郭曉霞楊金華鐘新榮

（1.中國石油集團(tuán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，北京 100011；2.川慶鉆探長慶井下作業(yè)公司，陜西西安 710065）

北美致密油鉆井技術(shù)現(xiàn)狀及對(duì)我國的啟示

郭曉霞1楊金華1鐘新榮2

（1.中國石油集團(tuán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，北京 100011；2.川慶鉆探長慶井下作業(yè)公司，陜西西安 710065）

受天然氣價(jià)格低迷影響，北美致密油延續(xù)頁巖氣革命，作業(yè)量及產(chǎn)量出現(xiàn)大幅增長，并在全球引領(lǐng)了一場(chǎng)非常規(guī)油氣資源革命。以頁巖氣、致密油為代表的非常規(guī)資源的成功開發(fā)與水平井等技術(shù)的進(jìn)步密不可分。從鉆井工程技術(shù)的角度探究了北美致密油產(chǎn)量大幅提升中技術(shù)進(jìn)步所起到的重要作用。首先介紹北美致密油分布情況、鉆井技術(shù)發(fā)展歷程及現(xiàn)階段作業(yè)規(guī)模情況，并通過系統(tǒng)梳理目前在北美主要致密油盆地所采用的主體及前沿鉆井技術(shù)，分析未來鉆井技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，為正在起步的中國致密油開發(fā)提供借鑒。

致密油；鉆井；北美；水平井；工廠化

水平井鉆井及多級(jí)壓裂技術(shù)廣泛應(yīng)用促使北美形成致密油、頁巖氣比翼齊飛的局面，油氣產(chǎn)量雙雙突飛猛進(jìn)。然而，在美國天然氣價(jià)格持續(xù)低迷的影響下，越來越多的公司發(fā)現(xiàn)干氣業(yè)務(wù)已難以維系公司盈利的需求。與此同時(shí)，2008年以后，國際油價(jià)持續(xù)走高，頁巖氣開發(fā)技術(shù)在致密油開發(fā)中的應(yīng)用也取得了成功。作業(yè)公司發(fā)現(xiàn)，從事致密油甚至濕氣生產(chǎn)能夠獲得更高的收益。鑒于此，越來越多的北美作業(yè)公司開始削減頁巖氣業(yè)務(wù)，將更多的資金和精力投入富含液態(tài)烴的致密區(qū)帶［1］。與頁巖氣相似，致密油鉆井幾乎也經(jīng)歷了嘗試、探索、學(xué)習(xí)、改進(jìn)、成熟、推廣的過程，同樣是由于技術(shù)的進(jìn)步，使鉆井工作量不斷增長、鉆井效率不斷提升、致密油產(chǎn)量獲得突破。

1 北美致密油鉆井概況

1.1 北美主要致密油盆地及鉆完井方式

北美是致密油開發(fā)較早的地區(qū)，隨著技術(shù)的進(jìn)步，美國和加拿大的致密油產(chǎn)量獲得了巨大的突破。在美國，致密油主要分布在3個(gè)產(chǎn)區(qū)：威林斯頓盆地的Bakken地層，年產(chǎn)2 364萬t，其占總產(chǎn)量的比例最高，約占美國致密油總產(chǎn)量的36.4%。得克薩斯州南部的Eagle Ford區(qū)帶是產(chǎn)量增長最快的產(chǎn)區(qū)，2011年年產(chǎn)1 422萬t，僅用3年時(shí)間就使產(chǎn)量增至總產(chǎn)量的21.9%。另外就是Fort Worth盆地Barnett頁巖和落基山脈周邊Niobrara頁巖，屬于逐步被開發(fā)的產(chǎn)區(qū)。加拿大的致密油主要分布在Duvernay區(qū)塊、Muskwa地區(qū)、Montney區(qū)塊艾伯塔延伸帶和Cardium產(chǎn)區(qū)。Duvernay頁巖區(qū)是致密油的熱點(diǎn)產(chǎn)區(qū)，液體資源豐富，面積約16.214萬km2，儲(chǔ)層深度范圍為2 500～4 000 m，自西向東由深變淺。Cardium是致密頁巖新區(qū)，儲(chǔ)層埋深2 000 m左右。

