秦文政， 黨 軍， 臧傳貞， 李保倫， 雷 鳴

（1. 中國(guó)石油集團(tuán)西部鉆探工程有限公司準(zhǔn)東鉆井公司，新疆克拉瑪依 834000；2. 中國(guó)石油集團(tuán)油田技術(shù)服務(wù)有限公司，北京100027）

準(zhǔn)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(chǎn)”的勘探評(píng)價(jià)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(shù)百口開發(fā)試驗(yàn)井，單井產(chǎn)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(chǎn)，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)。瑪18 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(diǎn)，前期開發(fā)中存在平臺(tái)井?dāng)?shù)少、技術(shù)方案與施工方案不統(tǒng)一等問(wèn)題，造成鉆井周期較長(zhǎng)。

美國(guó)在開發(fā)Barnett 頁(yè)巖氣時(shí)試驗(yàn)應(yīng)用水平井和水力壓裂技術(shù)，拉開了頁(yè)巖氣“井工廠”技術(shù)開發(fā)的帷幕[1-2]。2011 年以來(lái)，涪陵頁(yè)巖氣示范區(qū)[3-10]、長(zhǎng)寧-威遠(yuǎn)頁(yè)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(shí)踐，初步形成了適合頁(yè)巖氣開發(fā)特點(diǎn)的“井工廠”作業(yè)模式。筆者在前人技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，優(yōu)化平臺(tái)井實(shí)施方案，根據(jù)地層巖性優(yōu)選成熟鉆頭序列，形成了各開次標(biāo)準(zhǔn)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(shù)，單井鉆井周期由122 d（MaHW6004 井）縮短至平均80 d 左右，對(duì)實(shí)現(xiàn)致密礫巖油氣藏的高效開發(fā)具有示范效應(yīng)。

1 地層巖性及鉆井難點(diǎn)

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(xì)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(zhì)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(nèi)溶孔（28%～79%）、剩余粒間孔（55%～85%）為主，氣測(cè)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(chǔ)層物性差，天然裂縫不發(fā)育。

1.2 鉆井技術(shù)難點(diǎn)

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(qiáng)，機(jī)械鉆速低，單只鉆頭進(jìn)尺少；百口泉組泥巖夾層的塑性較強(qiáng)，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(qiáng)的水化分散特性，易導(dǎo)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(cè)鉆，仍無(wú)法繼續(xù)施工，最后搬離鉆機(jī)。

4）長(zhǎng)水平段鉆進(jìn)時(shí)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(cè)及下套管阻卡。

2 “工廠化”水平井鉆井技術(shù)

借鑒長(zhǎng)寧和威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣區(qū)塊“井工廠”作業(yè)模式，進(jìn)行了瑪18 井區(qū)鉆井平臺(tái)方案、鉆井平臺(tái)布局和井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮鉆機(jī)平移、鉆井液重復(fù)利用和巖屑不落地等技術(shù)資源共享，形成了瑪18 井區(qū)“工廠化”水平井鉆井技術(shù)。

2.1 鉆井平臺(tái)設(shè)計(jì)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(zhǎng)茂盛，環(huán)境敏感度高。為保護(hù)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(chǎn)能建設(shè)開發(fā)方案和致密油藏集輸建設(shè)要求，實(shí)現(xiàn)早建設(shè)早投產(chǎn)的目標(biāo)，進(jìn)行了鉆井平臺(tái)設(shè)計(jì)方案優(yōu)化，井區(qū)整體由多個(gè)“工廠化”鉆井平臺(tái)和單井平臺(tái)組成。

為了降低工程施工難度，根據(jù)儲(chǔ)層延伸情況，絕大部分井設(shè)計(jì)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(chǔ)層鉆遇率，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)量資源動(dòng)用最大化，平臺(tái)叢式井以井距400.00 m、水平段長(zhǎng)1 600.00～2 000.00 m 為主。

