樊154区块致密砂岩非常规水平井钻井技术

1、樊154区块致密砂岩非常规水平井钻井技术摘要：胜利油田在樊154、樊162、义123、义173、滨435等致密砂岩油气区部署了119口井，开展了非常规油气勘探开发会战。2011年，在樊154区块完成了第一口致密砂岩油气井樊154-平1井，取得了初步勘探效果。之后又在樊154区块连续完成了多口施工井，通过优选钻头和钻进参数、优化钻具结构和钻井液性能、精心设计完井通井方案，保证了施工井的顺利完成。关键词：致密砂岩；非常规水平井；钻井技术；小井眼；压裂管柱中图分类号：TE242文献标识码：A文章编号：1009-2374（2013）05-0112-03根据中石化总部制定的“非常规大发展”工作部署，胜利

2、油田在樊154、樊162、义123、义173、滨435等致密砂岩油气区部署了119口井，开展了非常规油气勘探开发会战。2011年，在樊154区块完成了第一口致密砂岩油气井樊154-平1井，取得了初步勘探效果。樊154块位于胜利纯梁采油厂大芦湖油田的东部，区域构造处于东营凹陷博兴洼陷中部，构造位置位于济阳坳陷东营凹陷金家-樊家鼻状构造带东翼樊154断块，樊154-平1井之后又完成了多口井的施工。施工中通过优选钻头和钻进参数、优化钻具结构和钻井液性能、精心设计完井通井方案，满足了钻井施工的要求，克服了地质条件复杂带来的不利影响，保证了施工井的顺利完成。尤其樊154-平2井井眼轨迹平滑、井眼畅通、井

3、壁稳定、施工过程顺利，创全国陆上小井眼水平段最长、水平位移最大、二十段制压裂管柱首次下入等三项纪录。1施工难点樊154区块致密砂岩水平井存在如下施工难点：（1）储层埋藏深：樊154区块水平井设计垂深2690-3400m，斜深均超过3800m，造斜段长，滑动钻进多。（2）造斜段泥岩厚度大，断层发育，井壁不稳定等问题突出，钻井施工存在较大风险。（3）水平段轨迹控制精度高（全角变化率不能大于6/100m）。完井压裂管柱的安全顺利下入需要高度平滑的井眼轨迹，水平段的全角变化率不能大于6/100m，常规马达导向钻具实现难度高。（4）钻井液技术要求高（井眼扩大率要求小于5%）。胜利油田砂岩储层相对松软，且

4、长水平段钻进周期长，要求钻井液技术在保障井下有效携岩、润滑的基本前提下，还需要具有较低的失水和良好的护壁性，以保证封隔器有效座封。（5）水平段长，摩阻扭矩大，后期轨迹控制难度大。随着水平井段的延伸，施工后期摩阻1820t，复合钻进扭矩1012kNm。常规导向钻具滑动钻井钻压传递十分困难，井眼轨迹控制难度高，后期滑动钻井控制轨迹占用时间长、效率低、效果差，严重影响钻井效率。（6）水平段井眼尺寸较小，循环压耗大，泵压高。水平段井眼尺寸为152.4mm，相对较小，钻具组合水眼小，循环压耗大，泵压高达2324MPa，已接近常用循环系统（泥浆泵、高压管汇、水龙带、顶驱）额定压力，长期在极限工况下工作，安

5、全隐患大。（7）裸眼段长，局部井段失稳问题严重。馆陶组及以上地层经长时间浸泡容易坍塌掉块；水平段平面及垂向非均质性强，泥质含量较高造成井段稳定性差；要求钻井液具有良好的携岩能力、泥饼质量和防塌性能。（8）177.8mm技套施工存在隐患和难点。在施工中井眼轨迹可能出现曲率高、技术套管刚性大和难以下入的问题；固井水泥返至地面，封固段长，施工过程中易发生井漏等复杂情况；斜井段井眼曲率较大，固井质量很难保证。（9）152.4mm井眼施工存在隐患和难点。水平段长，岩屑携带困难，形成岩屑床，造成起下钻阻卡；水平位移长1233m，在滑动钻进中，钻具与井壁的接触面积增大，摩阻增高，脱压严重，钻速低；水平段地质

6、岩性和井眼的特殊性要求钻井液具有良好的携岩能力、强抑制能力、泥饼质量和防塌性能；完井压裂管柱管串外径大，管串结构中放置12级封隔器，刚性强，下入困难。2施工技术应用2.1长水平段井眼轨迹优化控制技术2.1.1转变井眼轨迹控制观念。常规水平井以“靶盒”为控制目标，需要较多的滑动钻进控制井眼轨迹，造成井眼全角变化率超过6/100m的情况较多，井眼轨迹圆滑度较差，不利于完井压裂管柱的下入。针对低渗透储层特点，以“井眼圆滑度为核心，尽量控制井眼轨迹在储层中上部穿行”的轨迹控制原则，井眼全角变化率过高的情况减少，从而提高井眼轨迹的圆滑度。2.1.2井眼轨迹控制主要措施。（1）结合地层可钻性，优选底部钻具

