錢 峰楊立軍

（1.長江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北荊州 434023 ；2.吐哈油田公司勘探公司，新疆鄯善 838202；3.吐哈油田公司工程技術(shù)研究院，新疆鄯善 838202）

三塘湖致密油長水平段水平井鉆井技術(shù)

錢 峰1，2楊立軍3

（1.長江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北荊州 434023 ；2.吐哈油田公司勘探公司，新疆鄯善 838202；3.吐哈油田公司工程技術(shù)研究院，新疆鄯善 838202）

三塘湖盆地致密油勘探開發(fā)前景廣闊，水平井技術(shù)是實(shí)現(xiàn)該區(qū)有效開發(fā)的重要手段。從分析三塘湖致密油水平井鉆井難點(diǎn)出發(fā)，開展了以井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化及剖面設(shè)計(jì)、個(gè)性化鉆頭優(yōu)選、低成本高效軌跡控制、提高水平段儲層鉆遇率及優(yōu)質(zhì)高效鉆井液等關(guān)鍵技術(shù)為核心的攻關(guān)研究，形成了適應(yīng)三塘湖致密油水平井優(yōu)快鉆進(jìn)的配套技術(shù)系列，并在蘆101等5口井進(jìn)行了成功推廣應(yīng)用，提速效果顯著。

致密油；長水平段；水平井；優(yōu)快鉆井；三塘湖

三塘湖盆地位于新疆東北部，面積2.3×104km2。該盆地自上而下主要發(fā)育第四、第三系、侏羅系、三疊系、二疊系及石炭系，其中馬朗、條湖凹陷二疊系條湖組致密油藏獲得了商業(yè)突破，有利儲層分布區(qū)面積達(dá)486 km2。條湖組致密油藏為“高孔隙度、高含油飽和度、特低滲透”凝灰?guī)r儲層，前期完鉆38口探井，17口見油，受儲層致密影響，常規(guī)直井產(chǎn)量普遍較低，為大幅提高難動用儲量的勘探開發(fā)效果，開展了水平井+大規(guī)模體積壓裂開發(fā)的攻關(guān)試驗(yàn)，取得了顯著效果，水平井產(chǎn)量達(dá)到鄰近直井的20倍。因此轉(zhuǎn)變致密油開發(fā)模式，大力發(fā)展水平井鉆完井技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)三塘湖致密油有效開發(fā)的重要途徑。

1 水平井鉆井技術(shù)難點(diǎn)分析

1.1 地層分布復(fù)雜，安全鉆井難度大

馬朗凹陷上部直井段第三、第四系以固結(jié)較差的礫石、砂礫巖為主，礫石膠結(jié)差易垮塌，砂礫巖發(fā)育易漏失，進(jìn)一步導(dǎo)致井壁垮塌；造斜段侏羅系西山窯組及三疊系小泉溝地層以灰色厚泥巖、黑色碳質(zhì)泥巖為主夾煤層，厚泥巖及碳質(zhì)泥巖易縮徑、剝落及垮塌，煤層易發(fā)生垮塌卡鉆及漏失現(xiàn)象，區(qū)內(nèi)馬52井鉆遇該地層，累計(jì)5次發(fā)生井壁坍塌復(fù)雜，復(fù)雜時(shí)效達(dá)到11.51%；水平段二疊系凝灰?guī)r、硬脆性玄武巖、碳質(zhì)泥巖及凝灰質(zhì)砂巖發(fā)育，坍塌應(yīng)力高、井壁穩(wěn)定性差、易垮塌。區(qū)內(nèi)直井ML1井，2 340~3 800 m井段反復(fù)發(fā)生井壁坍塌掉塊，形成多處大肚子井眼，給鉆井及后續(xù)測井造成巨大阻礙，嚴(yán)重影響鉆井周期。

