三塘湖致密油长水平段水平井钻井技术

钱 峰杨立军

（1.长江大学石油工程学院，湖北荆州 434023 ；2.吐哈油田公司勘探公司，新疆鄯善 838202；3.吐哈油田公司工程技术研究院，新疆鄯善 838202）

三塘湖致密油长水平段水平井钻井技术

钱 峰1，2杨立军3

（1.长江大学石油工程学院，湖北荆州 434023 ；2.吐哈油田公司勘探公司，新疆鄯善 838202；3.吐哈油田公司工程技术研究院，新疆鄯善 838202）

三塘湖盆地致密油勘探开发前景广阔，水平井技术是实现该区有效开发的重要手段。从分析三塘湖致密油水平井钻井难点出发，开展了以井身结构优化及剖面设计、个性化钻头优选、低成本高效轨迹控制、提高水平段储层钻遇率及优质高效钻井液等关键技术为核心的攻关研究，形成了适应三塘湖致密油水平井优快钻进的配套技术系列，并在芦101等5口井进行了成功推广应用，提速效果显著。

致密油；长水平段；水平井；优快钻井；三塘湖

三塘湖盆地位于新疆东北部，面积2.3×104km2。该盆地自上而下主要发育第四、第三系、侏罗系、三叠系、二叠系及石炭系，其中马朗、条湖凹陷二叠系条湖组致密油藏获得了商业突破，有利储层分布区面积达486 km2。条湖组致密油藏为“高孔隙度、高含油饱和度、特低渗透”凝灰岩储层，前期完钻38口探井，17口见油，受储层致密影响，常规直井产量普遍较低，为大幅提高难动用储量的勘探开发效果，开展了水平井+大规模体积压裂开发的攻关试验，取得了显著效果，水平井产量达到邻近直井的20倍。因此转变致密油开发模式，大力发展水平井钻完井技术，是实现三塘湖致密油有效开发的重要途径。

1 水平井钻井技术难点分析

1.1 地层分布复杂，安全钻井难度大

马朗凹陷上部直井段第三、第四系以固结较差的砾石、砂砾岩为主，砾石胶结差易垮塌，砂砾岩发育易漏失，进一步导致井壁垮塌；造斜段侏罗系西山窑组及三叠系小泉沟地层以灰色厚泥岩、黑色碳质泥岩为主夹煤层，厚泥岩及碳质泥岩易缩径、剥落及垮塌，煤层易发生垮塌卡钻及漏失现象，区内马52井钻遇该地层，累计5次发生井壁坍塌复杂，复杂时效达到11.51%；水平段二叠系凝灰岩、硬脆性玄武岩、碳质泥岩及凝灰质砂岩发育，坍塌应力高、井壁稳定性差、易垮塌。区内直井ML1井，2 340~3 800 m井段反复发生井壁坍塌掉块，形成多处大肚子井眼，给钻井及后续测井造成巨大阻碍，严重影响钻井周期。

1.2 地层可钻性差，钻井周期长

第三系、第四系砾石发育，跳钻严重，参数强化困难。三叠系底部及以下地层岩性致密，硬度大，可钻性差，导致整体机械钻速偏低。小泉沟底部发育厚砂砾岩，PDC钻头平均单只进尺103 m，机械钻速仅2.69 m/h。条湖及芦草沟组地层均质性差，泥岩、碳质泥岩、玄武岩、凝灰质砂岩软硬交错，PDC钻头可钻性极值达到6级，常规PDC钻头适应性差，前期直井PDC钻头平均机械钻速仅1.98 m/h，制约了钻井提速。

1.3 长水平段摩阻扭矩大，井眼轨迹控制、清洁及井

壁稳定问题突出

三塘湖致密油区块前期开发主要以直井为主，仅2009年完钻一口水平井马50P，结合目前勘探开发部署，该区实施水平井规模开发，水平段长度平均800 m左右，较长的水平段导致在滑动钻进中摩阻扭矩增大，钻进时托压严重，钻速低，井眼轨迹控制难度大，同时由于水平段岩性复杂、井壁稳定性差，常规钻井液很难满足安全快速钻井需求。

2 井身结构与井眼轨道剖面设计

2.1 井身结构设计

综合考虑地层特点、地层压力情况，以及后期多级分段压裂改造的需要，该区水平井井身结构优选二层套管井身结构，Ø375 mm钻头一开，下入Ø273 mm表层套管；二开Ø216 mm钻头钻完水平段、下入Ø139.7 mm油层套管固井完井。

2.2 井眼轨道剖面设计

三塘湖致密油藏储层横纵向变化大，邻井可比性差，在轨迹设计时应给予足够的施工余地，利用软件建立三维井眼钻柱轴向力、扭矩的计算模型，根据设计轨道反演校正摩阻扭矩，优选“直—增—稳—增—稳”的变曲率切线剖面，造斜率控制在6（°）/30 m左右，保证精确中靶的前提下降低摩阻扭矩，利于水平段延伸。马59H井自造斜点增斜至81.16°稳斜探出油层A点后，利用钻具自身造斜能力，复合增斜至86.33°后稳斜钻至B点，井眼轨道剖面设计见表1。

