江汉油田超薄油层水平井钻井技术及应用.pdf

第 2 l卷第 2期 江汉石 油科技 2 0 1 1年 6月 J I A N G H A N P E T R O L E U M S C I E N C E A N D T E C HN O L O G Y Vo l _ 21 No ． 2 J u n ． 2 0 1 1 江汉油 田超薄油层水 平井钻 井技术及应用 许先仿 江汉石油管理局钻井一公司 摘要 江汉油田属陆相沉积断块油田， 潜江凹陷盐间非砂岩薄油藏资源量达 1 ． 6 8 x 1 0 t ， 上下 均有盐岩遮挡层。最大特点是圈闭小、 油层薄、 埋藏深、 开发难度大。常规直井和定向并难以满足 开发要 求， 利用超薄油层水平井钻井技术能达到开发难动用储量的 目的， 并且能提高采收率。近年 来江汉油田完成了1 1口 超薄油层水平井， 为进一步开展此类技术积累了一定的经验。 关键词 超薄油层； 水平井； 地质导向； 轨迹控制； 应用 超薄储层通常是指储层厚度不超过 2 m的储 层 ， 它可分为 自然形成 的薄油藏和老油 田长期开采 剩余的边底水构造油藏等类型。江汉油田 适合水平 井开采的油层厚度一般不超过 4 m， 大多数在 2 m以 内。利用直井和常规定向井开发， 油层裸露面积小， 产量低 ， 难以合理开发动用地下储量 ， 而利用超薄油 层水平井钻井技术 ， 却能达到勘探开发的 目的。近 年来 ， 江汉油 田在广华 、 王场、 浩 口等 区块利用超薄 油层水平井钻井技术， 开采剩余油藏以及自然形成 的层间油藏 油层厚度在 12 m ， 取得 了显著 的效 果。2 0 0 3年完成了第一 口超薄油层水平井王西平 2 井， 完钻井深 3 7 8 9 m， 油层厚 0 ． 9 m。 由胜利油田提 供技术服务 随着江汉油田超薄油层水平井钻井技 术的不断进步 ， 引进 了地质导向钻井技术， 将定 向钻 井和地质导向紧密结合起来 ， 使油层钻遇率不断提 高。由最初 的王西平 2井 5 6 ． 7 ％ ， 提高到王 1平 4 的 1 0 0 ％。 目前已完成超薄油层水平井 1 1口， 累计 产油 2 0 4 0 0 t ， 是直井的 5～ 7倍 ， 取得了显著的经济 效益。 1 超薄油层水平井钻井技术 I ． I 技术难点 着陆控制是超薄油层水平井 的关键技术 ， 由于 超薄油层的设计靶 区不是 固定的， 存在“ 两个不 确 定” 油层垂深不确定和工具造斜率不确定。 1 油层垂 深不 确定 由于油藏的细微构造变 化大， 纵 向顶面起伏 ， 横向岩性差异 ， 难 以准确确定 油层 垂 深 。 2 工具造斜率不确定 由于地层走 向、 岩石硬 度、 岩性变化 、 地层层理交错等 因素， 还有钻具组合 和钻井参数的影响， 造成工具造斜率不确定。 3 测量信息滞后， L W D的探管距钻头 2 o多 米 ， 存在一个测量盲区， 地质导 向预测难。 4 油层薄， 着陆控制难。需要有合适的角度， 才能达到矢量人靶。 5 油藏存在底水 ， 容易钻入水层。同时， 地层 倾角变化大 ， 有时上翘或下倾 ， 井眼轨迹在油层最佳 位置穿行难。 6 盐膏层发育。尤 以潜二、 潜 四段为甚 ， 盐层 在纵向上与泥岩组成 的韵律层多达 8 2个。盐岩易 产生“ 蠕变流动” ， 造成盐卡。 1 ． 2 技术对策 1 首先从设计人手 ， 通过油藏精细描述达到 井网布置优化 ， 再作 出切实可行 的地质设计和工程 设计。 