楊志倫 趙偉蘭 陳啟文 董瑜 張春

中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司第四采氣廠

鄂爾多斯盆地蘇里格氣田雖然地質(zhì)條件異常復(fù)雜［1］，但隨著水平井開發(fā)進(jìn)程的持續(xù)推進(jìn)，其水平井產(chǎn)量所占比例得到進(jìn)一步增加［2－3］。因此，不斷總結(jié)和完善水平井開發(fā)配套技術(shù)具有重要的意義。

1 水平井選井及部署技術(shù)

1．1 選井技術(shù)

首先，通過(guò)地震反演技術(shù)，預(yù)測(cè)建產(chǎn)區(qū)目標(biāo)層儲(chǔ)層含氣特征、儲(chǔ)層展布趨勢(shì)以及含氣富集區(qū)展布范圍；其次，采用層序地層學(xué)法、沉積學(xué)法精細(xì)刻畫二疊系石盒子組8段、山西組1段地貌形態(tài)，劃分三級(jí)地貌單元，將儲(chǔ)層發(fā)育較好的心灘、點(diǎn)砂壩作為有利水平井部署區(qū)域；再次，結(jié)合鉆井、測(cè)井資料，精細(xì)標(biāo)定地震剖面，分析地震界面時(shí)間值與鉆井深度的關(guān)系，利用地震資料追蹤井間標(biāo)志層起伏形態(tài)，采取“地震全區(qū)刻畫，地質(zhì)重點(diǎn)精描”的研究思路，精細(xì)描述小幅度構(gòu)造；最后，根據(jù)水平井周邊區(qū)域儲(chǔ)層特征，地震與地質(zhì)結(jié)合，有針對(duì)性地開展儲(chǔ)層精細(xì)描述，細(xì)化儲(chǔ)層展布方位。通過(guò)多種方法和手段，保證了水平井選井質(zhì)量，鉆井成功率大幅度提高。

1．2 布井技術(shù)

以優(yōu)選部署區(qū)域?yàn)榛A(chǔ)，采用“優(yōu)中選優(yōu)”的思路進(jìn)行布井。首先，利用骨架井精細(xì)刻畫小層儲(chǔ)層展布特征，落實(shí)河道展布方向，為水平井設(shè)計(jì)提供依據(jù)，即從已知井出發(fā)，提供水平井實(shí)施井場(chǎng)，從已知完鉆井向骨架井“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”的方式布井；其次，在部署水平井時(shí)，要考慮到水平段在同一小層進(jìn)行追蹤時(shí)，若發(fā)生巖性相變或尖滅，或側(cè)向穿出河道，要盡可能有替補(bǔ)層位接替，以保證氣層鉆遇率；再次，要考慮水平段方向是否與有效砂體展布方向一致，水平段與有效砂體展布方向一致可提高氣層鉆遇率，同時(shí)還要考慮有效砂體展布方向與最大主應(yīng)力方向之間的關(guān)系，垂直于最大主應(yīng)力方向壓裂可形成多條有效橫向裂縫，可保證水平井改造效果，因此，蘇里格氣田水平井水平段方位多采用近南北向；最后，水平段長(zhǎng)度要適宜，區(qū)域數(shù)值模擬結(jié)果表明，當(dāng)水平段達(dá)到一定長(zhǎng)度后，產(chǎn)能增加幅度出現(xiàn)逐步減緩趨勢(shì)，因此，水平段合理長(zhǎng)度應(yīng)考慮當(dāng)前綜合開發(fā)效益指標(biāo)。

1．3 目標(biāo)層優(yōu)選技術(shù)

通過(guò)儲(chǔ)層精細(xì)描述，水平井部署區(qū)域地質(zhì)情況基本清楚，最終確定水平井目標(biāo)層。從蘇里格氣田沉積地質(zhì)特征來(lái)看，目前水平井部署主要有5種有利砂體模式：①心灘孤立型（圖1－a）；②物性?shī)A層心灘疊置型（圖1－b）；③泥質(zhì)隔層心灘疊置型（圖1－c）；④橫向串糖葫蘆型（圖1－d）；⑤心灘側(cè)向切割連通型（圖1－e）。根據(jù)部署區(qū)域砂體或疊置砂體類型情況，優(yōu)選出一種砂體模式或砂體模式組合作為水平井目標(biāo)層。

