超薄油层水平井技术.docx

1、超薄油层水平井技术超薄油层水平井技术 超薄油层水平井钻井技术讲座 主讲人：谢学明 二 00 九年六月 目 录 1.概述 1 2.超薄油层水平井钻井技术 1 2.1 技术难点 1 2.2 技术对策 2 2.3 施工措施 3 3.应用实例 3 3.1 广 64 平 4 井 3 3.2 广 1 平 2 井 6 3.3 应用效果 8 4.结论与认识 9 超薄油层水平井钻井技术 谢学明 游云武 王小波（原创）摘要：江汉油田属陆相沉积断块油田，潜江凹陷盐间非砂岩薄油藏资源量达 1.68 108t，上下均有盐岩遮挡层。最大特点是圈闭小、油层薄、埋藏深、开发难度大。常规直井和定向井难以满足开发要求，利用超薄油

2、层水平井钻井技术能达到开发难动用储量的目的，并且能提高采收率。近年来江汉油田完成了 11 口超薄油层水平井，为进一步开展此类技术积累了一定的经验。关键词：超薄油层 水平井 地质导向 轨迹控制 应用 1.概述概述 超薄储层通常是指储层厚度不超过 2m的储层，它可分为自然形成的薄油藏和老油田长期开采剩余的边底水构造油藏等类型。江汉油田适合水平井开采的油层厚度一般不超过 4m，大多数在 2 m以内。利用直井和常规定向井开发，油层裸露面积小，产量低，难以合理开发动用地下储量，而利用超薄油层水平井钻井技术，却能达到勘探开发的目的。近年来，江汉油田在广华、王场、浩口等区块利用超薄油层水平井钻井技术，开采剩

3、余油藏以及自然形成的层间油藏（油层厚度在 12m），取得了显著的效果。2003 年完成了第一口超薄油层水平井王西平 2 井，完钻井深 3789m，油层厚 0.9m。（由胜利油田提供技术服务）随着江汉油田超薄油层水平井钻井技术的不断进步，引进了地质导向钻井技术，将定向钻井和地质导向紧密结合起来，使油层钻遇率不断提高。由最初的王西平 2 井 56.7%，提高到王 1 平 4 的100%。目前已完成超薄油层水平井 11 口，累计产油 20400 吨，是直井的 5-7 倍，取得了显著的经济效益。2.超薄油层水平井钻井技术超薄油层水平井钻井技术 2.1 技术难点 着陆控制是超薄油层水平井的关键技术，由于

4、超薄油层的设计靶区不是固定的，存在“两个不确定”：油层垂深不确定和工具造斜率不确定。（1）油层垂深不确定：由于油藏的细微构造变化大，纵向顶面起伏，横向岩性差异，难以准确确定油层垂深。（2）工具造斜率不确定：由于地层走向、岩石硬度、岩性变化、地层层理交错等因素，还有钻具组合和钻井参数的影响，造成工具造斜率不确定。（3）测量信息滞后，LWD的探管距钻头 20 多米，存在一个测量盲区，地质导向预测难。（4）油层薄，着陆控制难。需要有合适的角度，才能达到矢量入靶。（5）油藏存在底水，容易钻入水层。同时，地层倾角变化大，有时上翘或下倾，井眼轨迹在油层最佳位置穿行难。（6）盐膏层发育。尤以潜二、潜四段为甚

5、，盐层在纵向上与泥岩组成的韵律层多达 82 个。盐岩易产生“蠕变流动”，造成盐卡。2.2 技术对策（1）首先从设计入手，通过油藏精细描述达到井网布置优化，再作出切实可行的地质设计和工程设计。（2）优选井身剖面，采用“直增稳增水平段”五段制剖面。这种剖面的优点是：在着陆前设计了 40-50m的调整井段，能够应对油层垂深不确定的变化，为准确着陆留有余地。（3）水平井井位确定条件：最佳靶前位移要求 280340m；井口与目的层 AB连线方位尽量保持在一条连线上；兼顾地层自然方位，考虑直井段沿自然方位走向的位移对下部井眼轨迹的影响。（4）地质导向要做好油层位置的预测，应做到两点：设计钻井剖面 A靶点纵

