苏北盆地页岩油井优快钻井技术

苏北盆地页岩油井优快钻井技术

彭嘉琦 华东石油工程有限公司江苏钻井公司 江苏扬州 225200

摘要：近年来页岩油的发展突飞猛进，各国逐渐视页岩油为新的能源保障加以重视，与其相关的钻井技术也随之快速发展并应用。本文针对苏北盆地页岩油井的施工进行分析，并对目前的优快钻井技术展开了探讨，为页岩油钻井技术的发展提供相关思路。

关键词：苏北盆地；页岩油井；地质工程一体化；优快技术；钻井

1前言

页岩油是指主要以游离态和吸附态赋存于富有机质页岩及碳酸盐岩、砂岩、粉砂岩薄夹层中的液态烃，夹层单层厚度不大于5m，累计厚度占页岩层系总厚度比例小于30%。页岩油为富有机质泥页岩生成但未能完全排出而滞留、或仅经过极短距离运移而就地聚集的产物，属于自生自储型油气类型。由于无自然产能或低于工业石油产量下限，需采取特殊工艺技术措施才能获得工业石油产量。

苏北盆地是在扬子地台古生界褶皱基底上发育起来的中、新生代盆地，面积3.28×104km2，具有“一隆两坳” 的构造特征。盆地主要含油凹陷自西向东分布为金湖凹陷、高邮凹陷、溱潼凹陷和海安凹陷，页岩油有利区面积2354km2，资源量15.69亿吨，主要分布在溱潼凹陷和高邮凹陷阜宁组二段，阜二段是今后一段时间苏北最主要的勘探开发层系。

2施工概况

近两年，江苏钻井公司在苏北盆地先后施工完成了花页1HF、花页3HF、花页1-1HF、花页5HF、花页4-1HF、花页4-2HF等6口页岩油水平井，其中花页1-1HF和花页4-1HF井为集团公司“示范井”工程。具体基础数据见表1。

表1 苏北页岩油井施工基础数据

从上表看出，花页1HF作为江苏油田苏北盆地第一口页岩油井，钻完井周期长，机械钻速低。后续施工的页岩油井，随着各项技术措施的改进，生产运行的协调，提速提效工作明显，两口页岩油“示范井”机械钻速超过17m/h，创造并刷新了江苏油田完钻井最深、Φ311井眼单日进尺最高、水平井5000米以上最短钻井周期等多项钻井记录。

3页岩油水平井施工难点分析

3.1地质原因

苏北盆地地层自上而下分布为东台组、盐城组、三垛组、戴南组、阜宁组和泰州组。钻井过程中面临的主要难点有以下三点：1、盐城组胶结非常疏松，介于成岩与未成岩之间，可钻性极强，地层薄弱承压能力低，易发生缩径和井漏。2、戴南组硬脆性泥页岩易吸水膨胀而产生剥落掉块、垮塌。3、阜宁组是苏北页岩油的目的层，阜宁组暗色硬脆性泥页岩易吸水膨胀而产生周期性剥落掉块、垮塌。4、地层裂缝发育，存在井漏风险，阜宁组存在多处断层，易造成井下风险。

3.2 井身结构简化，裸眼段较长

近年来由于甲方控制钻井成本，井身结构设计多次简化，每开次裸眼段长，发生井下复杂处理难度大幅度增加，往往存在钻井液密度窗口窄，溢、漏同层的情况发生。苏北盆地页岩油井从第一口花页1HF井下技术套管至3777.93m，封固至水平段前。简化为花页1-1HF井下技术套管至2498.2m，封固至戴二段。到最近完成的花页4-1HF井下技术套管至1749.58m，封固至三垛组中部。

3.3 水平段长，井眼轨迹控制困难

苏北页岩油水平井水平段长，多次刷新江苏油田区块水平段最长记录，花页1HF水平段1393m；花页3HF水平段1901m；花页1-1HF水平段2039m；花页5HF水平段1638m；花页4-1HF水平段1599m；花页4-2HF水平段1978m。长水平段施工面临如下困难，井眼轨迹困难，在定向钻进过程中摩阻大，托压现象频繁发生。