圖1 水平井目標(biāo)層有利砂體模式圖

1．4 部署方式

1．4．1 水平井整體部署

在儲(chǔ)層發(fā)育相對(duì)集中、單層厚度大、含氣性好的有利富集區(qū)，統(tǒng)籌考慮優(yōu)化骨架井部署方式，詳細(xì)落實(shí)儲(chǔ)層展布特征，在部署區(qū)域地質(zhì)認(rèn)識(shí)基本清楚的情況下，采取整體部署的方式部署水平井。

1．4．2 水平井加密部署

立足現(xiàn)有完鉆井，細(xì)化小層對(duì)比，精細(xì)描述未動(dòng)用儲(chǔ)量區(qū)域儲(chǔ)層展布特征，結(jié)合已有井網(wǎng)布局和已投產(chǎn)氣井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)特征，在目前生產(chǎn)井之間加密部署水平井。

1．4．3 水平井隨鉆部署

水平井部署前一般利用骨架井對(duì)部署區(qū)域儲(chǔ)層條件進(jìn)行先期評(píng)價(jià)，同時(shí)結(jié)合已有地震、地質(zhì)認(rèn)識(shí)成果，當(dāng)骨架井評(píng)價(jià)結(jié)果滿足水平井部署要求時(shí)，可隨鉆動(dòng)態(tài)部署水平井。

2 水平井入靶及地質(zhì)導(dǎo)向

由于蘇里格氣田儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，水平井目標(biāo)層橫向變化大，為確保水平井準(zhǔn)確入靶，鉆進(jìn)中通常采用以下關(guān)鍵技術(shù)［4］。

1）根據(jù)地層特點(diǎn)，斜井段以巖性對(duì)比為主確定3處靶點(diǎn)調(diào)整時(shí)機(jī)：①石千峰組底界，一般為灰綠、紫褐色粉砂巖或黃綠色粗砂巖，此時(shí)初步預(yù)判入靶深度；②盒4段砂巖底界，底部發(fā)育一套穩(wěn)定的砂巖，其上下多為大段泥巖，此時(shí)做好靶點(diǎn)調(diào)整的準(zhǔn)備工作；③目標(biāo)層，結(jié)合巖性組合及鉆時(shí)、巖屑、氣測(cè)等特征，大致判斷鉆頭所處地層層位和位置，為入靶做最后的微調(diào)。

2）點(diǎn)面結(jié)合、小幅度構(gòu)造3次描述。根據(jù)參照井、斜井段鉆井資料，細(xì)化小幅度構(gòu)造形態(tài)刻畫，并重新修正地質(zhì)模型和靶點(diǎn)位置，提高預(yù)測(cè)精度。其中第一次描述在井位部署階段，第二次描述在入靶階段，第三次描述在水平段導(dǎo)向階段。

3）在目標(biāo)層頂?shù)撞吭O(shè)置警戒線，確保準(zhǔn)確入靶并進(jìn)入靶體預(yù)定位置。在目標(biāo)砂體頂?shù)捉缭O(shè)置警戒線，現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)導(dǎo)向嚴(yán)密監(jiān)控，在入靶前做最后一次調(diào)整，防止鉆穿目標(biāo)層。

4）提前預(yù)判，掌握主動(dòng)，采取約84°井斜角穩(wěn)斜探頂。施工經(jīng)驗(yàn)表明，井底位置在目標(biāo)層頂部時(shí)井斜應(yīng)控制在84°左右，即便以該井斜鉆遇目標(biāo)層，當(dāng)增斜至90°入靶，入靶深度也僅4m左右；如果預(yù)測(cè)目標(biāo)層厚度增大，要求入靶深度較深，探砂頂井斜角可以低于84°穩(wěn)斜鉆進(jìn)。

