致密油水平井肇平26井钻井优化设计与应用

2022-06-15李文志

西部探矿工程 2022年5期

李文志

（大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院，黑龙江大庆 163413）

随着大庆油田致密油储层的开发力度加大，在对松辽盆地中央坳陷区三肇凹陷的勘探过程中，为了寻找低孔特低渗透储层含油情况，提高单井产能，为预测储量优选提供支撑，并且针对三肇凹陷扶杨油层薄互层储层，探索“水平井+大规模体积压裂”技术，提高致密油层产量的有效途径，加快储量升级和有效动用步伐。在此构造上部署了肇平26 井，由于该区地层存在易斜、易漏、易井塌等工程难点，且致密油储层具有储层厚度相对薄、非均质性强、孔隙度低、渗透率低等特点。因此，针对在钻井过程中可能遇到的难点与风险，进行了井身结构、井眼轨道、钻井液、钻井提速、钻井参数等方面的优化设计。

1 肇平26井钻井施工难点分析

肇平26 井是一口勘探水平井（设计最大井斜角90.42°），水平段长1566.00m，水平段摩阻扭矩大，钻井施工风险较高；地质目的层为扶杨油层的致密砂岩，地质勘探风险也较高，分析本井钻井施工主要难点有：

（1）从轨迹方向地震剖面图上看，本井可能在嫩二段下部约1150m 钻遇断层，断距约30m，嫩江组、青山口组等上部泥岩地层易造浆、井壁稳定性差，钻井施工过程中，要注意防斜、防漏、防塌。

（2）本井目的层为扶杨油层，易井漏、井侵、卡钻，需调节钻井液性能。通过邻井资料收集分析，源62、肇平21、肇平20 等井在泉四、泉三段分别发生井漏、井侵、卡钻等复杂事故情况（详见表1），施工过程中需合理确定钻井液密度，提高封堵、防塌性能。

表1 邻井复杂事故统计表

（3）二开葡萄花油层存在高压注水开发，对井控安全和钻井液密度要求更高；本井位于大庆头台油田内，经落实：本井葡萄花油层300m 范围以内有2 口油井；500m范围以内有2口注水井；515m处有1口注水井。

（4）距离本井井口东偏北约7.6km的芳186井在层位：嫩三段979.4～981.2m井段，测井解释为可疑气层，应注意落实预防本区可能存在的浅层气。

（5）本井设计水平段较长，摩阻扭矩大，易造成托压现象，机械钻速低。邻井肇平9、肇平11井在水平段内施工过程中有严重的托压现象发生。

2 肇平26井钻井优化设计

2.1 井身结构优化设计

本井优化设计三层井身结构：为了保护浅水层，将表层套管下至四方台组，井口安装井控装置，为二开施工提供安全保障；为了封掉葡萄花油层注水开发层，浅气层及不稳定层段，保证三开钻井安全施工将技术套管下至青二、三段；优化井身结构，将技套下至造斜点（1522.1m）以上30m，提高三开井段钻进效率，降低钻井成本，实现储层专打。重点层位提前50m 采用有针对性的随钻堵漏措施，从而降低井漏等复杂情况发生几率，保证安全施工。地质设计三压力预测提示邻井源14、肇26 井泉三段破裂压力系数仅1.5g/cm3，二、三开固井使用双密度水泥浆固井，全井下入P110×9.17mm生产套管，满足完井后大规模压裂施工要求。基于以上考虑，优化后的井身结构设计见图1。

2.2 轨道优化设计

肇平26 井设计为一口勘探水平井，为了实现勘探目的和钻井效果的最优化。根据地质方面靶点连线回归出本井最大的井斜角为90.42°，将造斜井段井眼轨迹设计成增斜—稳斜—增斜的形式，造斜率设计小于5.0°/30m，同时设计30.0m 的探油顶段，能有效提高储层中靶几率。肇平26井井眼轨道剖面设计见表2。

表2 肇平26井井眼轨道剖面设计表

2.3 钻井液优化设计

为了实现安全钻井施工。本井一开井段设计膨润土混浆；二开井段设计优选钾盐共聚物钻井液体系，由于邻井葡萄花油层注水开发，设计进入葡萄花油层前50m 加重至1.45g/cm3，钻井液防漏加入随钻堵漏剂，加强钻井液的封堵能力，处理时以防塌、防卡及保护产层为主，将有机硅腐钾、高效封堵降滤失剂、HA 树脂、NH4-HPAN-2的量以高浓度胶液形式加至设计上限，以利于防塌、防卡和降失水，尤其是将超细碳酸钙和高效封堵降失水剂的含量提高到2.0%以上。此体系具有很好的抑制页岩水化，可防止嫩江组、青山口组泥岩地层膨胀、剥落、坍塌的能力；三开井段设计麦克巴的ULTRADRIL水基钻井液体系，具有高抑制性、润滑防塌性能和保护油气层的能力。该体系提供最大的泥页岩抑制性、润滑性以及井眼稳定性；降低结块和泥包趋势；提供一个优质、稳定、易维护的泥浆性能；有较广的密度和盐的选择性；更有利于油气层的保护，提高采收率。可根据实际摩阻情况加入润滑剂，保证润滑剂加量不低于3%，并根据实际钻进情况配合使用固体润滑剂，提高钻井液润滑性能。钻进到易塌井段时提高磺化沥青、封堵防塌剂的加量，加强钻井液的封堵能力，提高井壁的承压能力。

