樊154区块致密砂岩非常规水平井钻井技术

摘要：胜利油田在樊154、樊162、义123、义173、滨435等致密砂岩油气区部署了119口井，开展了非常规油气勘探开发会战。2011年，在樊154区块完成了第一口致密砂岩油气井樊154-平1井，取得了初步勘探效果。之后又在樊154区块连续完成了多口施工井，通过优选钻头和钻进参数、优化钻具结构和钻井液性能、精心设计完井通井方案，保证了施工井的顺利完成。

关键词：致密砂岩；非常规水平井；钻井技术；小井眼；压裂管柱

中图分类号：TE242 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）05-0112-03

根据中石化总部制定的“非常规大发展”工作部署，胜利油田在樊154、樊162、义123、义173、滨435等致密砂岩油气区部署了119口井，开展了非常规油气勘探开发会战。2011年，在樊154区块完成了第一口致密砂岩油气井樊154-平1井，取得了初步勘探效果。樊154块位于胜利纯梁采油厂大芦湖油田的东部，区域构造处于东营凹陷博兴洼陷中部，构造位置位于济阳坳陷东营凹陷金家-樊家鼻状构造带东翼樊154断块，樊154-平1井之后又完成了多口井的施工。施工中通过优选钻头和钻进参数、优化钻具结构和钻井液性能、精心设计完井通井方案，满足了钻井施工的要求，克服了地质条件复杂带来的不利影响，保证了施工井的顺利完成。尤其樊154-平2井井眼轨迹平滑、井眼畅通、井壁稳定、施工过程顺利，创全国陆上小井眼水平段最长、水平位移最大、二十段制压裂管柱首次下入等三项纪录。

1 施工难点

樊154区块致密砂岩水平井存在如下施工

难点：

（1）储层埋藏深：樊154区块水平井设计垂深2690-3400m，斜深均超过3800m，造斜段长，滑动钻进多。

（2）造斜段泥岩厚度大，断层发育，井壁不稳定等问题突出，钻井施工存在较大风险。

（3）水平段轨迹控制精度高（全角变化率不能大于6°/100m）。完井压裂管柱的安全顺利下入需要高度平滑的井眼轨迹，水平段的全角变化率不能大于6°/100m，常规马达导向钻具实现难度高。

（4）钻井液技术要求高（井眼扩大率要求小于5%）。胜利油田砂岩储层相对松软，且长水平段钻进周期长，要求钻井液技术在保障井下有效携岩、润滑的基本前提下，还需要具有较低的失水和良好的护壁性，以保证封隔器有效座封。

（5）水平段长，摩阻扭矩大，后期轨迹控制难度大。随着水平井段的延伸，施工后期摩阻18～20t，复合钻进扭矩10～12kN·m。常规导向钻具滑动钻井钻压传递十分困难，井眼轨迹控制难度高，后期滑动钻井控制轨迹占用时间长、效率低、效果差，严重影响钻井效率。

（6）水平段井眼尺寸较小，循环压耗大，泵压高。水平段井眼尺寸为Φ152.4mm，相对较小，钻具组合水眼小，循环压耗大，泵压高达23～24MPa，已接近常用循环系统（泥浆泵、高压管汇、水龙带、顶驱）额定压力，长期在极限工况下工作，安全隐患大。

（7）裸眼段长，局部井段失稳问题严重。馆陶组及以上地层经长时间浸泡容易坍塌掉块；水平段平面及垂向非均质性强，泥质含量较高造成井段稳定性差；要求钻井液具有良好的携岩能力、泥饼质量和防塌性能。

（8）Φ177.8mm技套施工存在隐患和难点。在施工中井眼轨迹可能出现曲率高、技术套管刚性大和难以下入的问题；固井水泥返至地面，封固段长，施工过程中易发生井漏等复杂情况；斜井段井眼曲率较大，固井质量很难保证。

（9）Φ152.4mm井眼施工存在隐患和难点。水平段长，岩屑携带困难，形成岩屑床，造成起下钻阻卡；水平位移长1233m，在滑动钻进中，钻具与井壁的接触面积增大，摩阻增高，脱压严重，钻速低；水平段地质岩性和井眼的特殊性要求钻井液具有良好的携岩能力、强抑制能力、泥饼质量和防塌性能；完井压裂管柱管串外径大，管串结构中放置12级封隔器，刚性强，下入困难。

2 施工技术应用

2.1 长水平段井眼轨迹优化控制技术

2.1.1 转变井眼轨迹控制观念。常规水平井以“靶盒”为控制目标，需要较多的滑动钻进控制井眼轨迹，造成井眼全角变化率超过6°/100m的情况较多，井眼轨迹圆滑度较差，不利于完井压裂管柱的下入。