2 优选井身剖面 ， 采用“ 直一增稳增水 平段” 五段制剖面。这种 剖面的优点是 在着 陆前 设计了 4 0 5 0 m的调整井段 ， 能够应对油层垂深不 确定的变化 ， 为准确着陆留有余地。 3 水平丌-H 丌4 - k 位确定条件 ①最佳靶前位移要求 2 8 0 3 4 0 m； ②井 口与 目的层 A B连线方位尽量保 持在一条连线上 ； ③兼顾地层 自然方位， 考虑直井段 沿 自然方位走向的位移对下部井眼轨迹的影响。 4 地质导 向要做好油层位置的预测 ， 应做到 作者简介 许先 仿 ， 男 ， 1 9 8 7年毕业 于重 庆石 油学 校钻 井工程专业 ， 现从事钻井 技术管理工作 ， 任 江汉石 油管理局 钻井一公 司主管。 第2 期 许先仿 江汉油田超薄油层水平井钻井技术及应用 3 9 两点 ①设计钻井剖面 A靶点纵向上 3 0 m元断层 ； ②A靶点上方 1 5～ 2 0 m有较稳定的标志层。否则 ， 应打导眼确定 A靶点垂深 ， 才能保证成功率 。 5 应用地质 导向钻井技术 ， 形成 以地 质参 数 为指导 ， 轨迹控制为手段 ， 并下工具为依托 的地质导 向钻井技术 ， 确保轨迹在 油层 c 穿行 。①利用地质 参数的变化 ， 随时调整井眼轨迹 ， 使随钻 自然伽马和 电阻率趋向正常值 ， 保证井 眼轨迹始终穿行于油层 中。②轨迹调整采用导向钻进模式， 精确控制。③ 水平段加密测点 ， 及时调整。 6 井眼轨迹控制要诀 “ 宁高勿低、 早扭方位、 稳斜探顶、 矢量中靶、 轨迹平滑” 。对于盐膏层发育 的地层 ， 选用 “ 两高一低 ” 的钻井参数 ， 即高转速 高 泵压和低钻压， 采用“ 三三三制” 的钻井方式， 即每 钻 0 ． 3 m上提 3 m划眼三次。 1 ． 3 施工措施 摩阻扭矩一直是困扰水平并施工的主要 问题 ， 钻柱侧向力是导致摩 阻和扭矩 的根本原 因， 如果局 部的侧向力过大 ， 会导致钻柱与井壁的磨损加大 ， 如 果发生长时间的磨损， 一方面导致套管磨损， 另一方 面导致钻具发生热龟裂， 使钻具断裂。因此通过侧 向力和摩阻扭矩的分析， 可以更有效地保证钻具安 全。施工 中， 应采取如下措施 1 利用摩 阻扭矩分析软件 ， 模 拟钻进 、 起下钻 等工况 ， 优化井身剖面 ， 优选钻具组合。 2 坚持每钻进 2 0 0 m进行一次短起下钻 ， 有效 破坏岩屑床。 3 尽量采用大排量循环 ， 保持井眼清洁 。 4 确保全井钻 井液 的润滑性 ， 当摩 阻和扭 矩 增大时追加液体润滑剂或固体润滑剂。 2 应用实例 2 ． 1 广 6 4平 4井 广 6 4平 4井是江汉盆地潜江凹陷广 6 4断鼻构 造上的一 口开发井 ， 设计垂 深 2 8 5 6 ． 2 1 I l l ， 实际完钻 井深 3 1 6 6 ． 6 7 m， 完钻层位 ； 潜 4 油组。 2 ． 1 ． 1施 工技 术难 点 1 该井设计有 3个 断层 ， 实际钻遇一条正 断 层 ， 断点在 2 5 9 0 m， 断层距 目的层 2 6 2 m， 断缺潜 2段 下部和潜 3 下上 部地层 。断层位置方位具有不 确 定性 ， 增加了对油层垂深的精确预测难度 。 2 标志层 的垂 深及 厚度发生变化 ， 增加 了超 薄油层水平井准确着陆的难度。 3 潜江组盐层发育 ， 不仅容易发生盐卡 ， 而且 由于盐层钻速快， 降低了马达的造斜率。 