致密油超长水平段水平井钻井技术研究

杨丽晶 王敬岩

摘要：中国致密油勘探开发依然处于初级阶段，虽然取得了一定的成果，但现有水平井钻井技术仍然存在着多种问题，故提出致密油超长水平段水平井钻井技术研究。依据压裂、地面、钻井等多种因素部署钻井平台，以水平井钻井整体投资最优化为目标获取钻井平台计算模型，以此为基础，结合岩石可钻性级值选择最优钻头类型，通过空间圆弧轨迹模型制定井眼轨迹，从而实现了致密油超长水平段水平井的钻井。实验结果显示：与现有技术相比较，提出技术水平井钻井整体作业时间更短，充分证实了提出技术应用性能更好。

关键词：致密油;水平井;超长水平段;钻井;

中图分类号：TE2         文献标识码：A

0 引言

工程技術的发展与进步，致使全球范围内的非常规油气产量与储量逐渐加大，天然气与石油工业已经步入了非常规油气发展阶段。但我国致密油勘探开发依然处于初级阶段，存在着多种问题待解决[1]。

我国在致密油勘探开发过程中，也取得了一定的成果。例如吉木萨尔凹陷致密油井控范围内获得资源量为12.84亿吨，该井具备着水平段超长、规模较大的特征，采用分段压裂技术进行水平井钻井，井身结构为四开结构，水平段长度为1233m，完钻深度为4360m。水平井投入应用后，每日最高产油量可以达到69.46t。但是依据致密油产量递减快速、稳产时间短的特点，可以发现短时间内无法收回成本，也就说明现有水平井钻井技术无法满足致密油勘探开发需求，应该对其进行技术革新，因此提出致密油超长水平段水平井钻井技术研究。

1 致密油超长水平段水平井钻井技术研究

1.1 钻井平台布置与井口模型构建

致密油超长水平段水平井钻井实质上是一个系统工程，需要多个专业的协作配合，故需要依据压裂、地面、钻井等多种因素部署钻井平台，构建井口模型，为水平井钻井应用效果提升做准备。

此研究依据多种影响因素，构建钻井平台模型，使得水平井钻井整体投资达到最优化[2]。水平井钻井主要影响因素如下所示：

一是钻井与压裂相关设施布局。水平井钻井作业涉及设备较多，故井场面积需求较大，将钻井与压裂井场共用面积考虑在内，最大限度地缩小井场面积，以此来降低钻前投资数额;

二是钻机作业能力与施工季节。需要注意的是，钻机在冬季无法作业，因此在计算作业时间中，应该扣除冬季时间。常规情况下，前期探井钻井时间约为150天左右，考虑冬季无法作业时间与压裂时间，一台钻机在一年时间内最多能作业2口井;

三是井眼轨迹控制能力。井口间距决定着井眼的轨迹控制能力，若井口间距过小，井下碰撞风险升高;若井口间距过大，钻井无法快速移动。依据发达国家经验可知，井口间距最佳取值范围为5-30米。

将上述各种影响因素的投资费用进行累计相加，即可获得钻井平台计算模型，表达式为

式（1）中，表示的是钻井平台整体投资数额;、与分别表示的是平台与道路建设费用、钻机安装费用与钻完井费用。

1.2 最优钻井钻头选型

以上述构建的钻井平台计算模型为基础，结合岩石可钻性对最优作业钻头进行选型，降低钻头浪费率，节省水平井钻井费用[3]。

最优作业钻头类型与岩石可钻性之间存在着紧密的联系，具体如表1所示。

1.3 水平井轨迹制定优化

水平井轨迹指的是按照已知的靶点井身参数与几何参数，制定出科学的、合理的剖面参数，以此来保障制定剖面在符合地质要求基础上，也满足钻井技术施工需求。

对于水平井轨迹制定来说，由于靶点与造斜点方向不同，造斜点后轨迹无法应用常规轨迹制定方法，再加上轨迹与多种设备的造斜工艺、控制措施等存在着紧密联系，对水平井轨迹制定与优化带来了较大的困难。此研究依据致密油超长水平段水平井钻井的需求，选取空间圆弧轨迹模型制定井眼轨迹。

空间圆弧轨迹模型能够对井眼角度和方位角进行改变，但是弧形截面曲率不变，可以最大程度地简化井眼轨迹制定过程。另外，在水平井钻井过程中，若出现轨迹偏差超限现象，空间圆弧轨迹模型可以及时对井眼轨迹进行修正，缩短钻井作业时间。

由于篇幅的限制，只针对第二斜平面内的轨迹曲线进行展示，如图1所示。

通过上述过程实现了致密油超长水平段水平井钻井技术的设计，优化了钻头选型过程与水平井轨迹制定过程，以此来提升水平井钻井的应用效果。

2 实验与结果分析

为了验证提出技术与现有技术之间的应用效果差异，采用Matlab仿真平台设计实验，具体实验过程如下所示：

2.1 实验对象选取

选取准噶尔盆地东部隆起吉木萨尔凹陷区域作为实验区域，该区域蕴含着丰富的致密油资源。实验区域致密油层埋深约为800-4800米，岩石矿物成分较为复杂，大部分为过渡类岩性，并呈现为层状分布。

实验区域地层压力系数约为1.20，隶属于高压系统，地层温度较高。实验区域水平主应力方向为北西——南东向，呈现为正断层状态，区域内部水平应力分布较为均匀，储层岩石脆性较好，有利于体积压裂。

2.2 实验结果分析

以选取的实验对象为基础，应用提出技术与现有技术进行水平井钻井实验，通过整体作业时间来显示技术的应用性能，具体实验结果分析过程如下所示：

整体作业时间主要由三道工序时间累积加和决定，分别为搬家安装、接甩钻具与固井侯凝工序。通过实验获得整体作业时间数据如表2所示。

如表2数据显示，提出技术水平井钻井整体作业时间范围为52.79d-71.90d，现有技术水平井钻井整体作业时间范围为80.23d-89.45d。通过数据对比可知，与现有技术相比较，提出技术水平井钻井整体作业时间更短，充分证实了提出技术具备更有效的应用性能。

3 结束语

此研究提出了一种新的致密油超长水平段水平井钻井技术，缩短了水平井钻井整体作业时间，为致密油勘探开发研究提供一定的帮助与参考。

参考文献

[1] 彭元超， 韦海防， 周文兵. 长庆致密油3000m长水平段三维水平井钻井技术[J]. 钻采工艺， 2019， 42（5）：106-107，112.

[2] 杨丽晶， 常雷， 张仲智，等. 永乐油田ZP22区块致密油平台长水平段水平井钻井设计优化[J]. 西部探矿工程， 2019， 31（12）：28-30，34.

[3] 路宗羽， 赵飞， 雷鸣，等. 新疆玛湖油田砂砾岩致密油水平井钻井关键技术[J]. 石油钻探技术， 2019， 47（2）：9-14.

（大庆油田采油工程研究院  黑龙江大庆  163453）