北特鲁瓦油田第一口长水平段水平井优快钻井技术

李万军 周海秋 王俊峰 陈忠祥 刘江波 顾亦新

（1中国石油集团钻井工程技术研究院；2中国石油 (土库曼斯坦)阿姆河天然气公司；3 中油阿克纠宾油气股份公司）

北特鲁瓦油田第一口长水平段水平井优快钻井技术

李万军1周海秋1王俊峰2陈忠祥3刘江波3顾亦新1

（1中国石油集团钻井工程技术研究院；2中国石油 (土库曼斯坦)阿姆河天然气公司；3 中油阿克纠宾油气股份公司）

北特鲁瓦油田位于滨里海盆地东缘，其复杂碳酸盐岩油气藏普遍存在地质构造复杂、目的层边界和厚度变化大、下部高研磨性灰泥岩机械钻速低等突出问题；同时，为了增加单井产量，水平段长度由该油田常规的 400m延伸至1000m，显著增大了井眼轨迹与井身质量控制的难度。为了攻克以上技术难题，开展了延长水平段钻井技术的集成与应用，形成了该地区以旋转导向、锥形齿钻头、探边技术为主的长水平段优快钻井技术。该技术在北特鲁瓦油田 H814 井进行了首次试验应用，取得了较好的效果。其中，旋转导向钻井技术实现了目的层的旋转钻进，降低了钻井风险；锥形齿钻头实现了机械钻速提高一倍以上；探边技术实现了油气层的精准定位，使油层钻遇率由原来的55%提高到 83.9%。鉴于滨里海盆地具有很强的地层规律性，所形成的优快钻井技术在全盆地其他油田具有较强的指导和借鉴意义，可全范围推广应用。

海外复杂油气藏；高研磨地层；长水平段；优快钻井；旋转导向技术；锥形齿钻头；探边技术；储层钻遇率

北特鲁瓦油田 H814 井在水平段钻井过程中，通过采用旋转导向技术实现了全井钻具一起旋转，改善了钻压传递效果，保证了井眼平滑，同时有利于岩屑的运移，大大减少了形成岩屑床的机会，从而更好地清洁井眼，减少了卡钻风险；通过使用锥形齿钻头实现了大钻压高转速钻进，有利于提高水平段机械钻速；通过应用随钻测井与探边技术精准确定了油气层位置，并实现了实时决策与井眼轨迹的及时调整，最大限度提高储层钻遇率。H814 井刷新了该油田的水平段长度纪录，油层钻遇率提高至 83.9%，日产油量为周围水平井的 10倍，为该油田稀井高产开发策略的实施提供了工程技术支撑。

1 H814 井基本情况

H814 井位于北特鲁瓦油田，地理位置在哈萨克斯坦阿克纠宾州巴依甘宁地区，构造位于滨里海盆地东缘中区块特鲁瓦西斜坡区。该井井别为开发井，井型为水平井，水平位移为 1320.00m，方位为220°，目的层为石炭系碳酸盐岩储层 KT-I层，设计井深：导眼 2623.00m，水平井眼 3565.00m，剖面类型为直增稳三段制。H814井实际井身结构见图1，套管实际下入数据见表1。

图1 H814 井实际井身结构示意图

2 长水平段优快钻井技术

H814 井 三 开 215.9mm 井 眼 应 用 了 锥 形 齿 钻头、旋转导向工具和探边技术，三趟钻钻具结构一致，钻具组合：φ215.9mmPDC（史密斯 Stinger钻头）×0.25m+PowerDriveX6（旋转导向工具）×4.09m+ 柔 性 短 接 ×1.61m+PeriScope（LWD仪 器 组 合 ） ×6.34m+Telescope（MWD 仪器 组 合 ） ×8.46m+ADM-6W（ 中 子 孔 隙 度 +密 度 仪 器 组 合 ）×6.61m+φ127mm 加 重 钻 杆×27.77m+φ127mm 钻杆 ×1147.01m+φ127mm加 重 钻 杆 ×28.12m+ 随 钻 震 击 器 ×9.87m+φ127mm 加 重 钻 杆 ×27.32m+φ127mm 钻 杆×401.50m+ 滤 子 短 接 头 ×1.72m+φ127mm 钻杆。H814 井 三 开 215.9mm 水 平 段 钻 井 参 数 见表2。

表2 H814 井三开 215.9mm 水平段钻井参数

在钻进过程中，为了保证井眼轨迹平滑，全角变化率总体控制在 1.22°～3°/30m。通过地层对比及地质模型预测，稳斜探顶，缓慢增斜或降斜度，控制轨迹顺利着陆,保持良好的入靶，三开累计进尺1000m。