6、向上 30m无断层；A靶点上方 1520m有较稳定的标志层。否则，应打导眼确定 A 靶点垂深，才能保证成功率。（5）应用地质导向钻井技术，形成以地质参数为指导，轨迹控制为手段，井下工具为依托的地质导向钻井技术，确保轨迹在油层中穿行。利用地质参数的变化,随时调整井眼轨迹，使随钻自然伽玛和电阻率趋向正常值，保证井眼轨迹始终穿行于油层中。轨迹调整采用导向钻进模式,精确控制。水平段加密测点，及时调整。（6）井眼轨迹控制要诀：“宁高勿低、早扭方位、稳斜探顶、矢量中靶、轨迹平滑”。对于盐膏层发育的地层，选用“两高一低”的钻井参数，即高转速高泵压和低钻压，采用“三三三制”的 钻井方式，即每钻 0.3m上提

7、3m划眼三次。2.3 施工措施 摩阻扭矩一直是困扰水平井施工的主要问题，钻柱侧向力是导致摩阻和扭矩的根本原因，如果局部的侧向力过大，会导致钻柱与井壁的磨损加大，如果发生长时间的磨损，一方面导致套管磨损，另一方面导致钻具发生热龟裂，使钻具断裂。因此通过侧向力和摩阻扭矩的分析，可以更有效地保证钻具安全。施工中，应采取如下措施：（1）利用摩阻扭矩分析软件，模拟钻进、起下钻等工况，优化井身剖面，优选钻具组合。（2）坚持每钻进 200m进行一次短起下钻，有效破坏岩屑床。（3）尽量采用大排量循环，保持井眼清洁。（4）确保全井钻井液的润滑性，当摩阻和扭矩增大时追加液体润滑剂或固体润滑剂。3.应用实例应用实例

8、 3.1 广 64 平 4 井 广 64 平 4 井是江汉盆地潜江凹陷广 64 断鼻构造上的一口开发井,设计垂深 2856.21m，实际完钻井深 3166.67m，完钻层位：潜 41 油组。（1）施工技术难点 该井设计有 3 个断层，实际钻遇一条正断层，断点在 2590m，断层距目的层 262m，断缺潜 2 段下部和潜 33 下上部地层。断层位置方位具有不确定性，增加了对油层垂深的精确预测难度。标志层的垂深及厚度发生变化，增加了超薄油层水平井准确着陆的难度。潜江组盐层发育，不仅容易发生盐卡，而且由于盐层钻速快，降低了马达的造斜率。水平段虽然使用了 LWD进行随钻定向参数测量和地质导向，但所测地

9、质参数的层位与正钻井的井底有一定距离，不能及时反映井底的地质参数，表现为信息滞后。另一方面 LWD只能确定测量点是否在油层中，究竟是上边界还是下边界却不清楚。（2）实钻控制过程 表层（0-980m）采用塔式钻具钻穿广华寺组，投测电子多点测斜仪，校正上部井斜、方位。直井段（980m-1750m）采用塔式钟摆钻具：215.9mm 钻头158.8mmNMDC1 根158.8mmDC1 根+214mmSTB+158.8mmDC6 根+127mm钻杆。由于上部地层倾角大，钻进至 1700m，井斜 5，闭合位移 43m，闭合方位 315，轨迹偏离 A、B两靶的连线，进行纠偏作业，将实钻轨迹调整靠近设计轨迹

10、。纠偏及增斜段（1750m-2815m），采用 MWD无线随钻钻具：215.9mm 钻头165mm单弯螺杆 1 根+210mmSTB158.8mm NMDC 1 根127mm HWDP30 根127mmDP。该井段地层较软，采用 PDC钻头，机械钻速明显提高。增斜段及水平段(2815m-3166.67m)，采用 LWD无线随钻钻具：215.9mm 钻头+165mm单弯螺杆+210STB+LWD 组件+127mmNMDP1 根+127mm DP45 根+127mm HWDP30 根+127mmDP。（3）LWD地质导向钻井技术应用 本井在井深 2815m，井斜达 50 时开始使用 LWD地质导向

