永3平9跨断块阶梯水平井钻完井技术

刘成贵许军富徐云龙

（1.胜利石油管理局黄河钻井总公司，山东东营 257009；2.胜利石油管理局钻井工艺研究院，山东东营 257017）

永3平9跨断块阶梯水平井钻完井技术

刘成贵1许军富1徐云龙2

（1.胜利石油管理局黄河钻井总公司，山东东营 257009；2.胜利石油管理局钻井工艺研究院，山东东营 257017）

胜利油田永安区块是典型的复杂小断块油藏。为进一步对该类型油藏进行挖潜增效，在精细描述断层的基础上，设计施工了一口跨断块阶梯水平井，对不同断块内的剩余油使用同一口井进行开采，在提高剩余油采收率的同时，能够降低钻井成本。在分析永3断块储层特点的基础上，针对跨断块阶梯水平井钻完井的技术难点，介绍了胜利油田第1口跨断块阶梯水平井-永3平9井的钻完井工艺。将地质导向和地震剖面相结合，判断断层位置，精确控制井眼轨迹穿越断层，进入断块另一侧油层。采用钻固一体化技术和塑性微膨胀水泥浆体系，大幅度地提高了阶梯水平井的固井质量。该井的成功实施及顺利投产，证明跨断块阶梯水平井可以提高复杂断块油藏的采收率，具有推广价值。

跨断块；阶梯水平井；钻完井技术；永3平9井

永安油田位于东营凹陷的东北边缘坨—胜—永三断裂带东端，永3断块位于永安油田南部，是一个被断层复杂化的复杂断块油藏，整体受北部弧型断层控制，内部被多条断层切割复杂化，地层整体为向南倾斜的不对称鼻状构造，地层倾角一般为10～15°。岩性主要为厚层反韵律细-粉砂岩夹灰质粉砂岩、泥岩等，分选中等，粒度中值一般在0.12～0.26 mm，孔隙度平均值为27%。平均空气渗透率1 539 mD。目前永3断块油田的采收率相对较低，随着水平井技术和地质导向技术的日益完善［1-7］，跨断块阶梯水平井钻完井技术［8-10］将成为提高断块油田采收率的重要手段。

1 地质概况

永3断块油藏具有构造系统复杂、断块多，断块小、含油层位多、油藏类型多等特点。针对不同类型的复杂小断块，研究部署不同类型复杂结构井进行挖潜。如对于块间局部剩余油设计应用跨断块阶梯水平井，对于多薄互油层，储层物性差设计应用多层分支水平井。永3-平9井是1口四靶点跨断块阶梯水平井，钻探目的层为永3断块西部复杂断块沙二下段5-1小层永3斜107断块和5-2小层永3侧94断块，如图1所示。

图1 永3-平9井东西向油藏剖面图

2 钻完井技术难点

（1）井眼轨迹跨断层，穿越断层破碎带时，造斜率容易失常，井眼轨迹预测和控制难度大。

（2）水平段穿越断层后，地层发生变化，目的层有可能上移、下移或断失，增加油层的不确定性。

（3）由于地质目的的需要在穿越断层时多次调整井斜，井眼轨迹波动大，摩阻扭矩大，岩屑返出困难，对钻井液性能要求高。

（4）永3断块Ⅲ类油藏断块多且小，油砂体多，叠合性差，跨度大，能量差异大，油层油水关系复杂，保证固井质量难度大。

3 跨断块水平井钻完井技术

3.1 井眼轨迹控制与地质导向技术

该井主要采用的井眼轨迹控制技术是在随钻测量仪器和导向钻具配合下，使得井眼轨迹沿设计轨道钻进，利用地质导向寻找油层，并最大限度地在油层中钻进，从而实现地质目的。造斜点以下定向井段使用 MWD+导向钻具进行井眼轨迹监测与控制，探油层顶段及以下井段使用LWD+导向钻具进行井眼轨迹监测控制和地质导向。

永3-平9井目的层为下倾方向，水平段井斜角小于90°，靶前位移可适当多提前，探油顶井斜角可略小，控制井眼轨迹在A点前40～50 m，垂深达到设计油顶位置，井斜达到82～84°，进入油层后地层下倾，井眼轨迹能在A点前进入油层，并在距油顶1.5 m范围内着陆。

