＊張軍義

（中石化華北石油工程有限公司 河南 450000）

鄂爾多斯盆地是一個(gè)長(zhǎng)期穩(wěn)定發(fā)育的大型克拉通疊合盆地[1]，上古生界發(fā)育大面積致密砂巖儲(chǔ)集層，具有“先致密、后成藏”的特征，屬大型低孔、特低滲透、低豐度油藏，整體呈現(xiàn)“多、低、薄、強(qiáng)”的致密低滲透儲(chǔ)層發(fā)育特征[2-5]。

自1999 年大探1 井獲得工業(yè)氣流開(kāi)始，中石化在鄂爾多斯盆地北緣（以下簡(jiǎn)稱“鄂北”）已發(fā)現(xiàn)大牛地、東勝等多個(gè)氣田。不同于鄂爾多斯盆地內(nèi)部長(zhǎng)期穩(wěn)定發(fā)育的蘇里格氣田，鄂北工程地質(zhì)特征復(fù)雜[6]，鉆完井工程存在機(jī)械鉆速低、漏塌嚴(yán)重、完井周期長(zhǎng)、優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層鉆遇率低、儲(chǔ)層易受傷害等問(wèn)題，嚴(yán)重制約致密低滲氣藏高效勘探與效益開(kāi)發(fā)[7]。針對(duì)鄂北致密氣開(kāi)發(fā)面臨的技術(shù)瓶頸問(wèn)題，立足工程地質(zhì)特征，持續(xù)開(kāi)展技術(shù)攻關(guān)，形成了保障鄂北致密氣高效勘探效益開(kāi)發(fā)的鉆完井工程技術(shù)系列。

1.鉆完井工程技術(shù)難點(diǎn)

(1)地層巖性復(fù)雜，機(jī)械鉆速低

氣藏以砂礫巖、硬質(zhì)砂巖等巖性為主，在縱向上，研磨性和塑性地層交互分布。如志丹群、安定組、延長(zhǎng)組含等層段含礫大于30%，PDC 鉆頭易崩齒。盒1段、山2 段等石英含量大于60%，山1 段石英最高達(dá)100%，地層研磨性強(qiáng)，PDC 鉆頭磨損快。多層位發(fā)育大段泥巖，石千峰組地層垂厚約290 m，以棕紅、棕褐色泥巖為主，石盒子組以灰綠灰褐色泥巖為主，鉆頭易泥包。山西、太原組存在大段硬脆性泥巖，巖石強(qiáng)度高，鉆井提速難度大[8]。

(2)漏塌同存，鉆井復(fù)雜頻發(fā)

盆地多層位裂縫發(fā)育，泥巖段長(zhǎng)，隨著勘探開(kāi)發(fā)區(qū)域的逐漸擴(kuò)大，鉆井復(fù)雜情況體現(xiàn)出新的特征。盆地中生界-上古生界位于同一裸眼井段，漏失壓力低，如東勝氣田劉家溝組漏失壓力為1.06～1.20 g/cm3，柳楊堡氣田劉家溝組漏失壓力1.10～1.20 g/cm3，坍塌壓力高，東勝氣田石千峰組和石盒子組地層坍塌壓力大于1.20 g/cm3，安全密度窗口窄，甚至是負(fù)窗口，漏塌相互干擾，僅通過(guò)調(diào)控鉆井液密度難以實(shí)現(xiàn)一體化防漏抑塌。

(3)儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，軌跡調(diào)整頻繁

由于普通伽馬無(wú)法分析儲(chǔ)層方向性，導(dǎo)致難以實(shí)時(shí)準(zhǔn)確評(píng)價(jià)當(dāng)前鉆遇地層的特性，增加了地質(zhì)導(dǎo)向決策難度。A 靶點(diǎn)著陸前因地質(zhì)需求，常需要進(jìn)行強(qiáng)增或強(qiáng)降井斜施工，造成井眼曲率過(guò)大，增加了中完作業(yè)難度和風(fēng)險(xiǎn)。另外，由于儲(chǔ)層砂體夾泥巖，鉆遇泥巖后需進(jìn)行軌跡調(diào)整，甚至地質(zhì)回填，嚴(yán)重影響鉆進(jìn)時(shí)效。

(4)地層承壓能力低，固井漏失率高

鄂爾多斯盆地地層承壓能力低、漏失層位多，固井漏失率高，水泥返高難以保障。以劉家溝組、延安組問(wèn)題最為突出。采用“正注反擠”工藝銜接難度大，反擠井段固井質(zhì)量不理想，空套管段長(zhǎng)問(wèn)題突出。

2.復(fù)雜巖性地層水平井鉆井提速技術(shù)

針對(duì)復(fù)雜巖性特征及井眼軌跡造成的機(jī)械鉆速慢難題，通過(guò)應(yīng)用研制的個(gè)性化PDC 鉆頭、優(yōu)選輔助配套提速工具，配套高效破巖優(yōu)化控制技術(shù)，有效提高機(jī)械鉆速。

