延长油田水平井钻井关键技术解析范文

［摘要］水平井钻井技术对延长油田低渗透油藏的勘探开发具有重要意义。从钻井设计出发，提出了三维轨迹、负位移、三增剖面等剖面优化设计以及二开的井身结构设计;针对水平井地质导向的技术难点，形成了相应的技术对策;为解决原KPAM钻井液体系抑制性较差的问题，通过室内实验确定了阳离子乳液聚合物钻井液体系配方。这些关键技术有效性的保证了延长油田水平井钻井安全平稳运行。

［关键词］水平井;钻井技术;钻井液;地质导向;延长油田

水平井钻井技术在油气勘探开发发挥着重要作用，是提高油气田最终采收率、老油田挖潜、新油田开发的重要手段。相比于常规直井，水平井能较好的提高低渗透油藏单井产量、开发质量以及提高油田采收率，非常适用于延长低渗透油藏的开发，有效的解决了延长油田开发过程中“多井、低产、低效”的问题。延长油田第一口成功开发的低渗透水平井为薛平1井［1］，为油田的高效开发提供了成功经验，自2011年大力推广水平井以来，延长油田在2013年～2014年间，成功钻探水平井154口井，对油田的增储上产具有重要意义。

1延长油田水平井钻井优化

1．1优化井眼轨迹

由于延长油田地处陕北黄土高原，受限于复杂的地面条件和丘陵沟壑地貌，充分对队伍素质、油层落实程度以及施工效率等因素进行综合考虑［2，3］，以三增剖面、负位移以及三维轨迹等作为剖面设计方法，开展了水平井井眼轨迹优化设计，主要分为以下三种情况:(1)水平井靶前距＜240m:以水平井井型、水平井段长度为依据，采取侧向位移、负位移以及非常规双增为设计方法。若为三维井或水平段较长，在直井段采取侧向位移、负位移进行轨迹设计，以降低钻井的难度;水平段较短时，采取非常规双增轨道，实现第一段造斜率大于第二段，使的入窗调整难度降低。(2)水平井靶前距处于240～300m之间:考虑两种情况，二维井设计方法为常规双增剖面，即“直－增－稳－增－水平”，三维井需要综合考虑队伍素质进行设计，素质较高的队伍二开时打侧向位移采取小角度斜井段方式，下部为二维剖面常规设计，素质较差的队伍，为降低难度，仅在第二增斜段扭方位。(3)水平井靶前距＞300m:为保证入窗精度，采取增大入窗可调范围，采取三增剖面优化设计。二维井的三增剖面设计为“直－增－稳－增－稳－增－水平”;三维井为圆滑井身轨迹，采取扭方位在第二增斜段，第三增斜段仅仅进行井斜调整。

1．2优化井身结构

由于延长油田主力开发区域之上为第四系黄土层，具有易漏失和垮塌、地层相对稳定、压力系统简单等特征，井身结构采取二开形式即可保证钻井安全。本次优化井身结构为:一开钻头直径为Φ311．2mm，表层套管直径为Φ244．5mm，水泥浆返至地面，实现对上部不稳定层的封固;二开直井段钻头直径为Φ222．3mm，钻达造斜点后，选取钻头直径为Φ215．9mm进行水平段钻进，解决由于上部地层缩径导致的起下钻困难问题，下入油层套管直优化的井身结构充分对地层特征、钻井工艺、对接工艺以及最大关井压力等进行了综合考虑，实现了保证钻井顺利施工的同时，常规井和水平井的管材结构、钻具结构等的一致性。总之，优化后的井身结构非常简单，在保证钻井安全、完成钻探目的的前提下，又节约了成本，同时还有利于修井作业、后期投产等施工的展开。

2延长油田水平井地质导向技术

20世纪90年代，地质导向钻井技术被提出并逐渐实现了广泛应用，作为前沿钻井技术，其通过对井底信息进行实时测量，实时评价地层参数，以实现对钻遇地质目标的精确控制［4］。

2．1地质导向技术的技术难点

(1)延长油田地质构造相对简单，因此开展地震勘探的区域并不多，使的对于井间的砂体、构造多采取插值进行预测。由于测井数据的不充足，以插值预测的地质图件误差在所难免，实际上一般对油顶预测的误差在1～2m，这与高精度要求的水平井实施要求不一致。

(2)延安组要求在油顶上部为水平井穿行轨迹。过低的水平段多与水锥半径靠近，常出现出水现象;过高的水平段又靠近油层顶，水平井投产后容易出现供液不足。

(3)主要目的层延长组的钻探时，要求钻遇优质油层。延长组的储层物性比延安组差，因此，必须钻遇高渗储层或好油层，水平井钻探时需要尽量多钻遇天然裂缝，且必须与最大主应力垂直，以保证压裂时横向裂缝易于形成，从而保证产能。因此，对储层裂缝预测、油层和夹层的识别非常重要。