4 水平段虽然使用 了 L WD进行 随钻定 向参 数测拭和地质导向， 但所测 地质参数 的层位与正钻 井 的井底有一定距离 ， 不 能及 时反 映井底 的地质参 数， 表现为信息滞后。另一方面 L WD只能确定测 量点是否在油层中， 究竟是上边界还是下边界却不 清楚。 2 ． 1 ． 2实钻 控 制过程 表层 0～ 9 8 0 m 采用塔式钻具钻穿广华寺组 ， 投测电子多点测斜仪， 校正上部井斜、 方位。 直井 段 9 8 0 m ～1 7 5 0 m 采 用塔 式钟 摆钻 具 2 1 5 ． 9 mm钻 头 西1 5 8 ． 8 mm N MD C1根 1 5 8 ． 8 mm D C x 1根 2 1 4 m m S T B 1 5 8 ． 8 m mD C 6根 1 2 7 m m钻 杆。 由 于 上 部 地 层 倾 角 大 ， 钻 进 至 1 7 0 0 m， 井斜 5 。 ， 闭合位移 4 3 m， 闭合方位 3 1 5 。 ， 轨迹 偏离 A、 B两靶 的连线 ， 进行纠偏作业 ， 将实钻轨迹 调整靠近设计轨迹。 纠偏及增斜段 1 7 5 0 m一 2 8 1 5 m ， 采用 M WD无 线随钻钻具 2 1 5 ． 9 ra m钻头 d 1 6 5 m m单弯螺杆 1根 I 1 0 m mS T B 1 5 8 ．8 mm N MD C1根 1 2 7 m mI I WD P x 3 0根 1 2 7 m mD P 。该井段地层较 软 ， 采用 P D C钻头 ， 机械钻速明显提高。 增斜 段及 水平 段 2 8 1 5 m～3 1 6 6 ． 6 7 m ， 采用 L WD无线随钻钻具 睨 1 5 ． 9 ra m钻头 1 6 5 mm单 弯螺杆 2 1 0 S T B L WD组件 1 2 7 m mN MD P x 1 根 1 2 7 mm D P4 5 根 1 2 7 mm t t WD P3 0 根 1 2 7 mmDP。 2 1 ． 3 U 地质 导向钻 井技术应用 本井 在 井 深 2 8 1 5 m， 井 斜 达 5 0 。 时 开 始使 用 L WD地质导 向。下入电阻率、 伽马两参数仪器组合 施工 见图 1 ， 目的 1 分辨地层岩性及流体性质， 准确校核 目的 层垂深； 2 预测轨迹走向， 确保井服轨迹在油层中穿行； 3 预测地层变化 ， 实现轨迹 的精确控制。 在着陆控制段 ， 当钻进至-J 深 2 9 9 5 ． 3 1 I l l 垂深 2 8 4 9 。 9 4 m ， 井斜 8 6 ． 2 。 ， 方位 5 1 。 2 。 时 ， 从 L WD随 钻测井 曲线 见 图 2 上观察到 ， 伽马曲线有 明显 的 降低 ， 并 逐 渐 由泥 岩 伽 马 值 1 2 0～1 3 0 A P I降 到 1 0 0 A P I 左右 。 结合伽马曲线和地质录井与标志层的对比情况 ， 4 0 江汉石油科技 第 2 1 卷 藩i 串 i 钳点 晦 t I 特点 客 善 化 阏傲 点 曩 蛮螵钻 ￡ L } 乜 牛 ∞ 无醴 筵 wT 短节 图 1 I w1 地质导向测斜 仪 一 荔 t 习 ●， ，，．J- r J ， “ t‘⋯ ⋯ -J⋯ - ’ f ， r | _ 。 至『． t ’ } 一 1 I j f t ● 1 } ] { I 毫 } } 图2 为 L WD随钻曲线图 左为伽马、 右为电阻率 判断即将钻遇油层 ， 于是迅速采取措施将井斜角调 整至 9 0 。 ， 井 深 3 0 1 5 m 垂深 2 8 5 0 ． 