水平井在苏里格低渗气田开发中的应用课件

二一一年九月 川庆钻探工程有限公司 川庆钻探工程有限公司 前 言 苏里格气田勘探面积4万平方 公里，天然气总资源量3.8万亿立 方米，累计探明5336.52亿立方米 的地质储量，是 “西气东输” 战 略的重要区块。但其属低压、低渗 、低产的“三低”气田，单井产量 低，开发成本回收周期长。为此确 立了苏里格气田“面对现实，依靠 科技，简化工艺，走低成本开发道 路”的开发理念，以单井多产，降 低开发成本为目的的水平井钻井技 术得到了较大发展。 川庆钻探工程有限公司 自2009年以来，水平井数量逐年增加，累计完成58口 ，平均钻井周期由156天缩短至56天。其中桃7-9-5AH最 高单井试气无阻流量达到每天160.15104m3/d 。至此 ，苏里格气田已由“多井低产”迈入“少井高产”新时期 。 川庆钻探工程有限公司 苏里格水平井开发历经三个阶段： 2001-2002年进行了水平井先导性试验，完成了苏平1井、苏 平2井 ，未取得预期开发效果。 2009年优化了井身结构，完井6口，取得良好的开发效果； 2010-2011年，进入全面开发阶段，并取消导眼，累计完井49口， 形成了以全井段PDC复合钻井为核心的十项配套技术，不断刷新多 项技术指标，其中钻井周期最短26.96天，水平段最长2606米。 2008年，试验井苏平14-13-36进行了储层压裂改造，由于施 工周期长，成本高，未能规模应用。 川庆钻探工程有限公司 历年苏里格水平井技术指标统计对比 川庆钻探工程有限公司 一、地 质 概 况 川庆钻探工程有限公司 苏里格气田位于长庆靖边气田北侧，区域构造属 于鄂尔多斯盆地中北部，系宽缓浅水三角洲沉积环境， 属于砂岩性气藏。主力气层为山西组山1、石盒子盒8， 埋深3200-3800米，气藏压力系数平均0.70.98。 川庆钻探工程有限公司 界系统组（阶）视厚度（m）备注 新生界第四系 7-20 中生界白垩系志丹统 华池组240-250 洛河组340-360 侏罗系中统 安定组120-130 直罗组190-200 下统延安组290-300 三叠系 上统延长组840-850 中统纸坊组280-290 下统 和尚沟组140-150 刘家沟组280-290 古生界二叠系 上统石千峰组(P3q)270-280 中统石盒子组(P2h)260-270 主要目的层 下统山西组(P1S1+2)100-120 主要目的层 石炭系 上统太原组(P1S3+4)10-25 中统本溪组(C2b1+2+3)10-20 奥陶系下统马家沟组（0）未钻穿 1-9月生产工作量统计表 苏里格气田桃7区块地层划分表 川庆钻探工程有限公司 二、水平井井位优选技术 川庆钻探工程有限公司 v “储量丰度高、动用程度低”的区域； v 三维地震储层预测和目的层砂体对比结果相吻合； v 钻探目的层有效厚度较大（大于5m）、物性较好（ 孔隙度大于8）、储层分布较稳定、展布范围较大。 v 位于区块天然气富集区带。 1.水平井部署原则 川庆钻探工程有限公司 2.井位部署思路 一是根据富集区块内对各单井进行小层划分与对比 ，对储层有效厚度、物性参数、展布空间范围变化情况 追踪研究； 二是根据三维地震属性解释反演成果及定性描述， 结合实际已钻井情况，与地质认识相结合，选出有利布 井区域； 川庆钻探工程有限公司 2.井位部署思路 三是借用地质建模对砂体发育情况进行模拟，提供 更加直观合理的地质依据； 四是分析各小层动用程度、潜力情况及有利富集区 ，确定单层砂体在剖面上的展布情况及含气性，精细描 述各个小层在平面上的分布变化趋势、连通状况及发育 程度，精细刻画砂体和储层空间展布，并结合邻近的生 产动态对井位进行优选和确定。 川庆钻探工程有限公司 3井位论证实例 桃7-9-5AH井位于苏里格气田桃7区块西北部，从 三维地震解释以及地震偏移剖面和去泥质反演剖面来 看，该区域盒7段储层平面及纵向发育较好，砂体在目 标区域分布较为连续。 