(4)水平井地质导向时主要使用MWD仪器，虽然降低了钻井成本，但由于仅存在伽马数据，不利于油气层的判识和地层对比。

2．2水平井地质导向技术优化方法

根据目前延长油田钻井设备和技术情况，主要采取以下地质导向技术优化方法保证水平井的施工［5，6］:(1)首先分析钻井地质风险，施工前设计好各种预案;(2)在轨迹设计，需在A靶前20～50m提前着陆，保障预留的调整井段充足;(3)对井眼轨迹进行优化控制，合理设计进入油层的井斜角;(4)实时开展钻井跟踪，当顺利着陆后，对井眼轨迹进行重新模拟;(5)综合利用地质录井、钻时、气测以及伽马等数据进行综合判识。

2．2．1地质导向前的资料准备

现场地质导向人员应当对地质、工程设计进行提前熟悉，收集与钻探井相关的材料如钻井和地质设计、构造图、地层分层数据表、周边井组合图等，钻探前编制好油顶微构造叠合含油面积图。若存在砂体尖灭，其构造边界就是砂体尖灭线，以延安组油藏为典型代表，构造图必须对油水界面、油藏空间形态准确反映。对于延长组薄层油藏、延安组边底水油藏，需要开展储层精细描述，按照等高线为1m或2m进行油层顶面微构造形态的精细刻画。对于延长组储层较厚且均一的油藏，刻画油层顶面微构造形态的等高线可以为5m或10m。水平井对地层、油藏的刻画要准确、细致，当前延长油田提供的相关地质数据还不能满足精细图件的制作要求，因此还存在较多的不确定性，设计时需要给存在的可能区间，开展现场实时对比并结合相关工程措施以降低钻井风险。在对比分析后，需要综合考虑储层连通性、构造变化分析地质风险，并制定地质风险规避预案。

2．2．2确保中靶技术

根据前期大量地质工作，确定了油藏地质模型，但是对于单井钻探仍存在较多不确定性，因此，钻井过程中，要求开展精细地层对比，地质、工程相结合，卡准标志层深度、入窗点深度以及油顶深度，定准入窗井斜角和地层倾角2个角度。关键技术主要包括:(1)入窗前开展精细对比，主要为确定油顶深度，控制造斜段井眼轨迹，使其被控制在利于入靶点矢量中靶范围内;(2)对是否钻至目的层进行及时判断，确保顺利入窗，着陆后对垂深和井斜进行调整，以实现平稳钻进水平段。在入窗前，油层垂深为50～200m井段开展地层对比，即通过在A靶点前开展地层对比，确定好油层入窗点，进入油层和A靶点前，需要多次合理调整井身轨迹，以保证进入入窗点的轨迹顺畅。部分风险井应提前打导眼井，设计A靶点附近0～30m为延长组的导眼靶点，回填导眼到造斜点之上150m。

2．2．3提高油层钻遇率技术

水平段钻进过程中，始终坚持“实时监控、稳斜钻进、适度校斜、穿行油层”原则，实现水平段轨迹通畅以及水平段又在合适的油层部位穿行。过A靶点后，钻进过程中按照地质三维轨迹走向的要求，对井身轨迹开展合理判断和预测，保证好井身轨迹。按照地质、工程设计规定的构造图、距油层顶底的高度、邻井的油层深度以及井斜角确定井身轨迹变化趋势，开展实时跟踪。目的层钻进过程中，对储层和钻头位置关系应该实时预测，以调整井斜角、钻压和方位角等参数来保证高精度控制水平段轨迹，保证水平段轨迹在最佳位置穿行，实现油层钻遇率稳步提升的目的。当水平井入窗后，要开展精细的录井工作，合理的判断油气显示、储层物性、岩性及含油气性等，正确引导导向工作，稳步提升油层钻遇率。根据录井得到的参数，以满足地质要求为前提，确保水平段轨迹圆滑，其要求井眼扩大率低于5%、全角变化率不超过6°/100m，良好的井筒质量，对完井压裂意义重大。

3延长油田水平井钻井液技术优化

3．1水平井钻井液技术的技术难点

(1)延长油田的水平井井身结构一般为二开结构［7］，封固二开直井段后就进入造斜段和水平段，一般情况下，水平段的长度为500～1000m，大位移井一般更长，因此，对钻井液润滑性提出了更高的要求。

(2)大位移水平井在浅层造斜段具有较高的造斜率，以滑动钻进方式钻斜井段，若钻井液的携砂能力欠缺，造斜段内形成岩屑床的可能性较大，严重时井下事故频繁。

(3)实验结果表明，侏罗系直罗组泥岩伊/蒙间层比例超49%，具有较强的水敏性，长期浸泡下，水化膨胀作用使的井眼不规则。因此，导致延长油区侏罗系直罗组和安定组的砂泥岩地层井壁垮塌发生频繁。

