賀偉，郭赫南，劉昊昕

(1.中國石油集團渤海鉆探工程有限公司第四鉆井工程分公司，河北 滄州 062500；2.中國石油集團渤海鉆探工程有限公司華北石油工程事業(yè)部(東北), 河北 滄州 062552)

0 引言

大港油田滄東凹陷官東、官西孔二段是大港油田頁巖油形成的有利地區(qū)，該區(qū)域目的層Ek2以水平井的形式進行頁巖油層鉆探，水平段1500 m左右，完井后多采用常規(guī)壓裂技術(shù)，施工周期長，作業(yè)風(fēng)險高。通過調(diào)研，無干預(yù)無限級壓裂完井技術(shù)具有全通徑、節(jié)省施工時間、降低施工成本、增大改造體積等突出特點，且在北美廣泛應(yīng)用，壓后可采儲量大幅提高，此項技術(shù)可應(yīng)用于大港頁巖油水平井，提高單井產(chǎn)量[1]。無干預(yù)無限級壓裂完井技術(shù)在國內(nèi)無應(yīng)用先例，工藝復(fù)雜，增加了完井管柱下入風(fēng)險，提高了固井施工難度，通過在官頁5-1-9H井的先導(dǎo)試驗，形成了適合大港頁巖油開發(fā)的無干預(yù)無限級壓裂完井配套技術(shù)，對國內(nèi)頁巖油氣的高效開發(fā)具有較大的借鑒意義。

1 官頁5-1-9H井基本情況

官頁5-1-9H井位于官東地區(qū)段六撥斷鼻官東12井區(qū)，是一口評價水平井，鉆探目的：探索水平井壓裂提產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)效果，實現(xiàn)斷塊Ek2-C1頁巖油儲量升級與效益建產(chǎn)。本井完鉆井深5430 m，水平段長1416 m。

1.1 實鉆井身結(jié)構(gòu)

本井設(shè)計三開井身結(jié)構(gòu)。一開φ444.5 mm鉆頭鉆深404 m，φ339.7 mm套管下深404 m，封隔上部薄弱層；二開φ311.2 mm鉆頭鉆深3125 m，φ244.5 mm套管下深3123.50 m；三開φ215.9 mm鉆頭鉆深5430 m，φ139.7 mm套管下深5395 m，固井質(zhì)量合格。

1.2 地層分層

本井地層為新生界地層，從上至下分別為平原組垂深0～230 m/斜深0～230 m，明化鎮(zhèn)組230～1390 m/斜深230～1390.82 m，館陶組1390～1785 m/斜深1390.82～1785.82 m，東營組1785～2135 m/斜深1785.82～2135.82 m，沙河街組2135～2875 m/斜深2135.82～2875.82 m，孔店組一段2875～3625 m/斜深2875.82～3783.40 m，孔店組二段3625～3884.77 m/斜深3783.40～5431 m。

1.3 地層壓力系數(shù)

地層孔隙壓力系數(shù)平原組至東營組0.95～1.00，東營組-沙河街三段1.00～1.05，孔一段壓力系數(shù)1.09，孔二段壓力系數(shù)1.27，地層破裂壓力系數(shù)平原組至東營組1.48～1.60，東營組-沙河街三段1.60～1.66，孔一段壓力系數(shù)1.68，孔二段壓力系數(shù)1.72。

1.4 實鉆井眼軌跡

官頁5-1-9H井井眼軌跡為“直-增-穩(wěn)-增扭-水平”剖面，設(shè)計造斜點3150 m，設(shè)計最大造斜率3.6°/30 m。實鉆造斜點3150 mm，水平段長1416 m，最大井斜角90.5°，最大狗腿度4.66°/30 m，水平段具有下傾趨勢，井眼軌跡復(fù)雜。

1.5 完鉆鉆井液性能

鉆井液體系為復(fù)合鹽體系，完鉆鉆井液密度為1.50 g/cm3，黏度65S，API失水1.8 mL，摩阻0.06。

2 無干預(yù)無限級壓裂完井系統(tǒng)工作原理

完井壓裂滑套主體與套管連接，入井后采用常規(guī)方式進行固井，滑套上預(yù)制一圈壓裂孔，通過泵入螺卡+可溶球打開滑套。泵入一個螺卡，打開一個指定的滑套，可以實現(xiàn)全通徑、無限級的單段單簇壓裂，簇間距即段間距。