5）以“氣層中部入靶”為主、“氣層中下部入靶”為輔的入靶方式，可加深靶體地質(zhì)認(rèn)識(shí)。其優(yōu)點(diǎn)：①防止因水平段井眼軌跡控制不當(dāng)、目標(biāo)層認(rèn)識(shí)不清，導(dǎo)致鉆頭頻繁穿出目標(biāo)層；②有效避免因砂體頂部凹凸不平而頻繁鉆遇泥質(zhì)巖，降低地質(zhì)導(dǎo)向判斷難度；③為水平段地質(zhì)導(dǎo)向提供認(rèn)識(shí)依據(jù)。

6）巖性追蹤為主，構(gòu)造追蹤為輔。為防止因不同海拔高度交錯(cuò)單砂體所形成的“假構(gòu)造”而過(guò)早穿出目標(biāo)層，水平段施工前要先制定正確的地質(zhì)導(dǎo)向思路，采取以“巖性追蹤為主，構(gòu)造追蹤為輔”的地質(zhì)導(dǎo)向思路，可有效提高砂層鉆遇率。

7）通過(guò)特殊巖性重復(fù)出現(xiàn)特征判斷靶體頂?shù)孜恢?。在水平井?shí)施過(guò)程中，由于儲(chǔ)層巖性變化需要不斷調(diào)整井眼軌跡，常常遇見特殊巖性重復(fù)出現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)可根據(jù)砂層頂?shù)撞刻厥鈳r性特征判斷井底所處位置，為水平井及時(shí)調(diào)整提供參考。

8）以±2°井斜范圍保證井眼軌跡平滑，以±5°井斜范圍保證儲(chǔ)層最大鉆遇率。如以水平段整體趨勢(shì)90°為基準(zhǔn)，井斜正負(fù)偏差越大鉆具摩阻越大，水平段施工將越來(lái)越困難。施工經(jīng)驗(yàn)表明，水平段井斜一般30m水平段控制在±2°范圍內(nèi)較為合理。當(dāng)巖性發(fā)生相變時(shí)，可按±5°偏差的大井斜探明地質(zhì)情況，如果井況條件滿足施工要求，可以重新進(jìn)入砂層繼續(xù)水平段鉆進(jìn)。

9）結(jié)合隨鉆地質(zhì)信息及室內(nèi)研究成果，利用靶點(diǎn)調(diào)整方法適時(shí)調(diào)整地質(zhì)模型。目前主要采用3種靶點(diǎn)調(diào)整方法：①隨鉆地質(zhì)模型法，根據(jù)隨鉆資料修正地質(zhì)模型，制定鉆進(jìn)方案；②巖性邊界控制法，依據(jù)小層邊界巖性判斷鉆頭空間位置，預(yù)測(cè)地層傾角變化；③綜合信息分析法，運(yùn)用鉆時(shí)、巖性、隨鉆伽馬等對(duì)比方法進(jìn)行軌跡調(diào)整。實(shí)際操作中3種方法相互結(jié)合、相互驗(yàn)證并及時(shí)調(diào)整靶點(diǎn)。

3 快速鉆井

3．1 優(yōu)化靶前距

合理的靶前距可有效提高復(fù)合鉆井段比例，最大限度增加PDC鉆頭的使用井段，有助于提高機(jī)械鉆速；另外，合理的靶前距還可帶來(lái)最佳的造斜率，降低鉆具摩阻，有利于提高鉆井速度。總結(jié)水平井施工經(jīng)驗(yàn)，推薦合理靶前距：水平段長(zhǎng)度小于1 000m，靶前距350～400m；水平段長(zhǎng)度1 000～1 500m，靶前距400～450m；水平段長(zhǎng)度大于1 500m，靶前距450～500m（表1）。

表1 不同靶前距復(fù)合鉆井比例計(jì)算表

3．2 井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化

為了進(jìn)一步提高施工效率，降低開發(fā)成本，結(jié)合多種改造工藝技術(shù)的適應(yīng)性優(yōu)化應(yīng)用，實(shí)施中對(duì)井身結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化（圖2）。其優(yōu)點(diǎn)：①縮小了井眼尺寸，提高了機(jī)械鉆速；②減少了套管層次，降低了鉆井成本。