1.2 地層可鉆性差，鉆井周期長

第三系、第四系礫石發(fā)育，跳鉆嚴(yán)重，參數(shù)強(qiáng)化困難。三疊系底部及以下地層巖性致密，硬度大，可鉆性差，導(dǎo)致整體機(jī)械鉆速偏低。小泉溝底部發(fā)育厚砂礫巖，PDC鉆頭平均單只進(jìn)尺103 m，機(jī)械鉆速僅2.69 m/h。條湖及蘆草溝組地層均質(zhì)性差，泥巖、碳質(zhì)泥巖、玄武巖、凝灰質(zhì)砂巖軟硬交錯(cuò)，PDC鉆頭可鉆性極值達(dá)到6級，常規(guī)PDC鉆頭適應(yīng)性差，前期直井PDC鉆頭平均機(jī)械鉆速僅1.98 m/h，制約了鉆井提速。

1.3 長水平段摩阻扭矩大，井眼軌跡控制、清潔及井

壁穩(wěn)定問題突出

三塘湖致密油區(qū)塊前期開發(fā)主要以直井為主，僅2009年完鉆一口水平井馬50P，結(jié)合目前勘探開發(fā)部署，該區(qū)實(shí)施水平井規(guī)模開發(fā)，水平段長度平均800 m左右，較長的水平段導(dǎo)致在滑動鉆進(jìn)中摩阻扭矩增大，鉆進(jìn)時(shí)托壓嚴(yán)重，鉆速低，井眼軌跡控制難度大，同時(shí)由于水平段巖性復(fù)雜、井壁穩(wěn)定性差，常規(guī)鉆井液很難滿足安全快速鉆井需求。

2 井身結(jié)構(gòu)與井眼軌道剖面設(shè)計(jì)

2.1 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

綜合考慮地層特點(diǎn)、地層壓力情況，以及后期多級分段壓裂改造的需要，該區(qū)水平井井身結(jié)構(gòu)優(yōu)選二層套管井身結(jié)構(gòu)，?375 mm鉆頭一開，下入?273 mm表層套管；二開?216 mm鉆頭鉆完水平段、下入?139.7 mm油層套管固井完井。

2.2 井眼軌道剖面設(shè)計(jì)

三塘湖致密油藏儲層橫縱向變化大，鄰井可比性差，在軌跡設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)給予足夠的施工余地，利用軟件建立三維井眼鉆柱軸向力、扭矩的計(jì)算模型，根據(jù)設(shè)計(jì)軌道反演校正摩阻扭矩，優(yōu)選“直—增—穩(wěn)—增—穩(wěn)”的變曲率切線剖面，造斜率控制在6（°）/30 m左右，保證精確中靶的前提下降低摩阻扭矩，利于水平段延伸。馬59H井自造斜點(diǎn)增斜至81.16°穩(wěn)斜探出油層A點(diǎn)后，利用鉆具自身造斜能力，復(fù)合增斜至86.33°后穩(wěn)斜鉆至B點(diǎn)，井眼軌道剖面設(shè)計(jì)見表1。

表1 馬59H水平井井身剖面設(shè)計(jì)

3 個(gè)性化鉆頭設(shè)計(jì)與優(yōu)選

定向段西山窯至小泉溝組地層膠結(jié)致密，可鉆性差、研磨性強(qiáng)，常規(guī)牙輪鉆頭配合高轉(zhuǎn)速單彎螺桿，軸承部磨損嚴(yán)重，定向施工具有一定難度，為確保造斜率滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)提高機(jī)械鉆速，優(yōu)選江鉆SMD517X型超高速馬達(dá)牙輪鉆頭，該鉆頭具有工作壽命長、抗研磨能力強(qiáng)、穩(wěn)定性高、破巖效率高的優(yōu)點(diǎn)。試驗(yàn)表明SMD517X牙輪鉆頭與常規(guī)牙輪鉆頭相比機(jī)械鉆速提高57%，單只進(jìn)尺提高198%，整體行程鉆速得到大幅提高。

