葛 磊

（勝利石油管理局黃河鉆井總公司，山東東營(yíng) 257064）

樊家地區(qū)致密砂巖油氣藏鉆井關(guān)鍵技術(shù)

葛 磊

（勝利石油管理局黃河鉆井總公司，山東東營(yíng) 257064）

樊家地區(qū)致密砂巖油氣藏開(kāi)發(fā)是勝利油田的開(kāi)發(fā)重點(diǎn)。針對(duì)該地區(qū)井身結(jié)構(gòu)復(fù)雜、致密砂巖特點(diǎn)和施工技術(shù)難點(diǎn)，在總結(jié)前期樊154-平1井等6口井從一開(kāi)、定向段、穩(wěn)斜段到完井的施工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，優(yōu)化了井身結(jié)構(gòu)、鉆頭選型、鉆具組合、鉆井液技術(shù)，配套形成了樊家地區(qū)致密砂巖非常規(guī)井優(yōu)快鉆井技術(shù)和安全鉆井液技術(shù)，并在樊家地區(qū)樊154-6HF井等4口非常規(guī)井中進(jìn)行了應(yīng)用，機(jī)械鉆速較前期施工的井提高10%以上，鉆井周期縮短了10%以上，為后續(xù)非常規(guī)井的開(kāi)發(fā)提供了經(jīng)驗(yàn)。

樊家地區(qū)；致密砂巖；優(yōu)快鉆井技術(shù)

近年來(lái)，隨著常規(guī)油氣資源接替儲(chǔ)量的日益減少和開(kāi)發(fā)難度的不斷增大，以致密砂巖油氣藏為主的致密砂巖油氣藏勘探開(kāi)發(fā)已經(jīng)引起人們的高度重視。勝利油田在樊家地區(qū)部署了近10口致密砂巖開(kāi)發(fā)井，樊家地區(qū)致密砂巖油氣藏的開(kāi)發(fā)已成為勝利油田重點(diǎn)開(kāi)發(fā)增儲(chǔ)區(qū)塊。該區(qū)塊非常規(guī)井開(kāi)發(fā)存在鉆速慢、完井難度大、井眼小、井身結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)。為確保該區(qū)塊同類(lèi)型井順利施工，縮短鉆井周期，降低鉆井成本，分析前期完成的6口樊家地區(qū)非常規(guī)水平井，在鉆頭選型，鉆具組合、鉆進(jìn)方式選擇、井眼軌跡控制、鉆井液配置等方面進(jìn)行對(duì)比優(yōu)化，保證了后期施工的非常規(guī)井順利施工，鉆井周期均比設(shè)計(jì)周期縮短10%。通過(guò)幾口井的施工，驗(yàn)證了樊家地區(qū)致密砂巖油氣藏鉆井關(guān)鍵技術(shù)的可行性，進(jìn)一步完善了該區(qū)塊鉆井技術(shù)，也為同類(lèi)型非常規(guī)井施工提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)。

1 概況

1.1 地質(zhì)構(gòu)造

東營(yíng)凹陷樊家地區(qū)油氣聚集區(qū)位于下第三系沙三段。沙三段的儲(chǔ)集層屬三角洲前緣砂體和三角洲前緣濁積砂體，砂體物源來(lái)自魯西隆起區(qū)和青城凸起2個(gè)物源區(qū)。沙三段砂體的油氣分布主要受巖性橫向變化、斷層遮擋以及輝綠巖體刺穿接觸遮擋的控制。該段主要以暗色泥巖為主，為灰、深灰色泥巖夾砂巖、油頁(yè)巖及炭質(zhì)泥巖等。該區(qū)塊總體上為南高北低的單斜，地層傾角5～8°，主要發(fā)育一系列近東西向斷層［1］。樊家地區(qū)地理位置位于大蘆湖油田，構(gòu)造位置位于濟(jì)陽(yáng)坳陷東營(yíng)凹陷博興凹陷中部樊154斷塊。

1.2 井身結(jié)構(gòu)

樊家地區(qū)部署的非常規(guī)井均為小井眼長(zhǎng)水平段水平井，垂深為2 680～2 780 m，位于S3中二組，井深為3 800～5 000 m，均為三開(kāi)井身結(jié)構(gòu)。一開(kāi)采用?444.5 mm鉆頭，下?339.7 mm套管封住上部疏松易垮塌地層，一般下深300 m左右；二開(kāi)采用?241.3 mm鉆頭，下?177.8 mm套管，下深一般在進(jìn)入水平段后；三開(kāi)采用?152.4 mm鉆頭，下?144.3 mm套管，或裸眼完鉆后下入完井壓裂管柱。

