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［摘要］水平井鉆井技術對延長油田低滲透油藏的勘探開發(fā)具有重要意義。從鉆井設計出發(fā)，提出了三維軌跡、負位移、三增剖面等剖面優(yōu)化設計以及二開的井身結構設計;針對水平井地質導向的技術難點，形成了相應的技術對策;為解決原KPAM鉆井液體系抑制性較差的問題，通過室內(nèi)實驗確定了陽離子乳液聚合物鉆井液體系配方。這些關鍵技術有效性的保證了延長油田水平井鉆井安全平穩(wěn)運行。

［關鍵詞］水平井;鉆井技術;鉆井液;地質導向;延長油田

水平井鉆井技術在油氣勘探開發(fā)發(fā)揮著重要作用，是提高油氣田最終采收率、老油田挖潛、新油田開發(fā)的重要手段。相比于常規(guī)直井，水平井能較好的提高低滲透油藏單井產(chǎn)量、開發(fā)質量以及提高油田采收率，非常適用于延長低滲透油藏的開發(fā)，有效的解決了延長油田開發(fā)過程中“多井、低產(chǎn)、低效”的問題。延長油田第一口成功開發(fā)的低滲透水平井為薛平1井［1］，為油田的高效開發(fā)提供了成功經(jīng)驗，自2011年大力推廣水平井以來，延長油田在2013年～2014年間，成功鉆探水平井154口井，對油田的增儲上產(chǎn)具有重要意義。

1延長油田水平井鉆井優(yōu)化

1．1優(yōu)化井眼軌跡

由于延長油田地處陜北黃土高原，受限于復雜的地面條件和丘陵溝壑地貌，充分對隊伍素質、油層落實程度以及施工效率等因素進行綜合考慮［2，3］，以三增剖面、負位移以及三維軌跡等作為剖面設計方法，開展了水平井井眼軌跡優(yōu)化設計，主要分為以下三種情況:(1)水平井靶前距＜240m:以水平井井型、水平井段長度為依據(jù)，采取側向位移、負位移以及非常規(guī)雙增為設計方法。若為三維井或水平段較長，在直井段采取側向位移、負位移進行軌跡設計，以降低鉆井的難度;水平段較短時，采取非常規(guī)雙增軌道，實現(xiàn)第一段造斜率大于第二段，使的入窗調整難度降低。(2)水平井靶前距處于240～300m之間:考慮兩種情況，二維井設計方法為常規(guī)雙增剖面，即“直－增－穩(wěn)－增－水平”，三維井需要綜合考慮隊伍素質進行設計，素質較高的隊伍二開時打側向位移采取小角度斜井段方式，下部為二維剖面常規(guī)設計，素質較差的隊伍，為降低難度，僅在第二增斜段扭方位。(3)水平井靶前距＞300m:為保證入窗精度，采取增大入窗可調范圍，采取三增剖面優(yōu)化設計。二維井的三增剖面設計為“直－增－穩(wěn)－增－穩(wěn)－增－水平”;三維井為圓滑井身軌跡，采取扭方位在第二增斜段，第三增斜段僅僅進行井斜調整。

1．2優(yōu)化井身結構

由于延長油田主力開發(fā)區(qū)域之上為第四系黃土層，具有易漏失和垮塌、地層相對穩(wěn)定、壓力系統(tǒng)簡單等特征，井身結構采取二開形式即可保證鉆井安全。本次優(yōu)化井身結構為:一開鉆頭直徑為Φ311．2mm，表層套管直徑為Φ244．5mm，水泥漿返至地面，實現(xiàn)對上部不穩(wěn)定層的封固;二開直井段鉆頭直徑為Φ222．3mm，鉆達造斜點后，選取鉆頭直徑為Φ215．9mm進行水平段鉆進，解決由于上部地層縮徑導致的起下鉆困難問題，下入油層套管直優(yōu)化的井身結構充分對地層特征、鉆井工藝、對接工藝以及最大關井壓力等進行了綜合考慮，實現(xiàn)了保證鉆井順利施工的同時，常規(guī)井和水平井的管材結構、鉆具結構等的一致性。總之，優(yōu)化后的井身結構非常簡單，在保證鉆井安全、完成鉆探目的的前提下，又節(jié)約了成本，同時還有利于修井作業(yè)、后期投產(chǎn)等施工的展開。

2延長油田水平井地質導向技術

20世紀90年代，地質導向鉆井技術被提出并逐漸實現(xiàn)了廣泛應用，作為前沿鉆井技術，其通過對井底信息進行實時測量，實時評價地層參數(shù)，以實現(xiàn)對鉆遇地質目標的精確控制［4］。

2．1地質導向技術的技術難點

(1)延長油田地質構造相對簡單，因此開展地震勘探的區(qū)域并不多，使的對于井間的砂體、構造多采取插值進行預測。由于測井數(shù)據(jù)的不充足，以插值預測的地質圖件誤差在所難免，實際上一般對油頂預測的誤差在1～2m，這與高精度要求的水平井實施要求不一致。

