摘 要

摘　要：實(shí)踐證明，蘇里格氣田采用常規(guī)開(kāi)發(fā)技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)高效開(kāi)發(fā)。面對(duì)這一開(kāi)發(fā)難題，近年來(lái)以開(kāi)發(fā)試驗(yàn)區(qū)為載體進(jìn)行了針對(duì)低滲透氣田的水平井高效開(kāi)發(fā)技術(shù)攻關(guān)，在氣藏精細(xì)描述、鉆

摘　要：實(shí)踐證明，蘇里格氣田采用常規(guī)開(kāi)發(fā)技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)高效開(kāi)發(fā)。面對(duì)這一開(kāi)發(fā)難題，近年來(lái)以開(kāi)發(fā)試驗(yàn)區(qū)為載體進(jìn)行了針對(duì)低滲透氣田的水平井高效開(kāi)發(fā)技術(shù)攻關(guān)，在氣藏精細(xì)描述、鉆井、儲(chǔ)層改造等關(guān)鍵技術(shù)上均取得了新的突破，形成了以水平井井位優(yōu)選及部署、地質(zhì)導(dǎo)向、快速鉆井、儲(chǔ)層保護(hù)及改造等為主體的建產(chǎn)配套技術(shù)，即：①逐步形成了水平井選井及部署的5種有利砂體模式、4項(xiàng)部署原則、3種部署方式等3項(xiàng)成熟技術(shù)；②水平井入靶及地質(zhì)導(dǎo)向形成了9項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)；③快速鉆井形成了靶前距、井身結(jié)構(gòu)、鉆頭選型、鉆具組合、鉆井參數(shù)等優(yōu)化技術(shù)；④鉆井和試氣過(guò)程中形成了儲(chǔ)層保護(hù)技術(shù)；⑤儲(chǔ)層改造形成了工藝優(yōu)選及其相關(guān)工藝措施系列。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明：所實(shí)施水平井全部獲得成功，平均鉆井周期為57.8d，平均砂層鉆遇率達(dá)80.4％，平均無(wú)阻流量為55.6×10⁴m³／d，開(kāi)發(fā)效果良好。水平井高效開(kāi)發(fā)技術(shù)的日益成熟對(duì)同類型氣田的開(kāi)發(fā)具有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：鄂爾多斯盆地  蘇里格氣田  水平井  生產(chǎn)能力  選井  部署  快速鉆井  儲(chǔ)集層  改造  保護(hù)

High efficiency and productivity technology for horizontal wells in the Sulige Gas Field，Ordos Basin

Abstract：Field practices prove that it is difficult to realize the highly efficient development of the Sulige Gas Field，Ordos Basin，by use of conventional technologies．In view of this，through overcoming many bottlenecking problems in achieving the high efficiency development of such low permeability gas reservoirs by horizontal wells in those pilot test areas，we made great breakthrough in accurate gas reservoir description and such key technologies as drilling and reservoir reconstruction．Moreover，the supporting technologies were established with the core of optimization and allocation of horizontal well sites，geo-steering，rapid drillin9，reservoir protection and reconstruction．In particular，three series of mature technologies were gradually developed including five modes of favorable sand bodies and four allocation principles and three allocation means；nine key technologies were formulated for the geo-steering and target-touching of horizontal wells；a complete set of optimal design techniques was established for rapid drilling including pretarget distance，well profile，bit selection，drilling tools combination，and drilling parameters；the reservoir pr。teetion technology was formed during drilling and gas testin9；and process optimizatkm and relevant process measures series were developed during the reservoir stimulation．After the above technologies were successfully applied in the horizontal wells in the studv areas．the average drilling period was shortened to 57.8 days，the average sand body encountering rate was up to 80.4％，and the average open flow was increased to 556，000m³／d．This study is of great significance to the development of horizontal wells in similar gas fields．

Key words：Ordos Basin，Sulige Gas Field，horizontal well，productivity，well selection，allocation，rapid drilling，reservoir，reservoir stimulation，reservoir protection