表1 马59H水平井井身剖面设计

3 个性化钻头设计与优选

定向段西山窑至小泉沟组地层胶结致密，可钻性差、研磨性强，常规牙轮钻头配合高转速单弯螺杆，轴承部磨损严重，定向施工具有一定难度，为确保造斜率满足设计要求，同时提高机械钻速，优选江钻SMD517X型超高速马达牙轮钻头，该钻头具有工作寿命长、抗研磨能力强、稳定性高、破岩效率高的优点。试验表明SMD517X牙轮钻头与常规牙轮钻头相比机械钻速提高57%，单只进尺提高198%，整体行程钻速得到大幅提高。

水平段条湖组至芦草沟组凝灰岩、玄武岩发育，条湖组地层的PDC可钻性在5~6级之间，研磨性强，常规PDC钻头钻进效率低，为此设计优选MD6645A耐磨导向PDC钻头，该钻头为六刀翼、Ø16 mm切屑齿的PDC钻头，包括2个主刀翼，4个副刀翼，刀翼流道设计为螺旋状；采用双排齿设计，主切削齿复合片规格为16 mm，复齿和保径齿规格为13 mm，有6个可换式水眼，通过优化倒划眼齿、修边齿以及钻头喷嘴的喷射方向设计、优选金刚石复合片脱钴处理工艺，提高了钻头抗冲击、抗研磨及井底工作稳定性，实现了该区块长水平段一趟钻。

4 全井段钻具组合复配技术

直井段坚持防斜打快的思路，采用 “单2扶正器”钟摆钻具：Ø216 mm钻头＋7LZ172（0.75~1°）单弯螺杆+Ø159 mm无磁钻铤×1根+Ø214 mm扶正器＋Ø159 mm钻铤×17根＋Ø127 mm钻杆，充分解放了钻井参数，机械钻速由5.09 m/h提高至

12.4 m/h。

造斜段采用“单扶”钻具，单弯螺杆自带了1个上扶正器，既有利于定向施工中工具面的稳定，又有利于井眼轨迹的控制。

长水平段钻具组合首要考虑的就是稳斜性，为此优选具有特殊尺寸的“0~1扶正器”钻具结构：Ø216 mm钻头＋Ø172 mm单弯双扶螺杆+Ø172 mm电阻率短节+Ø159 mm无磁钻铤（MWD+伽马）+悬挂接头＋Ø127 mm加重钻杆×3根＋Ø127 mm斜坡钻杆×（30~111）根＋Ø127 mm加重钻杆×30根＋Ø127 mm钻杆，通过优化螺杆扶正器尺寸及2个扶正器之间的间距，保证水平段复合稳斜效果，单根井斜变化小于0.2°，平均水平段复合钻进比例大于92%，减少井眼轨迹调整，实现了低成本高比例旋转复合钻进。

5 长水平段工程地质导向技术

马朗区块致密油藏储层横纵向变化大，邻井可比性差，即使利用直导眼或斜导眼准确卡层，在井眼水平着陆时，仍然会存在预计目的储层与实钻相差的情况，造成水平段轨迹调整频繁，后期摩阻大，定向传压困难，施工难度大。

通过运用“双（多）探底”技术，即结合前期探井（导眼井）取心或测井解释油层厚度、地层倾角，在油层顶部着陆后，继续着陆油层底部2次或多次，及时动态的精确修正油层倾角，建立长水平段动态油顶底靶盒模型，更体现出水平井目的层“宁底勿顶、中部穿行” 的安全钻井模式（图1）。

图1 双（多）探底技术示意图

针对马朗区块条湖组致密油藏地层倾角变化幅度较大（变缓、变陡），通过多次探底（顶），将长水平段微分化，形成多个连续的“双探底”模型段，从垂向整体上看，即将连续稳定的地层微分为多个矩形靶盒，实现动态油顶底靶盒模拟，为后续长水平段钻进提供保障（图2）。

图2 动态靶盒模拟模型示意图

确定好油层动态靶盒后，结合上部井段入井钻具结构的滑动钻进与复合钻进的造斜能力，根据井斜方位实际测量点结果，预判断钻头处井斜方位数据，进行模拟计算，实时预算钻头处于动态靶盒的位置，每测量出一个点数据后实时更新钻头处数据，确保钻头位置围绕动态靶盒中心线处优势油层上下波动幅度较小。

水平段通过工程地质导向技术，利用随钻电阻率、随钻伽马资料，综合地质、工程、录井资料建立地质导向动态模型，及时发现地层和储层的变化，实时调整井眼轨迹，成功应用5口水平井，平均水平段长794 m，储层钻遇率均达到90%以上，大幅提高长水平段致密油储层钻遇率。

