泌阳凹陷页岩油长水平段水平井钻井技术研究.pdf

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1、长江大学学报(自科版)2013年7月号石油中旬刊第1o卷第2o期JournalofYangtzeUniversity(NatSciEdit)Ju1．2013，Vo1．10No．20泌阳凹陷页岩油长水平段水平井钻井技术研究刘霞，刘魁威(中石化河南石油工程有限公司，河南南阳473132)程波(中石化河南油田分公司工程技术研究院，河南郑州450000)黄孝权(中海油服油田化学事业部塘沽基地，天津300452)[摘要]为开发泌阳凹陷丰富的陆相页岩油气资源，河南油田开展了页岩油长水平段水平井钻井研究和实践。针对泥页岩井壁垮塌、水平段长、摩阻扭矩大、

2、井眼轨迹控制难度大、管壁及井壁的油基界面难以清除等难点；通过采取井身结构优化、井身剖面优化，采用旋转导向、油基钻井液、弹韧性水泥浆、驱油型前置液等技术，顺利完成中国石化第一口陆相长水平段页岩油水平井泌页HF1井的钻井施工。[关键词]页岩油气；旋转导向；油基钻井液；弹韧性水泥浆；驱油型前置液；长水平段水平井[中圈分类号]TE256．1[文献标志码]A[文章编号]1673—1409(2013)20—0069—03河南油田陆相页岩油气资源丰富，预计泌阳凹陷深凹区页岩油气资源量11．01×10。t。泌阳凹陷深凹区页岩储层埋藏深，垂深2400~26

3、00m，水平井开发技术是当前页岩油气开发的主流技术，大多采用大位移水平井，水平段长达lO00m。1长水平段水平井钻井技术难点(1)定向造斜段黏土矿物含量高(30)，2061m处岩屑滚动回收率56，易造浆使钻井液性能不稳定、井壁易垮塌。随着井斜增加，坍塌压力增大，井壁稳定难度大。页岩储层脆性矿物含量高达73．47，易破碎掉块；黏土矿物(含量1O～2O／o／)中伊利石相对含量达8O以上，易水化膨胀，井壁易剥落，造成井径扩大。采用水基钻井液，水相易引起黏土矿物水化膨胀，导致井壁坍塌。(2)页岩水平段长达1500m，已钻井速度较慢(3．02m／h

4、)，采用常规螺杆钻进，摩阻扭矩较大(15t／(2kN·m))，轨迹控制难度大，机械钻速低，钻井周期长，井眼质量差。长水平段井壁浸泡时间越长，井下安全风险越大。要求钻井速度快，钻井周期短。(3)目的层为低孔低渗的页岩气储层，后期多级分段压裂对固井质量要求高，在满足生产井段水泥浆胶结质量良好的前提下，要求水泥石具有高强的抗冲击能力和柔韧性。三开水平段采用油基钻井液，管壁及井壁的油基界面成分对固井顶替效率、水泥石强度及二界面胶结强度影响大。2井身结构优化与井身剖面优化2．1井身结构优化根据地层特点、地层压力情况、后期多级分段压裂及目前钻井工艺技

5、术状况，依据有利于安全、优质、高效钻井设计原则，技术套管封隔大井眼泥页岩段易垮塌地层，为三开水平段提供稳定的上部井眼环境。井身结构采用三开井身结构[1]：一开采用444．5mm钻头，339．7ram表层套管下深300～400m，主要封固廖庄组上部成岩性差，胶结疏松地层，水泥返到地面；二开采用311．2mm钻头，244．5mm技术套管原则下至A靶点以上，一方面考虑到为地质导向调整着陆点，预留一定井段，另一方面为减少下一开次水平裸眼段施工难度，降低摩阻、扭矩，固井水泥返到地面；三开采用215．9ram钻头，下人j2『139．7ram的油层套管

6、，固井水泥返到地面，保证固井质量。[收稿日期]2013—03—13[基金项目]中国石油化工股份有限公司科技攻关项目(P12067)。[作者简介]刘霞(1981一)，女，硕士，工程师，现主要从事钻井液科研、设计与新技术推广方面的研究工作。石油中旬刊*油气田开发工程2013年7月2．2井身剖面优化陆相页岩水平井井身剖面设计除应满足地质设计要求外，还必须考虑所钻地层的地质条件及参数、下部钻具组合特性、测量仪器的下人、摩阻扭矩、完井管柱及后期多级分段压裂和采油工艺要求等因素的影响。目前常见的剖面类型有单弧剖面(“直一增一水平”)、双弧剖面(“直一

7、增一稳一增一水平”)、三弧剖面(“直一增一稳一增一稳一增一水平”)，由于双弧剖面突出特点是在2段增斜段之间设计了一段较短的稳斜调整段，以调整由于工具造斜率的误差，又满足采油挂泵要求，摩阻扭矩相对三弧剖面小。泌页HF1井采用直一增一稳一增一平的双弧剖面，剖面数据如表1所示。表1泌页HF1井井身剖面设计数据2O0O．ooo．o0O．OO2OOO．0OO．OOO．OO2O55．OOo．ooO．O02055．O0O．0Oo．oo2288．3335．OO18O．OO2274．O969．08o．oo2315．6935．o018O．002296．5o—

8、—84．77O．00266O．3191．2918O．OO2446．OO—380．0Oo．oo2672．O192．0718O．O02445．66一391．70o．oo366O．9592．O718