水平井是開發(fā)北美致密油開發(fā)采用的主要技術(shù)，根據(jù)不同的地質(zhì)條件和埋藏特征，在不同地區(qū)采取了不同的鉆井設(shè)計(jì)、工具、工藝及方法。比如Bakken地層連續(xù)性好。上下段為頁巖，中段為砂巖、灰?guī)r互層。頁巖砂巖均含油，有機(jī)質(zhì)含量高。中段粉砂質(zhì)白云巖或白云化粉砂巖，為水平井開發(fā)主要目的層，儲(chǔ)層埋深一般位于2 500～3 200 m之間。Bakken地層的分布跨美國和加拿大，美國Bakken地層埋藏較深，油層厚度大，而加拿大Bakken 地層埋藏淺，油層厚度變小 Bakken頂部頁巖段厚度小，上部Lodgepol地層易產(chǎn)水。雖然在美國及加拿大Bakken都采用水平井+多段壓裂的開發(fā)方式，但在鉆完井方式上仍稍有不同。美國Bakken鉆的水平段長度較長一般都在3 000 m左右，采用的完井方式包括裸眼完井和套管固井完井；加拿大Bakken的水平段相對(duì)較短，一般在1 000 m左右，采用的完井方式包括套管固井和裸眼完井。加拿大Bakken還采用了雙分支水平井進(jìn)行開發(fā)，這種方式也被引入Cardium的開發(fā)中。Eagle Ford區(qū)帶的主要產(chǎn)層為與頁巖互層的灰?guī)r，埋深較大（3 000～3 900 m），滲透率與Bakken相比較差（小于0.01 mD），孔隙度2%～12%，屬于高壓儲(chǔ)層，壓力系數(shù)1.0～1.5，天然裂縫發(fā)育。一般采用中長水平井段進(jìn)行開發(fā)，水平段長度為1 000～1 500 m，并采用套管完井方式。

1.2 北美致密油鉆井技術(shù)發(fā)展歷程

致密油的開發(fā)模式很大程度上借鑒了頁巖氣的成功經(jīng)驗(yàn)。因此，與頁巖氣開發(fā)類似，致密油的鉆井也經(jīng)歷了從直井到水平井的過程。以Bakken為例，上世紀(jì)80年代之前，還主要是以鉆直井為主，產(chǎn)量不高。80年代中期開始嘗試鉆水平井，水平段一般長800～1 000 m，使用預(yù)開孔尾管或割縫尾管完井，產(chǎn)量略有起色。90年代末，開始通過鉆雙分支水平井的方式進(jìn)行開發(fā)，并把2個(gè)水平段布設(shè)到不同的層段中，產(chǎn)量有所提升，但不明顯。2007年開始，在Bakken開始采用長水平段水平井+多級(jí)壓裂的開發(fā)方式，水平段長度一般達(dá)到3 000 m，單井日產(chǎn)量突飛猛進(jìn)（圖1）。

圖1 Bakken致密油產(chǎn)量曲線

1.3 北美致密油鉆井工作量

近兩年來，致密油鉆井工作量不斷攀升，帶動(dòng)美國油井工作量出現(xiàn)顯著增長，使美國新開鉆的井由過去的以氣井為主逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐杂途疄橹鳎?］（圖2）。油井鉆井?dāng)?shù)由2008年的2.17萬口迅速增長至2013年底的3.16萬口，氣井鉆井?dāng)?shù)卻由2008年的2.93萬口迅速跌至2013年底的0.92萬口，達(dá)到2000年以來的最低水平。美國鉆井?dāng)?shù)量增加最快的地區(qū)為得克薩斯東南部的1區(qū)［3］，即Eagle Ford區(qū)帶，2010年，在Eagle Ford全年的鉆井?dāng)?shù)還不過1 000余口，到了2012年全年鉆井?dāng)?shù)已經(jīng)達(dá)到3 802口［4］，而北達(dá)科塔州的Bakken，鉆井?dāng)?shù)量也迅速增加，這些都是美國致密油的主力產(chǎn)區(qū)。