2.1 旋转导向

北特鲁瓦油田目的层边界和厚度均存在变化，为了实现优化水平井轨迹在储层中的位置、降低钻井风险、提高钻井效率、实现单井产量和投资收益的最大化，引入旋转导向钻井技术，应用了斯伦贝谢公司推出的推靠式旋转导向工具 PowerDrive X6。该工具通过推靠井壁的侧向力推靠钻头、具备三点支撑、可推靠块实现连续推靠井壁并且指令位置 360°覆 盖[1-6]，PowerDrive X6 工 具 结 构 如 图2 所 示。PowerDrive X6 工具的应用有效降低了摩阻，实现了井身轨迹的精确控制，提高了钻压传递效率以及井眼的清洁程度，取得了良好的应用效果。

图2 PowerDrive X6 工具结构图

2.2 Stinger锥形齿高抗压 PDC 钻头

Stinger锥形齿钻头是史密斯钻头公司 2014 年推出的一款 PDC 钻头，该钻头采用 IDEAS 集成钻头设计平台设计，可根据地层特性和钻井需求实现锥形齿在钻头面上的最优布齿。该钻头具备更强、更有效的切削齿，应用该钻头可提高钻速和造斜率、增强钻头稳定性并且便于地面地层评价[7-9]。北特鲁瓦油田泥板岩、硬石膏发育，局部含砾岩、白云岩等，这些因素导致不宜使用PDC钻头，而牙轮钻头复合钻进受钻头使用时间及地层可钻性的限制。为了有效提高机械钻速，三趟钻均使用了 16mm 复合片 Stinger锥形齿高抗压 PDC 钻头，此类 PDC 钻头可大钻压、高转速钻进，具有高速破碎岩石及切屑地层的高效钻进效果，有效解决了该地区机械钻速慢、钻井周期长的问题。实钻过程中第一趟和第二趟钻使用的是六刀翼钻头（图3），第三趟钻使用的是五刀翼钻头。

2.3 探边技术

图3 Stinger 锥形齿高抗压 PDC 钻头

PeriScope 是 2014 年斯伦贝谢公司推出的随钻边界测量工具，该工具在使用过程中被安置在离钻头10～12m的位置，能够识别出工具上下4～5m范围内的电阻率和电导率及其变化边界。当 PeriScope随钻边界测量工具从低阻地层钻入高阻地层时，PeriScope 的方向性曲线呈正信号；如果从高阻地层钻入低阻地层，方向性曲线则呈负信号；如果在工具探测的范围内没有明显的电阻率变化，那么方向性曲线的值为零。测量出的方向和电阻率可用来计算工具到地层边界的距离及地层的延伸方向。该工具以 2489.2mm、2133.6mm、863.6mm、558.8mm 等 多 个 间 距 和 0.1MHz、0.4MHz、2MHz等多个频率进行定向电磁波测量，并可提供环形压力和导航方位窗口，在导电或非导电的钻井液中，该工具均能检测到地层边界位置[10-15]。该工具可实现实时方位成像、实时地质导向、实时地质模型及实时储层评价，可对地层边界进行精准定位和描述，并实时决策进行轨迹调整，最大限度提高油层钻遇率，是解决斜井和水平井钻进过程中储层分布范围不确定、地层构造幅度变化大等问题的有效手段[16-17]。北特鲁瓦油田地质构造运动复杂并且岩性非均质性强，为了保证井眼轨迹沿设计的最佳方向钻进，减少井下事故、增大产量，应用了探边技术，取得了非常理想的效果。

3 应用效果分析

H814 井三开累计使用 3 只 PDC 钻头，累计进尺 1000.00m，纯钻时间为 359.34h，平均机械钻速为 2.73m/h，3 趟钻详细钻井指标见表3。第一只Z616 钻头起出，磨损较为严重，主要原因是钻遇地层多为白云岩，其次是钻井参数没有得到优化。第二只 Z616钻头磨损情况与第一只钻头相似，磨损程度约 50%。第三只 Z516 钻头，取得了较高的机械钻速，达到了 3.57m/h，最高单日进尺达到了 115m。