2.2 鉆井平臺(tái)布局

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

2.3 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

針對(duì)瑪18 井區(qū)地質(zhì)特點(diǎn)[14-15]，主要采用小三開井身結(jié)構(gòu)（采用 φ127.0 mm 油層套管固井）；個(gè)別井根據(jù)固井滑套試驗(yàn)需求，采用大三開井身結(jié)構(gòu)（采用 φ139.7 mm 油層套管固井）（見(jiàn)圖2）。

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

2.4 鉆機(jī)快速平移和平臺(tái)資源共享

小鉆機(jī)批量鉆表層，每口井可節(jié)約時(shí)間3 d。采用滑軌平移裝置整體移動(dòng)井架，縮短接甩鉆具、頂驅(qū)及搬遷外圍設(shè)備的時(shí)間。中完固井24 h 后坐卡瓦平移鉆機(jī)，縮減中完候凝、測(cè)聲幅時(shí)間。批量重復(fù)實(shí)施各開次鉆井生產(chǎn)過(guò)程，多井單開次只配一次鉆井液，提高生產(chǎn)效率。通過(guò)液缸推動(dòng)實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)整體移動(dòng)，鉆具和井口設(shè)備隨鉆機(jī)同步移動(dòng)。為了減少外圍設(shè)備搬遷，節(jié)約鉆機(jī)搬遷時(shí)間，利用加長(zhǎng)電纜替代動(dòng)力系統(tǒng)移動(dòng)、加長(zhǎng)出口管線替代循環(huán)罐系統(tǒng)移動(dòng)和加長(zhǎng)高壓地面管線替代鉆井泵移動(dòng)。鉆井管材、工具集中儲(chǔ)存，以利于快速及時(shí)調(diào)配使用。

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

2.5 鉆井液重復(fù)利用和巖屑不落地技術(shù)

鉆井平臺(tái)多口井相同開次采用相同的鉆井液體系，鉆井液重復(fù)利用可減少鉆井費(fèi)用[16]。為實(shí)現(xiàn)鉆井液重復(fù)利用，開次施工前準(zhǔn)備階段加入相應(yīng)處理劑，調(diào)整鉆井液參數(shù)和性能，滿足井下需要。鉆井液體系應(yīng)易于維護(hù)和轉(zhuǎn)換，以便于實(shí)現(xiàn)不同井段的鉆井液重復(fù)利用，降低鉆井液處理費(fèi)用。批量鉆井時(shí)，僅地面循環(huán)罐中的鉆井液可重復(fù)利用，為補(bǔ)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(chǔ)備罐，每口井中間完井時(shí)將部分鉆井液回收至儲(chǔ)備罐內(nèi)，固控處理后重復(fù)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(biāo)準(zhǔn)，使不落地裝置處理達(dá)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(jīng)無(wú)害化固化處理后，可用于恢復(fù)地貌和墊鋪新井場(chǎng)，節(jié)約交井和鉆前費(fèi)用，保證水資源不受污染。

3 “工廠化”鉆井提速技術(shù)

通過(guò)優(yōu)選鉆頭序列，優(yōu)化防斜打快、軌跡控制等各井段標(biāo)準(zhǔn)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(shù)。

3.1 鉆頭序列優(yōu)選

根據(jù)瑪18 井區(qū)鉆井施工經(jīng)驗(yàn)，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(jiàn)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(duì)策

地質(zhì)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(qiáng)，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(shí)極易發(fā)生井漏。為了控制井身質(zhì)量和提高鉆速，優(yōu)選“MWD+單彎螺桿+PDC鉆頭”鉆進(jìn)，以擴(kuò)大井眼井徑，降低井漏和阻卡風(fēng)險(xiǎn)，縮短單點(diǎn)測(cè)斜時(shí)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(jìn)，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(jī)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(jìn)，機(jī)械鉆速達(dá)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(jìn)，可實(shí)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(duì)策