(1)高效混合布齒PDC鉆頭

基于巖石力學(xué)特征，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬分析和單齒破巖室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，優(yōu)選切削齒齒形，優(yōu)化切削齒的高度差組合，切削齒后傾角和鉆頭力平衡性能，形成適合鄂北地質(zhì)工程特點(diǎn)的3 種規(guī)格混合布齒PDC 鉆頭。直井段采用“錐齒+平面齒”組合，保證單只鉆頭進(jìn)尺和機(jī)械鉆速，提高鉆遇含礫石夾層時(shí)的抗沖擊性；斜井段采用“脊形齒+錐齒”組合及超短螺旋保徑+超短接頭的設(shè)計(jì)方法，提高鉆頭定向效率；水平段采用“脊形齒+平面齒”組合，全金剛石保徑，提高鉆頭壽命和機(jī)械鉆速。推廣應(yīng)用后，平均單只鉆頭進(jìn)尺提高40%以上，單井鉆頭使用數(shù)量降低30%以上。

(2)鉆井輔助提速工具

根據(jù)各井段鉆井提速和施工難點(diǎn)，優(yōu)選多類(lèi)輔助提速工具，配套應(yīng)用方案，形成分段鉆井提速方案（見(jiàn)表1），有效提高破巖效率，平均機(jī)械鉆速提高25%以上。

表1 各井段鉆井提速工具應(yīng)用方案

(3)高效破巖優(yōu)化控制技術(shù)

針對(duì)大斜度井段與水平段易形成巖屑床難題，通過(guò)偏心環(huán)空壓耗模型，分析巖屑床對(duì)環(huán)空壓耗的影響規(guī)律，繪制ECD 圖版，對(duì)比實(shí)鉆與理論ECD 的變化規(guī)律，監(jiān)測(cè)井眼清潔程度（見(jiàn)圖1）；通過(guò)臨界流速方程和巖屑床厚度預(yù)測(cè)方法，優(yōu)化鉆桿轉(zhuǎn)速、排量等參數(shù)，配套旋流清砂工具，水力與機(jī)械方式結(jié)合，有效清除井內(nèi)巖屑床。

圖1 巖屑床監(jiān)測(cè)圖版

3.窄壓力窗口漏塌一體化防治技術(shù)

針對(duì)地層壓力窗口窄的問(wèn)題，基于漏塌復(fù)雜機(jī)理分析，應(yīng)用復(fù)合鹽強(qiáng)抑制強(qiáng)封堵鉆井液、窄壓力窗口堵漏技術(shù)、工程控壓防漏鉆井技術(shù)，有效降低漏塌復(fù)雜占比。

(1)復(fù)合鹽強(qiáng)抑制強(qiáng)封堵鉆井液體系

針對(duì)泥巖段井壁易失穩(wěn)的難題，針對(duì)性設(shè)計(jì)“活度調(diào)控+ 協(xié)同封堵+ 強(qiáng)化抑制”的鉆井液開(kāi)發(fā)思路，優(yōu)選活度調(diào)節(jié)劑、泥巖水化抑制劑和降失水劑等關(guān)鍵處理劑，通過(guò)調(diào)整加量，控制鉆井液高溫高壓失水小于10 mL，泥巖滾動(dòng)回收率大于95%，鉆井液活度控制在0.95 左右。研選多級(jí)配致密填充和多元封堵劑，實(shí)現(xiàn)“剛性顆粒+表面改性+變形封堵+濁點(diǎn)效應(yīng)”協(xié)同封堵。通過(guò)應(yīng)用該鉆井液，井壁失穩(wěn)平均單井損失時(shí)間降低50%以上。

(2)裂縫性地層鉆井防漏技術(shù)

根據(jù)鉆井漏失數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，結(jié)合理論分析，劃分漏失風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)區(qū)。根據(jù)壓力窗口，采用循環(huán)壓耗、波動(dòng)壓力的井筒壓力分析手段，分井段、分井斜精細(xì)控制鉆井液密度，指導(dǎo)機(jī)械鉆速、循環(huán)排量、起下鉆（套管）速度、通井速度等參數(shù)優(yōu)化。技術(shù)應(yīng)用后，鉆井漏失率降低50%以上。

(3)鉆井堵漏技術(shù)措施

針對(duì)劉家溝組等裂縫性漏失地層，研發(fā)出了系列堵漏材料，針對(duì)不同漏速采用不同堵漏措施：針對(duì)漏速小于3 m3/h 的井漏，應(yīng)用納米級(jí)隨鉆堵漏材料，配套形成隨鉆堵漏漿，承壓可達(dá)5 MPa；針對(duì)漏速3～5 m3/h 的井漏，采用致密承壓堵漏體系，不同規(guī)格楔形裂縫承壓均大于8 MPa；針對(duì)漏速大于5 m3/h的惡性漏失，采用自主開(kāi)發(fā)的可控膨脹堵漏（KPD）工藝技術(shù)，包括水泥基、低水泥復(fù)合基和化學(xué)凝膠3 種堵漏漿體系，具有強(qiáng)觸變性、強(qiáng)度發(fā)展快、鎖水膨脹、即時(shí)稠化等特征，適用不同層位和施工階段的堵漏需要，KPD 技術(shù)一次堵漏成功率大于90%。