無干預(yù)無限級完井壓裂系統(tǒng)關(guān)鍵工具是無限級壓裂滑套，其與套管連接在一起下入井內(nèi)指定位置，完成固井作業(yè)后進行壓裂作業(yè)。與215.9 mm井眼下入139.7 mm套管配套的無限級壓裂滑套示意圖如圖1所示，公扣端與下面一根套管母扣連接，母扣端與上面一根套管公扣連接，最大外徑為165 mm，單個滑套長度為1.16 m，其剛性大于139.7 mm套管。

圖1 無限級壓裂滑套

3 施工技術(shù)難點

3.1 井眼軌跡復(fù)雜

本井為“直-增-穩(wěn)-增扭-水平”剖面，水平段長1416 m；4000～4250 m井段連續(xù)增井斜扭方位，井斜由62.5°增至86°，方位由265°增至285°；造斜段多處出現(xiàn)大的狗腿，最大狗腿度4.66°/30 m，井眼軌跡不平滑。

3.2 存在“大肚子”井眼

3950～4200 m井段井壁不穩(wěn)定，形成“大肚子”井眼，聚集大量沉沙掉塊，雖多次采取短起下、稠塞裹帶等清潔井眼措施，效果不理想，起下鉆阻卡嚴重。

3.3 套管管柱剛性強

水平段每根套管下入一個壓裂滑套，加入的壓裂滑套數(shù)量多，壓裂滑套尺寸大；管串中加入210 mm剛性扶正器，管柱剛性強，下套管難度大。

3.4 無可借鑒施工經(jīng)驗

長水平段水平井完井套管柱中加入壓裂滑套，國內(nèi)無先例，無配套的下套管固井作業(yè)流程，需要邊摸索邊干。

4 技術(shù)對策

4.1 下套管摩阻/扭矩預(yù)測技術(shù)

依據(jù)完井設(shè)計要求，套管下深5395 m，下入套管柱一根套管連接一個壓裂滑套，直至4014 m處，需要加入106個壓裂滑套。應(yīng)用專業(yè)軟件分析下套管時的摩阻扭矩[2]。鉆井液密度1.50 g/cm3，套管工具串按下入106個壓裂滑套、下深5395 m進行模擬計算，管柱可以安全下入至井底，且套管無屈曲變形。

4.2 井眼準備技術(shù)

為保障井眼通暢，清除“大肚子”井眼沉沙，修正微臺階，采用“雙、三穩(wěn)定器”通井，采取大排量(不低于35L/s)循環(huán)。

4.2.1 雙穩(wěn)定器通井

雙穩(wěn)定器通井下鉆至造斜段40°左右，采取技術(shù)劃眼到底，充分攜砂，保障井眼暢通；若通井下鉆時遇阻，則立即接頂驅(qū)劃眼，劃眼到底后對劃眼井段進行短起下驗證，確保順暢后再進行下一步工序。

4.2.2 三穩(wěn)定器通井

為更好的消除井壁微臺階及盡可能減小水平段井眼摩阻，在定向調(diào)整井段、電測有大肚子的井段、狗腿度大于5°的井段無論遇阻與否均應(yīng)采取全部劃眼方式通過。

4.3 完井管柱優(yōu)化技術(shù)

4.3.1 套管扶正器下入數(shù)量優(yōu)化

根據(jù)下套管難度及固井質(zhì)量要求，優(yōu)選考慮套管安全下入，同時最大限度提高固井質(zhì)量，綜合優(yōu)化扶正器下入數(shù)量。通過調(diào)研分析，采用漂浮固井技術(shù)，可以減少扶正器的下入數(shù)量，且能保證套管居中度。

4.3.2 優(yōu)化管串結(jié)構(gòu)

為滿足頁巖油水平井開發(fā)需要，使用鋼級Q125、壁厚12.7 mm、扣型BGT2的高級別套管；最下面一根套管加一個扶正器，抬高引鞋；使用具有導(dǎo)向、劃眼功能的旋轉(zhuǎn)引鞋。

4.4 旋轉(zhuǎn)下套管技術(shù)

長水平段水平井或軌跡復(fù)雜的井在常規(guī)下套管風(fēng)險高時，可選用旋轉(zhuǎn)下套管技術(shù)。下套管作業(yè)時能夠?qū)崿F(xiàn)邊循環(huán)鉆井液、邊上下活動套管、邊旋轉(zhuǎn)套管，可有效克服由井眼軌跡復(fù)雜等帶來的摩擦阻力，使套管順利下入井底。

