秦文政， 黨 軍， 臧傳貞， 李保倫， 雷 鳴

（1. 中國石油集團西部鉆探工程有限公司準東鉆井公司，新疆克拉瑪依 834000；2. 中國石油集團油田技術服務有限公司，北京100027）

準噶爾盆地瑪湖礫巖大油區(qū)是目前世界上發(fā)現(xiàn)的最大礫巖油田。按照“直井控面，水平井提產”的勘探評價思路，該油田先期在瑪18 井區(qū)艾湖1 和瑪18 斷塊部署了數百口開發(fā)試驗井，單井產油量16.7 t/d，勘探取得初步效果。目前，瑪18 井區(qū)已有50 余口水平井建成投產，成為瑪湖油田百口泉組致密油氣藏率先規(guī)?；_發(fā)的井區(qū)?，?8 井區(qū)具有油藏埋深大（垂深4 000.00 m 左右）、鉆井液密度高（目的層普遍在1.70 kg/L 以上）和環(huán)保要求高（靠近湖泊）等特點，前期開發(fā)中存在平臺井數少、技術方案與施工方案不統(tǒng)一等問題，造成鉆井周期較長。

美國在開發(fā)Barnett 頁巖氣時試驗應用水平井和水力壓裂技術，拉開了頁巖氣“井工廠”技術開發(fā)的帷幕[1-2]。2011 年以來，涪陵頁巖氣示范區(qū)[3-10]、長寧-威遠頁巖氣示范區(qū)[11-13]先后開展了“井工廠”作業(yè)模式的探索與實踐，初步形成了適合頁巖氣開發(fā)特點的“井工廠”作業(yè)模式。筆者在前人技術研究的基礎上，優(yōu)化平臺井實施方案，根據地層巖性優(yōu)選成熟鉆頭序列，形成了各開次標準提速鉆具組合，并使用環(huán)保及滿足井下要求的鉆井液體系，形成了瑪18 井區(qū)“工廠化”鉆井技術，單井鉆井周期由122 d（MaHW6004 井）縮短至平均80 d 左右，對實現(xiàn)致密礫巖油氣藏的高效開發(fā)具有示范效應。

1 地層巖性及鉆井難點

1.1 地層巖性特征

瑪湖油田瑪18 井區(qū)自上而下鉆遇白堊系吐谷魯群，侏羅系齊古組、頭屯河組、西山窯組、三工河和八道灣組，三疊系白堿灘組、克拉瑪依上組、克拉瑪依下組和百口泉組。白堊系以泥砂巖互層為主；西山窯組以細砂巖為主，夾雜煤層；三工河組以泥巖為主；八道灣組中上部以泥巖為主，下部以砂礫巖為主，部分夾煤層；白堿灘組中部以上含2 套砂巖，下部以泥巖為主；克拉瑪依上組以泥粉砂巖為主，夾砂礫巖；克拉瑪依下組以砂礫巖、泥質粉砂巖為主；目的層百口泉組以砂礫巖和含礫泥巖為主，孔隙度10.46%，孔隙類型以粒內溶孔（28%～79%）、剩余粒間孔（55%～85%）為主，氣測滲透率5.48 mD。主力油層厚度一般小于30.00 m，單油層厚1.00～8.10 m；隔夾層發(fā)育，一般1～5 條，隔夾層厚度1.00～5.00 m，儲層物性差，天然裂縫不發(fā)育。

1.2 鉆井技術難點

1）侏羅系八道灣組下部礫巖發(fā)育，易造成鉆頭磨損；克拉瑪依組、百口泉組地層含礫，巖石研磨性強，機械鉆速低，單只鉆頭進尺少；百口泉組泥巖夾層的塑性較強，可鉆性差。

2）吐谷魯群地層中上部有大套泥巖，可鉆性好，易水化膨脹造成井眼縮徑；白堿灘組有一套較厚的硬脆泥巖層，易造成井壁垮塌；克拉瑪依組泥巖夾層具有較強的水化分散特性，易導致井眼失穩(wěn)，出現(xiàn)周期性縮徑、井壁垮塌。

3）八道灣組地層微裂縫發(fā)育，三疊系白堿灘組、克拉瑪依組地層承壓能力低，易發(fā)生孔隙性、裂縫性漏失。受水平井壓裂影響，下部地層壓力紊亂，易造成井口出水和井漏等。例如，MaHW6013 井鉆至井深4 228.00 m 發(fā)生井口出水、井漏、井壁垮塌和井下阻卡，多次注水泥側鉆，仍無法繼續(xù)施工，最后搬離鉆機。

