摘要：隨著安場向斜頁巖氣井開發(fā)的深入，對水平井組的井眼軌跡控制技術、井間井眼軌跡的防碰繞障、防碰分析、定向儀器工具的優(yōu)選及地質導向技術均提出了更高的要求。為此，針對這些問題，從井眼軌跡控制技術方法、防碰繞障分析的方法、井眼軌跡控制技術和地質導向技術入手開展分析研究，形成了相關技術優(yōu)化，為安場向斜頁巖氣井開發(fā)提供支撐。

關鍵詞：長水平段水平井"防碰分析"井眼軌道優(yōu)化"地質導向技術"油層鉆遇率

中圖分類號：TE37""文獻標識碼：A"Hole"Trajectory"Optimization"and"Geosteering"Technology"of"Shale"Gas"Wells"in"Anchang

ZHUANG"Yanjun*

（Guizhou"Shale"Gas"Exploration"and"Development"Co.，"Ltd.，"Zunyi，"Guizhou"Province，"563400"China）

Abstract："With"the"deepening"of"the"development"of"the"syncline"shale"gas"well"in"Anchang，"higher"requirements"are"put"forward"for"the"hole"trajectory"control"technology，"the"anti-collision"obstacle"and"anti-collision"analysis"of"the"hole"trajectorynbsp;among"wells，"the"optimization"of"directional"instruments"and"tools，"and"the"geosteering"technology"of"the"horizontal"well"group."Therefore，"in"view"of"these"problems，"analysis"and"research"are"carried"out"from"the"aspects"of"the"hole"trajectory"control"technology"method，"anti-collision"obstacle"analysis"method，"hole"trajectory"control"technology"and"geosteering"technology，"and"relevant"technical"optimization"is"formed，"which"provides"supportnbsp;for"the"development"of"the"syncline"shale"gas"well"in"Anchang.

Key"Words："Long"horizontal"well;"Anti-collision"analysis;"Hole"trajectory"optimization;"Geosteering"technology;"Reservoir"drilling"rate

目前，貴州頁巖氣勘探開發(fā)有限責任公司已經(jīng)對黔北地區(qū)頁巖氣成藏機理、分布預測、資源評價、戰(zhàn)略選區(qū)以及先導性試驗等方面取得了一系列認識。隨著勘探開發(fā)的深入、水平井組部署的增多，對安場向斜頁巖氣井眼軌跡優(yōu)化技術與地質導向技術提出了更高的要求，如何提高水平井組的井眼軌跡質量、提高井組防碰施工的安全性、提高水平段的油層鉆遇率已成為當下鉆井施工的主要難點問題。因此，加強井眼軌道優(yōu)化設計、大井組防碰技術、軌跡控制技術、地質導向技術的研究應用具有重要意義[1]。

1"前期鉆井施工情況

安場向斜目前共完成5個平臺17口井的鉆探工作。其中，1號臺部署9口；2號臺、4號臺各部署井3口；3號臺、5號臺各部署井1口，井組投影如圖1所示。在已施工的兩輪次井中，經(jīng)過技術的改進和完善，第二輪井較第一輪井鉆井周期有較大幅度縮短，主要得益于復雜情況的減少和機械鉆速提高，第二輪部署先導性試驗井已完鉆7口，相比前8口勘探評價井，鉆井周期縮短27%（前期部分井含直導眼），平均機械鉆速提高44%，單井鉆頭使用數(shù)量減少，單只鉆頭進尺提升，全井平均機械鉆速最高的是安頁4-1HF井，達到9.80"m/h。

1.1井眼軌道設計

在井眼軌道設計方面，已完成井井眼軌道設計，均采用“直-增-穩(wěn)-增（扭）-平”方式施工。這種井眼軌道設計方式具有總進尺短、直井段長有利于提速等優(yōu)勢。對于單井而言，這種井眼軌道設計方式不存在防碰問題，直井段無須考慮防碰因素，但對于大井組頁巖氣水平井而言，目前國內(nèi)采用這種方式進行井眼軌道設計正在逐步減少。另一方面，這種軌道設計一般從40°開始扭方位，一直到水平段著陸點扭方位結束，存在大井斜扭方位施工難的問題。

1.2井眼軌跡控制方式

從井眼軌跡控制方式來看，該區(qū)前期施工過程中分別用到了常規(guī)螺桿鉆具、旋轉導向鉆具的控制方式，由于第一輪井施工過程中，井壁失穩(wěn)的問題尚未得到完全解決，因此部分井在施工中出現(xiàn)了井壁坍塌、長井段劃眼、阻卡等問題，因此后續(xù)多數(shù)井在水平段采用螺桿鉆具進行井眼軌跡控制。在第二輪井施工過程中，定向初期采用螺桿鉆具、增斜段采用旋轉導向、水平段采用螺桿鉆具成為了比較成熟的做法，不僅提高了機械鉆速，也極大縮短了鉆井周期。