11、。下入电阻率、伽马两参数仪器组合施工（见图 1），目的：分辨地层岩性及流体性质，准确校核目的层垂深；预测轨迹走向，确保井眼轨迹在油层中穿行；预测地层变化，实现轨迹的精确控制。图 1 在着陆控制段，当钻进至井深 2995.31m(垂深 2849.94m)，井斜86.2，方位 51.2 时，从 LWD随钻测井曲线(见图 2)上观察到，伽玛曲线有明显的降低，并逐渐由泥岩伽玛值 120130API降到 100API左右。图 2 为 LWD随钻曲线图（左为伽玛、右为电阻率）结合伽玛曲线和地质录井与标志层的对比情况，判断即将钻遇油层，于是迅速采取措施将井斜角调整至 90，井深 3015m(垂深2850.5

12、6m)时，自然伽玛曲线由泥岩的 100API 降至 70API，根据地质资料显示的油层自然伽玛特性，结合上返的岩屑砂样和气测值，准确进入油层。钻至井深 3140m，井斜 91.5，垂深 2852.74m，自然伽玛90API，电阻率 70.m，结合岩屑录井及气测显示，判断从油层顶部缓慢穿出。当井深至 3150m时，自然伽玛升高到 115API，电阻率降至 45.m，砂样全部为泥岩。从水平段的施工中可以看出，在油层中部钻进时，电阻率值比较稳定，自然伽玛值最低；当井眼轨迹接近油层顶界和底界时，电阻率和自然伽玛均有明显的变化，电阻率值由高变低，从电阻率值开始降低到进入泥岩，垂深变化约 0.65m，自然

13、伽玛值由砂岩的低值逐渐升高，升高至泥岩的正常值，垂深变化约0.15m，从进出油层时电阻率和自然伽玛的变化规律，可以说明 LWD对水平段的井眼轨迹控制可提供可靠的导向作用。广 64 平 4 井眼轨迹控制图。（见图 3）图 3 广 64 平 4 井设计轨道与实钻轨迹图 3.2 广 1 平 2 井 广 1 平 2 井位于江汉盆地潜江凹陷广一区，是一个低幅度平缓的短轴背斜，构造走向近东西向，构造长轴 2.23km，短轴 1.02km，构造高点在广 4-10 附近，地层倾角 2-5。(见图 5)图 5 广华油田潜 131 油组中只有潜 131（1）和潜 131（2）小层含油，其它为水层。潜 131（1、

14、2）油层埋藏深度 1814.01870.8m，油层具有薄而分布广泛、连片性好的特点，其中潜 131（1）小层岩性以鲕粒灰岩广华油田潜一段油藏剖面图180018101820183018401850186018701880广4-16广3-103潜12潜1潜13NE深度-m广67X1890为主，油层平均有效厚度 0.6m，潜 131（2）小层岩性以砂岩为主，油层平均有效厚度 1.0m，潜 131（1）小层与潜 131（2）之间隔层较薄，平均厚度 3.3m，潜 131（2）与底部水层之间的隔层也较薄，平均厚度 4.2m。井身质量控制要求。（见表 1）：表 1 设计坐标 纵坐标（X）横坐标（Y）设计垂深

15、（m）设计方位（）设计位移（m）井 口 3371249.4 19663424.3 靶点 A 3370995 19663265 1826.8 212.05 300.16 靶点 B 3370910 19663215 1828.8 211.66 398.75 设计靶区 水平方向中靶半径控制在 6m 以内，垂直方向中靶半径控制在 1m 以内，井眼轨道在 ABC 段为 12m 1m 153m 的矩形空间中穿行。（1）井眼轨迹控制方案 鉴于广 1 平 2 井油层薄，实钻垂深与设计垂深可能有一定的差异，着陆控制采用“直-增-稳-增”的双增剖面。采用最佳稳斜角 86.4 稳斜探顶，井斜达到 90 后，起钻换钻

16、具：215.9mm3A 钻头+172 mm单弯螺杆+210mm稳正器+127mm无磁承压钻杆 1 根+LWD+127mm斜坡钻杆+127mm加重斜坡钻杆，及时调整井斜和方位，保证井眼轨迹在油层中穿行。测量方案：井斜小于 70 度使用 MWD，井斜大于 70 度使用LWD。（2）实钻控制过程 直井段（01423.98m）由于井口与 A、B 靶点的连线不在一条直线上（A-B靶连线方位为 210.47、B-C靶连线方位为 213.69），因此施工中要严格控制井斜。采用钟摆钻具组合：215.9mmPDC 钻头+159mm无磁钻铤 1 根+159mm钻铤 1 根+214mm扶正器+159mm钻铤 1 根