圖2 井身結(jié)構(gòu)示意圖

3．3 鉆頭選型優(yōu)化

在保證施工質(zhì)量和安全的前提下，為了加快鉆井速度，優(yōu)化了鉆頭選型。主要采用以下兩種優(yōu)化模式：①斜井段采用“1＋1”模式；②水平段采用“N＋1”模式?！?＋1”模式指一個(gè)牙輪鉆頭加一個(gè)PDC鉆頭，“N＋1”模式指多個(gè)PDC鉆頭加一個(gè)牙輪鉆頭。牙輪鉆頭作為備用，當(dāng)發(fā)生巖性相變等特殊情況時(shí)，用于快速調(diào)整井斜［5］（表2）。

表2 牙輪與PDC鉆頭性能對(duì)比表

3．4 鉆具組合及鉆井參數(shù)優(yōu)化

3．4．1 水平段鉆具

一般選用穩(wěn)斜效果較好的152．4mmPDC鉆頭＋120mm×1°單彎螺桿＋148mm扶正器＋120 mm無(wú)磁鉆鋌＋101．6mm加重鉆桿＋101．6mm鉆桿＋101．6mm加重鉆桿＋101．6mm鉆桿的鉆具組合，這種組合很大程度上減少了滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)間，增加了復(fù)合鉆井段比例，有利于縮短鉆井周期。

3．4．2 鉆井參數(shù)

鉆進(jìn)中泵壓要求控制在20～25MPa之間，充分發(fā)揮鉆頭水眼的水力噴射和切削作用；泵排量控制在20L／s左右，以提高井底攜砂效果，可避免鉆頭反復(fù)研磨鉆屑而影響機(jī)械鉆速。

4 儲(chǔ)層保護(hù)

對(duì)于蘇里格氣田低滲透儲(chǔ)層而言，因地層傷害所導(dǎo)致的產(chǎn)能下降，會(huì)使水平井產(chǎn)能受到嚴(yán)重影響。水平井因施工周期長(zhǎng)，較直井存在更大的井底污染。施工中采用有效方法進(jìn)行儲(chǔ)層保護(hù)是水平井獲取高產(chǎn)能的關(guān)鍵。儲(chǔ)層傷害評(píng)價(jià)表明［5］：蘇里格氣田儲(chǔ)層水敏及水鎖現(xiàn)象較為嚴(yán)重，故在水平井鉆井和試氣過(guò)程中主要采用以下兩種低傷害清潔液進(jìn)行儲(chǔ)層保護(hù)。

4．1 鉆井儲(chǔ)層保護(hù)

鉆井采用黏土低傷害暫堵鉆井液體系。該體系具有穩(wěn)定性好、失水低、潤(rùn)滑防卡性能優(yōu)良、可生物降解等特點(diǎn)，能夠適應(yīng)水平段泥巖鉆進(jìn)，滿足長(zhǎng)水平段裸眼完井，同時(shí)對(duì)氣層暫堵好，對(duì)氣層傷害低，是一種新型高效的鉆完井液體系［6］。

4．2 試氣儲(chǔ)層保護(hù)

試氣采用陰離子表面活性劑壓裂液［7］。陰離子表面活性劑具有優(yōu)良的耐溫和水溶性，分子結(jié)構(gòu)小、表面張力低、對(duì)儲(chǔ)層傷害小，最高耐溫高達(dá)115℃。在蘇東57－09H2井、蘇東67－07H2井對(duì)該壓裂液體系進(jìn)行試驗(yàn)，返排效果好，試氣求產(chǎn)無(wú)阻流量分別達(dá)到68．1×104m3／d、27．0×104m3／d。

5 儲(chǔ)層改造工藝

5．1 改造工藝優(yōu)選

蘇里格氣田水平井儲(chǔ)層改造基本采用3種改造工藝［8］（表3）：裸眼封隔器壓裂工藝、水力噴射壓裂工藝和封隔器遇油膨脹壓裂工藝。施工中主要針對(duì)不同儲(chǔ)層和井況條件優(yōu)選改造工藝。以該氣田中部蘇6－18－20H1、蘇6－18－20H2叢式水平井組為例，因該井組的2口井儲(chǔ)層和井況條件存在較大差異，分別選用了裸眼封隔器壓裂工藝和水力噴射壓裂工藝，試氣求產(chǎn)無(wú)阻流量分別達(dá)到51．3×104m3／d、52．4×104m3／d。

