原標(biāo)題：松遼盆地實(shí)現(xiàn)陸相泥頁巖地層長水平井精確鉆探

來源于《中國地質(zhì)調(diào)查成果快訊》

摘要：針對長水平段管柱摩阻大、陸相泥頁巖地層井壁失穩(wěn)嚴(yán)重、裂縫發(fā)育段易坍塌、薄目標(biāo)靶層井軌跡控制困難等技術(shù)難點(diǎn)，以地質(zhì)-工程一體化理念為指導(dǎo)，通過優(yōu)化井身軌跡及鉆具組合，采用防塌、防漏鉆井液體系，應(yīng)用地質(zhì)-地球物理精確導(dǎo)向技術(shù)，創(chuàng)新形成了陸相頁巖油鉆井配套技術(shù)。吉頁油1HF井在陸相泥頁巖地層中水平鉆進(jìn)1252m，1.94m目標(biāo)靶層鉆遇率100%，實(shí)現(xiàn)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(xiàng)目概況

松遼盆地青山口組優(yōu)質(zhì)烴源巖分布廣、厚度大，有機(jī)質(zhì)豐度高、熱演化程度適中、生烴強(qiáng)度大，源內(nèi)地層超壓普遍發(fā)育，頁巖油資源潛力巨大。中國地質(zhì)調(diào)查局高度重視松遼盆地頁巖油調(diào)查研究工作，積極響應(yīng)國家“振興東北老工業(yè)基地”號召，部署實(shí)施松遼盆地頁巖油科技攻堅(jiān)戰(zhàn)。2017—2018年，在松遼盆地南部開展“大興安嶺西緣中生界油氣戰(zhàn)略選區(qū)”項(xiàng)目，由自然資源部中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心承擔(dān)。部署實(shí)施吉頁油1HF井頁巖油水平井，探索攻關(guān)松遼盆地南部長嶺凹陷大情字地區(qū)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(dǎo)眼井施工，2018年優(yōu)選青一段“地質(zhì)+工程”雙甜點(diǎn)層實(shí)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(fā)育、非均質(zhì)性強(qiáng)、目標(biāo)靶層薄等技術(shù)難題，創(chuàng)新形成系列陸相頁巖油鉆井配套技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)頁巖油長水平井精確高效鉆進(jìn)，水平段獲得良好頁巖油顯示。

2.成果簡介

（1）優(yōu)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(shè)計井深3963m，設(shè)計水平段長度1200m，為了探索青一段整體頁巖油資源潛力，設(shè)計了階梯式的水平井軌跡。水平井井眼軌跡復(fù)雜，水平段長度大、落差大，導(dǎo)致滑動鉆進(jìn)過程中鉆具摩阻和扭矩增大，施工難度、周期和風(fēng)險也大大增加。為解決這一難題，采用計算機(jī)數(shù)值分析模擬技術(shù)對井眼軌跡和鉆具組合進(jìn)行優(yōu)化、優(yōu)選。①為實(shí)現(xiàn)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(diǎn)深度、不同靶前位移、不同造斜率、不同剖面類型等參數(shù)對井眼軌跡圓滑度、鉆具摩阻和扭矩的影響，優(yōu)選出造斜點(diǎn)井深2016m，靶前位移490m，最大造斜率4.5°/30m為最優(yōu)軌跡參數(shù)， 設(shè)計了“直—增—穩(wěn)—增—平—降—穩(wěn)”的井眼軌跡及三開井身結(jié)構(gòu)（圖1）。②為實(shí)現(xiàn)高鉆速、高精度、高造斜率的鉆探目的，對鉆具組合進(jìn)行了優(yōu)化。選用5刀翼16mm雙排齒P D C 鉆頭可顯著提高機(jī)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(yōu)選“近鉆頭方位GR導(dǎo)向儀器+單彎螺桿+變徑穩(wěn)定器”鉆具組合進(jìn)行導(dǎo)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(shù)應(yīng)用，水平井鉆井過程中，鉆具摩阻較小，起下鉆順利，未出現(xiàn)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。

 

圖1 吉頁油1HF井井身結(jié)構(gòu)及井身軌跡示意圖

 