4）長水平段鉆進時攜砂困難，易形成巖屑床，造成起下鉆阻卡；瑪18 井區(qū)部署的水平井為三維水平井，扭方位角度大，易造成完井電測及下套管阻卡。

2 “工廠化”水平井鉆井技術

借鑒長寧和威遠頁巖氣區(qū)塊“井工廠”作業(yè)模式，進行了瑪18 井區(qū)鉆井平臺方案、鉆井平臺布局和井身結構優(yōu)化設計，充分發(fā)揮鉆機平移、鉆井液重復利用和巖屑不落地等技術資源共享，形成了瑪18 井區(qū)“工廠化”水平井鉆井技術。

2.1 鉆井平臺設計方案

瑪18 井區(qū)位于瑪納斯湖和艾力克湖中間區(qū)域，鹽湖附近梭梭草生長茂盛，環(huán)境敏感度高。為保護環(huán)境，減少施工區(qū)域占地面積，兼顧考慮鉆井工程難度和井眼軌跡控制能力，以滿足產能建設開發(fā)方案和致密油藏集輸建設要求，實現(xiàn)早建設早投產的目標，進行了鉆井平臺設計方案優(yōu)化，井區(qū)整體由多個“工廠化”鉆井平臺和單井平臺組成。

為了降低工程施工難度，根據儲層延伸情況，絕大部分井設計采用水平段微降斜軌道，靶區(qū)方位角180°左右。為提高水平段儲層鉆遇率，實現(xiàn)儲量資源動用最大化，平臺叢式井以井距400.00 m、水平段長1 600.00～2 000.00 m 為主。

2.2 鉆井平臺布局

“工廠化”鉆井平臺井口東西向一字排開，井口間距10.00 m，采用單機作業(yè)方式，如圖1 所示。

2.3 井身結構設計

針對瑪18 井區(qū)地質特點[14-15]，主要采用小三開井身結構（采用 φ127.0 mm 油層套管固井）；個別井根據固井滑套試驗需求，采用大三開井身結構（采用 φ139.7 mm 油層套管固井）（見圖2）。

圖 1 瑪18 井區(qū)鉆井平臺布局Fig. 1 Platform layout of the Ma18 Well Block

2.4 鉆機快速平移和平臺資源共享

小鉆機批量鉆表層，每口井可節(jié)約時間3 d。采用滑軌平移裝置整體移動井架，縮短接甩鉆具、頂驅及搬遷外圍設備的時間。中完固井24 h 后坐卡瓦平移鉆機，縮減中完候凝、測聲幅時間。批量重復實施各開次鉆井生產過程，多井單開次只配一次鉆井液，提高生產效率。通過液缸推動實現(xiàn)鉆機整體移動，鉆具和井口設備隨鉆機同步移動。為了減少外圍設備搬遷，節(jié)約鉆機搬遷時間，利用加長電纜替代動力系統(tǒng)移動、加長出口管線替代循環(huán)罐系統(tǒng)移動和加長高壓地面管線替代鉆井泵移動。鉆井管材、工具集中儲存，以利于快速及時調配使用。

圖 2 瑪18 井區(qū)百口泉組油藏油井井身結構Fig.2 Casing program of Baikouquan Formation reservoir of the Ma18 Well Block

2.5 鉆井液重復利用和巖屑不落地技術

鉆井平臺多口井相同開次采用相同的鉆井液體系，鉆井液重復利用可減少鉆井費用[16]。為實現(xiàn)鉆井液重復利用，開次施工前準備階段加入相應處理劑，調整鉆井液參數和性能，滿足井下需要。鉆井液體系應易于維護和轉換，以便于實現(xiàn)不同井段的鉆井液重復利用，降低鉆井液處理費用。批量鉆井時，僅地面循環(huán)罐中的鉆井液可重復利用，為補充鉆井液的地層消耗和井筒余留量，可在集中處理站配置儲備罐，每口井中間完井時將部分鉆井液回收至儲備罐內，固控處理后重復使用。

環(huán)瑪湖區(qū)域鄰近湖泊，自然環(huán)境較為脆弱。執(zhí)行鉆井液巖屑不落地統(tǒng)一標準，使不落地裝置處理達到環(huán)保要求，鉆井液廢液集中固化，巖屑固化后集中晾曬。廢棄鉆井液經無害化固化處理后，可用于恢復地貌和墊鋪新井場，節(jié)約交井和鉆前費用，保證水資源不受污染。