2 技術(shù)難點(diǎn)

（1）斜井段定向施工時(shí)裸眼段長(zhǎng)，定向施工周期較長(zhǎng)，館陶組及以上地層經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間浸泡容易掉塊坍塌［2］。

（2）三開(kāi)井眼（?152.4 mm）小，在水平段鉆進(jìn)，排量受到限制，攜巖困難。

（3）水平段長(zhǎng)，常規(guī)導(dǎo)向鉆具滑動(dòng)鉆井鉆壓傳遞十分困難，井眼軌跡控制難度高，后期滑動(dòng)鉆井控制軌跡占用時(shí)間長(zhǎng)，效率低，效果差［3］。

（4）水平段巖性較為致密，研磨性較高，機(jī)械鉆速較慢，鉆頭選型受到限制。

（5）鉆進(jìn)過(guò)程中受到鄰井壓裂工況影響，造成鉆井溢流，導(dǎo)致鉆井液受到污染，施工難度增加。

（6）設(shè)計(jì)完井管串中下入多個(gè)封隔器，對(duì)井眼質(zhì)量要求較高。井眼軌跡控制難度加大，而且完井篩管串的下入難度較大。

（7）長(zhǎng)水平段鉆進(jìn)周期長(zhǎng)，要求鉆井液技術(shù)在保障井下有效攜巖［4］、潤(rùn)滑的基本前提下，還需要具有較低的失水和良好的護(hù)壁性，以保證封隔器有效坐封，井徑擴(kuò)大率要求較高，要求小于5%，施工難度較大。

3 技術(shù)措施

大蘆湖地區(qū)作為勝利油田大規(guī)模開(kāi)發(fā)的非常規(guī)地區(qū)，在樊家地區(qū)共部署同類(lèi)型井10口，在前期完成6口井的基礎(chǔ)上，通過(guò)總結(jié)分析施工過(guò)程中遇到的問(wèn)題，不斷地總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，形成了適合該區(qū)塊的優(yōu)快鉆井技術(shù)。

3.1 一開(kāi)井段

一開(kāi)均采用?444.5 mm鉆頭，套管直徑339.7 mm，其他數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 樊家地區(qū)一開(kāi)鉆井情況統(tǒng)計(jì)

從表1可見(jiàn)，樊154-平3井機(jī)械鉆速最高，采用的是SKG124銑齒牙輪鉆頭，鉆壓120 kN，轉(zhuǎn)速120 r/ min。地層巖性為灰黃色、棕黃色黏土，夾粉細(xì)砂巖；可鉆性較強(qiáng)。鉆井液采用清水鉆進(jìn)，保證排量，以井口不跑鉆井液為準(zhǔn)，保證一開(kāi)井徑擴(kuò)大率，確保表層套管下入順利。一開(kāi)鉆井用時(shí)相差不大。

3.2 二開(kāi)直井段

當(dāng)造斜點(diǎn)超過(guò)2 100 m時(shí)，使用PDC鉆頭效果較好，僅使用1只高效PDC鉆頭，如果采用牙輪鉆頭，至少消耗2只。當(dāng)造斜點(diǎn)低于2 100 m時(shí)，鋼齒牙輪鉆頭與PDC效果相差不大。建議該地區(qū)二開(kāi)直井段當(dāng)造斜點(diǎn)低于2 100 m時(shí)，采用剛齒牙輪鉆頭；造斜點(diǎn)超過(guò)2 100 m時(shí)，采用高效4刀翼PDC鉆頭。二開(kāi)直井段為保證機(jī)械鉆速，應(yīng)嚴(yán)格控制造漿，保證鉆井液低密度、低固相、低黏切、高濾失量。

該段地層主要以棕黃、棕紅色夾淺灰、棕黃色粉砂巖、棕紅色、灰綠色泥巖、灰綠色粉質(zhì)泥巖、灰白色礫狀砂巖、中礫巖、細(xì)礫巖以及砂巖為主。經(jīng)過(guò)二開(kāi)直井段各井對(duì)比分析（見(jiàn)表2），優(yōu)選鉆井院P4362MC（4F）鉆頭，該鉆頭在非常規(guī)直井段表現(xiàn)突出，1只鉆頭能夠鉆進(jìn)到定向點(diǎn)［5］。鉆具組合采用防斜打直鉆具結(jié)構(gòu)（18 m單扶），建議鉆壓40～60 kN，轉(zhuǎn)速100～120 r/min。樊154-平4井二開(kāi)后泵壓15～18 MPa，高泵壓提高了鉆頭水功率和破巖效果，機(jī)械鉆速38.25m/ h，是樊154-平1井3.5倍。建議優(yōu)化鉆頭水眼，提 高鉆井排量，確保泵壓大于16 MPa。

