吳豐 謝煜華 王雲(yún) 尹曉明 殷召海 童鑫

渤海鉆探工程有限公司定向井技術(shù)服務(wù)分公司

JH2X斷塊位于巴彥河套盆地臨河坳陷西南部，主要受到狼山斷裂控制，繼承性發(fā)育逆牽引背斜，地層傾角約29°，整體呈西北高東南低的態(tài)勢(shì)。自上而下鉆遇地層依次為：第四系河套組、新近系烏蘭圖克組和五原組，古近系臨河組(包括臨一段E3l1、臨二段E3l2、臨三段E3l3)、白堊系固陽組(包括固一段K1g1、固二段K1g2)以及太古界，縱向上共發(fā)現(xiàn)E3l1、E3l2、E3l3、K1g1Ⅰ和K1g1Ⅱ等5套含油層系，其中E3l2、E3l3和K1g1為主力油層，上下呈疊置鼻狀構(gòu)造，尤以K1g1段含油面積大、平面分布穩(wěn)定，為目前主要開發(fā)層系。JH2X斷塊為厚層狀砂礫巖邊水構(gòu)造油藏，主要呈現(xiàn)中孔中低滲、傾角大、巖性疏松且敏感性強(qiáng)等特點(diǎn)，后期計(jì)劃采用頂部注氣+邊底部注水方式開發(fā)，初期設(shè)計(jì)注氣井距400～450 m，油井井排距400 m×200 m?？紤]該區(qū)塊儲(chǔ)量規(guī)模相對(duì)整裝，落實(shí)程度較高，但地處沙漠戈壁，配套設(shè)施空白和生態(tài)環(huán)境脆弱等因素，決定采用大型叢式井方式開發(fā)，可有效降低開發(fā)成本和保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

1 鉆井難點(diǎn)

1.1 大井叢設(shè)計(jì)制約因素多

JH2X斷塊井網(wǎng)密度大、布井?dāng)?shù)量多，整體呈多排多列分布，在整體設(shè)計(jì)時(shí)難度大，主要表現(xiàn)為：(1)在設(shè)計(jì)平臺(tái)部署、靶點(diǎn)分配時(shí)，既要控制平臺(tái)規(guī)模相對(duì)適中，平臺(tái)總水平位移、總井深最優(yōu)，從而降低施工難度和保證經(jīng)濟(jì)性，又要確保水平投影方位相對(duì)分散，達(dá)到降低防碰難度和保證安全性目的；(2)在設(shè)計(jì)井眼軌道時(shí)，既要考慮防碰空間，又要控制井距，還要兼顧后期采油過程中桿管偏磨影響，因此對(duì)剖面類型、造斜點(diǎn)和最大井斜角等軌道參數(shù)設(shè)計(jì)要求高［1］；(3)以上兩個(gè)方面互為影響、互為制約，需要統(tǒng)籌考慮、系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

1.2 鉆井提速需求迫切

JH2X斷塊地層含大段砂礫巖，質(zhì)地疏松、膠結(jié)性差，坍塌周期短，鉆井液浸泡后井壁易失穩(wěn)垮塌，增加卡埋鉆具風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)帶來井徑不規(guī)則問題，繼而影響后期固井時(shí)水泥漿頂替效率［2］。另外鉆井液浸泡時(shí)間越長，儲(chǔ)層污染也越嚴(yán)重。前期完鉆井中井徑擴(kuò)大率最高達(dá)43%，鉆井過程中相繼出現(xiàn)了卡埋鉆、儲(chǔ)層污染和固井后層間竄通等問題。

此外，叢式井施工雖然可節(jié)約征地、鉆前、搬安、鉆井液處理等費(fèi)用，但隨著井平臺(tái)規(guī)模增大，鉆井進(jìn)尺、工藝難度等因素帶來的投入也隨之增加，相互抵消會(huì)導(dǎo)致綜合成本上升［3］。因此，提高機(jī)械鉆速、縮短鉆井周期，可減少井壁浸泡時(shí)間和降低施工成本，從而保證井下安全、降低儲(chǔ)層傷害和提高平臺(tái)規(guī)模效益。