鄂爾多斯盆地蘇里格氣田雖然地質(zhì)條件異常復(fù)雜^[1]，但隨著水平井開(kāi)發(fā)進(jìn)程的持續(xù)推進(jìn)，其水平井產(chǎn)量所占比例得到進(jìn)一步增加^[2-3]。因此，不斷總結(jié)和完善水平井開(kāi)發(fā)配套技術(shù)具有重要的意義。

1　水平井選井及部署技術(shù)

1．1　選井技術(shù)

首先，通過(guò)地震反演技術(shù)，預(yù)測(cè)建產(chǎn)區(qū)目標(biāo)層儲(chǔ)層含氣特征、儲(chǔ)層展布趨勢(shì)以及含氣富集區(qū)展布范圍；其次，采用層序地層學(xué)法、沉積學(xué)法精細(xì)刻畫二疊系石盒子組8段、山西組1段地貌形態(tài)，劃分三級(jí)地貌單元，將儲(chǔ)層發(fā)育較好的心灘、點(diǎn)砂壩作為有利水平井部署區(qū)域；再次，結(jié)合鉆井、測(cè)井資料，精細(xì)標(biāo)定地震剖面，分析地震界面時(shí)間值與鉆井深度的關(guān)系，利用地震資料追蹤井間標(biāo)志層起伏形態(tài)，采取“地震全區(qū)刻畫，地質(zhì)重點(diǎn)精描”的研究思路，精細(xì)描述小幅度構(gòu)造；最后，根據(jù)水平井周邊區(qū)域儲(chǔ)層特征，地震與地質(zhì)結(jié)合，有針對(duì)性地開(kāi)展儲(chǔ)層精細(xì)描述，細(xì)化儲(chǔ)層展布方位。通過(guò)多種方法和手段，保證了水平井選井質(zhì)量，鉆井成功率大幅度提高。

1．2　布井技術(shù)

以優(yōu)選部署區(qū)域?yàn)榛A(chǔ)，采用“優(yōu)中選優(yōu)”的思路進(jìn)行布井。首先，利用骨架井精細(xì)刻畫小層儲(chǔ)層展布特征，落實(shí)河道展布方向，為水平井設(shè)計(jì)提供依據(jù)，即從已知井出發(fā)，提供水平井實(shí)施井場(chǎng)，從已知完鉆井向骨架井“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”的方式布井；其次，在部署水平井時(shí)，要考慮到水平段在同一小層進(jìn)行追蹤時(shí)，若發(fā)生巖性相變或尖滅，或側(cè)向穿出河道，要盡可能有替補(bǔ)層位接替，以保證氣層鉆遇率；再次，要考慮水平段方向是否與有效砂體展布方向一致，水平段與有效砂體展布方向一致可提高氣層鉆遇率，同時(shí)還要考慮有效砂體展布方向與最大主應(yīng)力方向之間的關(guān)系，垂直于最大主應(yīng)力方向壓裂可形成多條有效橫向裂縫，可保證水平井改造效果，因此，蘇里格氣田水平井水平段方位多采用近南北向；最后，水平段長(zhǎng)度要適宜，區(qū)域數(shù)值模擬結(jié)果表明，當(dāng)水平段達(dá)到一定長(zhǎng)度后，產(chǎn)能增加幅度出現(xiàn)逐步減緩趨勢(shì)，因此，水平段合理長(zhǎng)度應(yīng)考慮當(dāng)前綜合開(kāi)發(fā)效益指標(biāo)。

1．3　目標(biāo)層優(yōu)選技術(shù)

通過(guò)儲(chǔ)層精細(xì)描述，水平井部署區(qū)域地質(zhì)情況基本清楚，最終確定水平井目標(biāo)層。從蘇里格氣田沉積地質(zhì)特征來(lái)看，目前水平井部署主要有5種有利砂體模式：①心灘孤立型(圖1-a)；②物性?shī)A層心灘疊置型(圖1-b)；③泥質(zhì)隔層心灘疊置型(圖1-c)；④橫向串糖葫蘆型(圖1 d)；⑤心灘側(cè)向切割連通型(圖]-e)。根據(jù)部署區(qū)域砂體或疊置砂體類型情況，優(yōu)選出一種砂體模式或砂體模式組合作為水平井目標(biāo)層。