4 优快钻井技术

4.1 优选钻头、螺杆，进行分段提速

苏北页岩油水平井目前基本采取导管+二开制井身结构，以“示范井”花页4-1HF为例，一开Φ311.1mm直井段采用锋Ⅱ代KS1652FGRY高性能PDC钻头+江钻等壁厚1°大扭矩螺杆+MWD预弯曲防斜打直组合。在钻进过程中，一趟钻钻至一开中完井深1750m，机械钻速48.74m/h，较花页1-1HF井提高61.02%，一开实际周期2.58天，较设计节约1.72天，并刷新了江苏油田Φ311.1mm井眼机械钻速最高记录。

二开Φ215.9mm水平段优选高效PDC钻头+达坦1.5

°无扶振荡螺杆（振动力5000-15000N，工作频率11-24HZ）+高温 FEWD 随钻测井仪器组合进行钻进，两趟钻完成水平段的钻进。本井二开Φ215.9mm平均机械钻速为14.83m/h，较花页1-1HF提高12.52%。

4.2 激进参数钻井技术

俗话说工欲善其事必先利其器，先进的钻井设备为采用激进钻井参数提供了设备保障。承担花页4-1HF井施工的队伍为70872HD钻井队，井队配置70DB全电动交流变频钻机、52Mpa F-1600HL高压泵、500T顶驱等设备，钻进过程中采用Φ139.7mm+Φ127mm混合钻杆提高水力参数，实现激进参数钻进，有效提高水力破岩和机械破岩效率，提高机械钻速。

4.3 井身轨迹控制技术

本井施工在Φ311.1mm井眼采用防斜打直钻具组合，配合MWD监控轨迹，取得良好的井斜参数，在一开井段最大井斜为1.9°，最大水平位移25.56m，均小于设计要求。本井二开水平段在阜宁组中穿行，钻进过程中穿断层2次。其中断层F2断距109m，断层F3断距17m；穿F2断层由Ⅳ-4底部进Ⅴ-7底部，穿F3断层由Ⅴ-7顶部进Ⅴ-6顶部。在钻进过程中，提前与地质导向确定断层范围，通过地质导向数据库与现场轨迹推算，预推断层范围。优化钻具组合，选用210mm螺杆扶正器替代原定212mm扶正器，水平段复合钻进期间井斜不增不降，减少滑动次数，稳斜过断层。

4.4 优化钻井液配方，提速降本

花页4-1HF井二开1750m开始使用白油基钻井液，总结先前施工的花页1-1HF井的施工经验，在保证安全的前提下，将钻井液的油水比从80:20降低至75:25，性能保持稳定，破乳电压仍保持在800V以上，HTHP维持在2ml,通过降低油水比减少了白油的使用量，实现了降本增效的效果。

4.5 新设备、新工艺辅助提速

花页4-1HF井在施工过程中，使用多项新设备、新工艺辅助提速。本井使用负压振动筛，有效减少岩屑含油率，岩屑含液率较常规振动筛平均降低达4.15%，同时降低了油基钻井液损耗、实现油基钻屑减量化，有效降低了白油及油基岩屑的处理费用。为减轻水平井钻井过程中的托压现象，使用钻柱扭摆系统，扭摆系统按一定的扭矩限定值和扭转角度对钻柱交替施加适当的正扭力或反扭力，使钻柱在周向适当幅度内来回扭摆，变静摩擦为动摩擦，大幅度降低滑动钻进摩阻，托压情况得到有效改善。

5 结论及建议

（1）随着页岩油的大规模开发，井工厂模式将会是发展趋势，全电动、自动化程度高的钻机，对页岩油井的施工至关重要。

（2）根据地层、井段的特性，优选高性能钻头、螺杆、水力振荡器等井下工具，配合激进钻井参数快速钻进，实现提速提效。

（3）开钻之前，联合钻井、录井、固井、测井、定向等多家施工单位制定切实有效的施工方案，提供技术支撑。

（4）深化工程地质一体化，持续完善甲乙方一体化运行机制，进一步强化页岩油生产组织衔接，超前谋划，提高生产时效。

参考文献

[1]邹才能,潘松圻,荆振华等.页岩油气革命及影响[J]石油学报.2020(01)