1.3地質導向方式

安場向斜頁巖氣儲層厚度較薄，地層產(chǎn)狀變化大，水平段箱體只有5"m左右，井眼軌跡容易出箱體，優(yōu)質頁巖鉆遇難度大。第一輪井儲層鉆遇率平均95.56%，第二輪井儲層鉆遇率100%。除安頁2HF井采用常規(guī)隨鉆導向工具外，其余井均采用近鉆頭地質導向、旋轉地質導向技術，安頁2HF井也是統(tǒng)計井中儲層鉆遇率最低的一口井，證明后續(xù)采用近鉆頭地質導向、旋轉地質導向技術能夠有效解決安場向斜儲層鉆遇率的問題。

2"井眼防碰技術分析

對于叢式井組施工來說，防碰施工是井眼軌道設計和控制的重中之重[2]，為此，對前期井眼軌跡控制情況進行了掃描分析。

以安場向斜1號平臺為例，該平臺累計完成9口井，井口間距最小約6"m，分別是安頁1-8HF和安頁1-3HF、安頁1-5HF和安頁1-6HF，井間距最遠的是安頁1-1HF和安頁1井，距離約129"m，直井段地層自然漂移方向主要為西偏北方向。利用防碰掃描方法和分離系數(shù)計算方法，分別對1號平臺井間距和分離系數(shù)進行掃描，最近距離掃描如圖2所示，分離系數(shù)掃描如圖3所示，發(fā)現(xiàn)安頁1-4HF井與安頁1-8HF井在井深2"341.41"m附近距離僅2.28"m，分離系數(shù)為0.24，兩口井相碰概率極高。

通過以上實例分析，可見安場向斜施工在井眼軌跡防碰方面存在薄弱環(huán)節(jié)，尚需進一步研究和加強，從而降低井眼軌跡相碰風險。

3"井眼軌道優(yōu)化建議

川渝頁巖氣水平井早期勘探階段通常采用常規(guī)二維水平井進行開發(fā)，鉆井過程中只增斜，方位角保持不變，設計和施工難度相對較低[3-4]。隨著開發(fā)階段井位部署越來越多，多采用大型叢式井組方式，且多為三維水平井，鉆進過程中既要增斜，又要扭方位，同時還要考慮鄰井防碰，鉆具組合在三維井段扭方位能力以及摩阻扭矩問題，設計和施工難度逐步增加。

鑒于以上原因，經(jīng)過長期研究和試驗，逐步形成了“二維單增”“三維五段制”“六段制”“雙二維”等井眼軌道設計方法。對于三維水平井而言，軌道設計方式主要有“五段制”“六段制”以及“雙二維”三種方式，以某井為例，依據(jù)軌道設計方法，摩阻扭矩模擬軟件及前期三維井施工經(jīng)驗，對三維水平井軌道設計方法進行了評價和優(yōu)選，相關計算參數(shù)如表1所示。

目前軌道設計采用五段制方式，造斜點深度較深，摩阻與雙二維基本一致，但采用雙二維方式可以在上部井段完成偏移距，避開下部可鉆性差的地層扭方位，并且有利于整體防碰[5-6]。因此，基于以上分析，以安頁1-5HF井為例，對井眼軌道進行優(yōu)化，兩種優(yōu)化數(shù)據(jù)見表2、表3，投影圖對比見圖4。

利用摩阻扭矩計算軟件，對原設計和兩種優(yōu)化設計軌道進行摩阻扭矩計算，結果如表4所示。

對比幾種井眼軌道設計方案，首先在完鉆井深方面，方案1、方案2相比原設計，均具有優(yōu)勢，井深更短，總進尺更少，其次，方案1、2相比原設計有利于防碰，再者方案1在小井斜（18～25°）井段完成扭方位，避免后期大井斜扭方位的不便，摩阻扭矩方面方案1有一定優(yōu)勢；最后由于目的層垂深總體較淺，推薦采用方案1，有利于減少定向工作量，避免降斜。

4"井眼軌道控制技術

4.1"導向方式優(yōu)化對比

前期不少學者對不同導向控制方式進行了對比[7]，該區(qū)二開井段一般長2"200"m，鉆井輔助成本按照鉆機日費進行計算，以50ZJ型鉆機日費7.0萬元/天為例，在假定其他影響因素相同的情況下對3種井眼軌跡控制方式的綜合成本進行了側鉆。計算結果見表5。

根據(jù)計算結果可以看出，旋轉導向工具總體而言有一定的優(yōu)勢，但其優(yōu)勢在逐步減弱，主要體現(xiàn)在：旋轉導向工具供不應求，導致價格上漲；工具使用頻次高，維護保養(yǎng)不及時，造成故障率提高；頁巖氣施工邊緣構造、復雜構造、井漏、井塌等情況較多，旋導施工風險高等。因此，公司在重慶地區(qū)的頁巖氣水平井逐步減少了旋轉導向系統(tǒng)施工方式，二開215.9"mm井眼主要采用“鉆頭+螺桿+無磁+LWD+鉆桿+水力振蕩器+鉆桿”的施工方式。