6 弱凝胶钻井液体系

针对三塘湖致密油长水平段安全快速钻井的要求，从钻井液的井壁稳定、井眼净化、防卡润滑等性能入手，自主研发新型弱凝胶钻井液体系，优选出具有优良流变性、抑制性及携砂、封堵能力强的弱凝胶主剂与辅剂，弱凝胶钻井液体系的配方如下：清水+0.2%NaOH+0.12%Na2CO3+0.2%增黏抑制剂+0.5% NaPAN+0.2%提切剂+2.5%封堵防塌剂+2%降滤失剂+0.5%弱凝胶主剂+2%弱凝胶辅剂。与常规钻井液体系相比，该体系各项性能都有了大的提高，润滑系数由0.069降至0.042，滚动回收率由77.68%增强至82.7%，滤液对岩心膨胀率由23%降低至13.8%，钻井液抑制性有了较大的提高，剪切稀释性系数由0.78降至0.46，动塑比基本上大于0.70，钻井液的动态携砂和静态悬砂性能较好，岩心渗透率恢复值由63.6%提高至86.7%。该体系应用井井壁稳定，均无复杂事故发生。

7 现场应用

在马朗区块完成5口井致密油长水平段水平井，与前期完钻马50P相比，在平均水平段长增加493 m的前提下，钻井周期由61.2 d缩短至42.45 d，缩短30.6%，机械钻速由4.57 m/h提高至5.27 m/h，提高13.3%，钻头用量由12只减少至7只，减少41.7%，提速效果明显。其中芦101H井水平段长达1 100 m，创吐哈水平井周期最短、水平段最长等多项记录（见表2）。

8 结论与认识

（1）形成了以复杂地层长水平段水平井轨迹设计优化、双扶螺杆+LWD工程地质导向、全井段安全高效个性化钻头序列为核心等三塘湖致密油水平井配套钻井技术系列。

（2）打破火山岩地层不适应PDC钻头的常规观念，成功设计试验耐磨型导向PDC钻头。

（3）自主研发的新型弱凝胶钻井液体系，以其优良的流变性、抑制性及携砂封堵能力，成功实现了复杂地层水平井的安全高效钻进。

（4）通过“长水平段水平井+固井完井速钻桥塞分段压裂”的技术模式，实现了三塘湖盆地条湖组致密油藏的经济有效开发，为国内致密油勘探开发提供了可借鉴的宝贵经验。

表2 马朗区块致密油水平井钻井指标统计

［1］韩来聚，牛洪波， 窦玉玲.胜利低渗长水平段水平井钻井关键技术［J］.石油钻探技术，2012，40（3）：7-11.

［2］唐志军.水平井钻井技术在大牛地气田的应用［J］.石油钻采工艺，2009，31（6）：40-43.

［3］祁宏军，闫振来.金平1 井长水平段水平井的设计与施工［J］.中外能源，2010，15（1）：56-59.

［4］牛洪波.大牛地气田长水平段井眼轨迹控制方法［J］.天然气工业，2011，31（10）：64-67.

［5］吴爽，李骥，张炎.大位移井技术研究的现状分析［J］.石油钻探技术，2002，30（5）：17-19.

［6］葛磊.樊家地区致密砂岩油气藏钻井关键技术［J］.石油钻采工艺，2014，36（3）：27-32.

［7］黄鸿，李俞静，陈松平，等.吉木萨尔地区致密油藏水平井优快钻井技术［J］.石油钻采工艺，2014，36（4）：10-12.

（修改稿收到日期 2014-10-18）

〔编辑 薛改珍〕

Drilling technology for horizontal well with long horizontal sectionin Santanghu tight oil reservoir

QIAN Feng1,2, YANG Lijun3
（1.Petroleum Engineering School of Yangtze University,Jingzhou434023,China; 2.Exploration Company of Tuha Oilfield Company,Shanshan838202,China;3.Engineering and Technology Research Institute of Tuha Oilfield Company,Shanshan838202,China）

Tight oil exploration in Santanghu Basin enjoys a broad prospect, and horizontal well technology is an important means for effective development of this region.This paper started with analysis of difficulties in horizontal well drilling in Santanghu tight oil formation and carried out research on key techniques such as wellbore configuration optimization and profile design, specific drilling selection, low-cost and high-efficient trajectory control, increasing the encountering rate of reservoirs by horizontal section and quality, and effective drilling fluid, etc.The paper has also developed supporting technique series suitable for optimized fast drilling of tight oil horizontal wells in Santanghu Basin, which has been successfully used in five wells like Well Lu 101 and realized remarkable increase in drilling rate.

tight oil;long horizontal section;horizontal well;optimized fast drilling;Santanghu

钱峰，杨立军.三塘湖致密油长水平段水平井钻井技术［J］.石油钻采工艺，2014，36（6）：20-23.

TE243

：A

1000–7393（2014） 06–0020– 04

10.13639/j.odpt.2014.06.005

钱峰，1970年生。1993年毕业于江汉石油学院石油开发系钻井工程专业，2010年长江大学攻读博士学位，高级工程师。电话：0995-8371633。E-mail：qianfeng168@petrochina.com.cn。