JHW00421井超长水平井地质导向钻井技术_丁红.pdf

2020年第11期西部探矿工程 * 收稿日期 2020-02-04 第一作者简介 丁红 （1971-） ， 女 （汉族） ， 四川万县人， 高级工程师， 现从事钻井工艺技术研究工作。 JHW00421井超长水平井地质导向钻井技术 丁红*1， 张宏阜 1， 李 强 1， 闫华兵1， 任力新2， 葛 娜 1， 张冬冬1， 任 尧 1 （1.西部钻探定向井技术服务公司， 新疆 乌鲁木齐 830026； 2.西部钻探地质研究院， 新疆 克拉玛依834000） 摘要 JHW00421井是吉木萨尔凹陷上的第一口超长水平段水平井， 该井所在区域构造复杂， 岩性 多变， 纵向上变化较大， 局部微构造变化大， 采用常规导向技术易使井眼轨迹穿出储层， 不利于提高 水平段长达3000m以上的超长水平段水平井油层钻遇率。研究通过掌握区域地质特征、 钻前地质模 型建立、 随钻录井与测井资料分析、 及时优化调整轨迹， 有效确定目的层顶界及着陆点， 保证轨迹在 油层中穿行， 又确保轨迹平滑， 有利于后续施工安全, 实现水平段油层钻遇率达到96.12， 套管柱安 全下入， 取得了较好的地质导向和轨迹控制效果。 关键词 吉木萨尔； 超长水平井； 复杂地层； 地质导向； 轨迹控制 中图分类号 TE2 文献标识码 B 文章编号 1004-5716202011-0079-03 随着对准噶尔盆地吉木萨尔凹陷页岩油勘探取得 突破， 水平井大规模压裂获得工业油流， 近几年成为新 疆油田非常规油气资源勘探开发热点之一， 吉木萨尔 凹陷芦草沟组页岩油具有储集层埋藏深度大、 物性差、 非均质性强、 目标层薄等特征[1-2]， 采用常规水平井随钻 测量及导向方式， 对于超长水平段水平井油层钻遇率 难以保证， 而且轨迹控制难度增大。针对JHW00421 井超长水平井， 做好实钻前地质模型研究， 预测钻进方 向油层分布状况， 同时在钻井施工中， 利用实时地质录 井资料和LWD测井数据等资料， 及时对地层做出准确 的判断， 精确地微调控制井眼轨迹， 确保地质导向目标 实现和轨迹控制效率。 1地质特征 吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组构造形态表现为东 高西低、 东陡西缓的西倾单斜。在凹陷中部及西部地 层较缓， 凹陷北部、 东部及南部边缘地层较陡， 整体构 造呈 “箕状” 特征， 区内断裂不发育。吉木萨尔凹陷自 上而下钻遇地层为第四系、 新近系、 古近系、 白垩系吐 谷鲁群， 侏罗系齐古组、 头屯河组、 西山窑组、 三工河 组、 八道湾组， 三叠系克拉玛依组、 烧房沟组、 韭菜园 组， 二叠系梧桐沟组、 芦草沟组。其中二叠系梧桐沟组 与下伏地层芦草沟组之间不整合， 侏罗系八道湾组与 下伏地层之间不整合， 古近系与下伏地层之间不整合， 侏罗系头屯河组与西山窑组区域不整合。吉木萨尔凹 陷二叠系芦草沟组页岩油主要发育芦二段和芦一段两 套优质储层， 分别为 “上甜点体” 和 “下甜点体” ， 岩性为 碳酸盐岩与细粒碎屑岩过渡岩类， 储层岩性致密。 JHW00421 井是该区域上的第一口水平段长超过 3000m的开发实验水平井， 其目的为提高芦草沟组上 甜点体油层产能。 2技术难点 2.1储层厚度薄且多互层， 预测储层走向难 二叠系芦草沟组页岩段上下两套甜点段， 单层平 均厚度在0.05～5m左右， 横向连续性差、 互层多、 单层 厚度小， 本区局部微构造变化大， 地层倾角突变， 水平 段地层倾角约2～8， 地质导向难度大。 2.2三维水平井造斜段轨迹控制要求高 页岩油开发多采用平台水平井井组， 造斜段钻井 过程中井斜角不仅要逐步增大， 同时还要选择适合地 层扭方位调增方位角后， 稳斜精准进入入靶点靶窗纵 向1.00m、 横向10.00m 的矩形窗范围； 区域地层倾角 变化大， 设计着陆点与实钻有较大出入， 常规地质导向 方法无法实现着陆点的准确预测， 造斜段井眼轨迹控 制精度要求高。 2.3超长水平段导向控制轨迹难度大 长水平段钻进过程中， 随着地质情况变化， 通过现 场岩性识别、 伽马曲线对比、 地层小层对比等分析， 确 定储层位置变化， 需要多次进行预判性轨迹调整， 调整 79 ChaoXing 2020年第11期西部探矿工程 次数多、 幅度大会影响轨迹平滑以及降低施工效率， 长 水平段井眼清洁困难， 滑动钻进摩阻扭矩大， 可能造成 井下复杂事故。 