 

1．4　部署方式

1．4．1水平井整體部署

在儲(chǔ)層發(fā)育相對(duì)集中、單層厚度大、含氣性好的有利富集區(qū)，統(tǒng)籌考慮優(yōu)化骨架井部署方式，詳細(xì)落實(shí)儲(chǔ)層展布特征，在部署區(qū)域地質(zhì)認(rèn)識(shí)基本清楚的情況下，采取整體部署的方式部署水平井。

1．4．2水平井加密部署

立足現(xiàn)有完鉆井，細(xì)化小層對(duì)比，精細(xì)描述未動(dòng)用儲(chǔ)量區(qū)域儲(chǔ)層展布特征，結(jié)合已有井網(wǎng)布局和已投產(chǎn)氣井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)特征，在目前生產(chǎn)井之間加密部署水平井。

1．4．3水平井隨鉆部署

水平井部署前一般利用骨架井對(duì)部署區(qū)域儲(chǔ)層條件進(jìn)行先期評(píng)價(jià)，同時(shí)結(jié)合已有地震、地質(zhì)認(rèn)識(shí)成果，當(dāng)骨架井評(píng)價(jià)結(jié)果滿足水平井部署要求時(shí)，可隨鉆動(dòng)態(tài)部署水平井。

2　水平井入靶及地質(zhì)導(dǎo)向

由于蘇里格氣田儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，水平井目標(biāo)層橫向變化大，為確保水平井準(zhǔn)確入靶，鉆進(jìn)中通常采用以下關(guān)鍵技術(shù)^[4]。

1)根據(jù)地層特點(diǎn)，斜井段以巖性對(duì)比為主確定3處靶點(diǎn)調(diào)整時(shí)機(jī)：①石乇峰組底界，一般為灰綠、紫褐色粉砂巖或黃綠色粗砂巖，此時(shí)初步預(yù)判入靶深度；②盒4段砂巖底界，底部發(fā)育一套穩(wěn)定的砂巖，其上下多為大段泥巖，此時(shí)做好靶點(diǎn)調(diào)整的準(zhǔn)備工作；③目標(biāo)層，結(jié)合巖性組合及鉆時(shí)、巖屑、氣測(cè)等特征，大致判斷鉆頭所處地層層位和位置，為入靶做最后的微調(diào)。

2)點(diǎn)面結(jié)合、小幅度構(gòu)造3次描述。根據(jù)參照井、斜井段鉆井資料，細(xì)化小幅度構(gòu)造形態(tài)刻畫，并重新修正地質(zhì)模型和靶點(diǎn)位置，提高預(yù)測(cè)精度。其中第一次描述在井位部署階段，第二次描述還在入靶階段，第三次描述在水平段導(dǎo)向階段。

3)在目標(biāo)層頂?shù)撞吭O(shè)置警戒線，確保準(zhǔn)確入靶并進(jìn)入靶體預(yù)定位置。在目標(biāo)砂體頂?shù)捉缭O(shè)置警戒線，現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)導(dǎo)向嚴(yán)密監(jiān)控，在入靶前做最后一次調(diào)整，防止鉆穿目標(biāo)層。

4)提前預(yù)判，掌握主動(dòng)，采取約84°井斜角穩(wěn)斜探頂。施工經(jīng)驗(yàn)表明，井底位置在目標(biāo)層頂部時(shí)井斜應(yīng)控制在84°左右，即便以該井斜鉆遇目標(biāo)層，當(dāng)增斜至90°入靶，入靶深度也僅4m左右；如果預(yù)測(cè)目標(biāo)層厚度增大，要求入靶深度較深，探砂頂井斜角可以低于84°穩(wěn)斜鉆講。