4.5 編制下套管、固井操作流程

4.5.1 下套管流程

將完井壓裂滑套預(yù)緊至139.7 mm套管上；按順序擺放整齊；利用通井規(guī)對套管及滑套工具進行通徑；按正常程序?qū)⒏⌒⒏」?、碰壓接箍、趾端滑套等工具連接入井；套管在上，壓裂滑套在下；將壓裂滑套與套管整體吊至井口；螺紋處涂抹潤滑脂；通過旋轉(zhuǎn)下套管工具或套管鉗，對套管施加扭矩，完成上扣；將壓裂滑套工具按順序連接并入井。

4.5.2 固井流程

頂替水泥漿時，建議速度為1.5～2.0 m3/min；先注入添加水泥緩凝劑頂替液，再清水正常頂替；清水液量達到設(shè)計替量余3 m3時，泵速降低至0.4～0.6 m3/min，直至膠塞碰壓接箍；套管膠塞入座后，在最后頂替壓力基礎(chǔ)上加壓10 MPa；持續(xù)觀察套管壓力10 min，判斷密封性。

5 官頁5-1-9H井現(xiàn)場應(yīng)用

5.1 井眼準備情況

采用雙穩(wěn)定器通井，并采取全裸眼段技術(shù)劃眼、稠漿攜砂、短起下等措施，達到通井無遇阻、卡要求；采用三穩(wěn)定器通井，采取技術(shù)劃眼、稠漿攜砂、短起下等措施，達到通井無遇阻、卡要求，滿足下管套井筒要求。起鉆前以36 L/s排量充分循環(huán)泥漿2周以上，調(diào)整好泥漿性能，全裸眼段打入封閉漿后起鉆。

5.2 完井管柱組合

依據(jù)無干預(yù)無限級壓裂完井技術(shù)配套工藝及建設(shè)方壓裂要求，設(shè)計套管下深5397.16 m，下入趾端滑套2個，壓裂滑套106個，應(yīng)用旋轉(zhuǎn)引鞋，井底使用兩個剛性滾輪扶正器，水平段每15根套管加一個剛性螺旋扶正器，以上井段每8根套管加一個剛性螺旋扶正器，累計下剛性螺旋扶正器25個。

5.3 下套管固井情況

在技術(shù)套管內(nèi)采用常規(guī)下套管方式下套管，出技術(shù)套管后采用旋轉(zhuǎn)下套管設(shè)備下套管。在4014～4271 m井段狗腿度較大，下套管多次遇阻，正常下放懸重145 t，遇阻懸重120 t，上提至210 t提活套管，使用旋轉(zhuǎn)下套管工具轉(zhuǎn)動套管通過，轉(zhuǎn)速10 r/min，扭矩15 kN.m。后續(xù)下套管正常，用時42.5h套管順利下入至5397.16 m，開泵循環(huán)正常，固井施工順利，固井質(zhì)量達到甲方要求。

6 結(jié)語

(1)新技術(shù)、新工具、新裝備的研發(fā)應(yīng)用加快了頁巖油的勘探開發(fā)進程，無干預(yù)無限級壓裂完井技術(shù)適應(yīng)大港頁巖油開發(fā)需要。(2)無干預(yù)無限級壓裂完井技術(shù)工藝復(fù)雜，需要鉆井、固井、完井、壓裂等多方協(xié)調(diào)配合，方能實現(xiàn)工程目的。(3)無干預(yù)無限級壓裂完井技術(shù)的應(yīng)用關(guān)鍵是完井管串的安全下入和固井質(zhì)量保障，井眼準備技術(shù)、管串結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)、旋轉(zhuǎn)下套管技術(shù)、摩阻扭矩預(yù)測技術(shù)、漂浮固井技術(shù)等是解決上述難題的關(guān)鍵配套技術(shù)。(4)無干預(yù)無限級壓裂完井技術(shù)還需完善相關(guān)配套工具及操作規(guī)程，形成規(guī)范。(5)無干預(yù)無限級壓裂完井技術(shù)在大港頁巖油官長水平段水平井頁5-1-9H井的成功應(yīng)用，對國內(nèi)其他地區(qū)頁巖油的勘探開發(fā)具有較大的借鑒意義。