2.4 钻井提速方面：推广旋转导向技术，提升井眼光滑度，提高钻井时效

本井水平段设计使用旋转导向技术，其对井眼轨迹的控制能力更加精确，该井实际完钻水平段长1370.00m，全井水平位移1715.09m，最大井斜角91.88°。钻成的井眼较常规井下马达导向钻具组合钻出的井眼更加光滑，能够有效减少摩阻扭矩和井下复杂情况的发生，加快钻井速度，缩短钻井周期。

2.5 钻井参数优化设计

通过收集资料，分析邻井钻井参数，主要推行“三大两高”（大钻压、大排量、大扭矩、高转速、高泵压）的钻井参数，在钻机设备允许的情况下，将二开排量设计为60～65L/s，将三开排量设计为30～36L/s，既能保证井眼清洁，又能发挥旋转导向仪器的优势，可有效提高机械钻速，缩短钻井周期。

2.6 钻头优化设计

本井钻遇岩性主要以砂岩、泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、砂泥岩互层为主，目的层岩性主要是泥岩、粉砂质泥岩与泥质粉砂岩、粉砂岩、含钙粉砂岩、油斑粉砂岩、油浸粉砂岩呈不等厚互层。经过岩石可钻性和岩性预测，目的层岩石可钻性级别为4～5，优选了钻头序列，设计五刀翼PDC钻头，减少了数量（二开1只；三开2只），增大了钻进排量（二开65L/s；三开36L/s）。设计肇平26 井钻头程序为6.20m（PDC444.5mm）178.00m （PDC311.2mm） 1490.00m （3A215.9mm）1502.0m（PDC215.9mm）3674.33m。设计钻头使用情况详见图2。

3 肇平26井现场施工情况

3.1 井身结构

依据三压力曲线预测及地质风险提示，进行了三层井身结构优化设计，充分考虑到了钻井难点及风险，井身结构设计与实际井身结构符合程度较高，满足实际施工需求（详见表3）。

表3 肇平26井井身结构设计与实际数据表

3.2 肇平26井井身质量情况

（1）井斜：在施工过程中一开及二开直井段，三开造斜段及水平段，井斜均控制在中国石油天然气SY/T 5088-2017《钻井井身质量控制规范》的要求内，与钻井设计基本吻合。最大井斜角：91.88°，其所在深度为：2357.42m。设计与实际井斜对比图详见图3。

（2）井径：二开311.2mm 井眼平均井径扩大率3.46%；三开215.9mm 井眼平均井径扩大率7.76%，目的层井径扩大率11.19%（1600～2030m 定向段井径超标原因：定向时间长，增井斜困难），符合地质设计中关于目的层平均井径扩大率不超过12%的要求。设计和实际井径对比图详见图4。

3.3 肇平26井实钻钻头使用情况

通过对岩石可钻性进行预测，使用钻头优选技术，设计与实际所使用钻头稍有差别，但是所替代的钻头均是同类型、同级别钻头，机械钻速较高，设计符合率较高。三开水平段使用旋转导向与PDC 钻头配合使用，在钻进中通过钻井参数优化，降低摩阻扭矩，控压控时钻进，钻速较快且工作稳定。实际钻头使用详见图5。

3.4 肇平26井实钻效果

肇平26井完钻斜深3454.00m（垂深1895.51m），二开通过优化钻井参数，实钻平均机械钻速31.26m/h，相比邻井提高45.2%；三开水平段平均机械钻速6.13m/h；钻井施工顺利，没有事故复杂发生。

三开水平段应用旋转导向技术，精准地控制了井眼轨迹，有效减少摩阻扭矩和井下复杂情况的发生，提高钻进速度。该井造斜点井深1513.0m，入靶点方位角179.41°，终靶点方位角181.00°，入靶点井斜角85.49°，终靶点井斜角90.45°，水平段长1314.0m，全井水平位移1715.09m，最大井斜角91.88°。

二开应用抑制性强、封堵性好的钾盐共聚物钻井液体系，三开麦克巴盐水钻井液体系，具有高抑制性、润滑防塌性能和保护油气层的能力，确保水平段井壁稳定。很好地满足了水平段施工需求。

井口采用TF13-3/8″×9-5/8″×5-1/2″-70MPa分体套管头；实钻井径扩大率符合钻井设计要求；二、三开固井均使用双密度水泥浆，固井质量评价均为合格；全井下入P110×9.17mm生产套管，为后期大规模压裂施工提供保障。