3地质模型的建立 在开始导向前， 收集目标井周围邻井相关地质录 井、 地震等资料， 建立地质导向实钻前地质模型。根据 JHW00421井邻井测井、 地质等资料建立钻前地质模 型。通过研究发现， 该井与邻井地层对比， 本井与周围 井间构造对比， 沿钻进方向上入靶点构造位置高于终 靶点， 沿钻进方向上视地层倾角有下倾角度。根据前 期测井、 地质等资料建立的地质模型， 可以得出结论 目的层构造总体表现为西倾单斜构造， 目的层不同小 层沉积厚度有差异， A点到B点目的层跨度36.00m左 右， 设计钻入目的层顶界面后， 垂深下移1.50～2.00m 左右， 进入入靶点A点， 井斜角85.39， 方位角260， A 点到B点间设计有C、 D、 E、 F共4个控制点； 水平段设 计钻井方位为向西偏南方向， 方位角260。 由于页岩油地质情况复杂， 油层位置存在一定的 不确定性， 需要在钻进过程中根据地层实际构造位置 变化调整井眼轨迹， 尽量不大幅度调整井眼轨迹。利 用软件建立静态地质模型， 预测着陆点的位置， 在具体 施工过程中采用动态随钻资料实时更新模型， 更新着 陆点的位置。利用双向拟合技术准确地把控着陆点的 位置及水平段地质导向。在钻进过程中， 对地质录井 与测井等资料实时分析， 及时了解钻遇地层的岩性、 含 油性， 结合垂深判断实钻地层构造情况及时调整井眼 轨迹， 确保JHW00421井水平井地质导向成功。 4随钻地质导向与轨迹控制 针对JHW00421井超长水平段水平井钻井， 为掌 握水平井钻揭地层岩性和含油性变化， 确保水平井准 确入靶， 地质要求从造斜点开始进行录井； 另外， 二叠 系芦草沟组地层常规岩屑录井无法准确判别岩性， 要 求芦草沟组进行岩屑碳酸盐岩含量分析。钻进中根据 现有技术条件及相关要求使用LWD随钻测井仪器对 该井着陆段和水平段进行自然伽马和电阻率随钻测 量/测井。研究改变钻井方式以及相关配套技术， 提高 水平段延伸能力以及尽可能确保轨迹平滑。通过随钻 测井资料实时解释与数据处理， 结合录井盐岩含量分 析、 气测值变化等， 与实钻前建立的地质模型进行实时 对比分析， 确认井眼轨迹在油层中的位置。优化钻具 组合和钻井参数， 加密井眼轨迹数据测量与计算， 预测 井眼轨迹变化趋势， 实现精准着陆入靶控制， 并使水平 段井眼轨迹在目的层最大限度延伸[3-4]。 4.1着陆段地质导向与轨迹控制 4.1.1着陆段钻具组合与钻井参数 钻具组合 ∅311.2mm钻头∅197mm螺杆1.5弯角, ∅308mm稳定器∅203.2mmLWD短节∅177.8mm 无磁钻铤1根∅127mm加重钻杆3根∅127mm斜 坡钻杆60根∅127mm加重钻杆 57根∅127mm 斜坡钻杆。钻井参数 钻压60～150kN， 转速30～60r/min， 泵压18～23MPa， 排量38～45L/s。钻井液体系选择钾 钙基聚胺有机盐体系， 保持高的液柱压力物理支撑井 壁， 提高钻井液封堵防塌能力， 液体润滑剂含量达到 2以上， 配合使用1～2固体润滑剂， 通过使用包被 剂、 盐、 润滑剂等以提高钻井液的强抑制性、 润滑性， 防 井壁垮塌。降低摩阻和扭矩， 保证井下安全。 4.1.2地质导向与轨迹控制 该井自 2110m 定向钻进至井深 2470m， 井斜角 60.51,方位角232.7， 为实现有效着陆， 及时下入LWD 仪器实时测量并结合录井等资料进行分析， 钻至井深 2478m， 随钻测井电阻率 7.19Ωm 左右， 自然伽马 89.72API， 通过地层对比分析认为2478m为目的层二 叠系芦草沟组二段P2l21层顶部低电阻率标志层， 继续 增 斜 小 扭 方 位 钻 进 至 井 深 2692m， 自 然 伽 马 由 77.86API 增 加 到 82.56API， 随 钻 测 井 电 阻 率 由 4790.63Ωm下降到382.25Ωm。根据综合对比分析， 进 入 二 叠 系 芦 草 沟 组 二 段 P2l22- 2层 油 层 顶 界 为 2692.00m， 垂深2488.24m； 另外， 岩屑录井深灰色荧光 白云质泥岩， 气测值发生变化显示为上升趋势， 综合岩 屑录井与气测变化判断也为目的层顶界， 比钻前预测 目的层垂深推后5.14m； 结合随钻测井数据、 岩屑录井 与气测变化情况等， 准确确定了A点位置并顺利中靶。 