李萬軍 周海秋 王俊峰 陳忠祥 劉江波 顧亦新

（1中國石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院；2中國石油 (土庫曼斯坦)阿姆河天然氣公司；3 中油阿克糾賓油氣股份公司）

北特魯瓦油田第一口長水平段水平井優(yōu)快鉆井技術(shù)

李萬軍1周海秋1王俊峰2陳忠祥3劉江波3顧亦新1

（1中國石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院；2中國石油 (土庫曼斯坦)阿姆河天然氣公司；3 中油阿克糾賓油氣股份公司）

北特魯瓦油田位于濱里海盆地東緣，其復(fù)雜碳酸鹽巖油氣藏普遍存在地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、目的層邊界和厚度變化大、下部高研磨性灰泥巖機(jī)械鉆速低等突出問題；同時(shí)，為了增加單井產(chǎn)量，水平段長度由該油田常規(guī)的 400m延伸至1000m，顯著增大了井眼軌跡與井身質(zhì)量控制的難度。為了攻克以上技術(shù)難題，開展了延長水平段鉆井技術(shù)的集成與應(yīng)用，形成了該地區(qū)以旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向、錐形齒鉆頭、探邊技術(shù)為主的長水平段優(yōu)快鉆井技術(shù)。該技術(shù)在北特魯瓦油田 H814 井進(jìn)行了首次試驗(yàn)應(yīng)用，取得了較好的效果。其中，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)實(shí)現(xiàn)了目的層的旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，降低了鉆井風(fēng)險(xiǎn)；錐形齒鉆頭實(shí)現(xiàn)了機(jī)械鉆速提高一倍以上；探邊技術(shù)實(shí)現(xiàn)了油氣層的精準(zhǔn)定位，使油層鉆遇率由原來的55%提高到 83.9%。鑒于濱里海盆地具有很強(qiáng)的地層規(guī)律性，所形成的優(yōu)快鉆井技術(shù)在全盆地其他油田具有較強(qiáng)的指導(dǎo)和借鑒意義，可全范圍推廣應(yīng)用。

海外復(fù)雜油氣藏；高研磨地層；長水平段；優(yōu)快鉆井；旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)；錐形齒鉆頭；探邊技術(shù)；儲(chǔ)層鉆遇率

北特魯瓦油田 H814 井在水平段鉆井過程中，通過采用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)實(shí)現(xiàn)了全井鉆具一起旋轉(zhuǎn)，改善了鉆壓傳遞效果，保證了井眼平滑，同時(shí)有利于巖屑的運(yùn)移，大大減少了形成巖屑床的機(jī)會(huì)，從而更好地清潔井眼，減少了卡鉆風(fēng)險(xiǎn)；通過使用錐形齒鉆頭實(shí)現(xiàn)了大鉆壓高轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)，有利于提高水平段機(jī)械鉆速；通過應(yīng)用隨鉆測井與探邊技術(shù)精準(zhǔn)確定了油氣層位置，并實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)決策與井眼軌跡的及時(shí)調(diào)整，最大限度提高儲(chǔ)層鉆遇率。H814 井刷新了該油田的水平段長度紀(jì)錄，油層鉆遇率提高至 83.9%，日產(chǎn)油量為周圍水平井的 10倍，為該油田稀井高產(chǎn)開發(fā)策略的實(shí)施提供了工程技術(shù)支撐。

1 H814 井基本情況

H814 井位于北特魯瓦油田，地理位置在哈薩克斯坦阿克糾賓州巴依甘寧地區(qū)，構(gòu)造位于濱里海盆地東緣中區(qū)塊特魯瓦西斜坡區(qū)。該井井別為開發(fā)井，井型為水平井，水平位移為 1320.00m，方位為220°，目的層為石炭系碳酸鹽巖儲(chǔ)層 KT-I層，設(shè)計(jì)井深：導(dǎo)眼 2623.00m，水平井眼 3565.00m，剖面類型為直增穩(wěn)三段制。H814井實(shí)際井身結(jié)構(gòu)見圖1，套管實(shí)際下入數(shù)據(jù)見表1。

圖1 H814 井實(shí)際井身結(jié)構(gòu)示意圖

2 長水平段優(yōu)快鉆井技術(shù)