水平段條湖組至蘆草溝組凝灰?guī)r、玄武巖發(fā)育，條湖組地層的PDC可鉆性在5~6級之間，研磨性強(qiáng)，常規(guī)PDC鉆頭鉆進(jìn)效率低，為此設(shè)計(jì)優(yōu)選MD6645A耐磨導(dǎo)向PDC鉆頭，該鉆頭為六刀翼、?16 mm切屑齒的PDC鉆頭，包括2個(gè)主刀翼，4個(gè)副刀翼，刀翼流道設(shè)計(jì)為螺旋狀；采用雙排齒設(shè)計(jì)，主切削齒復(fù)合片規(guī)格為16 mm，復(fù)齒和保徑齒規(guī)格為13 mm，有6個(gè)可換式水眼，通過優(yōu)化倒劃眼齒、修邊齒以及鉆頭噴嘴的噴射方向設(shè)計(jì)、優(yōu)選金剛石復(fù)合片脫鈷處理工藝，提高了鉆頭抗沖擊、抗研磨及井底工作穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了該區(qū)塊長水平段一趟鉆。

4 全井段鉆具組合復(fù)配技術(shù)

直井段堅(jiān)持防斜打快的思路，采用 “單2扶正器”鐘擺鉆具：?216 mm鉆頭＋7LZ172（0.75~1°）單彎螺桿+?159 mm無磁鉆鋌×1根+?214 mm扶正器＋?159 mm鉆鋌×17根＋?127 mm鉆桿，充分解放了鉆井參數(shù)，機(jī)械鉆速由5.09 m/h提高至

12.4 m/h。

造斜段采用“單扶”鉆具，單彎螺桿自帶了1個(gè)上扶正器，既有利于定向施工中工具面的穩(wěn)定，又有利于井眼軌跡的控制。

長水平段鉆具組合首要考慮的就是穩(wěn)斜性，為此優(yōu)選具有特殊尺寸的“0~1扶正器”鉆具結(jié)構(gòu)：?216 mm鉆頭＋?172 mm單彎雙扶螺桿+?172 mm電阻率短節(jié)+?159 mm無磁鉆鋌（MWD+伽馬）+懸掛接頭＋?127 mm加重鉆桿×3根＋?127 mm斜坡鉆桿×（30~111）根＋?127 mm加重鉆桿×30根＋?127 mm鉆桿，通過優(yōu)化螺桿扶正器尺寸及2個(gè)扶正器之間的間距，保證水平段復(fù)合穩(wěn)斜效果，單根井斜變化小于0.2°，平均水平段復(fù)合鉆進(jìn)比例大于92%，減少井眼軌跡調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了低成本高比例旋轉(zhuǎn)復(fù)合鉆進(jìn)。

5 長水平段工程地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)

馬朗區(qū)塊致密油藏儲層橫縱向變化大，鄰井可比性差，即使利用直導(dǎo)眼或斜導(dǎo)眼準(zhǔn)確卡層，在井眼水平著陸時(shí)，仍然會存在預(yù)計(jì)目的儲層與實(shí)鉆相差的情況，造成水平段軌跡調(diào)整頻繁，后期摩阻大，定向傳壓困難，施工難度大。

通過運(yùn)用“雙（多）探底”技術(shù)，即結(jié)合前期探井（導(dǎo)眼井）取心或測井解釋油層厚度、地層傾角，在油層頂部著陸后，繼續(xù)著陸油層底部2次或多次，及時(shí)動態(tài)的精確修正油層傾角，建立長水平段動態(tài)油頂?shù)装泻心Ｐ?，更體現(xiàn)出水平井目的層“寧底勿頂、中部穿行” 的安全鉆井模式（圖1）。