1.3 儲(chǔ)層易受污染

JH2X斷塊儲(chǔ)層巖性以含礫砂巖、砂礫巖及構(gòu)造作用改造的碎裂砂巖為主，具有低成熟、低滲透、低強(qiáng)度和高黏土含量的特點(diǎn)，物性總體為中孔中低滲型，且地層水礦化度較高［4］。全巖礦物和地層水組分分析，儲(chǔ)層中黏土礦物含量占比6%～14%(平均9.2%)，其中蒙脫石含量占比58%～86%(平均73%)，高嶺石含量占比3%～9%(平均5%)，綠泥石含量占比4%～23%(平均11%)，伊利石含量占比7%～13%(平均11%)，地層水平均氯離子含量為44362 mg/L，最高達(dá)75094 mg/L。高蒙脫石含量和巖石顆粒膠結(jié)疏松，易導(dǎo)致黏土顆粒水化膨脹和分散運(yùn)移；高綠泥石含量，遇酸易產(chǎn)生沉淀，這些都將造成孔喉堵塞，因此儲(chǔ)層潛在水敏、速敏和酸敏損害。另外，地層水礦化度高易導(dǎo)致儲(chǔ)層潛在臨界礦化度高，鹽敏風(fēng)險(xiǎn)大。

通過巖心敏感性實(shí)驗(yàn)，證實(shí)該區(qū)塊儲(chǔ)層污染類型總體為強(qiáng)水敏、強(qiáng)速敏、中等偏強(qiáng)酸敏和極強(qiáng)鹽敏，前期完鉆井中表皮因數(shù)實(shí)測(cè)高達(dá)503，說明該斷塊儲(chǔ)層污染具有多樣性和脆弱性特點(diǎn)，目前常規(guī)屏蔽暫堵技術(shù)不能達(dá)到保護(hù)儲(chǔ)層效果。

1.4 二界面固井質(zhì)量難保證

JH2X斷塊儲(chǔ)層為連續(xù)砂礫巖，分布井段長(最長1600 m)、厚度大(平均單層143 m)，地層滲透性好，鉆井液易失水形成虛厚濾餅。由于超補(bǔ)償盆地地層沉積速度快，地層成巖性差、膠結(jié)程度弱，易形成“大肚子”、“糖葫蘆”井眼，造成井眼清潔難、驅(qū)替效率低，從而導(dǎo)致固井水泥環(huán)與地層之間的二界面膠結(jié)強(qiáng)度無法保證［5-6］。另外儲(chǔ)層段內(nèi)泥巖層段數(shù)量少、厚度小，無法形成穩(wěn)定有效隔層，進(jìn)一步增加了油水層間竄流風(fēng)險(xiǎn)，后期區(qū)塊整體注采效果難以保證。根據(jù)前期已鉆井驗(yàn)竄情況，部分井已證實(shí)出現(xiàn)層間竄流現(xiàn)象，這表明常規(guī)固井技術(shù)無法保證二界面固井膠結(jié)質(zhì)量。

2 鉆井關(guān)鍵技術(shù)及對(duì)策

2.1 大井叢優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)

2.1.1 平臺(tái)位置及井口布局優(yōu)化

平臺(tái)位置優(yōu)選主要遵循2個(gè)原則：一是井總水平位移最小原則，目的是減小單井井深與井斜角；二是井組內(nèi)井眼軌道水平投影無交叉且離散度盡量大原則，目的是減小井間防碰設(shè)計(jì)難度［7-8］。結(jié)合井網(wǎng)部署，依據(jù)上述原則一，設(shè)定單平臺(tái)輻射半徑為600 m，可初步確定平臺(tái)位置及受控井，再采用模擬退火法計(jì)算平面上距離各井地質(zhì)靶點(diǎn)距離之和最小點(diǎn)，該點(diǎn)即為平臺(tái)最佳位置。依據(jù)上述原則二，井口布局采用直線單排或直線雙排即可滿足井眼軌道水平投影無交叉，其中雙排井口采用雙鉆機(jī)同向施工，每排6～11口，井口間距10 m，井排間距設(shè)置為80 m，可保證同步試油及投產(chǎn)時(shí)的空間用地。