表2 二開(kāi)直井段鉆頭使用情況統(tǒng)計(jì)

3.3 二開(kāi)造斜段

二開(kāi)造斜段，當(dāng)造斜點(diǎn)超過(guò)2 100 m時(shí)，使用PDC鉆頭的效果較好，樊154-平4、樊154-平5、樊154-平7僅消耗1只5刀翼PDC鉆頭就完成定向段（見(jiàn)表3）。因此，建議二開(kāi)造斜段使用鉆井院5刀翼PDC鉆頭。

表3 二開(kāi)造斜段鉆頭使用情況統(tǒng)計(jì)

樊154-平4井鉆井液密度較低，機(jī)械鉆速較高。因此，二開(kāi)造斜段建議鉆井液密度定位于設(shè)計(jì)密度中下線，這樣有利于提高機(jī)械鉆速。

樊154-平1、樊154-平3、樊154-平7等3口井定向段采用的是未加修壁器的鉆具機(jī)構(gòu)，其鉆井速度較慢，復(fù)雜情況較多；樊154-平2、樊154-平 4、樊154-平5等井鉆具結(jié)構(gòu)中增加了2個(gè)修壁器，其鉆井效果較好，機(jī)械鉆速較快，復(fù)雜情況較少。因此，建議在非常規(guī)定向段鉆具結(jié)構(gòu)中添加修壁器以保證井眼狀況。確保鉆井安全。

具體鉆具組合為：鉆頭+動(dòng)力鉆具+轉(zhuǎn)換接頭+ 回壓閥+無(wú)磁承壓鉆桿+懸掛短節(jié)+轉(zhuǎn)換接頭+鉆桿+加重鉆桿×15根+螺旋擴(kuò)大器+直條擴(kuò)大器+鉆桿。

對(duì)比了6口完鉆井造斜段滑動(dòng)、復(fù)合鉆進(jìn)所占比例。由表4可看出，復(fù)合鉆所占比列較大的井的二開(kāi)鉆井周期較短，其中樊154-平4井二開(kāi)定向段復(fù)合鉆占56%，二開(kāi)鉆井周期遠(yuǎn)低于其他井。因此，建議進(jìn)入定向段增加復(fù)合鉆進(jìn)時(shí)間。

軌跡控制方式一：每個(gè)單根復(fù)合鉆進(jìn)與滑動(dòng)鉆進(jìn)相結(jié)合，有利于軌跡的圓滑度，但增加了擺放工具面的次數(shù)，增加了輔助時(shí)間（每次20～30 min，甚至更長(zhǎng)時(shí)間）。

表4 二開(kāi)造斜段滑動(dòng)、復(fù)合鉆進(jìn)時(shí)間所占比例統(tǒng)計(jì)

軌跡控制方式二：整根滑動(dòng)，整根復(fù)合，軌跡圓滑度稍差一些，但有利于提速。

措施：在滿(mǎn)足完井壓裂管柱順利下入的前提下，適當(dāng)降低斜井段軌跡圓滑度的要求有利于提速。

3.4 三開(kāi)水平段

如表5所示，三開(kāi)水平段鉆井，樊154-平4井僅使用1只鉆井院P5326MJH鉆頭，完成水平段1 110 m，機(jī)械鉆速達(dá)到9.01 m/h。

表5 三開(kāi)水平段鉆頭使用情況統(tǒng)計(jì)

三開(kāi)水平段較深，為減少起下鉆次數(shù)，建議采用PDC鉆頭。在前期施工的6口井中，與鉆井院鉆頭廠合作，根據(jù)地層巖性研制應(yīng)用了P5235MJH鉆頭，取得了較好的效果。

在鉆具組合方面，針對(duì)致密砂巖地層?152.4 mm井眼狀況，對(duì)第1扶正器直徑150 mm、148 mm和第2扶正器直徑149 mm、148 mm、146 mm組合的6種情況下的井斜趨勢(shì)角進(jìn)行了模擬計(jì)算，結(jié)果表明，第1扶正器直徑148 mm、第2扶正器直徑148 mm，鉆壓在80～140 kN時(shí)，井斜趨勢(shì)角穩(wěn)斜效果最好（表6）。

