌跡設計方式；

（2）針對致密油二維井目的層垂深發育不確定和三維井鉆速慢的難題，優化井眼曲率和靶前距設定，調整扭方位井段和幅度：①二維井優化探油頂長度30～50m，曲率3°/30m，減少井眼軌跡上下調整；③將整體三維軌跡變化為分段式二維軌跡，并將造斜點上移以降低造斜率，由6.5°調整至5.5°，避免65°以后出現扭方位作業[2]。

2 近鉆頭地質導向和提速工具

2.1 LWD隨鉆測井儀器

經過多年發展，LWD 隨鉆測井技術相對成熟，大慶油田自2002 年引用國外LWD 隨鉆測井儀器以來。已經完全掌握相關核心技術，很好地滿足了現場施工需求，解決了長期依賴國外進口儀器的難題[3]。到2018年，大慶油田已經累計生產LWD 隨鉆測井儀器40 余串，在大慶和吉林探區薄差油層應用了超過450口水平井，創造了巨大的經濟效益和社會效益。

2.2 旋轉導向系統

為實現致密油水平井長水平段的順利延伸，在水平段全程使用Halliburton 公司的Geo-Pilot 旋轉導向系統。該系統是一種不旋轉外筒式自動導向工具，具有復合鉆進速度快、轉速高、減少井眼迂曲度、實現井眼軌跡精確控制的優點，能夠有效降低摩阻、防止托壓，提高油層鉆遇率，最大程度延伸水平段長度。因此，在水平段的地質導向工具使用Geo-Pilot旋轉導向系統。

2.3 提速工具優選

大慶油田經過多年技術攻關，已經自主研發出液動旋沖工具、水力振蕩器、渦輪鉆具等專業提速工具。針對定向段施工摩阻大、施工效率低的問題，通過使用水力振蕩器，并對動力機構進行改進、縮短工具尺寸，即降低了工具壓耗，還適應了工藝要求。目前，該技術共應用19口井，平均鉆速提高10.8%，平均降低摩阻2.3t，所以致密油水平井選用水力振蕩器提高鉆井速度[4]。

3 鉆井液措施

提高致密油地層井壁穩定性，對控制井眼軌跡和質量具有重要作用，鉆井液體系必須具有優異的抑制性、封堵性能和良好的潤滑性。在優選抑制劑、封堵劑和環保型液體潤滑劑的基礎上，研制出一套性能優異的鉆井液體系。如表1所示，鉆井液體系流變性合理，粘切可控，抗溫可達120℃，能夠滿足致密油水平井施工需求。

表1 鉆井液性能數據表

4 其他措施

4.1 加重鉆桿優化

加重鉆桿有增加鉆壓的作用，通過合理選擇加重鉆桿段長度、位置可以有效增加鉆具強度、有效降低摩阻。對于致密油長水平段水平井加重鉆桿位置選擇井斜在25°以后最合理，螺旋屈曲段長度較小。造斜段40°，鉆具未發生螺旋屈曲，但是造斜段的加重鉆具剛性較強，會增加鉆具側向力，增加摩阻。造斜段加重鉆桿因為彎曲在施加同等鉆壓時摩阻增加的較為明顯。所以，加重鉆桿最下方位置選擇在造斜段井斜25°以內[5]。

4.2 鉆具組合優化

4.2.1 造斜段

造斜段選用5 刀翼PDC 鉆頭代替牙輪鉆頭，并在造斜段開始就按照“一趟鉆”配備儀器和鉆具組合。具體鉆具組合為：?215.9mmPDC 鉆頭+?172mm 單彎螺桿（1.5°）+?172mm 浮閥+?172mm LWD+?165mm無磁鉆鋌×1根+?165mm螺旋鉆鋌2根+?127mm 加重鉆桿×6 根+?127mm 鉆桿×45 根+?127mm 加重鉆桿×24 根+?127mm 鉆桿。

4.2.2 水平段

水平段全程選用Geo-Pilot旋轉導向系統，實施水平段“一趟鉆”。鉆具組合為：?215.9mmPDC 鉆頭+?193mmGeo-Pilot 旋轉導向工具+?172mm 浮閥+?127mm 加重鉆桿×3 根+?165mm 震擊器+?127mm加重鉆桿×3 根+?127mm 鉆桿×165 根+?127 mm 加重鉆桿×24 根+?127mm 鉆桿。

5 現場應用情況

形成的致密油藏眼軌跡控制技術進行了推廣應用，效果顯著，主要表現在以下幾方面：

（1）造斜能力增強。造斜段全部采用215.9mm 井眼施工，鉆具剛性降低、造斜能力大幅度增強；

（2）降低井下復雜效果明顯。通過使用旋轉導向系統，儀器可靠性得到大幅度提高，平均單井延誤時間由11.25h降低至6.92h；

（3）鉆速提高。在龍虎泡區塊，機械鉆速和行程鉆速比優化之前分別提高了25%和34%；

（4）井眼質量提高。測井顯示平均井徑擴大率小于10%，沒有發生大的剝落、掉塊和井塌現象，起下鉆順暢，沒有發生托壓、卡鉆等復雜，套管一次下入到底。

6 結論

（1）大慶油田致密油藏鉆井過程中存在井眼軌跡不光滑、狗腿度大、井眼軌跡難控制等難點，嚴重影響了鉆井速度和效率。

（2）經過研究形成了適用于致密油藏得井眼軌跡控制技術，提高了水平井的延伸長度和機械鉆速，復雜時率大幅度降低，為大慶油田致密油資源的高效開發提供了技術支持。