周边完钻井资料表明该区域盒7段砂体普遍发育较 好，有效储层厚度为6-9.3m。测井解释盒7段孔隙度为 7.7-15.7%。适合部署水平井。 川庆钻探工程有限公司 从周边邻井试气分析上看，绝大部分邻井均为无阻流量大 于10104m3/d的一类气井。该区域试气结果表明，盒7段产能 贡献大，产能高。 实钻结果： 本井钻遇有效储层长519.4m，储层钻遇率61.1%，试气获 无阻流量160.15104m3/d，配产15104m3/d，为同区块直 井产量的三倍以上，极大的提高了单井的产量，取得了良好的 效果。 川庆钻探工程有限公司 1-9月生产工作量统计表 四口井盒7段测井对比图 川庆钻探工程有限公司 三、水平井钻井技术 川庆钻探工程有限公司 1. 井身结构优化技术 2008年在苏平14-13-36井试验了带导眼三开井身结构： 444.5mm钻头762m/339.7mm套管760m; 311.2mm钻头3707m/244.5mm套管3703m ； 215.9mm钻头5008m/139.7mm 筛管(3505-5005m); 施工过程311.2mm井眼造斜效率低，钻井周期长(272天 )，未能规模应用。 川庆钻探工程有限公司 2009年上半年对井身结构进行优化：346mm钻头7m/273mm 套管;241.3mm钻头/177.8mm套管入窗;152.4mm钻头 /101.6mm 筛管。钻井速度明显提升，钻井周期缩短到了100天左 右。随着对苏里格储层的展布进一步明晰，2009年9月率先在桃7 区块试验了取消导眼的三开井身结构，钻井周期缩短至60天内， 增产效果显著，并进行了规模推广。 川庆钻探工程有限公司 2.剖面优化设计技术 通过不断认真总结苏里格水平井施工经验及借鉴壳牌公司 长北水平井设计经验，形成了最短时间、最快速度、最低消耗 、最大复合钻井比例入窗的剖面设计模式。 一是适当延长靶前距、采用中长半径水平井剖面，大幅增 加了斜井段PDC钻头复合钻进井段，充分发挥出PDC钻头优势， 提高了机械钻速； 二是改变以往先设计剖面再选钻具组合的思路，根据钻具 特性，模拟实钻情况设计剖面。2009年完成的3口无导眼水平井 均采用此剖面，使复合钻井段比例达到70%以上，为全井段推广 PDC钻头的应用提供了有利条件。 川庆钻探工程有限公司 3.轨道精确控制技术 针对不施工导眼、储层不确定问题，坚持“模拟实钻 、精确监控、缓慢纠偏、斜有余地、稳斜探顶、复合入窗 ”的轨迹控制原则，实时动态精确监控，分析计算工具造 斜能力，合理预算，及时校正待钻井眼设计，确保中靶， 并将待钻井眼曲率控制在PDC复合钻进造斜能力范围，提高 了复合钻进的比例。桃7-9-5AH井斜井段1020米，其中复合 钻进井段834米，占81.8%，在靶点垂深提高4米的情况下， 实现了准确入靶。 川庆钻探工程有限公司 4.钻具组合优化技术 形成高抗扭、低压耗、防粘阻钻具组合，优化螺杆参数。 由钟摆、塔式逐步优化为四合一，机械钻速由2009 年的15.22米/小时提高至18.24米/小时。 由定向、增斜、入窗三套组合优化为一套钻具组合。 直井段 斜井段 水平段 川庆钻探工程有限公司 5.PDC钻头个性化应用技术 以“121”工程(直井段一趟钻；斜井段两趟钻；水平 段一趟钻)为目标，持续进行PDC个性化设计攻关,实现了全 井段应用PDC钻头。 直井段以防斜打快为主题，优化形成了强攻击、高耐 磨、双级切削、混装布齿结构的PDC钻头，实现高钻速一趟 钻。苏36-13-11H井直井段以3.96天一趟钻完成进尺2220米 ，同比缩短周期1/3。 川庆钻探工程有限公司 斜井段采用长保径、浅内锥耐磨导向个性化国产PDC钻 头，实现全井段使用PDC钻头两趟钻。