造斜段使用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具Archer，其工作原理為：保持旋轉(zhuǎn)控制閥不動(dòng)，鉆井液推動(dòng)內(nèi)部推靠塊；內(nèi)部推靠塊推動(dòng)導(dǎo)向扶正套內(nèi)壁，使鉆頭軸向發(fā)生偏移；以萬(wàn)向軸軸節(jié)作為支點(diǎn)，通過(guò)調(diào)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(dá)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(diǎn)，可有效控制井眼軌跡，降低井下安全風(fēng)險(xiǎn)，提高鉆井速度?，敽吞颩aHW6004 井等5 口井造斜段使用“旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具Archer+PDC 鉆頭”鉆進(jìn)，機(jī)械鉆速較螺桿鉆具提高2～4 倍（見(jiàn)表2）。

表 2 瑪18 井區(qū)造斜段鉆速對(duì)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(zhuǎn)導(dǎo)向PD+MSi613PDC 鉆頭”鉆進(jìn)，與常規(guī)“螺桿+PDC 鉆頭”相比，平均機(jī)械鉆速和進(jìn)尺均提高50% 以上。為了區(qū)塊整體提速，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)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(zhuǎn)導(dǎo)向工具。為了彌補(bǔ)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具的不足，在鉆進(jìn)水平段時(shí)，試驗(yàn)應(yīng)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(shù)，機(jī)械鉆速達(dá)到3.50 m/h。

3.4 鉆井液技術(shù)

針對(duì)地層實(shí)際特點(diǎn)，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)研究，一開φ381.0 mm 井段使用鈉膨潤(rùn)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(rùn)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(yáng)離子乳化瀝青（天然瀝青）+2.0%QCX-1+1.0%WC-1 重晶石?，?8 井區(qū)典型鉆井液體系及性能見(jiàn)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(jí)固相含量較高，受巖屑不落地、去磺化及部分固控設(shè)備陳舊等因素影響，鉆井液性能調(diào)控困難。應(yīng)充分發(fā)揮平臺(tái)井資源共享利用優(yōu)勢(shì)，更新升級(jí)固控設(shè)備，建立瑪18 井區(qū)鉆井液回收站，對(duì)鉆井液進(jìn)行升級(jí)凈化。針對(duì)薄儲(chǔ)層水平段軌跡調(diào)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(wèn)題，鉆進(jìn)水平段時(shí)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(rùn)滑劑，提高潤(rùn)滑性與濾餅質(zhì)量。適時(shí)加入納米級(jí)井眼強(qiáng)化劑，提高地層承壓能力。

與同平臺(tái)MaHW6202 井相比，MaHW6203 井的鉆井液經(jīng)過(guò)凈化處理，鉆井摩阻降低，完井電測(cè)和下油層套管順利到位，效果顯著。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

瑪18 井區(qū)嚴(yán)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(jì)錄。如MaHW6234、MaHW6235 平臺(tái)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(jì)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(zhǎng)（3 212.00 m）、水平段最長(zhǎng)（1 926.00 m）和單趟進(jìn)尺最大（861.00 m）等4 項(xiàng)紀(jì)錄。

其中，MaHW6202 井二開φ241.3 mm 井眼試驗(yàn)應(yīng)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(jī)械鉆速27.40 m/h，創(chuàng)區(qū)塊當(dāng)期機(jī)械鉆速最高紀(jì)錄（見(jiàn)表4）。

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

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

5 結(jié)論與建議

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

2）與國(guó)內(nèi)外頁(yè)巖氣先進(jìn)“井工廠”作業(yè)模式相比，瑪湖油田在鉆井平臺(tái)井?dāng)?shù)和鉆井提速技術(shù)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(yè)巖氣區(qū)塊相比，在推進(jìn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)方案、資源共享方面有共同點(diǎn)。但是，瑪湖油田所在的準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷構(gòu)造帶斷塊發(fā)育，需要針對(duì)具體難題制定相應(yīng)的對(duì)策。

4）針對(duì)區(qū)塊儲(chǔ)層壓力紊亂、邊緣井百口泉組泥巖夾層可鉆性差等問(wèn)題，還需要進(jìn)一步研究。

5）建議加強(qiáng)國(guó)外先進(jìn)水平井鉆井技術(shù)引進(jìn)和吸收，形成具有瑪湖礫巖致密油藏特點(diǎn)的成熟“工廠化”鉆井作業(yè)模板。