表6 ?148 mm+?148 mm扶正器組合模擬井斜角趨勢(shì)計(jì)算結(jié)果 （°）

模擬后得出結(jié)論：第1扶正器直徑為148 mm、第2扶正器直徑為148 mm，鉆壓80～140 kN，井斜趨勢(shì)角穩(wěn)斜效果最好。

建議在非常規(guī)井水平段，采用常規(guī)穩(wěn)斜鉆具進(jìn)行鉆進(jìn)；增加轉(zhuǎn)盤(pán)鉆時(shí)間，提高機(jī)械鉆速；水平段長(zhǎng)1 200 m以?xún)?nèi)采用螺桿導(dǎo)向鉆具組合；水平段1 200 m以上時(shí)，導(dǎo)向鉆具滑動(dòng)效率極低，可采取常規(guī)鉆具組合，達(dá)到提速目的。

3.5 鉆井液技術(shù)

針對(duì)樊154區(qū)塊地層特點(diǎn)，優(yōu)選出強(qiáng)抑制鉆井液體系，利用其強(qiáng)抑制、高效潤(rùn)滑的特點(diǎn)來(lái)保證正常鉆進(jìn)，解決穩(wěn)定井眼和水平段順利延伸的難題。配方中引入有機(jī)胺抑制劑、有機(jī)鹽抑制劑、水基高效潤(rùn)滑劑，配合使用屏蔽暫堵技術(shù)，使體系具有優(yōu)良的抑制性、潤(rùn)滑性、承壓能力、防塌能力［6］。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究，確定了強(qiáng)抑制鉆井液體系的配方：5%膨潤(rùn)土漿+0.15%PAM+0.3%水解聚丙烯晴銨鹽+0.5%～1%SDJA-1+0.3%～0.5%LV-CMC+2%～3% SMP+3%納米乳液+15%有機(jī)鹽+15%高效潤(rùn)滑劑BH-1+3%超細(xì)碳酸鈣+1%DSP-2+1%抗鹽防塌降濾失劑+0.1%乳化劑。

通過(guò)在樊154區(qū)塊的試驗(yàn)應(yīng)用，采用優(yōu)選的強(qiáng)抑制鉆井液體系，水平段性能穩(wěn)定，施工順利。潤(rùn)滑系數(shù)≤0.1，頁(yè)巖回收率≥90%；在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中應(yīng)用效果較好，施工順利。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

上述優(yōu)快鉆井技術(shù)，在后期施工的4口井（樊154-6HF、樊154-8HF、樊154-9HF、樊154-10HF）中應(yīng)用取得了較好的效果，機(jī)械鉆速、鉆井周期較前期施工井都有所增加。

4.1 一開(kāi)

一開(kāi)4口井均采用?444.5 mm SKG124三牙輪鉆頭鉆至300 m左右，鉆井液采用清水鉆井液，鉆井效果見(jiàn)表7。

表7 一開(kāi)應(yīng)用效果統(tǒng)計(jì)

4.2 二開(kāi)直井段

二開(kāi)直井段，4口井均用1只鉆頭鉆至造斜點(diǎn)，其中樊154-8HF造斜點(diǎn)小于2 100 m，采用?241.3 mm HAT127鉆頭，樊154-6HF、樊154-9HF、樊154-10HF采用鉆井院P4362MC（4F）鉆頭鉆至造斜點(diǎn)。鉆具組合采用防斜打直鉆具結(jié)構(gòu)（18 m單扶）。泵壓均達(dá)到了16 MPa以上，其中樊154-9HF泵壓達(dá)到了19 MPa。鉆井液在進(jìn)入館陶組之前采用清水鉆進(jìn)，館陶組后半段進(jìn)行造漿，二開(kāi)直井段完成后形成理想鉆井液體系。具體應(yīng)用情況見(jiàn)表8。

表8 二開(kāi)直井段應(yīng)用效果統(tǒng)計(jì)

4.3 二開(kāi)造斜段

二開(kāi)造斜段鉆頭選型采用鉆井院的PDC鉆頭，二開(kāi)造斜段均在700 m以上，4口井均用2只鉆頭完成了定向段，機(jī)械鉆速較前6口井均有所提高。具體情況見(jiàn)表9。

表9 二開(kāi)造斜段應(yīng)用情況統(tǒng)計(jì)

二開(kāi)造斜段鉆具組合中均在上部加入修壁器，對(duì)上部井眼起到了破除鍵槽修整井壁的作用，為二開(kāi)順利完鉆奠定了基礎(chǔ)。

在鉆進(jìn)過(guò)程中采用復(fù)合鉆進(jìn)與滑動(dòng)鉆進(jìn)相結(jié)合的方式，保證復(fù)合鉆進(jìn)的時(shí)間在45%以上。具體情況見(jiàn)表10。