采用該組合方式并未在施工方面體現(xiàn)出來太多的難度，反而完成了多口高難度井的施工，創(chuàng)造了多項施工紀錄。如2021年3月南川工區(qū)勝頁9-2HF井順利完鉆，該井水平段兩趟鉆均采用“PDC鉆頭+大扭矩低轉速螺桿+LWD+水力振蕩器”，所有工具均為國產(chǎn)，完鉆井深6"455"m，水平段長3"583"m，創(chuàng)國內(nèi)頁巖氣井水平段長最高紀錄，全井鉆井周期45.5"d，較設計縮短29%，水平段平均機械鉆速13.52"m/h，鉆井周期20.6"d，較設計縮短27%，相對于國外旋轉導向工具節(jié)約費用60%以上，證明常規(guī)螺桿鉆具配合鉆井參數(shù)強化等技術措施完全可以替代旋轉導向，實現(xiàn)頁巖氣優(yōu)快鉆井。

4.2鉆具組合優(yōu)化方案

長水平段水平井井眼軌跡控制主要在于水平段的控制，經(jīng)過多年的摸索，前期形成的單彎雙穩(wěn)鉆具組合在現(xiàn)場施工過程中取得了很好的施工效果，但是隨著近年頁巖油氣藏水平井的增多，盡管大多數(shù)井均采用油基鉆井液進行施工，但施工過程中仍然有部分井出現(xiàn)了井眼失穩(wěn)的現(xiàn)象。為了井下安全，單彎雙穩(wěn)鉆具組合由于鉆具剛性大、扶正器多，容易出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象，因此很難得到現(xiàn)場采納和推薦。為了適應現(xiàn)場施工需要，近年來對扶正器進行了進一步優(yōu)化，采用單彎單穩(wěn)欠尺寸扶正器組合在現(xiàn)場得到了良好的應用效果。根據(jù)研究分析，推薦安場向斜鉆具組合為：增斜段：Ф215.9"mm混合PDC+Ф172"mm"1.5°單彎（扶正器212"mm）+LWD+水力振蕩器；水平段：Ф215.9"mm"PDC+Ф172"mm"1.5°單彎（無扶）+LWD+水力振蕩器。

5"地質導向技術

常規(guī)MWD/LWD距鉆頭13"m以上，近鉆頭地質導向組裝在鉆頭和螺桿之間，測量參數(shù)距鉆頭小于1"m，可及時獲得鉆頭處的井斜、方位伽馬等參數(shù)，解決常規(guī)伽馬地質導向工具的不足，推動薄儲層、超薄儲層及復雜油氣層水平井的開采，近鉆頭地質導向就是給鉆頭上也裝上眼睛，讓鉆頭嗅到石油[8-10]，近鉆頭測量系統(tǒng)結構組成如圖5所示。

采用近鉆頭地質導向儀器，具有上下伽馬實時傳輸功能，基于近鉆頭的方位伽馬可以更加明確井眼軌跡在儲層中的走向，對于提高儲層鉆遇率具有重要意義。下圖為近鉆頭地質導向儀器在某井應用成果解釋圖，通過圖形可以看出，近鉆頭地質導向儀器在識別儲層界面，區(qū)分層頂、層底方面具有明顯的技術優(yōu)勢，對于安場向斜類型的儲層厚度薄、傾角變化大類型的儲層，具有良好的技術適應性。

同時也要認識到，伽馬射線測量徑向深度約0.15～0.25"m，當?shù)貙觾A角與井眼夾角較小時，采用遠端方位伽馬也能夠較好地實現(xiàn)儲層識別和界面的判斷?？紤]到目前近鉆頭儀器整體可靠性還有待提升，并且采用近鉆頭儀器在強化參數(shù)的時候可能增加工具儀器施工風險，因此建議根據(jù)地質認識程度和儲層厚度，優(yōu)選地質導向儀器。

6"結論與建議

（1）頁巖氣水平井叢式井組總體部署優(yōu)化是實現(xiàn)整體開發(fā)鉆探任務的前提與保障，部署優(yōu)化時應遵循造斜點相互錯開，目的層相同、水平位移相近時方位相互錯開的防碰原則。針對頁巖氣水平井軌道設計，建議采用類似“雙二維”的方式，采用預定向進行井組防碰，避免大井斜扭方位等技術措施，提高井眼軌跡控制能力。

（2）分析了3種導向控制方式，鑒于旋轉導向控制方式優(yōu)勢正逐步減弱，且常規(guī)螺桿鉆具控制方式近年不斷取得好的施工效果和指標，建議安場向斜采用常規(guī)螺桿鉆具施工方式進行井眼軌跡控制。頁巖氣水平井井眼軌道優(yōu)化設計、井眼導向方式、地質導向方式對于提速提效具有重要價值，建議針對該區(qū)實際地質特征，進一步優(yōu)化相關方案，并進行現(xiàn)場實施。

（3）近鉆頭地質導向方式相比常規(guī)工具，具有測斜零長更短，現(xiàn)場反應更加及時，具有區(qū)分儲層頂?shù)捉缑?，判斷軌跡出入層方式的能力，對于解決安場向斜區(qū)域儲層鉆遇率問題具有較強的針對性，建議根據(jù)地層情況優(yōu)選應用。

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