在加拿大，致密油的鉆井活動(dòng)也明顯增加。加拿大的致密油區(qū)主要分布在西加拿大盆地和東部的阿巴拉契亞山脈地區(qū)，其中橫跨Manitoba、Saskatchewan、Alberta三省的西加拿大盆地從2005年開始致密油生產(chǎn)，隨著技術(shù)的成熟、產(chǎn)量效益開始顯現(xiàn)，從2010年開始，該地區(qū)的鉆探活動(dòng)明顯增加，到2011年，在該盆地新開鉆的用于鉆致密油的水平井已經(jīng)超過3 500口。

1.4 動(dòng)用鉆機(jī)情況

除了氣價(jià)低迷因素之外，致密油產(chǎn)量的提升也是鉆機(jī)由氣轉(zhuǎn)油的重要推手。2013年初，在美國從事干氣鉆探的鉆機(jī)所占比例已由過去的80%降至約20%，而從事與石油生產(chǎn)有關(guān)鉆探活動(dòng)的鉆機(jī)數(shù)所占比例則由20%增加到80%。截至2013年底，美國陸上用于鉆油井的鉆機(jī)已經(jīng)達(dá)到1 372臺(tái)，而氣井鉆機(jī)減至389臺(tái)，與5年前形成逆轉(zhuǎn)（圖3）。

圖2 2000—2013年美國鉆井?dāng)?shù)量變化情況

圖3 2010—2013年美國陸上在用鉆機(jī)情況

致密油的效果顯現(xiàn)，大量鉆機(jī)涌入富油的Eagle Ford、Williston Bakken等盆地。在2011年的2月，在Eagle Ford 作業(yè)的鉆機(jī)還僅有134臺(tái)，其中用于鉆氣井的占大多數(shù)，為86臺(tái)，用于鉆油井的僅有47臺(tái)。到了2013年9月，在該盆地作業(yè)的鉆機(jī)數(shù)已經(jīng)達(dá)到232臺(tái)，其中油井鉆機(jī)198臺(tái)、氣井鉆機(jī)33臺(tái)，在Williston盆地幾乎全部為油井鉆機(jī)［5］。

2 北美致密油鉆井的關(guān)鍵技術(shù)與發(fā)展趨勢(shì)

美國致密油水平井開發(fā)中，廣泛采用工廠化作業(yè)模式，其核心就是利用定制鉆機(jī)進(jìn)行叢式水平井的批量鉆井，這些定制鉆機(jī)為快速移動(dòng)式電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)，便于實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)在井間的快速移動(dòng)。在美國頁巖氣鉆井中，應(yīng)用最多的井筒技術(shù)依然是高效實(shí)用的主體技術(shù)，前沿技術(shù)的應(yīng)用近年來逐漸增加。主體技術(shù)主要包括：優(yōu)質(zhì)牙輪鉆頭和優(yōu)質(zhì)PDC鉆頭、優(yōu)質(zhì)鉆井液（水平井段主要是油基鉆井液）、MWD、導(dǎo)向泥漿馬達(dá)、常規(guī)地質(zhì)導(dǎo)向等。前沿技術(shù)主要包括：近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井、自動(dòng)控壓鉆井等。既能鉆直井段，又能鉆增斜井段和水平井段的高造斜率旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)，使越來越多的水平井實(shí)現(xiàn)二開“一趟鉆”完鉆。與此同時(shí)，技術(shù)服務(wù)公司針對(duì)不同地區(qū)的頁巖地層開發(fā)了一些個(gè)性化技術(shù)，比如個(gè)性化的鉆頭和個(gè)性化鉆井液（可替代油基鉆井液的強(qiáng)抑制水基鉆井液）等。

2.1 工廠化鉆井

致密油儲(chǔ)層的連續(xù)性為實(shí)施可重復(fù)性的工廠化鉆井方式提供了契機(jī)。在北美的致密油產(chǎn)區(qū)，工廠化鉆井有效提高了作業(yè)效率，減少了鉆井周期。

工廠化鉆井是在同一井場(chǎng)集中布置多口井，利用一系列先進(jìn)工藝、工具和裝備，結(jié)合精益管理方法和遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)施批量作業(yè)，實(shí)現(xiàn)降低作業(yè)成本提高生產(chǎn)效率的高效作業(yè)方式，它通過高移動(dòng)性鉆機(jī)、優(yōu)化的井下工具組合、優(yōu)化的井場(chǎng)作業(yè)、流水線式建井程序的集成，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制、多方協(xié)調(diào)作業(yè)，并具有系統(tǒng)的優(yōu)化方法。