表10 二開(kāi)造斜井段不同鉆進(jìn)方式所占時(shí)間比例

4.4 三開(kāi)水平段

三開(kāi)水平段鉆頭選型采用鉆井院的PDC鉆頭，4口井水平段均在1 000 m以上，其中3口井用2只PDC鉆頭完成了水平段進(jìn)尺，另一口井也只用了3只鉆頭。鉆具組合采用高效的螺桿鉆具上加扶正器的鉆具組合，在復(fù)合鉆進(jìn)的情況下有效地保證了井身軌跡的控制。鉆頭使用情況見(jiàn)表11。

4.5 完井

為保證壓裂管柱的順利下入，采用模擬壓裂管柱的鉆具結(jié)構(gòu)進(jìn)行通井，并保證通井2次以上，在無(wú)顯示的情況下再進(jìn)行壓裂管柱下入作業(yè)。

通過(guò)4口井的施工，均達(dá)到了提速提效效果，具體實(shí)施效果見(jiàn)表12?？梢钥闯?，實(shí)際鉆井周期樊154-6HF較設(shè)計(jì)縮短20.4%、樊154-8HF較設(shè)計(jì)周期縮短8.72%、樊154-9HF較設(shè)計(jì)周期縮短17.45%、樊154-10HF較設(shè)計(jì)周期縮短27.02%。4口井平均機(jī)械鉆速9.39 m/h，較之前6口井平均機(jī)械鉆速提高2.4 m/h。

表11 三開(kāi)水平段應(yīng)用效果統(tǒng)計(jì)

表12 應(yīng)用效果統(tǒng)計(jì)

5 結(jié)論與建議

（1）樊家地區(qū)致密砂巖油氣藏是油田非常規(guī)前期開(kāi)發(fā)的主力油氣藏，通過(guò)對(duì)樊家地區(qū)致密砂巖油氣藏優(yōu)快鉆井技術(shù)總結(jié)，為其他區(qū)域非常規(guī)井的鉆井提供了寶貴的借鑒經(jīng)驗(yàn)。

（2）樊家地區(qū)致密砂巖非常規(guī)井水平段較長(zhǎng)，施工難度較大，施工周期較長(zhǎng)。通過(guò)總結(jié)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，順利完成了后續(xù)同區(qū)塊井，并將機(jī)械鉆速逐步提高，鉆井周期逐步縮短。

（3）三開(kāi)水平段采用5刀翼PDC，有助于提高機(jī)械鉆速，縮短建井周期

（4）根據(jù)定向點(diǎn)的井深選擇合適的鉆頭，有助于減少起下鉆次數(shù)。

（5）水平段盡量采用常規(guī)鉆具組合進(jìn)行穩(wěn)斜段作業(yè)。

（6）選用強(qiáng)封堵鋁胺高性能鉆井液體系，增加了封堵能力，提高了井壁穩(wěn)定性。

［1］胡文瑞，翟光明，李景明.中國(guó)非常規(guī)油氣的潛力和發(fā)展［J］.中國(guó)工程科學(xué)，2010，12（5）：25-29.

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（修改稿收到日期 2014-03-31）

〔編輯 薛改珍〕

Key technology on drilling oil and gas reservoirs of tight sandstone in Fanjia area

GE Lei
（The Huanghe River Drilling Corportion of Shengli Petroleum Administration,Dongying 257064,China）

Development of tight sandstone gas reservoir in Fanjia area in 2012 is the development emphasis of Shengli oilfield.In view of the complexity of the wellbore configurations,the characteristics of tight sandstone and difficulties in drilling operations this area,this paper summarizes the drilling experience from the first spud,directional section,buildup section to well completion of six wells including Fan 154-Ping-1,ect.;optimizes the wellbore configurations,bit selection,BHA,and drilling fluid technology;forms the fast drilling technology and safe drilling fluid technology for Fanjia area sandstone unconventional well,which applies to 4 unconventional wells (e.g.Fan 154-6HF),and achieves good results.The ROP is increased by more than 10% compared to previously completed wells,and drilling cycle is shortened by more than 10%,which providing valuable experience for the subsequent development of unconventional wells.

Fanjia area;tight sandstone;optimal and fast drilling technology

葛磊.樊家地區(qū)致密砂巖油氣藏鉆井關(guān)鍵技術(shù)［J］.石油鉆采工藝，2014，36（3）：27-32.

TE22

：A

1000 - 7393（2014） 03 - 0027 - 06

10.13639/j.odpt.2014.03.007

葛磊，1981年生。2004年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)石油工程專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)主要從事鉆井工程現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)研究工作。電話：0546-8727719。E-mail:glhuanying@163.com。