致密油超長水平段水平井鉆井技術研究

楊麗晶 王敬巖

摘要：中國致密油勘探開發依然處于初級階段，雖然取得了一定的成果，但現有水平井鉆井技術仍然存在著多種問題，故提出致密油超長水平段水平井鉆井技術研究。依據壓裂、地面、鉆井等多種因素部署鉆井平臺，以水平井鉆井整體投資最優化為目標獲取鉆井平臺計算模型，以此為基礎，結合巖石可鉆性級值選擇最優鉆頭類型，通過空間圓弧軌跡模型制定井眼軌跡，從而實現了致密油超長水平段水平井的鉆井。實驗結果顯示：與現有技術相比較，提出技術水平井鉆井整體作業時間更短，充分證實了提出技術應用性能更好。

關鍵詞：致密油;水平井;超長水平段;鉆井;

中圖分類號：TE2 ????????文獻標識碼：A

0 引言

工程技術的發展與進步，致使全球范圍內的非常規油氣產量與儲量逐漸加大，天然氣與石油工業已經步入了非常規油氣發展階段。但我國致密油勘探開發依然處于初級階段，存在著多種問題待解決[1]。

我國在致密油勘探開發過程中，也取得了一定的成果。例如吉木薩爾凹陷致密油井控范圍內獲得資源量為12.84億噸，該井具備著水平段超長、規模較大的特征，采用分段壓裂技術進行水平井鉆井，井身結構為四開結構，水平段長度為1233m，完鉆深度為4360m。水平井投入應用后，每日最高產油量可以達到69.46t。但是依據致密油產量遞減快速、穩產時間短的特點，可以發現短時間內無法收回成本，也就說明現有水平井鉆井技術無法滿足致密油勘探開發需求，應該對其進行技術革新，因此提出致密油超長水平段水平井鉆井技術研究。

1 致密油超長水平段水平井鉆井技術研究

1.1 鉆井平臺布置與井口模型構建

致密油超長水平段水平井鉆井實質上是一個系統工程，需要多個專業的協作配合，故需要依據壓裂、地面、鉆井等多種因素部署鉆井平臺，構建井口模型，為水平井鉆井應用效果提升做準備。

此研究依據多種影響因素，構建鉆井平臺模型，使得水平井鉆井整體投資達到最優化[2]。水平井鉆井主要影響因素如下所示：

一是鉆井與壓裂相關設施布局。水平井鉆井作業涉及設備較多，故井場面積需求較大，將鉆井與壓裂井場共用面積考慮在內，最大限度地縮小井場面積，以此來降低鉆前投資數額;

二是鉆機作業能力與施工季節。需要注意的是，鉆機在冬季無法作業，因此在計算作業時間中，應該扣除冬季時間。常規情況下，前期探井鉆井時間約為150天左右，考慮冬季無法作業時間與壓裂時間，一臺鉆機在一年時間內最多能作業2口井;

三是井眼軌跡控制能力。井口間距決定著井眼的軌跡控制能力，若井口間距過小，井下碰撞風險升高;若井口間距過大，鉆井無法快速移動。依據發達國家經驗可知，井口間距最佳取值范圍為5-30米。

將上述各種影響因素的投資費用進行累計相加，即可獲得鉆井平臺計算模型，表達式為

式（1）中，表示的是鉆井平臺整體投資數額;、與分別表示的是平臺與道路建設費用、鉆機安裝費用與鉆完井費用。

1.2 最優鉆井鉆頭選型

以上述構建的鉆井平臺計算模型為基礎，結合巖石可鉆性對最優作業鉆頭進行選型，降低鉆頭浪費率，節省水平井鉆井費用[3]。

最優作業鉆頭類型與巖石可鉆性之間存在著緊密的聯系，具體如表1所示。

1.3 水平井軌跡制定優化

水平井軌跡指的是按照已知的靶點井身參數與幾何參數，制定出科學的、合理的剖面參數，以此來保障制定剖面在符合地質要求基礎上，也滿足鉆井技術施工需求。

對于水平井軌跡制定來說，由于靶點與造斜點方向不同，造斜點后軌跡無法應用常規軌跡制定方法，再加上軌跡與多種設備的造斜工藝、控制措施等存在著緊密聯系，對水平井軌跡制定與優化帶來了較大的困難。此研究依據致密油超長水平段水平井鉆井的需求，選取空間圓弧軌跡模型制定井眼軌跡。

空間圓弧軌跡模型能夠對井眼角度和方位角進行改變，但是弧形截面曲率不變，可以最大程度地簡化井眼軌跡制定過程。另外，在水平井鉆井過程中，若出現軌跡偏差超限現象，空間圓弧軌跡模型可以及時對井眼軌跡進行修正，縮短鉆井作業時間。

由于篇幅的限制，只針對第二斜平面內的軌跡曲線進行展示，如圖1所示。

通過上述過程實現了致密油超長水平段水平井鉆井技術的設計，優化了鉆頭選型過程與水平井軌跡制定過程，以此來提升水平井鉆井的應用效果。

2 實驗與結果分析

為了驗證提出技術與現有技術之間的應用效果差異，采用Matlab仿真平臺設計實驗，具體實驗過程如下所示：

2.1 實驗對象選取

選取準噶爾盆地東部隆起吉木薩爾凹陷區域作為實驗區域，該區域蘊含著豐富的致密油資源。實驗區域致密油層埋深約為800-4800米，巖石礦物成分較為復雜，大部分為過渡類巖性，并呈現為層狀分布。

實驗區域地層壓力系數約為1.20，隸屬于高壓系統，地層溫度較高。實驗區域水平主應力方向為北西——南東向，呈現為正斷層狀態，區域內部水平應力分布較為均勻，儲層巖石脆性較好，有利于體積壓裂。

2.2 實驗結果分析

以選取的實驗對象為基礎，應用提出技術與現有技術進行水平井鉆井實驗，通過整體作業時間來顯示技術的應用性能，具體實驗結果分析過程如下所示：

整體作業時間主要由三道工序時間累積加和決定，分別為搬家安裝、接甩鉆具與固井侯凝工序。通過實驗獲得整體作業時間數據如表2所示。

如表2數據顯示，提出技術水平井鉆井整體作業時間范圍為52.79d-71.90d，現有技術水平井鉆井整體作業時間范圍為80.23d-89.45d。通過數據對比可知，與現有技術相比較，提出技術水平井鉆井整體作業時間更短，充分證實了提出技術具備更有效的應用性能。

3 結束語

此研究提出了一種新的致密油超長水平段水平井鉆井技術，縮短了水平井鉆井整體作業時間，為致密油勘探開發研究提供一定的幫助與參考。

參考文獻

[1] 彭元超， 韋海防， 周文兵. 長慶致密油3000m長水平段三維水平井鉆井技術[J]. 鉆采工藝， 2019， 42（5）：106-107，112.

[2] 楊麗晶， 常雷， 張仲智，等. 永樂油田ZP22區塊致密油平臺長水平段水平井鉆井設計優化[J]. 西部探礦工程， 2019， 31（12）：28-30，34.

[3] 路宗羽， 趙飛， 雷鳴，等. 新疆瑪湖油田砂礫巖致密油水平井鉆井關鍵技術[J]. 石油鉆探技術， 2019， 47（2）：9-14.

（大慶油田采油工程研究院 ?黑龍江大慶 ?163453）