美國大陸資源公司在Bakken一個(gè)4口井的井場(chǎng)實(shí)施這種作業(yè)流程，各井依次進(jìn)行了一開（表層井段）、二開（中間井段）和三開（水平井段），鉆機(jī)共移動(dòng)9次，每次移動(dòng)只需大約2 h，平均單井節(jié)省鉆完井費(fèi)用10%［6］

工廠化鉆井更加強(qiáng)調(diào)油公司、鉆井承包商和技術(shù)服務(wù)公司等參與各方的密切協(xié)作，國際大石油公司大都制定作業(yè)規(guī)范或指導(dǎo)手冊(cè)來引導(dǎo)區(qū)塊作業(yè)。

2.2 井眼軌跡控制技術(shù)

2.2.1 定向工具 在北美致密油水平井鉆井中，控制井眼軌跡應(yīng)用最多的主體技術(shù)仍是常規(guī)導(dǎo)向鉆井（常規(guī)導(dǎo)向泥漿馬達(dá)和帶近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向儀的導(dǎo)向泥漿馬達(dá)），近幾年常規(guī)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的應(yīng)用呈增長趨勢(shì)（圖4），尤其是高造斜率旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)應(yīng)用效果十分顯著。斯倫貝謝和貝克休斯公司分別于2011年和2012年推出的最大造斜率為17（°）/ 30 m和15（°）/30 m的高造斜率旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)，可用于鉆直井段、造斜段和水平段，縮短了造斜段長度和靶前距，以更短的半徑實(shí)現(xiàn)水平井的二開“一趟鉆”完鉆，從而減少起下鉆作業(yè)，提高鉆井效率，縮短鉆井周期，簡化井身結(jié)構(gòu)，降低鉆井的綜合成本。同時(shí)，通過更早進(jìn)入儲(chǔ)層，增大油藏接觸面積，提高采收率。比如，2012年初，在美國Eagle Ford頁巖一口設(shè)計(jì)造斜率為8 （°）/30 m三維水平井中，應(yīng)用貝克休斯公司高造斜率旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)和定制PDC鉆頭一次下井鉆進(jìn)3 217.8 m，完成了直井段、造斜井段和水平井段的鉆進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了二開“一趟鉆”完鉆，共用時(shí)5.95 d，平均機(jī)械鉆速27.43 m/h，比鄰井縮短2.5 d，節(jié)省鉆井費(fèi)用大約8萬美元。

圖4 國際定向鉆井市場(chǎng)構(gòu)成

可以預(yù)見，未來在全球的非常規(guī)油氣開發(fā)中，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井的應(yīng)用規(guī)模還將持續(xù)增長。利用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)、高效鉆頭和高效鉆井液等前沿技術(shù)實(shí)現(xiàn)水平井二開“一趟鉆”完鉆，將成為水平井鉆井提速降本的新趨勢(shì)和新利器，在水平井鉆井的提效降本方面發(fā)揮重要作用。

2.2.2 遠(yuǎn)程控制定向鉆井技術(shù) 鉆井自動(dòng)化、智能化是鉆井發(fā)展的大趨勢(shì)，而遠(yuǎn)程控制可以減少現(xiàn)場(chǎng)人員，同時(shí)協(xié)調(diào)多學(xué)科團(tuán)隊(duì)力量將井眼軌跡更好地控制在目的層之中。

殼牌公司是遠(yuǎn)程鉆井控制技術(shù)的先驅(qū)，2008年開始開發(fā)定位于頁巖鉆井的實(shí)時(shí)鉆井優(yōu)化系統(tǒng)。2011年，在對(duì)位于休斯頓的一個(gè)RTOC的基礎(chǔ)設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造后，殼牌公司的第一個(gè)DART（通過鉆井自動(dòng)化和遠(yuǎn)程操作技術(shù)中心）開始運(yùn)行。DART的作用是將定向鉆井工程師、地質(zhì)導(dǎo)向工程師和隨鉆工程師匯集到遠(yuǎn)程作業(yè)中心，進(jìn)行遠(yuǎn)程鉆井指揮，可同時(shí)進(jìn)行3口井的隨鉆和定向操作，以及同時(shí)進(jìn)行4口井的地質(zhì)導(dǎo)向操作。目前，DART中心已經(jīng)應(yīng)用在美國的頁巖油氣鉆井中，并獲得了很好的效果。2012年6月，DART中心開始指揮Eagle Ford的定向井鉆井。鉆井效果也逐步獲得改善，平均鉆井周期降低50%，其中一口井創(chuàng)下每300 m僅用0.44 d的最快水平段鉆速記錄，2口井水平段超過2 133 m（圖5），井眼質(zhì)量也得到大幅改善［7］。