5)以“氣層中部入靶”為主、“氣層中下部入靶”為輔的入靶方式，可加深靶體地質(zhì)認(rèn)識(shí)。其優(yōu)點(diǎn)：①防止因水平段井眼軌跡控制不當(dāng)、目標(biāo)層認(rèn)識(shí)不清，導(dǎo)致鉆頭頻繁穿出目標(biāo)層；②有效避免因砂體頂部凹凸不平而頻繁鉆遇泥質(zhì)巖，降低地質(zhì)導(dǎo)向判斷難度；③為水平段地質(zhì)導(dǎo)向提供認(rèn)識(shí)依據(jù)。

6)巖性追蹤為主，構(gòu)造追蹤為輔。為防止因不同海拔高度交錯(cuò)單砂體所形成的“假構(gòu)造’’而過(guò)早穿出目標(biāo)層，水平段施工前要先制定正確的地質(zhì)導(dǎo)向思路，采取以“巖性追蹤為主，構(gòu)造追蹤為輔”的地質(zhì)導(dǎo)向思路，可有效提高砂層鉆遇率。

7)通過(guò)特殊巖性重復(fù)出現(xiàn)特征判斷靶體頂?shù)孜恢?。在水平井?shí)施過(guò)程中，由于儲(chǔ)層巖性變化需要不斷調(diào)整井眼軌跡，常常遇見(jiàn)特殊巖性重復(fù)出現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)可根據(jù)砂層頂?shù)撞刻厥鈳r性特征判斷井底所處位置，為水平井及時(shí)調(diào)整提供參考。

8)以±2°井斜范圍保證井眼軌跡平滑，以±5°井斜范圍保證儲(chǔ)層最大鉆遇率。如以水平段整體趨勢(shì)90°為基準(zhǔn)，井斜正負(fù)偏差越大鉆具摩阻越大，水平段施工將越來(lái)越困難。施工經(jīng)驗(yàn)表明，水平段井斜一般30m水平段控制在±2°范圍內(nèi)較為合理。當(dāng)巖性發(fā)生相變時(shí)，可按±5°偏差的大井斜探明地質(zhì)情況，如果井況條件滿足施工要求，可以重新進(jìn)入砂層繼續(xù)水平段鉆講。

9)結(jié)合隨鉆地質(zhì)信息及室內(nèi)研究成果，利用靶點(diǎn)調(diào)整方法適時(shí)調(diào)整地質(zhì)模型。目前主要采用3種靶點(diǎn)調(diào)整方法：①隨鉆地質(zhì)模型法，根據(jù)隨鉆資料修正地質(zhì)模型，制定鉆進(jìn)方案；②巖性邊界控制法，依據(jù)小層邊界巖性判斷鉆頭空間位置，預(yù)測(cè)地層傾角變化；③綜合

3　快速鉆井

3．1　優(yōu)化靶前距

合理的靶前距可有效提高復(fù)合鉆井段比例，最大限度增加PDC鉆頭的使用井段，有助于提高機(jī)械鉆速；另外，合理的靶前距還可帶來(lái)最佳的造斜率，降低鉆具摩阻，有利于提高鉆井速度?？偨Y(jié)水平井施工經(jīng)驗(yàn)，推薦合理靶前距：水平段長(zhǎng)度小于l000m，靶前距350～400m；水平段長(zhǎng)度l000～1500m，靶前距400～450m；水平段長(zhǎng)度大于l500m，靶前距450～500 m(表1)。

 

3．2　井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化

為了進(jìn)一步提高施工效率，降低開(kāi)發(fā)成本，結(jié)合多種改造工藝技術(shù)的適應(yīng)性優(yōu)化應(yīng)用，實(shí)施中對(duì)井身結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化(圖2)。其優(yōu)點(diǎn)：①縮小了井眼尺寸，提高了機(jī)械鉆速；②減少了套管層次，降低了鉆井成本。

 

3．3　鉆頭選型優(yōu)化

在保證施工質(zhì)量和安全的前提下，為了加快鉆井速度，優(yōu)化了鉆頭選型。主要采用以下兩種優(yōu)化模式：①斜井段采用“1+1”模式；②水平段采用“N+1”模式。“1+1”模式指一個(gè)牙輪鉆頭加一個(gè)PDC鉆頭，“N+1”模式指多個(gè)PDC鉆頭加一個(gè)牙輪鉆頭。牙輪鉆頭作為備用，當(dāng)發(fā)生巖性相變等特殊情況時(shí)，用于快速調(diào)整井斜川(表2)。

