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松遼盆地實現陸相泥頁巖地層長水平井精確鉆探

發布時間:2019年11月25日
來源:中國地質調查成果快訊公眾號(2019-11-22) 作者:徐興友,劉衛彬

摘要:針對長水平段管柱摩阻大、陸相泥頁巖地層井壁失穩嚴重、裂縫發育段易坍塌、薄目標靶層井軌跡控制困難等技術難點,以地質-工程一體化理念為指導,通過優化井身軌跡及鉆具組合,采用防塌、防漏鉆井液體系,應用地質-地球物理精確導向技術,創新形成了陸相頁巖油鉆井配套技術。吉頁油1HF井在陸相泥頁巖地層中水平鉆進1252m,1.94m目標靶層鉆遇率100%,實現了陸相泥頁巖地層長水平段鉆探突破,對我國陸相頁巖油水平井鉆探具有借鑒意義。

1.項目概況

松遼盆地青山口組優質烴源巖分布廣、厚度大,有機質豐度高、熱演化程度適中、生烴強度大,源內地層超壓普遍發育,頁巖油資源潛力巨大。中國地質調查局高度重視松遼盆地頁巖油調查研究工作,積極響應國家“振興東北老工業基地”號召,部署實施松遼盆地頁巖油科技攻堅戰。2017—2018年,在松遼盆地南部開展“大興安嶺西緣中生界油氣戰略選區”項目,由自然資源部中國地質調查局油氣資源調查中心承擔。部署實施吉頁油1HF井頁巖油水平井,探索攻關松遼盆地南部長嶺凹陷大情字地區青一段三角洲外前緣帶頁巖油資源潛力。吉頁油1HF井于2017年完成導眼井施工,2018年優選青一段“地質+工程”雙甜點層實施水平井鉆探,克服水平段長度大、陸相泥頁巖地層黏土礦物含量多、裂縫發育、非均質性強、目標靶層薄等技術難題,創新形成系列陸相頁巖油鉆井配套技術,成功實現頁巖油長水平井精確高效鉆進,水平段獲得良好頁巖油顯示。

2.成果簡介

1)優化水平井井身軌跡及鉆具組合,降低了管柱摩阻和扭矩,提高施工效率。吉頁油1HF井設計井深3963m,設計水平段長度1200m,為了探索青一段整體頁巖油資源潛力,設計了階梯式的水平井軌跡。水平井井眼軌跡復雜,水平段長度大、落差大,導致滑動鉆進過程中鉆具摩阻和扭矩增大,施工難度、周期和風險也大大增加。為解決這一難題,采用計算機數值分析模擬技術對井眼軌跡和鉆具組合進行優化、優選。①為實現鉆具摩阻和扭矩的最小化,采用LANDMARK模擬軟件,模擬對比水平井不同造斜點深度、不同靶前位移、不同造斜率、不同剖面類型等參數對井眼軌跡圓滑度、鉆具摩阻和扭矩的影響,優選出造斜點井深2016m,靶前位移490m,最大造斜率4.5°/30m為最優軌跡參數, 設計了“直—增—穩—增—平—降—穩”的井眼軌跡及三開井身結構(圖1)。②為實現高鉆速、高精度、高造斜率的鉆探目的,對鉆具組合進行了優化。選用5刀翼16mm雙排齒P D C 鉆頭可顯著提高機械鉆速(圖2);使用斜坡鉆桿,減少鉆具與井壁的接觸面積,降低摩擦阻力;采用加重鉆桿代替鉆鋌,減小鉆具直徑,降低摩阻;優選“近鉆頭方位GR導向儀器+單彎螺桿+變徑穩定器”鉆具組合進行導向和定向(圖3),精確控制井眼軌跡;采用水力振蕩器降低鉆具摩阻,有效傳遞鉆壓,提高水平段延伸能力。通過該技術應用,水平井鉆井過程中,鉆具摩阻較小,起下鉆順利,未出現卡鉆、托壓、鉆具扭曲變形等事故,水平段長度延伸至1252m,水平段施工周期縮短至32天。