圖5 鉆井周期對(duì)比

隨著工廠化鉆井技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用，工程地質(zhì)相結(jié)合的鉆井遠(yuǎn)程控制、協(xié)調(diào)中心將向著資源配置最優(yōu)化、成本效率最大化的目標(biāo)進(jìn)軍。

2.3 雙分支水平井鉆井技術(shù)

雙分支水平井是致密油開發(fā)中采用的一種井型，在Bakken應(yīng)用最為廣泛。實(shí)踐表明，在致密油藏中鉆雙分支長水平井能獲得更高產(chǎn)能。通過對(duì)比Bakken地區(qū)121口雙分支水平井和121口單分支水平井投產(chǎn)1年的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)產(chǎn)量大幅提高。

雙分支水平井減小了井場(chǎng)面積和基建成本，在接觸同樣面積油藏的條件下，雙分支井的成本為258萬美元，而鉆兩口單分支水平井的成本是396萬美元，因此內(nèi)部收益率幾乎提高了1倍［8］。

2.4 鉆機(jī)

美國開采的致密油主要是致密頁巖油，因此，鉆井面對(duì)的目的層主要是頁巖層，如Bakken、Eagle Ford都是典型的頁巖盆地。頁巖鉆井從直井發(fā)展到大斜度井再到長水平段水平井，鉆機(jī)也適應(yīng)這樣的改進(jìn)。為使鉆機(jī)更能適應(yīng)致密油開發(fā)的要求，鉆井承包商與設(shè)備制造商會(huì)針對(duì)作業(yè)區(qū)的地質(zhì)情況建造更有針對(duì)性的鉆機(jī)以提升鉆井能力，減少作業(yè)時(shí)間和成本。比如，為Bakken建造的鉆機(jī)大多數(shù)的鉆機(jī)具有拖行式（雪橇式）鉆臺(tái)底座，可以適應(yīng)批鉆井的要求，還特殊加強(qiáng)了防凍能力；用于Marmaton區(qū)帶淺層資源開發(fā)（一般直井段1 500～2 200 m）的鉆機(jī)多使用1 000 hp鉆機(jī)（鉆深能力約4 000 m）。在用鉆機(jī)多是大中型電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)，尤其是定制的快速移動(dòng)式交流變頻電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)，其次是小型機(jī)械式鉆機(jī)，主要用于鉆表層井眼。交流變頻技術(shù)使多參數(shù)電子司鉆成為可能，從而使鉆進(jìn)控制可以參考更多的參數(shù)，如鉆壓、扭矩、ΔP、機(jī)械鉆速等［9］。

在北美致密油區(qū)塊作業(yè)的鉆機(jī)大部分為H&P鉆機(jī)和Nabors鉆機(jī)，約占到總數(shù)的70%，其他鉆機(jī)還有PIONEER鉆機(jī)、EXTREME鉆機(jī)UNIT鉆機(jī)等，此外，各公司也競(jìng)相推出一些設(shè)計(jì)巧妙，運(yùn)移性強(qiáng)的鉆機(jī)，以期在非常規(guī)油氣開發(fā)中占得先機(jī)。

為了幫助減少作業(yè)周期、提升安全性，對(duì)鉆機(jī)提出了不同的要求，以下5項(xiàng)技術(shù)被認(rèn)為是在北美致密油鉆井中的關(guān)鍵鉆機(jī)技術(shù)。

（1）頂驅(qū)技術(shù)。頂驅(qū)提速優(yōu)勢(shì)明顯，可達(dá)20%～40%，在北美的致密油鉆井中，多數(shù)鉆機(jī)配備了頂驅(qū)，為快速批量鉆井提供了條件。交流頂驅(qū)一般安裝軟扭矩系統(tǒng)，用來防止由于鉆柱共振和卡鉆而引起的鉆柱或下部鉆具組合扭斷。