7、结构，优配钻进参数，多复合少滑动。（2）应用国产LWD随钻测量技术，评价地层岩性，预判井眼轨迹变化规律。（3）适量简化钻具结构，减少测量另长（层位稳定后，甩掉电阻率短节）。（4）地层变化异常井段，进行加密测斜，避免井眼轨迹出现异常。（5）以全角变化率为主要控制指标，适量放宽地质靶盒要求。2.1.3井眼轨迹控制关键技术。（1）底部钻具组合优选。优选原则：增斜段单弯度数适中，满足轨迹控制需要，避免出现较大狗腿度；水平段通过调整钻进参数即可控制井斜的增降，“少滑动，多复合”。增斜段底部钻具组合：“241.3mm钻头+197mm1.5单弯螺杆+”（单弯单稳）优化措施及效果：采用1.5单弯螺杆，但弯角到

8、钻头距离比常规距离稍远0.3m，实钻造斜率介于常规1.251.5单弯螺杆之间，刚好满足该井设计造斜率的要求，同时避免出现较高的狗腿度。水平段底部钻具组合：“152.4mm钻头+120mm1.0单弯螺杆（本体扶正块146147mm）+欠尺寸扶正器（145147mm）+”（单弯双稳）。优化措施及效果：选择1.0单弯螺杆，避免滑动钻进调整井斜时出现较高的狗腿度；对螺杆本体上的扶正块进行了优化，减少12mm，并搭配合适尺寸的欠尺寸扶正器，增强了稳斜效果，提高了复合钻进的比例。（2）合理使用欠尺寸扶正器。使用原则：带欠尺寸扶正器的钻具组合复合钻进或滑动钻进的增斜率较小；不带欠尺寸扶正器的钻具组合复合钻进

9、或滑动钻进的增斜率较大。2.2摩阻扭矩分析监测技术通过实测摩阻扭矩，反算摩阻系数，预计摩阻扭矩，有针对性地采取调整措施。2.3高效PDC钻头优选技术优选目标为提高机械钻速，减少产层浸泡时间，减少泥页岩缩颈，保障完井管串下入。钻头特性：双排切削结构，适用于研磨性较强的地层，能延长钻头使用寿命，增加单只进尺；大排屑槽，减少重复破碎，提高机械钻速同时延长钻头寿命；优化水力布局，为钻头提供较好水力覆盖。为樊154-平1井水平段设计的P5235MJH-152.4型PDC钻头实现单只钻头水平段进尺1088m，仅用两只就完成了水平段进尺。2.4地质导向技术应用实现目标：探油层着陆和水平段钻进过程中引导轨迹准

10、确进入目的层并获得最大的油层穿透率。技术思路：探油顶时，加强随钻电阻率和伽马曲线与领井测井图对比分析；进入目的层后，及时分析曲线的异常变化，结合录井数据综合判断轨迹在储层中的层位和底部钻具造斜趋势，及时调整轨迹走向。2.5钻井液技术应用考虑到施工井三开152.4小井眼水平段长达1230多m，可能钻遇泥岩段，要求井径扩大率小于5%，经充分论证，选用高性能铝胺水基钻井液体系，利用其优良的抑制防塌性能、良好的流变性能，很好地解决了本井井眼不稳定、钻具磨阻扭矩大脱压现象严重、小井眼携岩和泵压高等难题。2.6完井通井技术每次通井钻具结构的刚性依次加强，模拟完井管柱；通井下钻中，精细划眼技术避免划出新井眼

11、，保障通井顺利；单次通井到底循环参数优化设计，确保清除岩屑床。3现场施工情况通过优选钻头和钻进参数、优化钻具结构和钻井液性能、精心设计完井通井方案，满足了钻井施工的要求，克服了地质条件复杂带来的不利影响，保证了施工井的顺利完成（如下表1）。4积累经验和取得成绩通过樊154-平1、樊154-平2、樊154-平3等多口非常规井的施工，积累了一定的大位移水平井和致密砂岩井施工经验，掌握了同类井施工的技术：高效钻头优选技术；井下钻具组合的优选技术；井身轨迹剖面的优选技术；磨阻扭矩分析监测技术和地质导向的预测技术；高性能铝胺水基钻井液体系应用技术；套管防磨技术；长水平段通井技术；多级压裂管柱下入技术。樊154-平2井，完钻井深4916m，最大井斜92.93，水平段长201