(4)在下部地层钻探过程中，PDC钻头复合增斜率、造斜率均较低，降低了施工效率。一般情况下，水平井造斜点为1800～2000m，在延安组、富县组等层位可钻性差，滑动增斜率低导致严重的托压现象。

(5)老区块长期注水开发，普遍存在“同存漏侵”井，实施压井作业困难。地层的承压能力上部较低，不好把握，压井密度窗口。

3．2水平井钻井液体系配方优化

在鄂尔多斯、新疆、四川等地区，阳离子乳液聚合物钻井液已普遍使用并取得了较好的应用效果［8］。阳离子乳液主要为乳化石蜡RHJ－1、聚合物DS－301，其中乳化石蜡RHJ－1润滑防塌性优良，对连续相性能的有效改善意义重大，聚合物DS－301为阳离子大分子抑制剂，阳离子基团含量非常大，分子量达到600万～1100万，对连续相黏度的有效提高有积极作用，DS－301、RHJ－1同时使用，对化学抑制能力的提高有促进作用。该区原使用KPAM钻井液体系，本次将KPAM替换为聚合物DS－301，对携砂能力和抑制性进行有效提升，将原水基润滑剂替换为乳化石蜡RHJ－1，增强润滑性能，钻井液降滤失能力的提高使用降滤失剂RHPT－1。根据原KPAM钻井液体系配方，结合前人研究成果，确定DS－301、RHJ－1以及RHPT－1的加量分别为:0．2%～0．3%、1．0%～2．0%以及0．5%，为确定RHJ－1、DS－301对钻井液性能的影响，选用以下配方开展实验。膨润土4%+RHPT－10．5%+Na2CO30．2%+无荧光防塌剂1．5%实验结果显示，当DS－301从0．2%增加至0．3%时，钻井液动塑比、动切力提升明显;整体流变性能在老化前后并无太大变化，表明钻井液体系具有较好的稳定性;加入RHJ－1后较好的提升了钻井液润滑性，在高温(100℃)高压下，加量为0．3%时，泥饼黏滞系数是0．0524;但润滑系数低值是0．245，需要进一步提高。本次引入减摩剂JM－1提升润滑性能，实验表明JM－1对润滑性的提高明显。

此外，本次选取靖边区块B井延长组岩屑(井深1902m)开展滚动回收率实验，实验条件为100℃，16h，表明增加RHJ－1、DS－301，对钻井液抑制性提高具有较好的作用，证实了阳离子乳液聚合物良好的抑制性。因此，本次优选出钻井液体系配方为:膨润土4%+DS－3010．3%+Na2CO30．2%+JM－1(1．0%)+RHPT－1(0．5%)+RHJ－1(2．0%)+无荧光防塌剂1．5%该钻井液体系已在延长油田西平15、罗平16、蒲平22等多口井进行现场试验，证实了该体系具有较好的携岩能力、润滑性以及抑制性，能较好的满足延长油田水平井钻井施工要求，值得进一步推广应用。

4结语

(1)通过开展水平井钻井优化设计，实现了较好的控制井眼轨迹，对钻井施工能力、机械钻速以及水平井成功率都有了较好提升。

(2)结合延长油田水平井地质导向存在的技术困难，制定了针对性的技术对策，在多方法下实现优良的水平井地质导向。

(3)室内实验形成了阳离子乳液聚合物钻井液体系，其抑制性、润滑性以及流变性均优于原KPAM钻井液体系，对泥页岩水化膨胀有较好的抑制性，钻井液体系中还加入减摩剂JM－1，较好的解决了钻井托压问题。

参考文献

［1］康雪林，郝世彦，赵晨虹．延长低渗油藏水平井的突破:薛平1水平井的成功范例［J］．西安石油大学学报(自然科学版)．2012．(2):67－72．121．

［2］赵毅，曹晓，赵倩，等．延长油田水平井钻井优化设计及应用［J］．石油化工应用．2014．33(10):25－29．

［3］李海涛，高元，陈安胜，等．泡沫体系在油田中的应用及发展趋势［J］．精细石油化工进展．2010．11(2):22－26．

［4］闫振来，韩来聚，李作会，等．胜利油田水平井地质导向钻井技术［J］．石油钻探技术．2008．36(1):3－7．

［5］窦松江，赵平起．水平井随钻地质导向方法的研究与应用［J］．海洋石油．2009．29(4):77－82．

［6］时丕同，蔺建武，米乃哲，等．延长油田水平井地质导向技术及其应用［J］．非常规油气．2014．3(1):29－36．

［7］王中华．页岩气水平井钻井液技术的难点及选用原则［J］．中外能源．2012．(4):43－47．

［8］李伟，张文哲，邓都都，等．延长油田水平井钻井液优化与应用［J］．钻井液与完井液．2017．34(2):75－78．

作者:卢雄 寇枫 申超 闫华 闫小星 单位:陕西延长石油国际勘探开发工程有限公司