H814 井 三 開 215.9mm 井 眼 應(yīng) 用 了 錐 形 齒 鉆頭、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具和探邊技術(shù)，三趟鉆鉆具結(jié)構(gòu)一致，鉆具組合：φ215.9mmPDC（史密斯 Stinger鉆頭）×0.25m+PowerDriveX6（旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具）×4.09m+ 柔 性 短 接 ×1.61m+PeriScope（LWD儀 器 組 合 ） ×6.34m+Telescope（MWD 儀器 組 合 ） ×8.46m+ADM-6W（ 中 子 孔 隙 度 +密 度 儀 器 組 合 ）×6.61m+φ127mm 加 重 鉆 桿×27.77m+φ127mm 鉆桿 ×1147.01m+φ127mm加 重 鉆 桿 ×28.12m+ 隨 鉆 震 擊 器 ×9.87m+φ127mm 加 重 鉆 桿 ×27.32m+φ127mm 鉆 桿×401.50m+ 濾 子 短 接 頭 ×1.72m+φ127mm 鉆桿。H814 井 三 開 215.9mm 水 平 段 鉆 井 參 數(shù) 見表2。

表2 H814 井三開 215.9mm 水平段鉆井參數(shù)

在鉆進(jìn)過程中，為了保證井眼軌跡平滑，全角變化率總體控制在 1.22°～3°/30m。通過地層對(duì)比及地質(zhì)模型預(yù)測，穩(wěn)斜探頂，緩慢增斜或降斜度，控制軌跡順利著陸,保持良好的入靶，三開累計(jì)進(jìn)尺1000m。

2.1 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向

北特魯瓦油田目的層邊界和厚度均存在變化，為了實(shí)現(xiàn)優(yōu)化水平井軌跡在儲(chǔ)層中的位置、降低鉆井風(fēng)險(xiǎn)、提高鉆井效率、實(shí)現(xiàn)單井產(chǎn)量和投資收益的最大化，引入旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)，應(yīng)用了斯倫貝謝公司推出的推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具 PowerDrive X6。該工具通過推靠井壁的側(cè)向力推靠鉆頭、具備三點(diǎn)支撐、可推靠塊實(shí)現(xiàn)連續(xù)推靠井壁并且指令位置 360°覆 蓋[1-6]，PowerDrive X6 工 具 結(jié) 構(gòu) 如 圖2 所 示。PowerDrive X6 工具的應(yīng)用有效降低了摩阻，實(shí)現(xiàn)了井身軌跡的精確控制，提高了鉆壓傳遞效率以及井眼的清潔程度，取得了良好的應(yīng)用效果。

圖2 PowerDrive X6 工具結(jié)構(gòu)圖

2.2 Stinger錐形齒高抗壓 PDC 鉆頭

Stinger錐形齒鉆頭是史密斯鉆頭公司 2014 年推出的一款 PDC 鉆頭，該鉆頭采用 IDEAS 集成鉆頭設(shè)計(jì)平臺(tái)設(shè)計(jì)，可根據(jù)地層特性和鉆井需求實(shí)現(xiàn)錐形齒在鉆頭面上的最優(yōu)布齒。該鉆頭具備更強(qiáng)、更有效的切削齒，應(yīng)用該鉆頭可提高鉆速和造斜率、增強(qiáng)鉆頭穩(wěn)定性并且便于地面地層評(píng)價(jià)[7-9]。北特魯瓦油田泥板巖、硬石膏發(fā)育，局部含礫巖、白云巖等，這些因素導(dǎo)致不宜使用PDC鉆頭，而牙輪鉆頭復(fù)合鉆進(jìn)受鉆頭使用時(shí)間及地層可鉆性的限制。為了有效提高機(jī)械鉆速，三趟鉆均使用了 16mm 復(fù)合片 Stinger錐形齒高抗壓 PDC 鉆頭，此類 PDC 鉆頭可大鉆壓、高轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)，具有高速破碎巖石及切屑地層的高效鉆進(jìn)效果，有效解決了該地區(qū)機(jī)械鉆速慢、鉆井周期長的問題。實(shí)鉆過程中第一趟和第二趟鉆使用的是六刀翼鉆頭（圖3），第三趟鉆使用的是五刀翼鉆頭。

2.3 探邊技術(shù)