跨断块水平井存在两大因素影响井眼轨迹在油层着陆和水平段的控制，一是受地质导向仪器本身的制约，随钻测井数据滞后钻头，对地层认识带来判断难度，一般情况下，自然伽马和电阻率的测点距钻头10～18 m，井斜和方位测点距钻头18～22 m；二是水平井过断层后易发生找不到油层的现象，如图2所示，这是因为过断层后，地层层位发生了变化，有可能上移、下移或者断失。

图2 断层错位现象

针对地质导向仪器滞后的缺点，在目的层之上10～20 m优选1～2个标志层控制井眼轨迹，消除滞后效应，并与邻井对比，水平井着陆点可提前判断，调整合理的井斜角入靶，校正A、B靶来确定水平段的井斜角，从而控制水平段钻进。针对过断层后找不到油层的现象，把实钻轨迹与地震剖面相结合，利用高精度的地震剖面来识别断层寻找油层。

3.2 钻井液和储层保护技术

永3区块储层中泥质含量较高，有储层黏土颗粒吸水膨胀、运移、堵塞造成渗透率降低的风险，因此采用了MEG钻井液体系保护储层。

MEG是极性较弱的表面活性剂类物质，其分子结构上有1个亲油的甲氧基（-OCH3）和4个亲水的羟基（-OH）。这些亲水的羟基可以吸附在井壁岩石和钻屑上，而亲油基则朝外，如果在钻井液中MEG的加量足够的话，则可在井壁上形成一层类似油包水泥浆那样的吸附膜，这个膜可以把页岩中的水和钻井液中的水隔开。由于这种半透膜作用的存在，通过调节MEG钻井液的活度可以实现活度平衡钻进，控制钻井液和地层内水的运移，只要控制得当就可以使钻井液和地层内水的运移达到平衡，从而有效地阻止页岩的水化膨胀，以保持井壁稳定。同样当 MEG钻井液的滤液浸入储层内，也不容易引起储层内黏土颗粒的水化膨胀和分散，从而可以减少水化膨胀和分散运移造成的储层损害。由于MEG钻井液具有较低的表面及界面张力，当其滤液浸入储层后，返排出来应比较容易，因而可以减少滤液在储层内滞留而引起的渗透率的下降。

3.3 完井技术

3.3.1 低密度高强水泥长封段固井 为避免返高不足导致断块开发井后期出现油、气、水窜槽以及套管腐蚀等问题，新投产井油层以上200 m至井口全部采用低密度高强水泥长封段保护套管固井技术。该低密度水泥浆体系是极其有效的方法之一，可以解决以下2个问题。

（1）易漏地层固井问题。解决上部地层的漏失问题，低密度水泥浆由于密度低，易返出地面，实现了全井段的有效封固，保证了固井质量。

（2）新投产井套管保护问题。对新井而言，最好的预防套损的方法是采用水泥环全井段保护套管，即提高水泥返高，使水泥浆能返至井口。

3.3.2 塑性微膨胀水泥浆体系 为提高射孔生产段的水泥环质量，油层段采用低失水防窜塑性微膨胀水泥进行固井，提高水泥石的强度。塑性微膨胀水泥浆是以常规水泥浆体系为基液，通过添加一定比例的塑性剂而形成的一种新的具有较高韧性强度的水泥浆体系。其优点主要有以下3方面。

（1）提高了水泥环强度，降低射孔作业时水泥环的破裂程度。

（2）降低了油气水窜现象的产生风险。

（3）微膨胀性能，提高第二界面胶结质量。

3.3.3 钻固一体化技术 钻固一体化技术的核心是由潜活化胶凝粉材料、界面增强剂、活性激发剂和活性调节剂等组成的钻井液。在钻进时钻井液中的活化胶凝粉物质呈惰性状态，满足长期循环的钻井要求，形成特殊滤饼层，具有潜在的固化活性。钻井完成后，在固井前置液中加入激活剂激活滤饼，候凝使之固化，完成一次注水泥施工作业。由于钻井液滤饼存在潜活性材料，固井时可以实现同步固化胶结，改善滤饼与水泥环、地层的胶结亲合力，避免常规水泥浆固井出现在水泥石、滤饼和地层过渡层形成类似于“三明治”的结构，防止地层过渡层间高低压油气水层的相互窜通。其关键技术主要有以下几点：

（1）活性材料是该技术能否成功的关键之一。该特殊材料在钻井中应表现出良好的惰性、对钻井液性能影响小、钻进中不提前凝固，完钻后通过活化技术使钻井液在要求的时间内固化并达到固井技术规范要求。