1 吉頁油1HF井井身結構及井身軌跡示意圖

2 5刀翼16mm雙排齒PDC鉆頭示意圖

3 近鉆頭方位伽馬導向鉆具組合示意圖

2)采用防塌、防漏鉆井液體系優化技術,保證裂縫泥巖地層井壁穩定。吉頁油1HF井目的層青一段巖性主要為暗色泥巖,黏土礦物含量高,可達40%,易水化、易膨脹、易分散,并且青一段上部地層裂縫比較發育,易掉塊、易坍塌,給水平井鉆探施工帶來較大的風險。根據水平段地層特點及鉆井技術難點,采用鉆井液配方及性能優化技術,配制具有強抑制、強封堵,高潤滑性和造壁性的鉆井液配方。①通過線性膨脹率實驗、鉆屑回收率實驗及封堵效果評價實驗,對水平井各開次的鉆井液配方進行優選。二開選用強抑制KCL聚胺鉆井液鉆井液體系,三開采用油基鉆井液體系,巖屑回收率試驗表明,KCL聚胺鉆井液鉆屑滾動后回收率可達99.1%,油基鉆井液鉆屑滾動后回收率可達99.8%(表1)。②根據偶極子聲波、地層巖石力學、地層壓力等參數,建立了基于流變模型的地應力剖面,預測水平井周向應力分布及對應的泥漿密度,獲取了水平井不同位置的泥漿密度窗口,確定青一段泥漿密度窗口為1.45~1.60g/cm3,其他性能參數要求漏斗黏度60~80s,失水小于1mL,泥餅厚度小于0.5mm,pH值8~11,含砂小于0.2%,油水比大于80∶20,破乳電壓大于600V。通過該技術應用,水平井鉆井過程中未出現井壁垮塌、鉆井液漏失等工程事故,施工周期內井壁穩定性好。

1 吉頁油1井鉆井液配方及鉆屑回收率試驗結果對比

3)應用地質-地球物理一體化精確導向技術,精確控制井眼軌跡。水平井井眼軌跡精確控制技術是水平井鉆探的核心技術,吉頁油1HF井目標靶層厚度僅1.94m,水平段沿其穿行長度大,井眼軌跡控制難度較大。為保證較高的目標靶層鉆遇率,應用地層精細對比技術、三維地震構造精細解釋技術、地層傾角預測技術、斯倫貝謝近鉆頭伽馬導向技術,實現了著陸點的精確預測和薄目標靶層的精確控制。①前期綜合利用工區地震、鉆井及測井等資料對青一段的巖性、電性、含油氣性等特征進行精細描述和刻畫,建立高精度層序地層格架。②利用三維地震構造精細解釋技術,預測目標層地層傾角變化及微構造起伏形態,構建三維地質模型,精細表征目標層空間分布規律及水平井井眼軌跡展布形態。③水平井著陸前,選取鄰井巖性、電性特征突出的標志層作為對比層,鉆進過程中,使用隨鉆地質導向數據與鄰井標志層做精細對比,逐層對比分析,直至成功入靶。④根據巖電特征差異,將1.94m厚目標靶層自上而下細分為3個小層,精細刻畫各小層巖性、伽馬、氣測等特征的差異,明確導向追蹤依據。⑤采用了斯倫貝謝近鉆頭方位伽馬導向技術,結合巖性錄井、氣測錄井及伽馬成像技術,依據上、下伽馬曲線形態及交互關系變化,氣測曲線變化,地層傾角變化,伽馬成像形態變化,明確鉆頭鉆遇巖性特征,判斷鉆頭在目標靶層中所處的位置,實時調整定向方案(圖4)。該技術的應用,實現水平段沿1.94m薄目標靶層穿行率100%。

4 吉頁油1井水平段多技術綜合精確導向圖

3.成果意義

吉頁油1HF井是松遼盆地頁巖油科技攻堅戰重點井,對松遼盆地陸相頁巖油勘探具有重要引領意義。通過創新應用陸相頁巖油鉆井配套系列技術,吉頁油1HF井實現水平段長度1252m的超長鉆探目標,實鉆軌跡與設計軌跡高度吻合,1.94m目標靶層鉆遇率100%,目的層井徑擴大率小于6%,井身質量優質,并且水平段鉆獲888m油斑顯示,為后期地層含油氣性測試奠定了良好的基礎,有望實現松遼盆地頁巖油重大突破。該水平井鉆探工程的成功實施,為我國陸相頁巖油長水平井鉆探提供了系列創新技術,積累了寶貴的實踐經驗,具有重要的創新和借鑒意義。

[責任編輯:dc]

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