蘇里格氣田小井眼側(cè)鉆水平井鉆完井技術(shù)研究與應(yīng)用

1、蘇里格氣田小井眼側(cè)鉆水平井鉆完井技術(shù)研究與應(yīng)用王 龍 喻 晨 龔建凱 莊純才（遼寧盤(pán)錦長(zhǎng)城工程技術(shù)研究院 124010）摘要：蘇里格氣田是一個(gè)典型的“低壓、低滲、低豐度”三低氣藏，具有單井控制儲(chǔ)量低，產(chǎn)量遞減快的特點(diǎn)。目前僅蘇10區(qū)就有90多口氣井處于間開(kāi)或關(guān)井狀態(tài)，迫切需要借助于側(cè)鉆水平井技術(shù)來(lái)恢復(fù)長(zhǎng)停井產(chǎn)能，延緩產(chǎn)量遞減進(jìn)程，提高油氣采收率。長(zhǎng)城鉆探公司針對(duì)蘇里格地區(qū)小井眼側(cè)鉆水平井的難點(diǎn)開(kāi)展技術(shù)攻關(guān)，成功實(shí)施了蘇里格地區(qū)第一口小井眼側(cè)鉆水平井S10-34-46CH 的鉆井和裸眼分段壓裂先導(dǎo)試驗(yàn)，取得了明顯效果，具有一定的參考和借鑒意義。主題詞：小井眼；側(cè)鉆水平井；“三低”氣藏；隨鉆擴(kuò)孔蘇

2、里格氣田是一個(gè)典型的“低壓、低滲、低豐度”三低氣藏，儲(chǔ)層為沖積背景下的辮狀河沉積體系，有效儲(chǔ)層為辮狀河砂巖沉積中的粗巖相帶，儲(chǔ)集砂體非均質(zhì)性強(qiáng)，連續(xù)性較差，具有單井控制儲(chǔ)量低，產(chǎn)量遞減快的特點(diǎn)。如蘇10區(qū)塊2006年9月投產(chǎn)以來(lái)，經(jīng)過(guò)三年多時(shí)間生產(chǎn)，部分井已進(jìn)入低壓低產(chǎn)階段，而且隨著開(kāi)采時(shí)間的延長(zhǎng)，低壓低產(chǎn)井逐漸增多。 截止2010年底，該區(qū)塊共有井306口，其中有90多口井處于間開(kāi)或關(guān)井狀態(tài)。因此，迫切需要借助于側(cè)鉆水平井技術(shù)來(lái)恢復(fù)長(zhǎng)停井產(chǎn)能，延緩產(chǎn)量遞減進(jìn)程，提高油氣采收率，降低油氣開(kāi)采綜合成本。蘇里格蘇10區(qū)目的層巖性主要為灰色、灰白色含礫粗砂巖、不等粒砂巖與綠灰色、紫紅色泥巖不等厚互層

3、，地層較復(fù)雜。直井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用兩層套管結(jié)構(gòu)，完井方式選擇套管射孔完井（套管強(qiáng)度如表1）。從表中可以看出，該區(qū)域井較深（3300m以上），套管壁厚（9.17 mm），套管內(nèi)徑小(121mm。實(shí)施側(cè)鉆水平井需要解決的技術(shù)難點(diǎn)有：（1）開(kāi)窗點(diǎn)深，套管壁厚，開(kāi)窗難度大；（2）井眼小，泵壓高，鉆具的磨阻扭矩大，鉆頭加壓困難，機(jī)械鉆速低；（3）地層復(fù)雜，如延長(zhǎng)組、紙坊組地層，含有灰色泥巖、淺紅色泥巖；石盒子組地層含有灰黑色泥巖，水化分散強(qiáng)，易掉塊，造成井下垮塌, 井眼不規(guī)則，井徑擴(kuò)大率較大；（4）目的層深，水平段長(zhǎng)（500m以上），井眼軌跡精確控制難度大；（5）側(cè)鉆水平井需滿(mǎn)足水平井分段壓裂要求，對(duì)井

4、身結(jié)構(gòu)、井身質(zhì)量要求高；(6 分段壓裂數(shù)多、要求施工規(guī)模大,施工風(fēng)險(xiǎn)也增大,給施工工具提出了更高要求。同時(shí),一旦砂堵后砂埋入井工具,小井眼解卡打撈處理異常復(fù)雜。表1 套管強(qiáng)度校核表 套管程序表套 井段 (m 規(guī) 范 外徑螺紋 (mm類(lèi)型 短圓特殊一、小井眼側(cè)鉆水平井鉆完井技術(shù)研究1、深井厚壁套管開(kāi)窗技術(shù)1.1 開(kāi)窗位置的選擇開(kāi)窗位置的選擇，是確定從老井什么位置開(kāi)窗、側(cè)鉆、造斜的工作。開(kāi)窗位置與原井套管完好情況、地層巖性、工具造斜能力、開(kāi)窗方式有關(guān)。開(kāi)窗位置選擇的是否正確，直接關(guān)系側(cè)鉆水平井的成敗。以S10-34-46CH 試驗(yàn)井為例，開(kāi)窗側(cè)鉆位置的選擇根據(jù)地質(zhì)要求的靶點(diǎn)，綜合考慮老井套管接箍位