 

3．4　鉆具組合及鉆井參數(shù)優(yōu)化

3．4．1水平段鉆具

一般選用穩(wěn)斜效果較好的Æl52.4mmPDC鉆頭+Æ120mm×1°單彎螺桿+Æ148mm扶正器+120mm無(wú)磁鉆挺Æ101.6mm加重鉆桿+Æ101.6mm鉆桿+Æ101.6mm加重鉆桿+Æ101.6mm鉆桿的鉆具組合，這種組合很大程度上減少了滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)間，增加了復(fù)合鉆井段比例，有利于縮短鉆井周期。

3．4．2鉆井參數(shù)

鉆進(jìn)中泵壓要求控制在20～25MPa之間，充分發(fā)揮鉆頭水眼的水力噴射和切削作用；泵排量控制在20L／s左右，以提高井底攜砂效果，可避免鉆頭反復(fù)研磨鉆屑而影響機(jī)械鉆速。

4　儲(chǔ)層保護(hù)

對(duì)于蘇里格氣田低滲透儲(chǔ)層而占，因地層傷害所導(dǎo)致的產(chǎn)能下降，會(huì)使水平井產(chǎn)能受到嚴(yán)重影響。水平井因施工周期長(zhǎng)，較直井存在更大的井底污染。施工中采用有效方法進(jìn)行儲(chǔ)層保護(hù)是水平井獲取高產(chǎn)能的關(guān)鍵。儲(chǔ)層傷害評(píng)價(jià)表明^[5]：蘇里格氣田儲(chǔ)層水敏及水鎖現(xiàn)象較為嚴(yán)重，故在水平井鉆井和試氣過(guò)程中主要采用以下兩種低傷害清潔液進(jìn)行儲(chǔ)層保護(hù)。

4．1　鉆井儲(chǔ)層保護(hù)

鉆井采用黏土低傷害暫堵鉆井液體系。該體系具有穩(wěn)定性好、失水低、潤(rùn)滑防卡性能優(yōu)良、可生物降解等特點(diǎn)，能夠適應(yīng)水平段泥巖鉆進(jìn)，滿足長(zhǎng)水平段裸眼完井，同時(shí)對(duì)氣層暫堵好，對(duì)氣層傷害低，是一種新型高效的鉆完井液體系^[6]。

4．2　試氣儲(chǔ)層保護(hù)

試氣采用陰離子表面活性劑壓裂液^[7]。陰離子表面活性劑具有優(yōu)良的耐溫和水溶性，分子結(jié)構(gòu)小、表面張力低、對(duì)儲(chǔ)層傷害小，最高耐溫高達(dá)ll5℃。在蘇東57-09H2井、蘇東67-07H2井對(duì)陔壓裂液體系進(jìn)行試驗(yàn)，返排效果好，試氣求產(chǎn)無(wú)阻流量分別達(dá)到68.1×10⁴m³／d、27.0×10⁴m³／d。

5　儲(chǔ)層改造工藝

5．1　改造工藝優(yōu)選

蘇里格氣田水平井儲(chǔ)層改造基本采用3種改造工藝^[8](表3)：裸眼封隔器壓裂工藝、水力噴射壓裂工藝和封隔器遇油膨脹壓裂工藝。施工中主要針對(duì)不同儲(chǔ)層和井況條件優(yōu)選改造工藝。以該氣田中部蘇6-18-20H1、蘇6-18-20H2叢式水平井組為例，因該井組的2口井儲(chǔ)層和井況條件存在較大差異，分別選用了裸眼封隔器壓裂工藝和水力噴射壓裂工藝，試氣求產(chǎn)無(wú)阻流量分別達(dá)到51.3×10⁴m³／d、52.4×10⁴m³／d。

 