苏东57-09H1井实现斜 井段使用两只PDC钻头两趟钻完成678米进尺，斜井段施工 周期8.42天、平均机械钻速4.39米/小时。 川庆钻探工程有限公司 斜井段PDC钻头个性化设计特征： v 六刀翼结构,并且带辅助切削齿。 v 可换式喷嘴设计。 v 抗回旋设计和力平衡布齿。 v 井底流场仿真优化水力设计，分割独立式流道。 v 较浅内锥和较短的外锥剖面结构，增强钻头的侧向攻 击性及使用寿命。 v 长保径设计，保证钻头工作平稳和井壁光滑，并布有 倒划眼齿。 川庆钻探工程有限公司 针对定向井钻头轮 廓优化设计 加长保径，使井眼和 轨迹更加规则 倒划眼设计 针对切削结构设计和力平 衡技术，实现有效切削和 保证工具面稳定性 保径面采用热稳定聚晶 （TSP）强化 切削齿吃入控制技 术，降低扭矩，利 于工具面控制 6个标准喷嘴，计算流 体动力学水力优化设计 ，保证钻头水力分布合 理 川庆钻探工程有限公司 水平段钻头优选历经进口牙轮、进口PDC和PDC国产化三 个阶段；现以高耐磨、强保径、浅内锥为特征的国产PDC钻 头得到全面推广。苏5-15-7H井创造了单只国产PDC钻头进尺 863米的纪录。为实现水平段一趟钻奠定了基础。 川庆钻探工程有限公司 针对水平段长度逐步延伸，形 成了以降摩减阻为核心的长水平段 技术。 一是应用水平井摩阻扭矩分析 软件，分析影响摩阻、扭矩的因素 ，建立三维井眼钻柱轴向力、扭矩 的计算模型,现场根据实钻情况， 反演校正摩阻、扭矩，为水平段延 伸提供科学依据。 6. 超长水平段降摩减阻技术 川庆钻探工程有限公司 二是平滑轨迹控制技术，优化形成稳斜性能好的钻具结构， 采用滑动导向和复合钻进的方式，提高复合钻进比例，水平段复 合钻进比例达到94.32%，实现井眼轨迹控制平滑。 三是优选LWD仪器，配套新型水力加压工具。为有效地克服 长水平段钻进时的托压难题，应用了水力振荡器，并合理优选 最佳安放位置，同时优选与之配套的LWD仪器。水平段滑动机械 钻速同比提高32.5%。复合机械钻速提高80.99%。 川庆钻探工程有限公司 四是及时分析总结摩阻、扭矩控制方法, 采取控时钻 进、短程起下钻等技术措施，确保井下安全。 川庆钻探工程有限公司 苏5-3-16H1井 目前已完成水平段1200米以上15口，其中 水平段长2606米 水平位移达到3162.84米 完钻井深6329米 机械钻速9.57米/小时 钻进周期57.69天 创中石油陆地 最长水平段记录 川庆钻探工程有限公司 针对苏里格地区储层具有“薄、多、散、杂”的特 点,储层不确定性极高，目的层砂岩发育较差，积极开展 多台阶水平井技术攻关，施工技术日趋成熟（最高垂深 落差达29.45米）。多台阶水平井已成为苏里格气田降低 生产成本和有效提高采收率的重要手段。 7、多台阶水平井技术 川庆钻探工程有限公司 苏平1井由于目的层砂岩发育较差，结合实测GAMMA 数据、气测值和岩性变化，不断调整井眼轨迹，水平段 垂深落差变化大，整个井眼轨迹进行了稳斜-降斜-增斜- 稳斜-增斜-强降斜六次调整，形成4个台阶；垂深落差 29.45 米。 川庆钻探工程有限公司 3270 3275 3280 3285 3290 3295 3300 3305 3310 3315 3320 1502002503003504004505005506006507007508008509009501000 1050 1100 1150 1200 垂深（米） 完钻井深：4289.0米 对应垂深：3318.64米 水平段：3419.5-4289.0米，总长869.5米，水平位移1123.1 米 垂深落差 29.45 米 水平距（米） 设计轨迹中心线 入靶点：斜深 3419.5 米 垂深 3295.83米 苏平1井实钻井眼轨迹剖面图 川庆钻探工程有限公司 苏36-8-18H井水平段钻进时砂岩垂深落差8.3米，且泥 岩段长272m。 