圖1 雙（多）探底技術(shù)示意圖

針對馬朗區(qū)塊條湖組致密油藏地層傾角變化幅度較大（變緩、變陡），通過多次探底（頂），將長水平段微分化，形成多個(gè)連續(xù)的“雙探底”模型段，從垂向整體上看，即將連續(xù)穩(wěn)定的地層微分為多個(gè)矩形靶盒，實(shí)現(xiàn)動態(tài)油頂?shù)装泻心M，為后續(xù)長水平段鉆進(jìn)提供保障（圖2）。

圖2 動態(tài)靶盒模擬模型示意圖

確定好油層動態(tài)靶盒后，結(jié)合上部井段入井鉆具結(jié)構(gòu)的滑動鉆進(jìn)與復(fù)合鉆進(jìn)的造斜能力，根據(jù)井斜方位實(shí)際測量點(diǎn)結(jié)果，預(yù)判斷鉆頭處井斜方位數(shù)據(jù)，進(jìn)行模擬計(jì)算，實(shí)時(shí)預(yù)算鉆頭處于動態(tài)靶盒的位置，每測量出一個(gè)點(diǎn)數(shù)據(jù)后實(shí)時(shí)更新鉆頭處數(shù)據(jù)，確保鉆頭位置圍繞動態(tài)靶盒中心線處優(yōu)勢油層上下波動幅度較小。

水平段通過工程地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)，利用隨鉆電阻率、隨鉆伽馬資料，綜合地質(zhì)、工程、錄井資料建立地質(zhì)導(dǎo)向動態(tài)模型，及時(shí)發(fā)現(xiàn)地層和儲層的變化，實(shí)時(shí)調(diào)整井眼軌跡，成功應(yīng)用5口水平井，平均水平段長794 m，儲層鉆遇率均達(dá)到90%以上，大幅提高長水平段致密油儲層鉆遇率。

6 弱凝膠鉆井液體系

針對三塘湖致密油長水平段安全快速鉆井的要求，從鉆井液的井壁穩(wěn)定、井眼凈化、防卡潤滑等性能入手，自主研發(fā)新型弱凝膠鉆井液體系，優(yōu)選出具有優(yōu)良流變性、抑制性及攜砂、封堵能力強(qiáng)的弱凝膠主劑與輔劑，弱凝膠鉆井液體系的配方如下：清水+0.2%NaOH+0.12%Na2CO3+0.2%增黏抑制劑+0.5% NaPAN+0.2%提切劑+2.5%封堵防塌劑+2%降濾失劑+0.5%弱凝膠主劑+2%弱凝膠輔劑。與常規(guī)鉆井液體系相比，該體系各項(xiàng)性能都有了大的提高，潤滑系數(shù)由0.069降至0.042，滾動回收率由77.68%增強(qiáng)至82.7%，濾液對巖心膨脹率由23%降低至13.8%，鉆井液抑制性有了較大的提高，剪切稀釋性系數(shù)由0.78降至0.46，動塑比基本上大于0.70，鉆井液的動態(tài)攜砂和靜態(tài)懸砂性能較好，巖心滲透率恢復(fù)值由63.6%提高至86.7%。該體系應(yīng)用井井壁穩(wěn)定，均無復(fù)雜事故發(fā)生。

7 現(xiàn)場應(yīng)用

在馬朗區(qū)塊完成5口井致密油長水平段水平井，與前期完鉆馬50P相比，在平均水平段長增加493 m的前提下，鉆井周期由61.2 d縮短至42.45 d，縮短30.6%，機(jī)械鉆速由4.57 m/h提高至5.27 m/h，提高13.3%，鉆頭用量由12只減少至7只，減少41.7%，提速效果明顯。其中蘆101H井水平段長達(dá)1 100 m，創(chuàng)吐哈水平井周期最短、水平段最長等多項(xiàng)記錄（見表2）。