（2）大馬力泥漿泵。水力性能是鉆水平井的的關(guān)鍵，相對(duì)于大勾載荷和絞車提升能力的更為關(guān)鍵。

（3）泥漿循環(huán)系統(tǒng)。在水平鉆井中，要想保持高機(jī)械鉆速同時(shí)保證大量的固相能夠及時(shí)清除，需要一個(gè)很好的泥漿循環(huán)系統(tǒng)來進(jìn)行固控處理。

（4）鉆柱。水平井的鉆進(jìn)的鉆進(jìn)與直井有很大區(qū)別，尤其在水平段鉆進(jìn)時(shí)，為防止鉆鋌進(jìn)入大斜度或水平段的拖壓問題，可以采用倒裝鉆具組合的方式，即把鉆鋌加在上部造斜段、增斜段或直井段，或使用加重鉆桿代替鉆鋌，將單位長度質(zhì)量小的鉆具置于下部穩(wěn)斜井段，而將單位長度質(zhì)量大的鉆具置于上部造斜、增斜井段或直井段，以減少下部鉆具的質(zhì)量，有效地傳遞鉆壓。

（5）鉆機(jī)移動(dòng)系統(tǒng)。多數(shù)的頁巖區(qū)帶在開發(fā)上都具有可復(fù)制性，也就具備了工廠化批量作業(yè)的條件。比如在Barnett，多數(shù)的鉆機(jī)都是可移動(dòng)式的，Bakken的大多數(shù)井也是采用拖行式鉆機(jī)實(shí)現(xiàn)多個(gè)井位間移動(dòng)的。通常，準(zhǔn)備拖行的時(shí)間大約為3 h，鉆機(jī)重新調(diào)試到位的時(shí)間為3 h，拖動(dòng)鉆機(jī)的過程僅僅只有1 h。

2.5 鉆頭

水平井最大化油藏接觸，有效提高泄油面積，對(duì)于致密油產(chǎn)量的提升作用巨大。鉆水平井，尤其是長水平井，對(duì)鉆頭有更高的要求。首先，要求鉆頭具有較好的造斜性能。其次，由于較多地采用井下動(dòng)力鉆具，一般須適應(yīng)地鉆壓、高轉(zhuǎn)速。此外，水平井鉆井中，為了滿足攜帶巖屑的需要，對(duì)鉆頭水力性能的設(shè)計(jì)也有一定的要求。鉆頭技術(shù)主要通過在這幾個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)，推出更加適應(yīng)水平井鉆井需求的鉆頭產(chǎn)品。近兩年新推出的針對(duì)水平井的鉆頭產(chǎn)品包括斯倫貝謝公司的Spear PDC鉆頭、休斯克里斯坦森Talon 3D鋼體定向PDC鉆頭、哈里伯頓公司的固定切削齒鋼體鉆頭、ReedHycalog公司的Seeker定向鉆頭等。

2.6 鉆井液

致密油水平井，尤其是長水平段水平井對(duì)鉆井液性能提出很高要求。首先，水平段，尤其是長水平段鉆進(jìn)過程中，極易出現(xiàn)井壁失穩(wěn)問題，容易引起卡鉆等嚴(yán)重事故，因此，鉆井液須具有很好的井壁穩(wěn)定性能；第二，螺桿鉆具在復(fù)合過程中造成的井徑比正常要大，巖屑運(yùn)移過程中要產(chǎn)生沉降，在鉆具周圍形成泥沙淤積，甚至巖屑床，造成卡鉆。因此，鉆井液須能很好地清潔井眼；第三，在重力作用下，鉆具與井壁的接觸面積比直井大，因而起下鉆具的摩阻和旋轉(zhuǎn)鉆具的扭矩會(huì)大幅增加。因此，鉆井液須具有很好的摩阻控制能力。