(2)延安組要求在油頂上部為水平井穿行軌跡。過低的水平段多與水錐半徑靠近，常出現(xiàn)出水現(xiàn)象;過高的水平段又靠近油層頂，水平井投產(chǎn)后容易出現(xiàn)供液不足。

(3)主要目的層延長組的鉆探時，要求鉆遇優(yōu)質油層。延長組的儲層物性比延安組差，因此，必須鉆遇高滲儲層或好油層，水平井鉆探時需要盡量多鉆遇天然裂縫，且必須與最大主應力垂直，以保證壓裂時橫向裂縫易于形成，從而保證產(chǎn)能。因此，對儲層裂縫預測、油層和夾層的識別非常重要。

(4)水平井地質導向時主要使用MWD儀器，雖然降低了鉆井成本，但由于僅存在伽馬數(shù)據(jù)，不利于油氣層的判識和地層對比。

2．2水平井地質導向技術優(yōu)化方法

根據(jù)目前延長油田鉆井設備和技術情況，主要采取以下地質導向技術優(yōu)化方法保證水平井的施工［5，6］:(1)首先分析鉆井地質風險，施工前設計好各種預案;(2)在軌跡設計，需在A靶前20～50m提前著陸，保障預留的調整井段充足;(3)對井眼軌跡進行優(yōu)化控制，合理設計進入油層的井斜角;(4)實時開展鉆井跟蹤，當順利著陸后，對井眼軌跡進行重新模擬;(5)綜合利用地質錄井、鉆時、氣測以及伽馬等數(shù)據(jù)進行綜合判識。

2．2．1地質導向前的資料準備

現(xiàn)場地質導向人員應當對地質、工程設計進行提前熟悉，收集與鉆探井相關的材料如鉆井和地質設計、構造圖、地層分層數(shù)據(jù)表、周邊井組合圖等，鉆探前編制好油頂微構造疊合含油面積圖。若存在砂體尖滅，其構造邊界就是砂體尖滅線，以延安組油藏為典型代表，構造圖必須對油水界面、油藏空間形態(tài)準確反映。對于延長組薄層油藏、延安組邊底水油藏，需要開展儲層精細描述，按照等高線為1m或2m進行油層頂面微構造形態(tài)的精細刻畫。對于延長組儲層較厚且均一的油藏，刻畫油層頂面微構造形態(tài)的等高線可以為5m或10m。水平井對地層、油藏的刻畫要準確、細致，當前延長油田提供的相關地質數(shù)據(jù)還不能滿足精細圖件的制作要求，因此還存在較多的不確定性，設計時需要給存在的可能區(qū)間，開展現(xiàn)場實時對比并結合相關工程措施以降低鉆井風險。在對比分析后，需要綜合考慮儲層連通性、構造變化分析地質風險，并制定地質風險規(guī)避預案。

2．2．2確保中靶技術

根據(jù)前期大量地質工作，確定了油藏地質模型，但是對于單井鉆探仍存在較多不確定性，因此，鉆井過程中，要求開展精細地層對比，地質、工程相結合，卡準標志層深度、入窗點深度以及油頂深度，定準入窗井斜角和地層傾角2個角度。關鍵技術主要包括:(1)入窗前開展精細對比，主要為確定油頂深度，控制造斜段井眼軌跡，使其被控制在利于入靶點矢量中靶范圍內(nèi);(2)對是否鉆至目的層進行及時判斷，確保順利入窗，著陸后對垂深和井斜進行調整，以實現(xiàn)平穩(wěn)鉆進水平段。在入窗前，油層垂深為50～200m井段開展地層對比，即通過在A靶點前開展地層對比，確定好油層入窗點，進入油層和A靶點前，需要多次合理調整井身軌跡，以保證進入入窗點的軌跡順暢。部分風險井應提前打導眼井，設計A靶點附近0～30m為延長組的導眼靶點，回填導眼到造斜點之上150m。

2．2．3提高油層鉆遇率技術

水平段鉆進過程中，始終堅持“實時監(jiān)控、穩(wěn)斜鉆進、適度校斜、穿行油層”原則，實現(xiàn)水平段軌跡通暢以及水平段又在合適的油層部位穿行。過A靶點后，鉆進過程中按照地質三維軌跡走向的要求，對井身軌跡開展合理判斷和預測，保證好井身軌跡。按照地質、工程設計規(guī)定的構造圖、距油層頂?shù)椎母叨取⑧従挠蛯由疃纫约熬苯谴_定井身軌跡變化趨勢，開展實時跟蹤。目的層鉆進過程中，對儲層和鉆頭位置關系應該實時預測，以調整井斜角、鉆壓和方位角等參數(shù)來保證高精度控制水平段軌跡，保證水平段軌跡在最佳位置穿行，實現(xiàn)油層鉆遇率穩(wěn)步提升的目的。當水平井入窗后，要開展精細的錄井工作，合理的判斷油氣顯示、儲層物性、巖性及含油氣性等，正確引導導向工作，穩(wěn)步提升油層鉆遇率。根據(jù)錄井得到的參數(shù)，以滿足地質要求為前提，確保水平段軌跡圓滑，其要求井眼擴大率低于5%、全角變化率不超過6°/100m，良好的井筒質量，對完井壓裂意義重大。