（2）室内建立二界面胶结质量的评价模型和评价装置，能模拟评价砂岩、泥质砂岩及灰岩地层二界面胶结强度。

（3）工作液中的化学组分、井下温度和钻井时间对潜活性材料的影响。

（4）激活剂对潜活性材料活化速度的控制、对滤饼扩散及对滤饼固化质量的影响。

4 现场应用及效果

4.1 井眼轨道设计

永3-平9井设计井底垂深2 001 m，A靶垂深1 986 m，B靶垂深1 988 m，A～B靶间水平距离99.81 m，C靶垂深1 998.5 m，B～C靶间水平距离102.65 m，D靶垂深2 001 m，C～D靶间水平距离116.52 m，具体井眼轨道设计参数，见表1。

表1 永3-平9井眼轨道设计参数

4.2 施工简况

在地质导向引导下，井眼轨迹顺利着陆，钻达A靶：井深2 120.14 m，井斜86.19°，方位289.56°，水平段钻进，至B靶前40 m左右开始降斜，井斜从91.6°降至83.21°，钻达B靶：井深2 220.08 m，井斜83.21°，方位292.23°；B靶后稳斜在82～84°下调垂深，并在2 230 m左右钻遇断层，后微增下探找第2套油层，钻至C靶：井深2 323.44 m，井斜85.22°，方位286.22°，因显示不理想，再次下调垂深，井斜从88.5°降至最小84.1°，再增斜至最大93.3°，钻进至2 418 m处完钻。

4.3 实施效果

永3-平9井断层前钻遇油层180 m，最大井斜91.6°；断层后钻遇油层110 m，最大井斜93.3°，油层钻遇率为97%。MEG钻井液体系实现了储层保护的效果。该井初期日产油63 t，不含水；目前日产油17.2 t，含水60%。电测证实该井的二界面固井质量合格，该井的成功实施，为复杂断块油藏的进一步挖潜提供了新的技术支持。

5 结论

（1）地质导向与地震剖面相结合，及时预测断层位置，控制井眼轨迹，预防造斜率失常，保证了井眼轨迹的精确控制。

（2）跨断块阶梯水平井井眼轨迹波动大，摩阻扭矩大，MEG钻井液体系保证了跨断块阶梯水平井的安全快速钻进，实现了储层保护的效果。

（3）采用钻固一体化技术和塑性微膨胀水泥浆体系保证了跨断块阶梯水平井的二界面固井质量。

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（修改稿收到日期 2012-11-19）

〔编辑 薛改珍〕

Drilling and completion techniques of cross-block ladder horizontal wells: a case of Well Y3p9

LIU Chenggui1, XU Junfu1, XU Yunlong2

（1. Yellow River Drilling Corporation of Shengli Petroleum Administration, Dongying 257009, China; 2. Shengli Drilling Technology Research Institute, Dongying 257017, China）

Yong’an block of Shengli Oilfield is a typical small complex fault block oil reservoir. In order to explore the potential of this kind of reservoir further, a cross-block ladder horizontal well is used on the basis of recognizing faults, and the remaining oil in different faults is produced by one well. By this method, the recovery is improved and the drilling cost is decreased. The paper analyzes the reservoir characteristics of Yong’an block and illustrates the difficulties for drilling and completion of this well, on the basis of which it introduces the drilling and completion techniques of the first cross-block ladder horizontal well of Shengli Oilfield, Well Y3p9. Geosteering technique and seismic cross section are combined to determine the fault location and to accurately control the well trajectory to pass through faults and dig into another oil layer. Drilling and completion integrated technique and plastic micro-expansion slurry are taken to greatly increase the cementing quality of ladder horizontal wells. This well has been successfully drilled and produced, which proves the cross-block ladder horizontal well can improve the recovery ratio of fault block reservoir, and has promotional value.

cross-block; ladder horizontal well; drilling and completion techniques; Well Y3p9

TE257

A

1000 - 7393（ 2013 ） 01 - 0001 - 04

国家科技重大专项“断块油田特高含水期提高水驱采收率技术”（编号：2011ZX05011-003）资助。

刘成贵，1960年生。现主要从事钻井管理工作，高级工程师。电话：0546-8621598。E-mail：liucg707@126.com。

刘成贵，许军富，徐云龙.永3平9跨断块阶梯水平井钻完井技术 ［J］. 石油钻采工艺，2013，35（1）：1-4.