超低渗透钻井液工艺技术探讨

郭翔

摘 要：研究选择了我国延长东部油区低渗-超低渗储层作为研究的对象，分析在地层压力低、埋深浅、常规井开发多、产量低、效率低等情况下所出现的各种难题，进而为后期实现水平井钻井压裂一体化发展提供更多的思路与方向，研究在不同技术思路下，如何有效解决油藏水平井钻井技术难点。

关键词：超低渗浅层油藏;水平井钻井;钻井技術

1    研究情况概述

延长油田开发区位于部落盆地的中部。延长石油东部地区位于宜山斜坡盆地东南。它具有典型的低，特别是低渗透率的岩性油箱，基础层非常简单。延长油田的探明资源几乎占整个油田探明储量的40%，充分利用了在此类油藏中使用水平井资源和资源管理的好处，从而克服了常规井的开发难题，并实现了水平井的钻探和完井。技术的变动和发展是稳定石油生产的重要保证。

2    超低渗浅层油藏钻井液的工艺技术难点分析

2.1  油藏为超低渗，产能较低

该储层是典型的低渗透率和超低渗透率的岩性储层，并且油层通常是不生产、不可降解的。由于油层太浅，上层岩层的垂直压力不足，垂直应力接近或小于最小水平基本应力，并且在分裂时很容易形成水平裂纹。通常选择具有较大裂口的笔直水平截面，并且无法在三维空间中充分利用油层。

2.2  地面限制因素较多

地面上有很多限制因素，例如村庄、道路、森林和煤油之间的矿产权重叠，许多资源无法得到有效利用，因此，水平井必须实现最大位移。水平位移小于850 m的水平井对井的结构和资源利用率没有足够的改善效果，因此，需要较高的垂直井比，并且井设计需要较高的轴向压力传递效率。

2.3  钻井中钻具过重

在钻井过程中，钻岩的破裂能量来源主要是上部钻井工具的重量，但是浅水平井由于可用的上部井段较短，难以对钻机施加压力，并且钻井效率低。

3    创新水平井钻井压裂一体化设计的主要理念分析

在延长油田东部地区，浅层储层的浅层压力很低，实验室模拟和现场监测的结果表明，裂缝大多是水平的。如果选择通常的笔直水平截面设计，则会受到相邻裂缝的干扰，如果水平段约为600 m，则分割段的数量通常仅为4～5个，并且一级分割的规模受到限制。鉴于浅层油藏的垂直应力低的特点，提出了一种水平井钻井和裂化的综合设计方案。为了提高油藏的利用水平，采用了水平井“弓形”的设计方法和浅裂网的破碎技术。水平井轨道设计的创新遵循水平井段高度差为8～12 m的3个目标的设计方法，这为钻井过程中的储罐拆卸转换创造了良好的钻孔基础。

4    井身结构与轨道优化设计

4.1  简化井身的结构设计

井眼设计是水平井钻井工程项目中与井眼施工安全有关的重要内容之一，是钻井工程经济效益的重要基础。为了证明井眼结构的设计合理，应避免诸如泄漏、喷洒、坍塌和陷井之类的工程事故，并且应将钻井工程的成本降至最低。通过解决浅水平井眼的设计优化方案，可以显著提高钻井效率，节省钻井成本，缩短工期。

东部延长油田地层很简单，第四系壳层，长2+3段，长4+5段，长6段从上到下依次发育。油藏层和基础层通常不相容，底层与泥石，砂页岩和硅树脂结合，岩性相对稳定。因此，双重结构既可以满足各层对坍塌和渗漏的防护需求，又可以更有效地适应目前低油价的外部环境。

4.2  对井眼轨道进行优化设计

浅水平钻探的主要问题是，难以调节钻探重量和运行套管的高风险。另外，井眼的简化设计增加了孔的开口部分与钻井工具之间的摩擦。因此，井眼轮廓的设计必须基于最小的摩擦力，以确保钻井效率并满足精加工需求。在设计阶段，弯曲点应尽可能小，以确保垂直井段中“倒置钻具”的重量效果。

对于具有足够的垂直深度和目标前距（垂直深度大于500 m，目标引导距离大于400 m）的水平井，采用非传统的双倾斜剖面设计（即第一次上升斜率大于第二个上升斜率）。大的稳定倾斜角和稳定的倾斜部分的长度增加了扩展倾斜井段的位移的机会。

钻井在有限的土地上，垂直深度为770 m，默认前沿距离为460 m。采用通常的双倍放大轮廓设计时，挠度应从大约300 m开始。传统油泵的深度太小，无法保证吃水深度，钻井效率低。因此，采用非传统的轮廓设计来增加稳定角和稳定部分的长度。实际钻孔深度为2 035 m，水平截面为985 m。其延长油田浅水平井之间的最长水平断面。对目标前沿距离大于350 m但垂直深度不足的井，使用单弧来增加井斜率的稳定性，从而减少摩擦并在油层不清楚时提供轨迹调整点。在垂直深度和目标前方距离较小的情况下，应将单拱结构视为具有足够的垂直井段长度，以确保折叠钻机压力的影响。

5    钻井液优化设计

在延长油田东油区，水平井的埋藏深度较浅，地层简单，对上部钻井液的性能要求较低。优化设计的主要目的是确保钻井液性能，同时，尽可能节省成本。

直井段地层较为简单，以满足快速钻进为主，性能不做特别优化。直井段钻井液采用钠膨润土体系，优化的K-PAM聚合物钻井液系统具有良好的效果，减少了复杂井的发生，并提高了钻井速度。添加极压减摩剂显然可以减少摩擦和阻力，从而大大减少其他有机润滑剂。现场钻井液价格降低了至少50%，对降低成本和提高效率具有良好的作用。

6    低成本钻井轴向的加压技术分析

目前，垂直井段的大部分浅层水平钻探延长井油田小于100 m，使用钻孔工具的常规组合。在水平截面上钻孔时，钻孔压力为零，无法进行钻孔。通常使用倒置钻具组合，即使在所有垂直井段中使用较重的钻杆，残留重量也通常小于1 t。在水平部分的末端钻孔时，根本无法保证钻孔底漆的效率。

因此，在传统倒置钻具的基础上，使用了创新的“加强型倒置”钻具，用井钻将上部垂直部分压紧，并用较重的钻杆压紧从垂直部分的末端到倾斜35°的部分。为实现浅层油藏垂直应力低的特点，提出了水平井钻井与拆除一体化原理的设计思想。利用水平井径迹设计的“弧形”方法，结合浅层裂缝网络的破碎技术，优于常规水平井的水平段。

提高钻具的轴向压力传递效率是提高钻石拆卸效率的关键。使用常规的钻井工具组合，当钻水平井底的尖端时，钻井压力接近于零，并且不可能进行钻井。使用“加强型倒置”钻孔工具。井的上部垂直部分被钻趾压缩。用较重的钻杆将井段从井段的垂直端压到35°的井斜。

7    结语

随着越来越深入广泛地应用超低渗浅层油藏水平井钻井技术，所要面对的难题也越来越多，只有针对性地解决这些难题，才能实现对超低渗浅层油藏水平井钻井效果的提高，推动采油率的提升，为我国的超低渗浅层油藏水平井钻井技术的发展奠定更加坚实的基础。

[参考文献]

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