圖3 Stinger 錐形齒高抗壓 PDC 鉆頭

PeriScope 是 2014 年斯倫貝謝公司推出的隨鉆邊界測量工具，該工具在使用過程中被安置在離鉆頭10～12m的位置，能夠識(shí)別出工具上下4～5m范圍內(nèi)的電阻率和電導(dǎo)率及其變化邊界。當(dāng) PeriScope隨鉆邊界測量工具從低阻地層鉆入高阻地層時(shí)，PeriScope 的方向性曲線呈正信號(hào)；如果從高阻地層鉆入低阻地層，方向性曲線則呈負(fù)信號(hào)；如果在工具探測的范圍內(nèi)沒有明顯的電阻率變化，那么方向性曲線的值為零。測量出的方向和電阻率可用來計(jì)算工具到地層邊界的距離及地層的延伸方向。該工具以 2489.2mm、2133.6mm、863.6mm、558.8mm 等 多 個(gè) 間 距 和 0.1MHz、0.4MHz、2MHz等多個(gè)頻率進(jìn)行定向電磁波測量，并可提供環(huán)形壓力和導(dǎo)航方位窗口，在導(dǎo)電或非導(dǎo)電的鉆井液中，該工具均能檢測到地層邊界位置[10-15]。該工具可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)方位成像、實(shí)時(shí)地質(zhì)導(dǎo)向、實(shí)時(shí)地質(zhì)模型及實(shí)時(shí)儲(chǔ)層評(píng)價(jià)，可對(duì)地層邊界進(jìn)行精準(zhǔn)定位和描述，并實(shí)時(shí)決策進(jìn)行軌跡調(diào)整，最大限度提高油層鉆遇率，是解決斜井和水平井鉆進(jìn)過程中儲(chǔ)層分布范圍不確定、地層構(gòu)造幅度變化大等問題的有效手段[16-17]。北特魯瓦油田地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)復(fù)雜并且?guī)r性非均質(zhì)性強(qiáng)，為了保證井眼軌跡沿設(shè)計(jì)的最佳方向鉆進(jìn)，減少井下事故、增大產(chǎn)量，應(yīng)用了探邊技術(shù)，取得了非常理想的效果。

3 應(yīng)用效果分析

H814 井三開累計(jì)使用 3 只 PDC 鉆頭，累計(jì)進(jìn)尺 1000.00m，純鉆時(shí)間為 359.34h，平均機(jī)械鉆速為 2.73m/h，3 趟鉆詳細(xì)鉆井指標(biāo)見表3。第一只Z616 鉆頭起出，磨損較為嚴(yán)重，主要原因是鉆遇地層多為白云巖，其次是鉆井參數(shù)沒有得到優(yōu)化。第二只 Z616鉆頭磨損情況與第一只鉆頭相似，磨損程度約 50%。第三只 Z516 鉆頭，取得了較高的機(jī)械鉆速，達(dá)到了 3.57m/h，最高單日進(jìn)尺達(dá)到了 115m。

表3 H814 井三開 215.9mm 水平段鉆井時(shí)效

H814 井三趟鉆均受到了旋轉(zhuǎn)震動(dòng)和沖擊震動(dòng)，錐形齒鉆頭的 PDC 切削齒和 Stinger 錐形齒均出現(xiàn)嚴(yán)重磨損（圖4）。

H814 井碳酸鹽巖儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，且具體的構(gòu)造反轉(zhuǎn)位置不確定，因此需在鉆進(jìn)過程中實(shí)時(shí)跟蹤井眼軌跡并進(jìn)行調(diào)整。該井在實(shí)鉆過程中利用隨鉆測井成果和探邊技術(shù)反演（圖5），對(duì)地層巖性、物性、地層傾角等進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和判斷，改進(jìn)地質(zhì)導(dǎo)向模型，累計(jì)調(diào)整井眼軌跡12次，保證了水平段在平行儲(chǔ)層條件下鉆進(jìn)。根據(jù)圖5中密度成像顯示，圖中有明顯的下凹或上凸，判斷該地層存在傾角變換；6條電阻率曲線顯示不同的探測深度，對(duì)于地層有不同程度的響應(yīng)，當(dāng)接近或鉆遇圍巖時(shí)，曲線會(huì)出現(xiàn)同步分離；自然伽馬曲線波動(dòng)明顯，且與密度成像和電阻率曲線的變化趨勢一致。為方便區(qū)分，圖5上標(biāo)記了3個(gè)淺藍(lán)色方框。淺藍(lán)色方框 1、2區(qū)域的明顯特征為電阻率降低，自然伽馬升高，中子密度升高，中子孔隙度降低，顯示軌跡已經(jīng)偏離儲(chǔ)層；經(jīng)過軌跡調(diào)整后，淺藍(lán)色方框2和3之間的區(qū)域，地質(zhì)特征相對(duì)穩(wěn)定，所有測量曲線的顯示都與淺藍(lán)色方框1之前的區(qū)域特征相近，說明已恢復(fù)儲(chǔ)層鉆進(jìn)；淺藍(lán)色方框3區(qū)域的特征為電阻率降低，自然伽馬起伏劇烈，中子密度升高，中子孔隙度降低，顯示軌跡已經(jīng)偏離儲(chǔ)層，經(jīng)過多次軌跡調(diào)整后，恢復(fù)至儲(chǔ)層鉆進(jìn)。