2.1.2 井眼軌道及防碰設(shè)計(jì)

由于JH2X斷塊儲(chǔ)層厚度大，“直-增-穩(wěn)”三段制和“直-增-穩(wěn)-降”四段制井身剖面導(dǎo)致儲(chǔ)層頂?shù)组g偏移大，造成井距不均衡，而采用“直-增-穩(wěn)-降-斜”五段制井身剖面，在進(jìn)入儲(chǔ)層前井斜降至0°，垂直進(jìn)入儲(chǔ)層，可有效控制井距、完善井網(wǎng)。為減小采油桿管偏磨，延長檢泵周期，井眼軌道設(shè)計(jì)造斜點(diǎn)在500 m以下，且井斜不超過30°，如表1。為降低防碰風(fēng)險(xiǎn)，井組中所有井水平投影呈放射狀、不交叉分布，方位依次逐漸增加或減小，相鄰井造斜點(diǎn)相差50 m以上。

表1 JH2-335X井井眼軌道設(shè)計(jì)剖面Table 1 Designed well trajectory profile for Well JH2-335X

2.2 一趟鉆提速技術(shù)

JH2X斷塊井身結(jié)構(gòu)全部為二開，鉆遇地層主要為泥巖、砂巖及砂礫巖，膠結(jié)相對(duì)疏松，地層可鉆性好，這為二開實(shí)現(xiàn)一趟鉆提供了可能。通過對(duì)該斷塊已鉆井二開鉆進(jìn)情況分析，目前制約二開一趟鉆的主要因素為鉆頭選型不匹配。綜合考慮進(jìn)攻性、定向穩(wěn)定性和水力清洗效果，優(yōu)選五刀翼拋物線冠部PDC鉆頭［9-10］，其中主翼2個(gè)，輔翼3個(gè)；布齒方面突出力平衡抗旋回特性，采用雙排布齒，前排主切削齒?19 mm共23個(gè)，其中6個(gè)為異型齒，既保證穩(wěn)定性，又兼顧沖擊性和剪切破碎性；設(shè)計(jì)7個(gè)噴嘴非均勻分布于五個(gè)刀翼之間，強(qiáng)化水力清洗效果，防止鉆頭泥包(圖1)。

圖1 高效PDC鉆頭優(yōu)選Fig. 1 High-efficiency PDC bit

2.3 高效儲(chǔ)層保護(hù)液技術(shù)

以屏蔽暫堵理論為基礎(chǔ)，結(jié)合JH2X斷塊儲(chǔ)層特點(diǎn)，開展暫堵劑、抑制劑等油層保護(hù)劑效果評(píng)價(jià)，優(yōu)選出以兩親成膜劑、兩疏劑為主處理劑的高效儲(chǔ)層保護(hù)鉆井液體系。兩親成膜劑由親油性、親水性單體，通過原子轉(zhuǎn)移自由基聚合反應(yīng)合成。在鉆井液體系中可與固體顆粒相互作用，自聚形成分子有序體組合體, 當(dāng)滿足溫度和壓力時(shí)，在井壁周圍形成聚合物膜，阻止鉆井液侵入微孔隙和微裂縫，既能減輕儲(chǔ)層傷害，又能降低液體壓力傳遞作用，預(yù)防次生裂縫。兩疏劑是基于材料自身納-微米多級(jí)粗糙物理結(jié)構(gòu)，同時(shí)結(jié)合超低表面自由能的化學(xué)組成實(shí)現(xiàn)疏油疏水效果，通過納米材料混合改性和懸浮聚合法制成。儲(chǔ)層經(jīng)過含兩疏劑鉆井液的體系浸泡后，表面能大幅降低，巖石表面由親液變?yōu)槭栌褪杷?，阻止鉆井液有害相侵入儲(chǔ)層，達(dá)到保護(hù)儲(chǔ)層效果。