3延長油田水平井鉆井液技術優(yōu)化

3．1水平井鉆井液技術的技術難點

(1)延長油田的水平井井身結構一般為二開結構［7］，封固二開直井段后就進入造斜段和水平段，一般情況下，水平段的長度為500～1000m，大位移井一般更長，因此，對鉆井液潤滑性提出了更高的要求。

(2)大位移水平井在淺層造斜段具有較高的造斜率，以滑動鉆進方式鉆斜井段，若鉆井液的攜砂能力欠缺，造斜段內(nèi)形成巖屑床的可能性較大，嚴重時井下事故頻繁。

(3)實驗結果表明，侏羅系直羅組泥巖伊/蒙間層比例超49%，具有較強的水敏性，長期浸泡下，水化膨脹作用使的井眼不規(guī)則。因此，導致延長油區(qū)侏羅系直羅組和安定組的砂泥巖地層井壁垮塌發(fā)生頻繁。

(4)在下部地層鉆探過程中，PDC鉆頭復合增斜率、造斜率均較低，降低了施工效率。一般情況下，水平井造斜點為1800～2000m，在延安組、富縣組等層位可鉆性差，滑動增斜率低導致嚴重的托壓現(xiàn)象。

(5)老區(qū)塊長期注水開發(fā)，普遍存在“同存漏侵”井，實施壓井作業(yè)困難。地層的承壓能力上部較低，不好把握，壓井密度窗口。

3．2水平井鉆井液體系配方優(yōu)化

在鄂爾多斯、新疆、四川等地區(qū)，陽離子乳液聚合物鉆井液已普遍使用并取得了較好的應用效果［8］。陽離子乳液主要為乳化石蠟RHJ－1、聚合物DS－301，其中乳化石蠟RHJ－1潤滑防塌性優(yōu)良，對連續(xù)相性能的有效改善意義重大，聚合物DS－301為陽離子大分子抑制劑，陽離子基團含量非常大，分子量達到600萬～1100萬，對連續(xù)相黏度的有效提高有積極作用，DS－301、RHJ－1同時使用，對化學抑制能力的提高有促進作用。該區(qū)原使用KPAM鉆井液體系，本次將KPAM替換為聚合物DS－301，對攜砂能力和抑制性進行有效提升，將原水基潤滑劑替換為乳化石蠟RHJ－1，增強潤滑性能，鉆井液降濾失能力的提高使用降濾失劑RHPT－1。根據(jù)原KPAM鉆井液體系配方，結合前人研究成果，確定DS－301、RHJ－1以及RHPT－1的加量分別為:0．2%～0．3%、1．0%～2．0%以及0．5%，為確定RHJ－1、DS－301對鉆井液性能的影響，選用以下配方開展實驗。膨潤土4%+RHPT－10．5%+Na2CO30．2%+無熒光防塌劑1．5%實驗結果顯示，當DS－301從0．2%增加至0．3%時，鉆井液動塑比、動切力提升明顯;整體流變性能在老化前后并無太大變化，表明鉆井液體系具有較好的穩(wěn)定性;加入RHJ－1后較好的提升了鉆井液潤滑性，在高溫(100℃)高壓下，加量為0．3%時，泥餅黏滯系數(shù)是0．0524;但潤滑系數(shù)低值是0．245，需要進一步提高。本次引入減摩劑JM－1提升潤滑性能，實驗表明JM－1對潤滑性的提高明顯。

此外，本次選取靖邊區(qū)塊B井延長組巖屑(井深1902m)開展?jié)L動回收率實驗，實驗條件為100℃，16h，表明增加RHJ－1、DS－301，對鉆井液抑制性提高具有較好的作用，證實了陽離子乳液聚合物良好的抑制性。因此，本次優(yōu)選出鉆井液體系配方為:膨潤土4%+DS－3010．3%+Na2CO30．2%+JM－1(1．0%)+RHPT－1(0．5%)+RHJ－1(2．0%)+無熒光防塌劑1．5%該鉆井液體系已在延長油田西平15、羅平16、蒲平22等多口井進行現(xiàn)場試驗，證實了該體系具有較好的攜巖能力、潤滑性以及抑制性，能較好的滿足延長油田水平井鉆井施工要求，值得進一步推廣應用。

4結語

(1)通過開展水平井鉆井優(yōu)化設計，實現(xiàn)了較好的控制井眼軌跡，對鉆井施工能力、機械鉆速以及水平井成功率都有了較好提升。

(2)結合延長油田水平井地質導向存在的技術困難，制定了針對性的技術對策，在多方法下實現(xiàn)優(yōu)良的水平井地質導向。

(3)室內(nèi)實驗形成了陽離子乳液聚合物鉆井液體系，其抑制性、潤滑性以及流變性均優(yōu)于原KPAM鉆井液體系，對泥頁巖水化膨脹有較好的抑制性，鉆井液體系中還加入減摩劑JM－1，較好的解決了鉆井托壓問題。

參考文獻

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作者:盧雄 寇楓 申超 閆華 閆小星 單位:陜西延長石油國際勘探開發(fā)工程有限公司