3 “工廠化”鉆井提速技術

通過優(yōu)選鉆頭序列，優(yōu)化防斜打快、軌跡控制等各井段標準提速方案，以及研制XZ 高效水基鉆井液，形成了瑪18 井區(qū)“工廠化”鉆井提速技術。

3.1 鉆頭序列優(yōu)選

根據瑪18 井區(qū)鉆井施工經驗，一開φ381.0 mm 井眼使用牙輪鉆頭；二開φ241.3 mm 井眼選用五刀翼φ19.0 mm 單排切削齒PDC 鉆頭，大部分井可“一趟鉆”完成二開；三開φ165.1 mm 井眼直井段宜選用四刀翼φ13.0 mm 單排切削齒PDC 鉆頭(SF44VH3)；造斜段優(yōu)選五刀翼φ13.0 mm 齒PDC 鉆頭（MDi513），水平段優(yōu)選抗研磨耐沖擊的六刀翼φ13.0 mm 齒PDC 鉆頭（MSi613）。優(yōu)選的鉆頭序列見表1。

表 1 瑪18 井區(qū)小三開水平井鉆頭序列Table 1 Drill bit sequence of the horizontal wells in the Ma18 Well Block

3.2 直井段鉆井提速對策

地質錄井資料和出井巖屑分析表明，瑪18 井區(qū)二開φ241.3 mm 井眼白堊系吐谷魯群中上部有大段泥巖，易水化膨脹造成井眼縮徑；侏羅系地層砂巖較發(fā)育，滲透性強，容易形成虛厚濾餅；八道灣組地層微裂縫發(fā)育，環(huán)空不暢時極易發(fā)生井漏。為了控制井身質量和提高鉆速，優(yōu)選“MWD+單彎螺桿+PDC鉆頭”鉆進，以擴大井眼井徑，降低井漏和阻卡風險，縮短單點測斜時間，起到防斜打快作用。

三開φ165.1 mm 井眼直井段，考慮到井斜控制難度較小，采用“MWD+直螺桿+PDC 鉆頭”鉆進，可以“一趟鉆”完成鉆水泥塞和直井段地層，提高鉆井速度。前期MaD4421 井三開直井段采用常規(guī)鉆具組合，平均機械鉆速僅3.2 m/h；后續(xù)鉆井施工選用“MWD+直螺桿+PDC 鉆頭”鉆進，機械鉆速達到5.0～6.0 m/h，提速效果較好。因此，直井段推薦采用“MWD+單彎螺桿/直螺桿+PDC 鉆頭”鉆進，可實現(xiàn)二、三開直井段各“一趟鉆”完成。

3.3 造斜段、水平段鉆井提速對策

造斜段使用旋轉導向工具Archer，其工作原理為：保持旋轉控制閥不動，鉆井液推動內部推靠塊；內部推靠塊推動導向扶正套內壁，使鉆頭軸向發(fā)生偏移；以萬向軸軸節(jié)作為支點，通過調節(jié)環(huán)限制井眼偏移量，使工具軸線與井眼形成一定角度，達到增斜和降斜的目的。該工具與螺桿鉆具相比，具有避免井下托壓影響、保證井眼光滑等特點，可有效控制井眼軌跡，降低井下安全風險，提高鉆井速度?，敽吞颩aHW6004 井等5 口井造斜段使用“旋轉導向工具Archer+PDC 鉆頭”鉆進，機械鉆速較螺桿鉆具提高2～4 倍（見表2）。

表 2 瑪18 井區(qū)造斜段鉆速對比Table 2 Comparison on penetration rate of the build-up section of the Ma18 Well Block

三開φ165.1 mm 井眼水平段使用“旋轉導向PD+MSi613PDC 鉆頭”鉆進，與常規(guī)“螺桿+PDC 鉆頭”相比，平均機械鉆速和進尺均提高50% 以上。為了區(qū)塊整體提速，結合現(xiàn)場施工時的托壓情況，造斜段和水平段800.00 m 以后井段充分使用了旋轉導向工具。為了彌補旋轉導向工具的不足，在鉆進水平段時，試驗應用了“水力振蕩器+中空螺桿+PDC 鉆頭”，取得了較好的提速效果。例如，MaHW6128 井4 190.00～4 605.00 m 水平井段采用該技術，機械鉆速達到3.50 m/h。