5、置、扶正器位置、井段封固質(zhì)量、地層可鉆性、地層復(fù)雜情況及井眼曲率等方面的因素綜合考慮，確定了窗口位置3042m 。1.2開(kāi)窗工具的研制針對(duì)蘇10區(qū)側(cè)鉆開(kāi)窗點(diǎn)深，3000m 以上，套管壁厚， 9.17 mm ，套管內(nèi)徑小。我們?cè)诔Ｒ?guī)工具的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，研制了高強(qiáng)度開(kāi)窗銑錐和高強(qiáng)度導(dǎo)斜器，保證了開(kāi)窗一次成功。（1）工具結(jié)構(gòu)工具由上接頭、銑錐體、銑錐頭組成（結(jié)構(gòu)如圖1所示）。圖1 高強(qiáng)度開(kāi)窗銑錐（2）主要改進(jìn)點(diǎn)：增加銑錐頭硬質(zhì)合金厚度；增加銑錐布齒密度。（1）工具結(jié)構(gòu)工具由送入管、中心管、斜面、活塞、液缸、卡瓦等組成（結(jié)構(gòu)如圖2所示）。圖2 高強(qiáng)度導(dǎo)斜器（2） 主要改進(jìn)點(diǎn)：增加一套鎖緊機(jī)構(gòu)，采用一

6、套防旋轉(zhuǎn)卡瓦，二套防移動(dòng)卡瓦機(jī)械； 斜面采用35CrMo 以上材料，表面滲碳，淬火，HRC55。2、小井眼側(cè)鉆水平井軌跡控制技術(shù)側(cè)鉆水平井井眼軌跡控制技術(shù)是鉆井施工的核心，并貫穿鉆井全過(guò)程。小井眼側(cè)鉆水平井井身軌 跡控制工藝技術(shù)主要包括：鉆具組合選用、影響軌跡控制因素的分析、測(cè)量技術(shù)、井底預(yù)測(cè)技術(shù)和實(shí)時(shí)綜合分析技術(shù)等幾個(gè)方面3、小井眼防磨減阻技術(shù) 1。在小井眼側(cè)鉆水平井鉆井過(guò)程中，由于環(huán)空間隙小，鉆具磨阻扭矩大，加壓困難。為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了專(zhuān)用鉆桿防磨接頭、新型滾子扶正器、液壓加壓器等輔助鉆井工具，大大降低了鉆具的磨阻和扭矩，提高了機(jī)械鉆速。4、小井眼側(cè)鉆水平井鉆井液技術(shù)蘇里格地區(qū)鉆探施工中，經(jīng)

7、常出現(xiàn)井壁坍塌掉塊、縮徑等井下復(fù)雜情況。因此，小井眼側(cè)鉆水平井的特殊性對(duì)鉆井液提出了更高的要求。小井眼鉆井與常規(guī)尺寸井眼鉆井的最大區(qū)別是環(huán)空間隙小，這就要求鉆井液必須具有良好的流變性、抑制性和潤(rùn)滑性能，較低的固相含量，適中的觸變性，合適的密度以及較低的失水和薄而致密、潤(rùn)滑性好的泥餅。我們選擇了復(fù)合硅聚合物體系和鉀鹽聚合物體系進(jìn)行室內(nèi)對(duì)比試驗(yàn)，最終確定了蘇10 區(qū)側(cè)鉆水平井鉆井液體系為復(fù)合硅聚合物體系。5、隨鉆擴(kuò)眼技術(shù)為保證壓裂管柱的順利下入，根據(jù)蘇里格地層特點(diǎn)，考慮到水平段的油層以砂礫巖為主，膠結(jié)相對(duì)較為疏松，研制了側(cè)鉆水平井隨鉆擴(kuò)眼工具（如圖3），在常規(guī)偏心工具上進(jìn)行了改進(jìn)和完善：一是采用硬