5 6 m 时， 自然伽 马曲线由泥岩的 I O O A P I 降至 7 0 A P I ， 根据地质资料 显示 的油层 自然伽马特性 ， 结合上返 的岩屑砂样和 气测值 ， 准确进入油层。钻至井深 3 1 4 0 m， 井 斜 9 1 ． 5 。 ， 垂深 2 8 5 2 ． 7 4 m， 自然伽马 9 0 A P I ， 电阻率 7 0 Q． m， 结合岩屑录井及气测显示 ， 判断从油层顶部缓慢 穿 出。 当 井 深 至 3 1 5 0 m 时，自然 伽 马 升 高 到 1 1 5 A P I ， 电阻率 降至 4 5 Q． m， 砂样 全部为泥岩。从 水平段的施工中可以看 出， 在油层中部钻进时 ， 电阻 率值 比较稳定， 自然伽马值最低； 当井眼轨迹接近油 层顶界和底界时 ， 电阻率和 自然伽马均有明显的变 化， 电阻率值 由高变低， 从 电阻率值开始降低到进人 泥岩， 垂深变化约0 ． 6 5 m， 自然伽马值由砂岩的低值 逐渐升高， 升高至泥岩的正常值 ， 垂深变化约0 ． 1 5 m， 从进出油层时电阻率和 自然伽马的变化规律， 可以说 明L WD对水平段的井眼轨迹控制可提供可靠的导向 作用。广 6 4 平 4井眼轨迹控制图 见图 3 。 2 ． 2 广 1平 2井 广 1 平 2井位于江汉盆地潜江 凹陷广一区， 是 一 个低 幅度平缓的短轴背斜 ， 构造走 向近东西 向， 构 造长轴 2 ． 2 3 k m， 短轴 1 ． 0 2 k in， 构造高点在广 4 一 l O 附近， 地层倾角 2 5 。 ， 见图4 。 广华油 田潜 1 油组 中只有潜 1 1 和潜 1 小 层含油 ， 其它为水层。 潜 1 2 油层埋藏深度 1 8 1 4 ． 0～1 8 7 0 ． 8 m， 油层 具有薄而分布广泛、 连 片性好 的特 点， 其 中潜 1 ㈩ 小层岩性 以鲕粒灰岩为 主， 油层平均有效厚度 0 ． 6 m ， 潜 1 3 f 2 】 小层岩性以砂岩为主， 油层平均有效厚 度1 ． O m ， 潜1 3 1 小层与潜1 之间隔层较薄， 平均 许先仿 江汉油田超薄油层水平并钻井技术及应用 ． 4 1． 50 1 0 0 1 50 2 0 u 2 5 0 { 0 0 3 5lI 4 0 0 圈 3 ， 平 { 井设 讨轨道 与实钻轨迹 图 6 7X J 3 1 0 Jl _ 囊 图 4 广华油 田潜一段油藏剖面图 表 1 广 1平 2井井位设计表 厚度 3 。 3 m， 潜 1 3 与底部水层之问的隔层也较薄 ， 平均厚度 4 ． 2 m。井身质量控制要求 见表 1 。 2 ． 2 ． 1井眼轨 迹控 制方 案 1 鉴于广 1平 2井 油层薄 ， 实钻垂 深与设计 垂深可能有一定的差异 ， 着陆控制采用“ 直一 增 一 稳 一 增” 的双增剖面。 2 采用最佳稳斜角 8 6 ． 4 。 稳斜探顶 ， 井斜达到 9 0 。 后 ， 起钻 换钻 具 1 5 ． 9 m m3 A 钻头 q b 1 7 2 mm 单弯螺杆 2 1 0 mm稳正器 1 2 7 mm无磁承压钻 杆 1 根 L WD 1 2 7 m m斜坡钻杆 1 2 7 m m加重斜 坡钻杆 ， 及时调整井斜和方位 ， 保证井眼轨迹在油层 中穿行。 3 测量方案 井斜小于 7 0 。 使用 MWD， 井斜大 予 7 0 。 使用 L WD。 2 ． 2 ． 2实钻控 制过 程 1 直井段 0～1 4 2 3 ． 