圖2 5刀翼16mm雙排齒PDC鉆頭示意圖

圖3 近鉆頭方位伽馬導(dǎo)向鉆具組合示意圖

（2）采用防塌、防漏鉆井液體系優(yōu)化技術(shù)，保證裂縫泥巖地層井壁穩(wěn)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(dá)40%，易水化、易膨脹、易分散，并且青一段上部地層裂縫比較發(fā)育，易掉塊、易坍塌，給水平井鉆探施工帶來較大的風(fēng)險。根據(jù)水平段地層特點(diǎn)及鉆井技術(shù)難點(diǎn)，采用鉆井液配方及性能優(yōu)化技術(shù)，配制具有強(qiáng)抑制、強(qiáng)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(shí)驗(yàn)、鉆屑回收率實(shí)驗(yàn)及封堵效果評價實(shí)驗(yàn)，對水平井各開次的鉆井液配方進(jìn)行優(yōu)選。二開選用強(qiáng)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(yàn)表明，KCL聚胺鉆井液鉆屑滾動后回收率可達(dá)99.1%，油基鉆井液鉆屑滾動后回收率可達(dá)99.8%（表1）。②根據(jù)偶極子聲波、地層巖石力學(xué)、地層壓力等參數(shù)，建立了基于流變模型的地應(yīng)力剖面，預(yù)測水平井周向應(yīng)力分布及對應(yīng)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(shù)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(shù)應(yīng)用，水平井鉆井過程中未出現(xiàn)井壁垮塌、鉆井液漏失等工程事故，施工周期內(nèi)井壁穩(wěn)定性好。

表1 吉頁油1井鉆井液配方及鉆屑回收率試驗(yàn)結(jié)果對比

（3）應(yīng)用地質(zhì)-地球物理一體化精確導(dǎo)向技術(shù)，精確控制井眼軌跡。水平井井眼軌跡精確控制技術(shù)是水平井鉆探的核心技術(shù)，吉頁油1HF井目標(biāo)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(biāo)靶層鉆遇率，應(yīng)用地層精細(xì)對比技術(shù)、三維地震構(gòu)造精細(xì)解釋技術(shù)、地層傾角預(yù)測技術(shù)、斯倫貝謝近鉆頭伽馬導(dǎo)向技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了著陸點(diǎn)的精確預(yù)測和薄目標(biāo)靶層的精確控制。①前期綜合利用工區(qū)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(jìn)行精細(xì)描述和刻畫，建立高精度層序地層格架。②利用三維地震構(gòu)造精細(xì)解釋技術(shù)，預(yù)測目標(biāo)層地層傾角變化及微構(gòu)造起伏形態(tài)，構(gòu)建三維地質(zhì)模型，精細(xì)表征目標(biāo)層空間分布規(guī)律及水平井井眼軌跡展布形態(tài)。③水平井著陸前，選取鄰井巖性、電性特征突出的標(biāo)志層作為對比層，鉆進(jìn)過程中，使用隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向數(shù)據(jù)與鄰井標(biāo)志層做精細(xì)對比，逐層對比分析，直至成功入靶。④根據(jù)巖電特征差異，將1.94m厚目標(biāo)靶層自上而下細(xì)分為3個小層，精細(xì)刻畫各小層巖性、伽馬、氣測等特征的差異，明確導(dǎo)向追蹤依據(jù)。⑤采用了斯倫貝謝近鉆頭方位伽馬導(dǎo)向技術(shù)，結(jié)合巖性錄井、氣測錄井及伽馬成像技術(shù)，依據(jù)上、下伽馬曲線形態(tài)及交互關(guān)系變化，氣測曲線變化，地層傾角變化，伽馬成像形態(tài)變化，明確鉆頭鉆遇巖性特征，判斷鉆頭在目標(biāo)靶層中所處的位置，實(shí)時調(diào)整定向方案（圖4）。該技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)水平段沿1.94m薄目標(biāo)靶層穿行率100%。

圖4 吉頁油1井水平段多技術(shù)綜合精確導(dǎo)向圖

3.成果意義

吉頁油1HF井是松遼盆地頁巖油科技攻堅(jiān)戰(zhàn)重點(diǎn)井，對松遼盆地陸相頁巖油勘探具有重要引領(lǐng)意義。通過創(chuàng)新應(yīng)用陸相頁巖油鉆井配套系列技術(shù)，吉頁油1HF井實(shí)現(xiàn)水平段長度1252m的超長鉆探目標(biāo)，實(shí)鉆軌跡與設(shè)計軌跡高度吻合，1.94m目標(biāo)靶層鉆遇率100%，目的層井徑擴(kuò)大率小于6%，井身質(zhì)量優(yōu)質(zhì)，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(chǔ)，有望實(shí)現(xiàn)松遼盆地頁巖油重大突破。該水平井鉆探工程的成功實(shí)施，為我國陸相頁巖油長水平井鉆探提供了系列創(chuàng)新技術(shù)，積累了寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，具有重要的創(chuàng)新和借鑒意義。

（中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心 徐興友 劉衛(wèi)彬供稿）