8、質(zhì)合金作為支撐，金剛石復(fù)合片作為切削齒，并在幾何形狀方面進(jìn)行了合理的布置，以加強(qiáng)金剛石切削齒的切削能力，延緩切削齒發(fā)生破裂和磨損的時(shí)間；二是切削齒表面高度拋光，減小了剪切應(yīng)力，改善了排屑能力；三是采用不同高度的刀翼，使切削過(guò)程很容易從領(lǐng)眼直徑過(guò)渡到擴(kuò)孔直徑；四是切削齒分布在刀具的整個(gè)輪廓上，以使載荷分布均勻；五是采取和領(lǐng)眼鉆頭分體安裝的兩件式設(shè)計(jì)，對(duì)所使用的領(lǐng)眼鉆具組合和鉆頭類(lèi)型沒(méi)有限制。該工具由于本身沒(méi)有活動(dòng)部件，避免了卡鉆的?！尽侩U(xiǎn)2。 圖3 隨鉆擴(kuò)眼工具圖鉆具組合：?jiǎn)窝垒嗐@頭+斜坡鉆桿1根+井壁修整工具+斜坡鉆桿+加重鉆桿+普通鉆桿；6、小井眼側(cè)鉆水平井分段壓裂技術(shù)（以S10-34-46

9、CH 為例）6.1 前置液比例分析蘇里格地區(qū)的儲(chǔ)層特征，區(qū)域物性相對(duì)較好，水平段濾失比較大，而且該井的水平段較長(zhǎng)，為預(yù)防砂堵，根據(jù)該井區(qū)現(xiàn)場(chǎng)施工和該井直井壓裂情況，前置液百分比為40%。6.2注入排量3 根據(jù)工藝要求，采用油管注入方式壓裂，設(shè)計(jì)排量為3.0m /min，施工時(shí)以此為指導(dǎo)，視泵注壓力情況進(jìn)行調(diào)整。6.3支撐劑根據(jù)蘇里格地區(qū)常用的支撐劑使用情況，選用20-40目陶粒支撐劑，具體技術(shù)參數(shù)及數(shù)量見(jiàn)下表：表2 支撐劑技術(shù)參數(shù) 支撐劑名稱(chēng)中密度陶粒 粒徑（mm） 0.4250.85 體積密度 3（g/cm） 1.76 真密度 3（g/cm） 3.24 破碎率(% 閉合應(yīng)力52MPa 下8%

10、6.4 壓裂工具的研制為了滿(mǎn)足S10-34-46CH 側(cè)鉆水平井裸眼袋分段壓裂的要求，我們對(duì)小井眼分段壓裂工具進(jìn)行了細(xì)節(jié)優(yōu)化，對(duì)主要工具進(jìn)行了國(guó)產(chǎn)化，主要有小尺寸裸眼封隔器、懸掛封隔器、低密度球系列、小直徑三段分級(jí)壓裂滑套系列等。二、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用1、施工簡(jiǎn)況1蘇10-34-46CH 是長(zhǎng)城鉆探蘇里格氣田項(xiàng)目部部署的第一口5/2小井眼裸眼壓裂側(cè)鉆水平井。4月17日開(kāi)始進(jìn)行裸眼定向鉆進(jìn)，6月3日定向鉆進(jìn)至3978.29m 時(shí)鉆遇泥巖發(fā)生多次阻卡現(xiàn)象，決定提前完鉆。6月18日下隨鉆擴(kuò)眼工具擴(kuò)眼、通井。6月22日下裸眼分段壓裂管柱完井，完井結(jié)構(gòu)如圖4所示。 圖4 S10-34-46CH完井結(jié)構(gòu)圖、效果評(píng)價(jià)

11、該井鉆井周期60天，共用PDC 鉆頭10只，平均機(jī)械鉆速為2.8m/h。雖然在鉆進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)了5次下鉆阻卡事故，3次井漏事故，但都及時(shí)得到了處理，最終順利完成了S10-34-46CH 小井眼側(cè)鉆水平井的先導(dǎo)試驗(yàn)。目前，該井日產(chǎn)氣3萬(wàn)方，是鄰近直井的3倍，取得了明顯效果。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2010年底，蘇里格氣田累計(jì)完井4015口，投產(chǎn)3634口，開(kāi)井3081口，有653口井處于關(guān)井狀態(tài)。該井的成功實(shí)施，對(duì)蘇里格氣田恢復(fù)長(zhǎng)停井生產(chǎn)，延緩產(chǎn)量遞減進(jìn)程具有重要的參考和借鑒意義。三、結(jié) 論1、針對(duì)蘇里格氣田復(fù)雜地質(zhì)條件下小井眼側(cè)鉆水平井難點(diǎn)進(jìn)行攻關(guān)，形成了深井厚壁套管開(kāi)窗技術(shù)、隨鉆擴(kuò)眼技術(shù)、小井眼鉆井液技術(shù)、小井眼祼眼分段壓裂技術(shù)等鉆完井技術(shù)，成功完成了S10-34-46CH 小井眼側(cè)鉆水平井的先導(dǎo)試驗(yàn)，對(duì)蘇里格氣田恢復(fù)長(zhǎng)停井生產(chǎn)，延緩產(chǎn)量遞減進(jìn)程具有重要的指導(dǎo)意義。2、隨鉆擴(kuò)眼技術(shù)的應(yīng)用，解決了蘇里格小井眼側(cè)鉆水平井鉆進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)的井眼