8 結(jié)論與認(rèn)識

（1）形成了以復(fù)雜地層長水平段水平井軌跡設(shè)計(jì)優(yōu)化、雙扶螺桿+LWD工程地質(zhì)導(dǎo)向、全井段安全高效個(gè)性化鉆頭序列為核心等三塘湖致密油水平井配套鉆井技術(shù)系列。

（2）打破火山巖地層不適應(yīng)PDC鉆頭的常規(guī)觀念，成功設(shè)計(jì)試驗(yàn)?zāi)湍バ蛯?dǎo)向PDC鉆頭。

（3）自主研發(fā)的新型弱凝膠鉆井液體系，以其優(yōu)良的流變性、抑制性及攜砂封堵能力，成功實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜地層水平井的安全高效鉆進(jìn)。

（4）通過“長水平段水平井+固井完井速鉆橋塞分段壓裂”的技術(shù)模式，實(shí)現(xiàn)了三塘湖盆地條湖組致密油藏的經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)，為國內(nèi)致密油勘探開發(fā)提供了可借鑒的寶貴經(jīng)驗(yàn)。

表2 馬朗區(qū)塊致密油水平井鉆井指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

［1］韓來聚，牛洪波， 竇玉玲.勝利低滲長水平段水平井鉆井關(guān)鍵技術(shù)［J］.石油鉆探技術(shù)，2012，40（3）：7-11.

［2］唐志軍.水平井鉆井技術(shù)在大牛地氣田的應(yīng)用［J］.石油鉆采工藝，2009，31（6）：40-43.

［3］祁宏軍，閆振來.金平1 井長水平段水平井的設(shè)計(jì)與施工［J］.中外能源，2010，15（1）：56-59.

［4］牛洪波.大牛地氣田長水平段井眼軌跡控制方法［J］.天然氣工業(yè)，2011，31（10）：64-67.

［5］吳爽，李驥，張炎.大位移井技術(shù)研究的現(xiàn)狀分析［J］.石油鉆探技術(shù)，2002，30（5）：17-19.

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

［7］黃鴻，李俞靜，陳松平，等.吉木薩爾地區(qū)致密油藏水平井優(yōu)快鉆井技術(shù)［J］.石油鉆采工藝，2014，36（4）：10-12.

（修改稿收到日期 2014-10-18）

〔編輯 薛改珍〕

Drilling technology for horizontal well with long horizontal sectionin Santanghu tight oil reservoir

QIAN Feng1,2, YANG Lijun3
（1.Petroleum Engineering School of Yangtze University,Jingzhou434023,China; 2.Exploration Company of Tuha Oilfield Company,Shanshan838202,China;3.Engineering and Technology Research Institute of Tuha Oilfield Company,Shanshan838202,China）

Tight oil exploration in Santanghu Basin enjoys a broad prospect, and horizontal well technology is an important means for effective development of this region.This paper started with analysis of difficulties in horizontal well drilling in Santanghu tight oil formation and carried out research on key techniques such as wellbore configuration optimization and profile design, specific drilling selection, low-cost and high-efficient trajectory control, increasing the encountering rate of reservoirs by horizontal section and quality, and effective drilling fluid, etc.The paper has also developed supporting technique series suitable for optimized fast drilling of tight oil horizontal wells in Santanghu Basin, which has been successfully used in five wells like Well Lu 101 and realized remarkable increase in drilling rate.

tight oil;long horizontal section;horizontal well;optimized fast drilling;Santanghu

錢峰，楊立軍.三塘湖致密油長水平段水平井鉆井技術(shù)［J］.石油鉆采工藝，2014，36（6）：20-23.

TE243

：A

1000–7393（2014） 06–0020– 04

10.13639/j.odpt.2014.06.005

錢峰，1970年生。1993年畢業(yè)于江漢石油學(xué)院石油開發(fā)系鉆井工程專業(yè)，2010年長江大學(xué)攻讀博士學(xué)位，高級工程師。電話：0995-8371633。E-mail：qianfeng168@petrochina.com.cn。