表3 不同改造工藝特點(diǎn)表

5．2 連續(xù)混配工藝

該工藝采取配液與壓裂施工同步進(jìn)行，消除了基液浪費(fèi)，減少了環(huán)境污染，提高了壓裂液返排時(shí)效性，縮短了施工時(shí)間，在水平井壓裂施工中應(yīng)用成功率達(dá)到了100%。

5．3 前置液段塞工藝

施工經(jīng)驗(yàn)表明，選擇20～40目中密度陶粒作為段塞，對(duì)壓裂縫進(jìn)行打磨，有效解決了后續(xù)填砂因裂縫面不規(guī)整造成施工壓力高的問(wèn)題。

5．4 水平段與斜井段儲(chǔ)層同時(shí)動(dòng)用工藝

為實(shí)現(xiàn)多段儲(chǔ)層同時(shí)開發(fā)，使用水平段裸眼封隔器＋斜井段傳輸射孔組合工具進(jìn)行多段儲(chǔ)層壓裂改造，既提高了儲(chǔ)量動(dòng)用程度，又提高了單井產(chǎn)量。以蘇里格氣田東區(qū)蘇東57－09H1井為例（表4），水平段有效儲(chǔ)層長(zhǎng)度僅97m，通過(guò)縱向斜井段與水平段儲(chǔ)層多段同時(shí)改造，試氣獲得無(wú)阻流量36．4×104m3／d，取得了顯著效果。

蘇里格氣田通過(guò)多年的水平井開發(fā)，水平井開發(fā)配套技術(shù)已基本成熟，水平井實(shí)施效果逐年提高，施工出現(xiàn)復(fù)雜情況頻次明顯減少，多項(xiàng)開發(fā)、技術(shù)指標(biāo)被刷新：①水平井施工全獲成功，目前叢式水平井比例占水平井總井?dāng)?shù)50%左右；②完鉆水平井平均砂層鉆遇率從初期的不到30%上升到目前超過(guò)80%，平均有效儲(chǔ)層鉆遇率從初期的不到20%提高到目前的60%左右，并相繼出現(xiàn)砂層鉆遇率、有效儲(chǔ)層鉆遇率均為100%水平井；③水平井平均鉆井周期從初期的240d左右降低到目前的58d，其中最短鉆井周期24d（水平段長(zhǎng)1 150m），水平井施工單隊(duì)實(shí)現(xiàn)7開6完；④水平井提產(chǎn)效果顯著，目前平均無(wú)阻流量達(dá)到47．9×104m3／d，最高無(wú)阻流量為127．5×104m3／d。

表4 蘇東57－09H1井氣層改造數(shù)據(jù)表

6 結(jié)論

1）形成了水平井選井、部署配套技術(shù)、5種選井有利砂體模式、4項(xiàng)部署原則、3種部署方式等，這為水平井井位優(yōu)選和部署奠定了基礎(chǔ)。

2）蘇里格氣田水平井入靶及地質(zhì)導(dǎo)向9項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用保障了所實(shí)施水平井全獲成功，開發(fā)效果持續(xù)保持良好。

3）通過(guò)對(duì)靶前距、鉆頭選型、井身結(jié)構(gòu)、鉆具組合、鉆井參數(shù)等優(yōu)化，水平井鉆井速度明顯加快，鉆井周期明顯縮短。

4）黏土低傷害暫堵鉆井液體系、陰離子表面活性劑壓裂液的推廣應(yīng)用，有效保護(hù)了儲(chǔ)層。

5）裸眼封隔器壓裂工藝、水力噴射壓裂工藝和封隔器遇油膨脹壓裂工藝的優(yōu)化應(yīng)用，保證了不同儲(chǔ)層和井況條件水平井改造效果。

6）連續(xù)混配、前置液段塞、水平段與斜井段儲(chǔ)層多層動(dòng)用等新工藝的試驗(yàn)與應(yīng)用，縮短了水平井施工時(shí)間，提高了施工效率和儲(chǔ)層改造效果。

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