通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，得到了現(xiàn)用聚合物鉆井液體系與儲(chǔ)保材料的最佳配比，其中CMJ成膜劑保持在1%～2%，SH-W兩疏劑保持在2%～3%。從表2實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，加入成膜劑、兩疏劑后新鉆井液體系黏度保持相對(duì)穩(wěn)定，但濾失量降低，滲透率恢復(fù)值由70.7%提高至92.2%，顯示出明顯的儲(chǔ)層保護(hù)效果。

表2 聚合物鉆井液體系與新鉆井液體系性能對(duì)比Table 2 Performance comparison between polymer drilling fluid system and new drilling fluid system

2.4 弱界面固井增強(qiáng)技術(shù)

針對(duì)疏松砂礫巖儲(chǔ)層弱界面水泥膠結(jié)差問題，優(yōu)化水泥漿體系，提高水泥石彈韌性，降低水泥石收縮形成微間隙風(fēng)險(xiǎn)［11］。一是優(yōu)選DRB-3S作為增強(qiáng)劑，其內(nèi)部含有活性物質(zhì)和無機(jī)晶須等，通過對(duì)套管或?yàn)V餅的薄弱空隙進(jìn)行填充，并與濾液中的SiO32?和Ca2+發(fā)生結(jié)晶水化，形成沸石類硬化晶體，增強(qiáng)濾餅硬度，提高界面膠結(jié)強(qiáng)度；二是優(yōu)選DRE-3S作為增韌劑，其內(nèi)部由纖維及晶須材料組成，易親水和分散，可分散水泥石微裂縫擴(kuò)展的劈裂應(yīng)力，另外其較低的彈性模量可在水泥石內(nèi)部產(chǎn)生“拉筋”式彈韌效果，將水泥石的脆性破裂轉(zhuǎn)為塑性破裂；三是優(yōu)選DRF-1S作為降濾失劑，其內(nèi)部含大量親水基團(tuán)，相互鍵合形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在井壁處通過壓力差形成一層聚合物薄膜，降低濾失量，且有一定的防竄作用，適于中低溫地層。通過優(yōu)選以上高效功能處理劑，形成一套中低溫韌性防竄水泥漿體系。

通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化調(diào)整，得出水泥漿體系配方為：G級(jí)水泥+9.5%增強(qiáng)材料DRB-3S+8%增韌材料DRE-3S+4.5%降濾失劑DRF-1S+4.5%防竄劑DRT-1S+1.5%分散劑DRS-1S+0.5%消泡劑DRX-1L+0.5%抑泡劑DRX-2L+水。調(diào)配密度1.90 g/cm3水泥漿進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)溫度70 ℃、壓力30 MPa，結(jié)果顯示API濾失量46 mL，24 h抗壓強(qiáng)度23.5 MPa，彈性模量5.53 GPa，流動(dòng)度22 cm，液柱密度差0.01 g/cm3，稠化時(shí)間98 min，游離液為0。通過實(shí)驗(yàn)看出，該體系具有濾失小、強(qiáng)度大、韌性好、流動(dòng)性及穩(wěn)定性高的特點(diǎn)，同時(shí)稠化時(shí)間可調(diào)。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

如圖2所示，JH2X區(qū)塊共部署平臺(tái)12個(gè)，布井101口，其中3號(hào)和4號(hào)平臺(tái)各轄井22口，均采用雙排直線布井、雙鉆機(jī)同向施工，同時(shí)同步試油投產(chǎn)，建產(chǎn)效率提升40%。二開鉆進(jìn)時(shí)優(yōu)選高效鉆頭，共實(shí)現(xiàn)19口井“一趟鉆”完鉆，占當(dāng)年完鉆井的48.7%，單只鉆頭平均進(jìn)尺2479 m；平均鉆井周期10.81 d，較鄰井縮短了16.27%。