針對(duì)各地層不同的情況，各公司開發(fā)出越來越多的個(gè)性化鉆井液，也采取了不同的鉆井液方案。比如在Bakken盆地鉆進(jìn)時(shí)，產(chǎn)層為粉砂質(zhì)白云巖，在技套層段使用油基鉆井液，而在水平段使用鹽水鉆井液。一般這樣做可以把鉆井周期從30 d降到20 d，最快的降到14 d。使用鹽水鉆井液，可以達(dá)到日進(jìn)尺762 m，使用油基日進(jìn)尺最快只能達(dá)到365 m/d。然而，在Eagle Ford頁巖，除產(chǎn)層外，在上部Wilcox和下部Astin Chalk鉆進(jìn)中也會(huì)出現(xiàn)裂縫性漏失，同時(shí)，井底溫度相對(duì)較高、CO2侵入等都是在該地區(qū)作業(yè)的主要問題。針對(duì)這個(gè)情況，多家公司開發(fā)了個(gè)性化的水基鉆井液，性能上與油基鉆井液相當(dāng)，而低成本、提速、和保護(hù)油層優(yōu)勢(shì)更加明顯，正在逐漸改變?cè)摰貐^(qū)以油基鉆井液為主的格局［10］。

3 北美致密油鉆井經(jīng)驗(yàn)對(duì)我國的啟示

美國在頁巖氣成功開發(fā)的基礎(chǔ)上，又獲得了致密油開發(fā)的大成功。2008年后，以Bakken為首的美國致密油盆地快速興起，鉆井工作量顯著提升。Williston盆地2012年的鉆井?dāng)?shù)達(dá)到2 200口，Eagle Ford盆地，近兩年的全年鉆井工作量已經(jīng)站上3 000口西加拿大盆地的三大致密油產(chǎn)區(qū)，每年的致密油鉆井工作量也超過了3 000口。

我國具有豐富的致密油資源，廣泛分布于鄂爾多斯、準(zhǔn)噶爾、四川、松遼等多個(gè)含油氣盆地中，目前初步評(píng)價(jià)有利勘探面積15～24萬km2，可采資源量18～28億t。在開始著手致密油開發(fā)之初，通過借鑒美國的經(jīng)驗(yàn)，可有助于我們吸收精髓，少走彎路［11］。

目前國內(nèi)已經(jīng)具備較成熟的水平井鉆井技術(shù)，水平井鉆井?dāng)?shù)逐年增加。蘇里格、長寧-威遠(yuǎn)、吉林等地的工廠化作業(yè)試點(diǎn)初步取得成效，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了鉆井周期大幅縮短的效果。然而，就目前的規(guī)模而言，水平井鉆井規(guī)模還遠(yuǎn)未達(dá)到頁巖氣及致密油開發(fā)的需求，同時(shí)，鉆機(jī)自動(dòng)化水平較低，適合工廠化鉆井的快速移動(dòng)式電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)數(shù)量嚴(yán)重缺乏，PDC鉆頭和油基鉆井液的性能有待提升，個(gè)性化鉆頭和鉆井液等個(gè)性化技術(shù)開發(fā)能力有待加強(qiáng)，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)尚屬空白。

水平井對(duì)于致密油產(chǎn)量的提升至關(guān)重要。美國致密油鉆井主要采用水平井，一個(gè)盆地的水平井鉆井量就達(dá)到一年3 000口，全國的水平井鉆井量超過15 000口，占總鉆井?dāng)?shù)的38%?？梢灶A(yù)見，隨著頁巖氣、致密油等非常規(guī)資源的興起，水平井是大勢(shì)所趨，因此，應(yīng)進(jìn)一步加大水平井鉆井的推廣力度，同時(shí)，在人員、裝備、技術(shù)上提前布局。在試點(diǎn)地區(qū)取得良好成效的基礎(chǔ)上，在致密油藏推廣工廠化鉆井模式，提高施工效率，縮短水平井鉆井周期，降低施工成本。與此同時(shí)，加快攻關(guān)一批技術(shù)，尤其是加大旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的攻關(guān)力度，同時(shí)針對(duì)不同地區(qū)頁巖地層的特點(diǎn)開發(fā)個(gè)性化技術(shù)，比如個(gè)性化鉆頭、個(gè)性化鉆井液等。

3.1 建議推廣和提升的技術(shù)

（1）電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)，包括適合工廠化鉆進(jìn)用的快速移動(dòng)式電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)；（2）優(yōu)質(zhì)鉆頭；（3）優(yōu)質(zhì)鉆井液，包括油基鉆井液；（4）MWD，LWD，近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向；（5）導(dǎo)向泥漿馬達(dá)，包括帶近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向儀的導(dǎo)向泥漿馬達(dá)；（6）自動(dòng)控壓鉆井；（7）氣體鉆井/欠平衡鉆井。

3.2 建議加快攻關(guān)的技術(shù)

（1）個(gè)性化PDC鉆頭研制.