9 8 m ， 由于井 口与 A、 B 4 2 江汉石油科技 第2 1卷 靶点的连线不在一条直线上 A B靶 连线 方位为 2 1 0 ． 4 7 。 、 B C靶连线方位为 2 1 3 ． 6 9 。 ， 因此施工 中 要严 格 控 制 井 斜。采 用 钟 摆 钻 具 组 合 5 ． 9 m m P D C钻头 c b 1 5 9 m m无磁钻铤 1根 q b 1 5 9 mm钻 铤 1根 q b 2 1 4 mm 扶 正 器 1 5 9 mm 钻铤 I根 2 1 4 m m扶正器 1 5 9 m m 钻铤 1 2根 1 2 7 m m钻 杆。钻进参数 钻压 2 0～3 0 k N， 转速 2 1 0 r ／ m。井深 1 4 2 3 ． 9 8 m， 井斜角 1 ． 0 5 。 ， 方位 3 5 3 ． 6 6 。 ， 闭合距 6 ． 7 4 m， 闭合方位9 4 ． 5 1 。 。 2 方位调整段 1 4 2 3 。 9 8 1 5 1 4 ． 5 1 m ， 由于直 井段井底方位与设计方位不一致， 将方位调整到 2 1 2 ． 6 6 。 ， 井斜 9 ． 4 9 。 。 3 增斜段 1 5 1 4 ． 5 1 ． 0 01 9 6 6 ． 0 6 m ， 钻具组 合 纰 1 5 ． 9 m mH J 5 1 7 G 1 6 5 mm l 。 螺杆 MWD定 向 短节 I2 1 O m m 1 5 8 m mN M D C 1 5 8 m in D C x 2 1 2 7 m mH WD P x 3 0 1 2 7 m m D P 1 0 8 m m方钻杆。 为减少起下钻磨阻 ， 混入原油和固体润滑剂 ， 增斜段 井底井斜 8 5 ． o 6 。 ， 方位2 1 0 ． 7 6 。 。 4 水平段 1 9 7 6 ． 0 6～ 2 1 5 0 ． 0 0 m ， 钻具组合 为 1 5 ． 9 m m H J 5 1 7 G 1 6 5 m m1 ． 。 螺杆 1 2 7 I I I l T I 无磁承压 钻杆 M WD定 向短节 2 1 0 mm S T B 1 2 7 m m D P5 0 0 m 1 2 7 mm t I WD P3 0 根 1 2 7 m m D P 1 0 8 m m方钻杆。钻至井深 1 9 7 6 ． 0 6 m， 地质要求将井斜增至 8 8 。 ， 井深 1 9 8 3 m见油砂， 复合 定向钻至井深 2 0 3 8 ． 0 1 m， 井斜 8 8 。 ， 方位 2 1 5 ． 2 。 。 由于地质对 比层位出现变化， 多次发生调整 ， 最 终调整靶点数据为 A靶垂深 1 8 2 6 ． 2 0 m 21 1． 5 6。 B靶垂 深 1 8 2 7 ． 5 0 m 21 1 ． 46。 C靶垂深 I 8 3 2 ． 5 8 m 21 1 ． 4 9o 位移 2 8 9 ． 2 4 m 方位 位移 3 3 9 ． 9 4 m 方位 位移 4 0 4 ． 0 1 m 方位 施工过程中， 由于显示不好， 井斜降至 8 5 。 后 ， 稳 斜钻至 c靶， 于井深 2 1 5 0 m完钻。井眼轨迹见图 5 。 2 ． 3 应用效果 广 6 4平 4井水平段长 1 7 1 m， 钻穿油层 1 2 7 m， 油层砂岩钻遇率 7 4 ％。广 1 平 1 井油层最薄 0 ． 4 m ， 钻井周期 1 6天 2 0 ra i n ， 其 中5天完成了着陆控 制和水平段， 油层砂岩钻遇率 9 7 ％， 创造了穿越油 层最薄、 施工周期最短 的超 薄油层水平井记录。