圖2 JH2X區(qū)塊叢式井實(shí)鉆軌跡Fig. 2 Drilled trajectory of the cluster wells in block JH2X

在進(jìn)入油層前150～200 m，通過提高固控設(shè)備利用率和調(diào)配補(bǔ)充新漿等方式，加強(qiáng)鉆井液性能維護(hù)，保證井筒內(nèi)鉆井液有害固相含量、濾失量及流變性等指標(biāo)優(yōu)良，為加入儲(chǔ)保材料創(chuàng)造有利井漿環(huán)境，同時(shí)正式加入儲(chǔ)保材料前，先進(jìn)行小型實(shí)驗(yàn)，確保成膜劑和兩疏劑對(duì)現(xiàn)場(chǎng)鉆井液常規(guī)性能無破壞。進(jìn)入油層前50～100 m，以膠液形式2個(gè)循環(huán)周完成儲(chǔ)保材料加入，并每鉆進(jìn)80～100 m進(jìn)行一次補(bǔ)充，保持儲(chǔ)保材料有效含量維持在2%～3%?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用5口井，未因儲(chǔ)保材料加入而引起復(fù)雜情況。對(duì)已投產(chǎn)的2口井產(chǎn)量跟蹤， JH2-322X井日產(chǎn)量15 t，JH2-324X井日產(chǎn)量13 t，分別較鄰井提高36%和30%，表明該儲(chǔ)保材料對(duì)產(chǎn)量釋放效果明顯。

固井施工時(shí)，強(qiáng)化以低溫韌性防竄水泥漿體系為核心，配套進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化和工藝改進(jìn)：一是利用軟件模擬，優(yōu)化扶正器位置、數(shù)量和施工參數(shù)，提高套管居中度和水泥漿頂替效率；二是優(yōu)化漿柱結(jié)構(gòu)，采用兩密三凝水泥漿體系，其中領(lǐng)漿采用1.45 g/cm3低密度水泥漿，中間漿采用1.90 g/cm3常規(guī)密度水泥漿，尾漿為采用1.90 g/cm3中低溫韌性防竄水泥漿，可減小施工壓力、降低漏失風(fēng)險(xiǎn)和提高經(jīng)濟(jì)性；三是強(qiáng)化沖洗效果，采用前導(dǎo)低黏切鉆井液+驅(qū)油沖洗液+加重沖洗隔離液+韌性配漿水的“四位一體”復(fù)合沖洗隔離體系，其中前導(dǎo)低黏切鉆井液稀釋環(huán)空死區(qū)老漿，驅(qū)油沖洗液沖洗井壁中的油質(zhì)，加重沖洗隔離液利用菱形加重材料沖洗虛濾餅，韌性配漿水沖洗井壁附著的水膜，并保證隔離液環(huán)空長度不小于500 m，從而提高界面膠結(jié)強(qiáng)度和頂替效率。以上技術(shù)共應(yīng)用36口井，固井質(zhì)量改善明顯，平均一界面固井優(yōu)質(zhì)率91.4%，平均二界面固井優(yōu)質(zhì)率77.2%，其中JH2-306X井一界面優(yōu)質(zhì)率達(dá)到98.65%，二界面優(yōu)質(zhì)率達(dá)到92.23%，目前再未發(fā)現(xiàn)層間竄通現(xiàn)象。

4 結(jié)論

(1)采用以兩親成膜劑+兩疏劑為主處理劑的儲(chǔ)層保護(hù)液體系，可有效提高滲透率恢復(fù)值，降低儲(chǔ)層污染；采用低溫韌性防竄水泥漿體系為核心的弱界面固井增強(qiáng)技術(shù)，可解決疏松砂礫巖二界面固井膠結(jié)強(qiáng)度低的問題，降低層間竄通風(fēng)險(xiǎn)。

(2)厚層狀砂礫巖油藏儲(chǔ)層膠結(jié)疏松，后期出砂風(fēng)險(xiǎn)大，下步應(yīng)優(yōu)先從完井方式著手，加強(qiáng)防砂方案設(shè)計(jì)。