5．2　連續(xù)混配工藝

該工藝采取配液與壓裂施工同步進(jìn)行，消除了基液浪費(fèi)，減少了環(huán)境污染，提高了壓裂液返排時(shí)效性，縮短了施工時(shí)間，在水平井壓裂施工中應(yīng)用成功率達(dá)到了l00％。

5．3　前置液段塞工藝

施工經(jīng)驗(yàn)表明，選擇20～40目中密度陶粒作為段塞，對(duì)壓裂縫進(jìn)行打磨，有效解決了后續(xù)填砂因裂縫面不規(guī)整造成施工壓力高的問(wèn)題。

5．4　水平段與斜井段儲(chǔ)層同時(shí)動(dòng)用工藝

為實(shí)現(xiàn)多段儲(chǔ)層同時(shí)開(kāi)發(fā)，使用水平段裸眼封隔器+斜井段傳輸射孔組合工具進(jìn)行多段儲(chǔ)層壓裂改造，既提高了儲(chǔ)量動(dòng)用程度，又提高了單井產(chǎn)量。以蘇里格氣田東區(qū)蘇東57-09H1井為例(表4)，水平段有效儲(chǔ)層長(zhǎng)度僅97m，通過(guò)縱向斜井段與水平段儲(chǔ)層多段同時(shí)改造，試氣獲得無(wú)阻流量36.4×10⁴m³／d，取得了顯著效果。

 

蘇里格氣田通過(guò)多年的水平井開(kāi)發(fā)，水平井開(kāi)發(fā)配套技術(shù)已基本成熟，水平井實(shí)施效果逐年提高，施工出現(xiàn)復(fù)雜情況頻次明顯減少，多項(xiàng)開(kāi)發(fā)、技術(shù)指標(biāo)被刷新：①水平井施工全獲成功，目前叢式水平井比例占水平井總井?dāng)?shù)50％左右；②完鉆水平井平均砂層鉆遇率從初期的不到30％上升到目前超過(guò)80％，平均有效儲(chǔ)層鉆遇率從初期的不到20％提高到目前的60％左右，并相繼出現(xiàn)砂層鉆遇率、有效儲(chǔ)層鉆遇率均為l00％水平井；③水平井平均鉆井周期從初期的240d左右降低到目前的58d，其中最短鉆井周期24d(水平段長(zhǎng)1150m)，水平井施工單隊(duì)實(shí)現(xiàn)7開(kāi)6完；④水平井提產(chǎn)效果顯著，目前平均無(wú)阻流量達(dá)到47.9×10⁴m³／d，最高無(wú)阻流量為127.5×10⁴m³／d。

6　結(jié)論

1)形成了水平井選井、部署配套技術(shù)、5種選井有利砂體模式、4項(xiàng)部署原則、3種部署方式等，這為水平井井位優(yōu)選和部署奠定了基礎(chǔ)。

2)蘇里格氣田水平井入靶及地質(zhì)導(dǎo)向9項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用保障了所實(shí)施水平井全獲成功，開(kāi)發(fā)效果持續(xù)保持良好。

3)通過(guò)對(duì)靶前距、鉆頭選型、井身結(jié)構(gòu)、鉆具組合、鉆井參數(shù)等優(yōu)化，水平井鉆井速度明顯加快，鉆井周期明顯縮短。

4)黏土低傷害暫堵鉆井液體系、陰離子表面活性劑壓裂液的推廣應(yīng)用，有效保護(hù)了儲(chǔ)層。

5)裸眼封隔器壓裂工藝、水力噴射壓裂工藝和封隔器遇油膨脹壓裂工藝的優(yōu)化應(yīng)用，保證了不同儲(chǔ)層和井況條件水平井改造效果。

6)連續(xù)混配、前置液段塞、水平段與斜井段儲(chǔ)層多層動(dòng)用等新工藝的試驗(yàn)與應(yīng)用，縮短了水平井施工時(shí)間，提高了施工效率和儲(chǔ)層改造效果。

 

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本文作者：楊志倫  趙偉蘭  陳啟文  董瑜  張春

作者單位：中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司第四采氣廠