4.2超长水平段地质导向与轨迹控制 4.2.1钻具组合与钻井参数 水平段钻具组合 ∅215.9mm钻头∅171.45mm 旋转导向工具 （PDX5） 电阻率测井仪 （CWR） 无线随 钻测斜仪 （HDS1） ∅127mm无磁钻鋌1根∅127mm 加重钻杆3根∅127mm钻杆。水平段钻井参数 钻 压60～100kN， 转速90～120r/min， 泵压20～25MPa， 排 量29～35L/s。钻井液体系选择白油基钻井液体系[5-6]， 与水基钻井液相比具有良好的抑制性、 润滑性和较强 的携岩、 悬浮能力， 有利于确保井壁稳定、 清除超长水 平段岩屑床、 降低井底管柱摩阻， 提高超长水平段的延 伸能力， 保证超长水平段井下安全。 80 ChaoXing 2020年第11期西部探矿工程 4.2.2储层地质导向与轨迹控制 采用旋转地质导向系统结合地质录井方式以实现 储层的预测与识别、 井眼轨迹光滑、 轨迹精细控制和提 高超长水平段储层定向钻井效率。施工仅用2趟钻钻 完3100m超长水平段， 钻进过程中进行了25次轨迹局 部微调， 调整轨迹造斜率控制在小于3/30m范围内， 实际水平段平均造斜率1.26/30m。实钻A点井斜角 83.12， 垂深 2493.75m， 水平位移 384.61m， 方位角 257.10； B点井斜角82.50， 垂深2733.82m， 水平位移 3465.69m， 方位角260.00； 完钻井深5830.00m， 水平段 长3100.00m； 轨迹精确控制在要求的靶区范围内 （见图 1） ， 其中入靶点靶窗和终靶点靶窗纵向上都控制在上 下1.00m的窄范围内， 横向上分别控制在左右10m和 15m范围内。 图1JHW00421井设计轨道与实钻轨迹水平投影图 5地质导向效果 在实际A点油层深度加深5.14m的情况下， 使用 LWD随钻测井监测， 结合地质录井， 通过与不断调整的 地质模型、 邻井地质特征等综合对比分析， 精确调整和 控制井眼轨迹， 及时调整井斜达到83.12， 实现A点的地 质中靶和良好着陆， 并为水平段钻井调整好井眼姿态。 在油层下倾、 实际B点在设计位置以下8.52m的情 况下， 通过随钻电阻率和气测值的变化、 轨迹数据的实 时测量计算以及与地质模型的对比分析， 判断轨迹在储 层中的位置并根据要求导向， 通过多次合理轨迹微调， 实现了3100m超长水平段油层钻遇率96.12。并且井 眼轨迹光滑， 井眼畅通， 起下钻和完井管柱下入顺利。 6认识与建议 （1） 根据掌握的页岩油邻井钻井、 测井、 录井等资料 建立钻前目标井地质模型进行分析， 可以帮助预测判断 目标井的着陆点、 储层位置、 储层上下界面等信息， 相关 参数能为定向井工程师调整钻井参数提供依据。 （2） 采用旋转地质导向钻井技术实现了超长水平 段随钻精确确定页岩油储层位置， 并优化微调控制轨 迹沿储层走向穿行， 不仅提高了储层钻遇率， 而且提高 了钻井速度， 井眼光滑为后续完井管柱下入创造了良 好条件。 （3） 随着页岩油等非常规油气藏的开发不断深入， 更多的超长水平段水平井导向需要秉承地质工程一体 化导向理念， 多专业联合开展技术攻关， 推动相关技术 不断向前发展。 参考文献 [1]霍进,何吉祥,高阳,等.吉木萨尔凹陷芦草沟组页岩油开发难 点及对策[J].新疆石油地质， 2019,40 （4） 379-388. [2]支东明,宋永,何文军,等.准噶尔盆地中下二叠统页岩油地 质特征、 资源潜力及勘探方向[J].新疆石油地质， 2019,40 （4） 389-104. [3]代瑜,范忠波,谢荣华,等.四川长宁页岩气超长水平井钻井技 术的应用[J].化工设计通讯， 2019,45 （7） 266-268. [4]杨博仲,王力,陈磊,等.昭通页岩气区块超长水平井快速钻井 技术[J].中国石油和化工标准与质量,2019,39 （3） 245-247. [5]杨双春,韩颖,侯晨虹,等.环保型白油基钻井液研究和应用进 展[J].油田化学,2017,34 （4） 739-744. [6]任金萍.油基钻井液技术进展研究[J].西部探矿工程,2019,31 （8） 55-56. 81 ChaoXing