圖4 H814 井鉆頭磨損情況圖

圖5 H814 井隨鉆測井成果和隨鉆探邊工具反演效果圖

如果沒有使用地質(zhì)導(dǎo)向，完全按照軌跡設(shè)計(jì)鉆進(jìn)，則油層鉆遇率只能達(dá)到 55%～60%。通過隨鉆測井、探邊技術(shù)與旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)的集成應(yīng)用，依據(jù)測井解釋成果，油層鉆遇率達(dá)到了 83.9%。

4 結(jié)論

(1）旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)能在旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)過程中實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確增斜、穩(wěn)斜、降斜等功能，井身軌跡控制精度高、位移延伸能力強(qiáng)。通過使用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)，H814 井在水平段鉆進(jìn)過程中有效降低了卡鉆和掛卡等事故復(fù)雜的發(fā)生，鉆出的井眼條件較好，通井及完井過程中未出現(xiàn)阻卡現(xiàn)象，為完井施工的順利進(jìn)行創(chuàng)造了良好基礎(chǔ)。

(2）H814 井的目的層邊界和厚度均存在變化，要保證實(shí)鉆軌跡完全在目的層里具有較大的挑戰(zhàn)。探邊技術(shù)實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確確定油氣層位置，為實(shí)時(shí)決策進(jìn)行軌跡調(diào)整提供可靠依據(jù)，同時(shí)配合使用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)，有效提高了油層鉆遇率，實(shí)現(xiàn)了該井完全在目的層里鉆進(jìn)。

(3）H814 井的鉆井實(shí)踐為旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向、錐形齒鉆頭及探邊技術(shù)在阿克糾賓項(xiàng)目進(jìn)行推廣應(yīng)用積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。但是鉆進(jìn)過程中PDC 鉆頭磨損嚴(yán)重，如何消除鉆頭震動(dòng)以減少對(duì)鉆頭的磨損，實(shí)現(xiàn)多打進(jìn)尺的目的，這是需要解決的問題之一。

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Application of optimized and fast drilling technology to the fi rst long horizontalsection well in North Tluwa Oilfi eld

Li Wanjun1, Zhou Haiqiu1, Wang Junfeng2, Chen Zhongxiang3, Liu Jiangbo3, Gu Yixin1
(1 CNPC Drilling Research Institute; 2 CNPC (Turkmenistan) Amu Darya Gas Company; 3. CNPC (Aktobe) Oil and Gas Company)

In the North Tluwa Oilfield at the east margin of the Pre-Caspian Basin, the complex carbonate reservoirs are commonly characterized by complicated geological structure, variable boundary and thickness of target layers, and low ROP in lower highly-abrasive lime mudstone. In addition, for achieving higher production per well, the horizontal section of a horizontal well has been increased from 400 m to 1000 m, which brings great challenges to the control over borehole trajectory and quality. To cope with the challenges, integration and application of drilling technologies in a long horizontal-section well were carried out, and the optimized and fast drilling technology involving the rotary steerable drilling system, the Stinger bit and the PeriScope system was developed. This technology was fi rstly applied in Well H814 in the North Tluwa Oilfi eld with good results. Specifi cally, the rotary steerable drilling system made it possible for rotary drilling in the target layer and reduced drilling risks, the stinger bit realized a ROP more than doubled, and the PeriScope system provided precise localization of pay zones and improved the reservoir-encountered rate from 55% to 83.9%. The optimized and fast drilling technology can be promoted to other oilfi elds in the Pre-Caspian Basin where the strata are developed regularly.

t: complex reservoirs, highly-abrasive formation, long horizontal section, optimized and fast drilling technology, rotary steerable drilling system, Stinger bit, PeriScope, reservoir-encountered rate

TE24

A

10.3969/j.issn.1672-7703.2017.03.014

國家科技重大專項(xiàng)“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶大型碳酸鹽巖油氣藏開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)”（2017ZX05030）。

李萬軍（1969-），男，甘肅敦煌人，1992 年畢業(yè)于西南石油學(xué)院，高級(jí)工程師，現(xiàn)主要從事鉆井技術(shù)方面的研究工作。地址：北京市昌平區(qū)黃河街 5 號(hào)院 1 號(hào)樓中國石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院，郵政編碼：102206。E-mail:liwanjundri@cnpc.com.cn

2016-04-11；修改日期：2017-04-01