17、+214mm扶正器+159mm钻铤 12 根+127 mm 钻杆。钻进参数：钻压 2030kN，转速 210r/m。井深 1423.98m，井斜角 1.05，方位 353.66，闭合距 6.74m，闭合方位 94.51。方位调整段（1423.981514.51m）由于直井段井底方位与设计方位不一致，将方位调整到212.66，井斜 9.49。增斜段（1514.51.001966.06m）钻具组合：215.9mmHJ517G+165mm1螺杆+MWD 定向短节+210mmSTB+158mmNMDC+158mmDC2+127mmHWDP30+127mmDP+108mm方钻杆。为减少起下钻磨阻，混入原

18、油和固体润滑剂，增斜段井底井斜 85.06，方位 210.76。水平段（1976.062150.00m）钻具组合为：215.9mmHJ517G+165mm1.螺杆+127mm无磁承压钻杆+MWD 定向短节+210mmSTB+127mmDP500m+127mmHWDP30 根+127mmDP+108mm方钻杆。钻至井深 1976.06m，地质要求将井斜增至 88，井深 1983m见油砂，复合定向钻至井深 2038.01m，井斜 88，方位 215.2。由于地质对比层位出现变化，多次发生调整，最终调整靶点数据为：A靶垂深 1826.20m 位移 289.24m 方位 211.56 B靶垂深 182

19、7.50m 位移 339.94m 方位 211.46 C靶垂深 1832.58m 位移 404.01m 方位 211.49 施工过程中，由于显示不好，井斜降至 85 后，稳斜钻至 C靶，于井深 2150m完钻。井眼轨迹见图 6。图 6 广 1 平 2 设计轨道与实钻轨迹图 3.3 应用效果 广 64 平 4 井水平段长 171m，钻穿油层 127m，油层砂岩钻遇率74%。广 1 平 1 井油层最薄（0.4m），钻井周期 16 天 20 小时，其中5 天完成了着陆控制和水平段，油层砂岩钻遇率 97%，创造了穿越油层最薄、施工周期最短的超薄油层水平井记录。广 1 平 2 井是纵向变化大、油层垂深不

20、确定、轨迹控制难度最大的超薄油层水平井。广 1平 4 井油层砂岩钻遇率 100%，产量最高，平均日产原油 21 吨，是直井产量的 8-10 倍。表 2 江汉油田超薄油层水平井数据统计表 井号 井深(m)水平段长(m)油层段长(m)钻遇率(%)油层厚度(m)累计产油(吨)投产日期(年月日)王西平2 3789 210 109.07 56.7 0.9 7063 03.7.6 广2 平 5 3170 100 65 65 1.92 932 08.8.13 广2 平 6 3600 150.65 123.40 82 1.8 811 08.8.15 广2 平 9 3170 145.77 105.60 72.4

21、 1.89 729 08.8.10 广平 9 3825 105 79 75.2 1.76 26 08.12.26 广64 平2 3169 60.21 50.6 84 1.91 2105 08.2.4 广64 平4 3166 171 127 74 1.02 3527 08.11.21 广1 平 1 2096 54.08 52.46 97 0.4 2156 07.11.9 广1 平 2 2150 153 149 97.4 0.92 2600 08.3.20 广1 平 3 2148 153.4 109 71 0.83 349 09.2.14 广1 平 4 2198 196 196 100 0.65

22、102 09.6.30 合计 4.结论与认识结论与认识（1）超薄油层水平井钻井技术是开发难动用储量的有效技术手段。成立水平井技术小组和地质导向队伍，有利于超薄油层水平井的策划和施工。（2）水平井技术小组应提前介入井位的优选工作，如果靶前位移不够或者水平段 AB连线与井口不在一条连线上，应选择从 B点向A点打，从反向找井口位置。减少直井段纠偏工作量，有效提高直井段的机械钻速，为下部增斜和着陆创造条件。（3）近钻头地质导向测斜仪（LWD）和短螺杆，可以减少仪器零长，缩短测量盲区，为引导井眼轨迹在油层最佳位置穿行提供可靠保证。（4）江汉油田定向技术水平完全能够满足超薄油层水平井的技术要求，但是开采纵向变化大以及油层更薄的水平井技术还需向兄弟油田学习，进一步完善。