3.4 鉆井液技術

針對地層實際特點，通過室內試驗研究，一開φ381.0 mm 井段使用鈉膨潤土-CMC 鉆井液體系，二開φ241.3 mm 井段和三開φ165.1 mm 井段選用自主研制的環(huán)保型XZ 高性能水基鉆井液體系，其配方為2.0% 膨潤土+0.2%Na2CO3+0.4%NaOH+5.0%～7.0%KCl+10.0%NaCl+0.2%～0.5%TC-DBY+2.0%～3.0%XZ-FJL+0.3%～1.0%XZ-YZJ+2.0%XZ-CMJ+0.5%～1%XZ-GBJ+3.0%XZ-FDJ+3.0%～4.0%XZ-RHJ+1.0%～2.0%玻璃小球+0.2%～0.5%CaO +3.0% 陽離子乳化瀝青（天然瀝青）+2.0%QCX-1+1.0%WC-1 重晶石。瑪18 井區(qū)典型鉆井液體系及性能見表3。

表 3 瑪18 井區(qū)典型鉆井液體系及性能Table 3 Drilling fluid system and performance of the Ma18 Well Block

鉆井液中亞微米級固相含量較高，受巖屑不落地、去磺化及部分固控設備陳舊等因素影響，鉆井液性能調控困難。應充分發(fā)揮平臺井資源共享利用優(yōu)勢，更新升級固控設備，建立瑪18 井區(qū)鉆井液回收站，對鉆井液進行升級凈化。針對薄儲層水平段軌跡調整頻繁、軟硬交互地層壓力紊亂和鉆遇泥巖易發(fā)生阻卡問題，鉆進水平段時鉆井液密度控制在上限范圍，并加入2.0%瀝青類防塌劑和2.0%液體潤滑劑，提高潤滑性與濾餅質量。適時加入納米級井眼強化劑，提高地層承壓能力。

與同平臺MaHW6202 井相比，MaHW6203 井的鉆井液經過凈化處理，鉆井摩阻降低，完井電測和下油層套管順利到位，效果顯著。

4 現(xiàn)場應用效果

瑪18 井區(qū)嚴格按照“工廠化”水平井鉆井方案組織施工，平均單井鉆井周期明顯縮短，多口井創(chuàng)區(qū)塊施工紀錄。如MaHW6234、MaHW6235 平臺水平井完鉆井深分別為5 796.00 和5 751.00 m，平均單井完井周期縮短至86.0 d。其中，MaHW6203 井完鉆井深6 130.00 m，鉆井周期78.8 d，創(chuàng)瑪湖油田水平井最深紀錄；并創(chuàng)瑪18 井區(qū)1 900.00 m 水平段完鉆周期最短（61.41 d）、三開裸眼段最長（3 212.00 m）、水平段最長（1 926.00 m）和單趟進尺最大（861.00 m）等4 項紀錄。

其中，MaHW6202 井二開φ241.3 mm 井眼試驗應用“MWD+1.25°單彎螺桿+PDC 鉆頭”，一趟鉆鉆至二開中完井深，平均機械鉆速27.40 m/h，創(chuàng)區(qū)塊當期機械鉆速最高紀錄（見表4）。

需要注意的是，鉆進八道灣組下部礫石層前，需及時將轉速降至60 r/min 以內，鉆壓降至40～80 kN；進入白堿灘組后，再逐漸將轉速和鉆壓提高至之前數值，防止鉆頭提前損壞。

表 4 MaHW6202 井二開井段鉆速對比Table 4 Comparison on penetration rate of the second-spud section of Well MaHW6202

5 結論與建議

1）通過對瑪18 井區(qū)鉆井平臺實施方案、鉆頭序列、直井段和造斜水平段提速對策等優(yōu)化研究，形成了瑪18 井區(qū)“工廠化”鉆井技術，大幅度提高了致密油氣藏開發(fā)效率。

2）與國內外頁巖氣先進“井工廠”作業(yè)模式相比，瑪湖油田在鉆井平臺井數和鉆井提速技術方面仍有較大提升空間。

3）瑪18 井區(qū)采取鉆井壓裂一體化開發(fā)模式，與西南頁巖氣區(qū)塊相比，在推進作業(yè)現(xiàn)場標準技術方案、資源共享方面有共同點。但是，瑪湖油田所在的準噶爾盆地瑪湖凹陷構造帶斷塊發(fā)育，需要針對具體難題制定相應的對策。

4）針對區(qū)塊儲層壓力紊亂、邊緣井百口泉組泥巖夾層可鉆性差等問題，還需要進一步研究。

5）建議加強國外先進水平井鉆井技術引進和吸收，形成具有瑪湖礫巖致密油藏特點的成熟“工廠化”鉆井作業(yè)模板。