广 1 平 2井是纵向变化大 、 油层垂深不确定 、 轨迹控制 难度最大的超薄油层水平井 。广 1 平 4井油层砂岩 钻遇率 1 0 0 ％， 产量最高， 平均 日 产原油2 1 t ， 是直井 产量的 81 0倍。 3 结论与认识 1 超薄油层水平井钻井技术是开发难动用储 量的有效技术手段。成立水平井技术小组和地质导 向队伍 ， 有利于超薄油层水平井的策划和施工。 2 水平井技术小组应提前介入井位的优选工 作 ， 如果靶前位移不够或者水平段 A B连线与井 口 不在一条连线上 ， 应选择从 B点向 A点打 ， 从反向 图 5 广 1 平 2设计轨道与实钻轨迹 图 第2期 许先仿 江汉油田超薄油层水平井钻羞技术及应用 呈 表 2 江汉油田超薄油层水平井数据统计表 找井口位置。减少直井段纠偏工作量， 有效提高直 井段的机械钻速， 为下部增斜和着陆创造条件。 3 近钻头地质导向测斜仪 L WD 和短螺杆， 可以减少仪器零长 ， 缩短测量盲 区， 为引导井眼轨迹 在油层最佳位置穿行提供可靠保证 。 4 江汉油田定 向技术水平完全能够满足超薄 油层水平并的技术要求， 但是开采纵向变化大以及 油层更薄的水平井技术还需向兄弟油田学习， 进一 步完善。 编辑胡素梅 盛盥业坐 颦妇业逝 立盥 垫业 业 业业坐- -Na t 盥坐 韭逝 逝- , -Ne - 业- N - N e e业 业 上接第 5 0页 好的排液效果 。试 验证 明， 连续气举排水采气工艺 是可行的， 经济上是有效的。 2 由于气井长期水淹停产 后 ， 近井带 的积水 区将气隔离 ， 需要长时问的排除近井带积水 ， 储层气 流才能形成连续渗流通道 ， 但低孔、 低渗储层渗流阻 力较大， 复活前每次将井简积液掏空后液面恢复需 要一定时间 ， 液面恢复期 问举升效率低 ， 不宜连续气 举 ， 因而水淹气井复活前应根据井筒液面恢复周期 采用间断气举工作制度 ， 提高压缩机工作效率 。 3 在举升过程 中， 注气压力 同时对地层 形成 一 定 回压 ， 如果在油管鞋位置油管压力、 油套环空压 力 、 地层压力不匹配 ， 井筒积液将会压 回地层 ； 通过 油管加注泡排剂降低油管液柱 压力 ， 可降低 举升压 力 ， 减少或避免积液 回压入地层。 4 产水气井连续 生产时 ， 形 成 的流动压差小 于水淹井启动压差 ， 气水 同产井 ， 应加强动态 管理 ， 切忌不要改变其工作制度或者关井 ， 以免井 筒积液 造成气井水淹假死 ， 复活启 动难度较大 ； 若有特殊情 况， 可维持原有工作制度防喷， 处理完后再导人流 程 。 5 借鉴建 3 4井气举排水采气试验成功的经 验， 结合气田气水同产井地下、 地面条件， 优选建 4 4 援 1井、 建 6 8侧 1 井 、 建 3 5 一 支平 1 井下步推广该工 艺。通过上述三 口井 的推广可有效恢 复北长二建 4 4援 1 井产能， 减缓南飞三边水沿建 6 8侧 1井方 向内侵的速度， 延长高部位气井无水采气期， 提高气 藏采收率。 参考文献 1 金忠臣． 杨川东， 等． 采气工程[ M] ． 北京 石油工业出版 社 ， 2 0 0 6 ． 2 王俊奇， 杨玲． 排水采气新工艺[ J ] ． 天然气工业， 2 0 0 9 ． 1 2． 3 覃 峰 ， 等． 天然气开采工艺技术手册 [ M] ． 北京 石 油工业 出版社 ， 2 0 0 8 ． 1 0 ． 编辑李 智勇