针对低渗透储层特点，以“井眼圆滑度为核心，尽量控制井眼轨迹在储层中上部穿行”的轨迹控制原则，井眼全角变化率过高的情况减少，从而提高井眼轨迹的圆滑度。

2.1.2 井眼轨迹控制主要措施。

（1）结合地层可钻性，优选底部钻具结构，优配钻进参数，多复合少滑动。

（2）应用国产LWD随钻测量技术，评价地层岩性，预判井眼轨迹变化规律。

（3）适量简化钻具结构，减少测量另长（层位稳定后，甩掉电阻率短节）。

（4）地层变化异常井段，进行加密测斜，避免井眼轨迹出现异常。

（5）以全角变化率为主要控制指标，适量放宽地质靶盒要求。

2.1.3 井眼轨迹控制关键技术。

（1）底部钻具组合优选。

优选原则：增斜段单弯度数适中，满足轨迹控制需要，避免出现较大狗腿度；水平段通过调整钻进参数即可控制井斜的增降，“少滑动，多

复合”。

增斜段底部钻具组合：“Φ241.3mm钻头+Φ197mm1.5°单弯螺杆+……”（单弯单稳）

优化措施及效果：采用1.5°单弯螺杆，但弯角到钻头距离比常规距离稍远0.3m，实钻造斜率介于常规1.25°～1.5°单弯螺杆之间，刚好满足该井设计造斜率的要求，同时避免出现较高的狗

腿度。

水平段底部钻具组合：“Φ152.4mm钻头+Φ120mm1.0°单弯螺杆（本体扶正块Φ146～147mm）+欠尺寸扶正器（Φ145～147mm）+……”（单弯双稳）。优化措施及效果：选择1.0°单弯螺杆，避免滑动钻进调整井斜时出现较高的狗腿度；对螺杆本体上的扶正块进行了优化，减少1～2mm，并搭配合适尺寸的欠尺寸扶正器，增强了稳斜效果，提高了复合钻进的比例。

（2）合理使用欠尺寸扶正器。使用原则：带欠尺寸扶正器的钻具组合复合钻进或滑动钻进的增斜率较小；不带欠尺寸扶正器的钻具组合复合钻进或滑动钻进的增斜率较大。

2.2 摩阻扭矩分析监测技术

通过实测摩阻扭矩，反算摩阻系数，预计摩阻扭矩，有针对性地采取调整措施。

2.3 高效PDC钻头优选技术

优选目标为提高机械钻速，减少产层浸泡时间，减少泥页岩缩颈，保障完井管串下入。

钻头特性：双排切削结构，适用于研磨性较强的地层，能延长钻头使用寿命，增加单只进尺；大排屑槽，减少重复破碎，提高机械钻速同时延长钻头

寿命；优化水力布局，为钻头提供较好水力覆盖。

为樊154-平1井水平段设计的P5235MJH-152.4型PDC钻头实现单只钻头水平段进尺1088m，仅用两只就完成了水平段进尺。

2.4 地质导向技术应用

实现目标：探油层着陆和水平段钻进过程中引导轨迹准确进入目的层并获得最大的油层穿透率。

技术思路：探油顶时，加强随钻电阻率和伽马曲线与领井测井图对比分析；进入目的层后，及时分析曲线的异常变化，结合录井数据综合判断轨迹在储层中的层位和底部钻具造斜趋势，及时调整轨迹走向。

2.5 钻井液技术应用

考虑到施工井三开Φ152.4小井眼水平段长达1230多m，可能钻遇泥岩段，要求井径扩大率小于5%，经充分论证，选用高性能铝胺水基钻井液体系，利用其优良的抑制防塌性能、良好的流变性能，很好地解决了本井井眼不稳定、钻具磨阻扭矩大脱压现象严重、小井眼携岩和泵压高等难题。

2.6 完井通井技术

每次通井钻具结构的刚性依次加强，模拟完井管柱；通井下钻中，精细划眼技术避免划出新井眼，保障通井顺利；单次通井到底循环参数优化设计，确保清除岩屑床。

3 现场施工情况

通过优选钻头和钻进参数、优化钻具结构和钻井液性能、精心设计完井通井方案，满足了钻井施工的要求，克服了地质条件复杂带来的不利影响，保证了施工井的顺利完成（如下表1）。

4 积累经验和取得成绩

通过樊154-平1、樊154-平2、樊154-平3等多口非常规井的施工，积累了一定的大位移水平井和致密砂岩井施工经验，掌握了同类井施工的技术：高效钻头优选技术；井下钻具组合的优选技术；井身轨迹剖面的优选技术；磨阻扭矩分析监测技术和地质导向的预测技术；高性能铝胺水基钻井液体系应用技术；套管防磨技术；长水平段通井技术；多级压裂管柱下入技术。

樊154-平2井，完钻井深4916m，最大井斜

92.93°，水平段长2015m，最大水平位移2384.87m。成功下入Φ114.3mm二十段制完井压裂管柱至预定位置4851.9m，创全国陆上小井眼水平段最长、水平位移最大、二十段制压裂管柱首次下入三项纪录，为非常规油气藏勘探开发积累了大量

经验。

作者简介：赵学军（1969-），女，胜利石油管理局黄河钻井总公司钻井四公司经济师，研究方向：钻井技术和经营管理。

（责任编辑：文 森）