4.致密砂巖水平井軌跡高效控制技術(shù)

針對(duì)地層強(qiáng)非均質(zhì)性的問(wèn)題，基于三維地質(zhì)模型，采用井眼軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)、近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)、高效鉆具組合等方法，有效降低軌跡控制難度，提高儲(chǔ)層鉆遇率。

(1)水平井井眼軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)

根據(jù)三維地質(zhì)模型中大段砂、泥巖疊置關(guān)系，在井壁穩(wěn)定的砂巖段使用滑動(dòng)鉆進(jìn)以提高造斜率，井壁不穩(wěn)定泥巖段多采用復(fù)合鉆進(jìn)以提高機(jī)械鉆速，實(shí)現(xiàn)二維斜井段井眼軌道優(yōu)化（見(jiàn)圖2），斜井段泥巖滑動(dòng)占比較常規(guī)設(shè)計(jì)方法降低40%以上。三維水平井采用“雙二維”軌跡設(shè)計(jì)，上移造斜點(diǎn)，有效降低鄰井碰撞風(fēng)險(xiǎn)，滑動(dòng)摩阻減少50%以上。

圖2 二維水平井斜井段井眼軌跡優(yōu)化方案

(2)近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向應(yīng)用技術(shù)

應(yīng)用近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向工具，測(cè)量零長(zhǎng)約為0.5 m，并且基于方位伽馬圖譜，優(yōu)化邊界追蹤和傾角算法，有效確定地層傾角和“軌跡-地層”接觸關(guān)系。通過(guò)有機(jī)融合定向、錄井和地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)，形成以三維地質(zhì)建模、隨鉆三維模型反演、在線實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)和軌跡動(dòng)態(tài)調(diào)整為核心的定錄導(dǎo)一體化技術(shù)。通過(guò)該技術(shù)推廣，導(dǎo)眼井占比大幅度降低，砂巖鉆遇率和一次中靶率均提高至90%以上。

(3)高效鉆具組合

采用底部鉆具組合鉆進(jìn)趨勢(shì)分析模型，利用基于實(shí)鉆數(shù)據(jù)的鉆進(jìn)趨勢(shì)修正方法和BHA 鉆進(jìn)趨勢(shì)分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件，實(shí)現(xiàn)扶正器間距設(shè)計(jì)和外徑優(yōu)化。斜井段應(yīng)用1.50°和1.75°短彎螺桿，使造斜率提高28%以上；水平段配套變徑穩(wěn)定器，實(shí)現(xiàn)“單彎單穩(wěn)”和“單彎雙穩(wěn)”之間鉆具組合靈活轉(zhuǎn)化，水平段滑動(dòng)定向進(jìn)尺減少60%以上，進(jìn)一步促進(jìn)了鉆井提速。

5.低漏失壓力水平井固井技術(shù)

針對(duì)固井漏失嚴(yán)重問(wèn)題，采用固井前地層漏失壓力預(yù)測(cè)技術(shù)、低成本低密度水泥漿體系及配套工藝技術(shù)，形成了致密氣藏低漏失壓力水平井固井技術(shù)，有效保障固井長(zhǎng)效密封。

(1)固井前地層漏失壓力預(yù)測(cè)技術(shù)

依據(jù)鉆井漏失、固井漏失、水泥返高等生產(chǎn)資料大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，劃分井漏風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)區(qū)，應(yīng)用深、淺電阻率數(shù)據(jù)計(jì)算裂縫孔隙度剖面，并擬合計(jì)算鉆井漏失壓差、漏失速率和裂縫孔隙度，確定裂縫性地層漏失壓力剖面；參考固井前鉆井液在“環(huán)空-套管”內(nèi)循環(huán)流動(dòng)規(guī)律，利用循環(huán)摩阻動(dòng)態(tài)測(cè)試地層漏失壓力。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用預(yù)測(cè)符合率大于90%，為固井防漏設(shè)計(jì)提供定量依據(jù)。

(2)低成本低密度水泥漿體系

通過(guò)優(yōu)選減輕材料，通過(guò)多元復(fù)配，開(kāi)發(fā)了1.15～1.30 g/cm3超低密度水泥漿體系，體系穩(wěn)定性好，承壓30 MPa 后的密度變化范圍小于0.01 g/cm3，綜合成本較市場(chǎng)同密度體系降本20%以上?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用固井優(yōu)良率達(dá)93.2%。

6.結(jié)論及建議

（1）研究形成的鄂北致密氣鉆完井工程技術(shù)系列具有較好的針對(duì)性，有效地提高了工程技術(shù)水平，取得了好的應(yīng)用效果，具有很好的推廣應(yīng)用前景。

（2）建議持續(xù)優(yōu)化現(xiàn)有成熟技術(shù)，進(jìn)一步開(kāi)展技術(shù)集成應(yīng)用，并且在“一趟鉆”技術(shù)、儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)等方面進(jìn)一步強(qiáng)化攻關(guān)，助力持續(xù)降本增效，保障鄂北致密氣高效開(kāi)發(fā)。