（2）個(gè)性化鉆井液，包括可替代油基鉆井液的強(qiáng)抑制性的水基鉆井液.

（3）旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)，包括高造斜率旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng).

（4）造斜段和水平段“一趟鉆”技術(shù)。

［1］侯明楊，楊國豐.北美致密油開發(fā)前景可期［N］.中國石化報(bào)，2013-03-22.

［2］RICHARD B Spears.Drilling and production outlook［R］.Spears &Assosiates,2013-12.

［3］竇宏恩，馬世英.巴肯致密油藏開發(fā)對(duì)我國開發(fā)超低滲透油藏的啟示［J］.石油鉆采工藝，2013，35（3）：120-124.

［4］PEARCE J,STOKES T.North American rig fleet gains while activity level drops ［J］.World Oil,2013,234（11）:55-65.

［5］JENNIFER HILLER.Four quarters,4 092 new wells in the Eagle Ford Shale［R］.Eagle Ford Fixl,2012-06.

［6］田洪亮.工廠化鉆井——推動(dòng)降本提效的作業(yè)模式［R］.中國石油集團(tuán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，2012-09.

［7］GONGORA C.Remote directional drilling enhances shale well quality,eefficiency［J］.Drilling Contractor,2013（3）：48-53.

［8］SARAVALLE E.Is shale oil drilling economically feasible?［EB/OL］.http:// http://www.aei-ideas.org/2013/06/is-shale-oil-drilling-economically-feasible/,2013-06-24.

［9］王力耕，張偉，呂躍賓.美國新一代FlexRig陸地鉆機(jī)［J］.石油機(jī)械，2004，32（5）：61-62.

［10］DANNY Boyd.Solutions advance both WBMs,OBMs.The American oil and gas reporter,2012（11）：61-71.

［11］BOYD D,WESTEMAN C.Solutions advance both WBMs,OBMs［R］.The American oil and gas reporter,2012-11：61-71.

（修改稿收到日期 2014-07-03）

〔編輯 付麗霞〕

The status of tight oil drilling technique in North America and its enlightenment to China

GUO Xiaoxia1,YANG Jinhua1,ZHONG Xinrong2
（1.CNPC Economics &Technology Research Institute,Beijing 100011,China;2.Downhole Service Company of Chuanqing Drilling Corporation,CNPC,Xi'an 710065,China）

Being affected by the low price of natural gas,North America is experiencing a tight oil evolution following the previous shale gas evolution;both fracturing quantity and production have increased greatly,leading an unconventional oil/gas resource revolution in the world.The successful development of unconventional resources represented by shale gas and tight oil is closely related with the advance of technologies like horizontal wells.This paper has investigated the important role played by technical advance in the great increase of tight oil production in North America from the point of view of drilling engineering technology.The paper first introduces the distribution of tight oil in North America,the history of the development of drilling technologies and the scale of present fracturing operations,and then analyzes the future drilling technology development trend through systematically examining the principal and leading-edge drilling technologies used in tight oil basins in North America,so as to provide reference for the development of tight oil in China,which has just got started.

tight oil;drilling;North America;horizontal well;factory production

郭曉霞，楊金華，鐘新榮.北美致密油鉆井技術(shù)現(xiàn)狀及對(duì)我國的啟示［J］.石油鉆采工藝，2014，36（4）：1-5，9.

TE132.2

：A

1000–7393（2014）04–0001– 05

10.13639/j.odpt.2014.04.001

國家科技重大專項(xiàng)“我國油氣及煤層氣勘探開發(fā)技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略研究”（編號(hào)：2011ZX05043-03）。

郭曉霞，油氣井工程專業(yè)碩士研究生，從事油氣前沿技術(shù)跟蹤研究，工程師。電話：13910803537,010-62065199。E-mail：guoxx@cnpc.com.cn。