表3 H814 井三开 215.9mm 水平段钻井时效

H814 井三趟钻均受到了旋转震动和冲击震动，锥形齿钻头的 PDC 切削齿和 Stinger 锥形齿均出现严重磨损（图4）。

H814 井碳酸盐岩储层非均质性强，且具体的构造反转位置不确定，因此需在钻进过程中实时跟踪井眼轨迹并进行调整。该井在实钻过程中利用随钻测井成果和探边技术反演（图5），对地层岩性、物性、地层倾角等进行实时分析和判断，改进地质导向模型，累计调整井眼轨迹12次，保证了水平段在平行储层条件下钻进。根据图5中密度成像显示，图中有明显的下凹或上凸，判断该地层存在倾角变换；6条电阻率曲线显示不同的探测深度，对于地层有不同程度的响应，当接近或钻遇围岩时，曲线会出现同步分离；自然伽马曲线波动明显，且与密度成像和电阻率曲线的变化趋势一致。为方便区分，图5上标记了3个浅蓝色方框。浅蓝色方框 1、2区域的明显特征为电阻率降低，自然伽马升高，中子密度升高，中子孔隙度降低，显示轨迹已经偏离储层；经过轨迹调整后，浅蓝色方框2和3之间的区域，地质特征相对稳定，所有测量曲线的显示都与浅蓝色方框1之前的区域特征相近，说明已恢复储层钻进；浅蓝色方框3区域的特征为电阻率降低，自然伽马起伏剧烈，中子密度升高，中子孔隙度降低，显示轨迹已经偏离储层，经过多次轨迹调整后，恢复至储层钻进。

图4 H814 井钻头磨损情况图

图5 H814 井随钻测井成果和随钻探边工具反演效果图

如果没有使用地质导向，完全按照轨迹设计钻进，则油层钻遇率只能达到 55%～60%。通过随钻测井、探边技术与旋转导向技术的集成应用，依据测井解释成果，油层钻遇率达到了 83.9%。

4 结论

(1）旋转导向钻井技术能在旋转钻进过程中实现准确增斜、稳斜、降斜等功能，井身轨迹控制精度高、位移延伸能力强。通过使用旋转导向技术，H814 井在水平段钻进过程中有效降低了卡钻和挂卡等事故复杂的发生，钻出的井眼条件较好，通井及完井过程中未出现阻卡现象，为完井施工的顺利进行创造了良好基础。

(2）H814 井的目的层边界和厚度均存在变化，要保证实钻轨迹完全在目的层里具有较大的挑战。探边技术实现了准确确定油气层位置，为实时决策进行轨迹调整提供可靠依据，同时配合使用旋转导向技术，有效提高了油层钻遇率，实现了该井完全在目的层里钻进。

(3）H814 井的钻井实践为旋转导向、锥形齿钻头及探边技术在阿克纠宾项目进行推广应用积累了宝贵的经验。但是钻进过程中PDC 钻头磨损严重，如何消除钻头震动以减少对钻头的磨损，实现多打进尺的目的，这是需要解决的问题之一。

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Application of optimized and fast drilling technology to the fi rst long horizontalsection well in North Tluwa Oilfi eld

Li Wanjun1, Zhou Haiqiu1, Wang Junfeng2, Chen Zhongxiang3, Liu Jiangbo3, Gu Yixin1
(1 CNPC Drilling Research Institute; 2 CNPC (Turkmenistan) Amu Darya Gas Company; 3. CNPC (Aktobe) Oil and Gas Company)

In the North Tluwa Oilfield at the east margin of the Pre-Caspian Basin, the complex carbonate reservoirs are commonly characterized by complicated geological structure, variable boundary and thickness of target layers, and low ROP in lower highly-abrasive lime mudstone. In addition, for achieving higher production per well, the horizontal section of a horizontal well has been increased from 400 m to 1000 m, which brings great challenges to the control over borehole trajectory and quality. To cope with the challenges, integration and application of drilling technologies in a long horizontal-section well were carried out, and the optimized and fast drilling technology involving the rotary steerable drilling system, the Stinger bit and the PeriScope system was developed. This technology was fi rstly applied in Well H814 in the North Tluwa Oilfi eld with good results. Specifi cally, the rotary steerable drilling system made it possible for rotary drilling in the target layer and reduced drilling risks, the stinger bit realized a ROP more than doubled, and the PeriScope system provided precise localization of pay zones and improved the reservoir-encountered rate from 55% to 83.9%. The optimized and fast drilling technology can be promoted to other oilfi elds in the Pre-Caspian Basin where the strata are developed regularly.

t: complex reservoirs, highly-abrasive formation, long horizontal section, optimized and fast drilling technology, rotary steerable drilling system, Stinger bit, PeriScope, reservoir-encountered rate

TE24

A

10.3969/j.issn.1672-7703.2017.03.014

国家科技重大专项“丝绸之路经济带大型碳酸盐岩油气藏开发关键技术”（2017ZX05030）。

李万军（1969-），男，甘肃敦煌人，1992 年毕业于西南石油学院，高级工程师，现主要从事钻井技术方面的研究工作。地址：北京市昌平区黄河街 5 号院 1 号楼中国石油集团钻井工程技术研究院，邮政编码：102206。E-mail:liwanjundri@cnpc.com.cn

2016-04-11；修改日期：2017-04-01