苏36-8-18H井实钻井眼轨迹剖面图 川庆钻探工程有限公司 2010年完成了桃7-14-18H双分支水平先导性试验井，采 用贝克休斯分支技术，实现了国内第一口双分支水平井+分段 压裂施工，在一个井眼内实现两层分段压裂，合层开采，盒8 砂体钻遇率92.74%,储层钻遇率69.91%；盒7砂体钻遇率 94.75%, 储层钻遇率89.63%。下分支（盒8段）无阻流量85 104m3/d，上分支（盒7段）无阻流量40104m3/d。产量是 同区块常规水平井平均产量的3倍。 8.分支井技术 川庆钻探工程有限公司 该井一开346.0mm钻头/273.0mm表套；二开241.3mm钻 头+215.9mm钻头/177.8mm技套；三开152.4mm钻头（水平段 长762m）；分段完井管柱；支井：152.4mm钻头（裸眼长度 1238m，水平段长765m） 桃7-14-18H双分支水平井完井示意图 川庆钻探工程有限公司 （1）直井段使用无固相强抑制聚合物钻井液体系。该体系有 效预防了直罗、延长组底部坍塌。在确保井下安全的同时，极大 地解放了机械钻速，实现了优质高速钻进。 （2）斜井段使用无土相强抑制复合盐钻井液体系。针对以往 气井水平井斜井段使用三磺分散型钻井液体系，“双石”层易发 生坍塌和PDC钻头泥包等问题，研究“双石层”特性及坍塌机理 ，2009年以来，在50口井创新试验和推广具有强抑制、填充封堵 、力学稳定等多项功能的无土相强抑制复合盐钻井液体系，有效 解决了地层坍塌和PDC钻头泥包。 9.钻井液优化技术 川庆钻探工程有限公司 （3）水平段使用无土相低伤害酸溶暂堵钻井液体系。 该体系具有密度可调、失水低、耐温高(150)、 流变性 好、抑制强及酸溶率高等特点，能够有效保护储层，现场 平均伤害率为9.59%,属于轻度伤害。在桃7-9-5AH井应用 ，获得无阻流量160.15104m3/d的高产气流。 川庆钻探工程有限公司 针对钻遇泥岩频繁的问题，采取悬空侧钻技术，避免了 由于地质因素不确定性造成的填井损失。目前累计实施悬空 侧钻5口，为提高储层钻遇率提供了技术支撑。 10.悬空侧钻技术 川庆钻探工程有限公司 四、应用效果 川庆钻探工程有限公司 苏里格气田水平井开发经过多年的技术攻关,取得了重 大进展,在井位优选、提高储层钻遇率、钻井提速、储层改 造等方面获得突破,现场实施效果良好, 较大幅度地提高了 单井产量,已具备了水平井规模开发的条件。 川庆钻探工程有限公司 由2008年的48%逐步提高到60%以上，截止2010年12月 底，苏里格中区（自营区）共投产水平井23口，最高日产 量12.4104m3/d,目前平均日产量5.4104m3/d，平均井口 套压14.6MPa。水平井试气无阻流量基本为直井的3倍以上 ，而投产产量则达到直井的5倍左右。 储层钻遇率显著提高 1 川庆钻探工程有限公司 井区类型井数 无阻流量 104m3/d 无阻流量 增产倍数 投产产量 104m3/d 投产产量 增加倍数 苏14 水平井632.7 3.65 5.3 4.91 直井138.951.08 桃2 水平井449 3.24 10.9（2口井） 9.48 直井1115.141.15 苏6 水平井652.32 4.18 8.75 6.73 直井412.521.3 苏36-11 水平井419.39 2.55 4.14 3.18 直井37.611.3 平均 水平井2039.2 3.42 6.05 5.04 直井3111.471.2 川庆钻探工程有限公司 平均钻井周期由156.26天缩短至56.43天,降幅达 176.9%；平均机械钻速由4.14米/小时提高至8.04米/小时 ，提高幅度达94.2%。苏36-23-10H井以钻井周期26.96天 ，创造了苏里格气田水平井最短钻井周期记录。 钻井提速效果明显 2 川庆钻探工程有限公司 年度 完井 口数 机械钻速 （米/