原標題：松遼盆地實現陸相泥頁岩地層長水平井精確鑽探
摘要：針對長水平段管柱摩阻大、陸相泥頁岩地層井壁失穩嚴重、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鑽具組合，採用防塌、防漏鑽井液體系，應用地質-地球物理精確導向技術，創新形成了陸相頁岩油鑽井配套技術。吉頁油1HF井在陸相泥頁岩地層中水平鑽進1252m，1.94m目標靶層鑽遇率100%，實現了陸相泥頁岩地層長水平段鑽探突破，對我國陸相頁岩油水平井鑽探具有借鑑意義。
1.項目概況
松遼盆地青山口組優質烴源巖分佈廣、厚度大，有機質丰度高、熱演化程度適中、生烴強度大，源內地層超壓普遍發育，頁岩油資源潛力巨大。中國地質調查局高度重視松遼盆地頁岩油調查研究工作，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岩油科技攻堅戰。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井頁岩油水平井，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岩油資源潛力。吉頁油1HF井於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鑽探，克服水平段長度大、陸相泥頁岩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岩油鑽井配套技術，成功實現頁岩油長水平井精確高效鑽進，水平段獲得良好頁岩油顯示。
2.成果簡介
（1）優化水平井井身軌跡及鑽具組合，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岩油資源潛力，設計了階梯式的水平井軌跡。水平井井眼軌跡複雜，水平段長度大、落差大，導致滑動鑽進過程中鑽具摩阻和扭矩增大，施工難度、週期和風險也大大增加。為解決這一難題，採用計算機數值分析模擬技術對井眼軌跡和鑽具組合進行優化、優選。①為實現鑽具摩阻和扭矩的最小化，採用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、鑽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為實現高鑽速、高精度、高造斜率的鑽探目的，對鑽具組合進行了優化。選用5刀翼16mm雙排齒P D C 鑽頭可顯著提高機械鑽速（圖2）；使用斜坡鑽桿，減少鑽具與井壁的接觸面積，降低摩擦阻力；採用加重鑽桿代替鑽鋌，減小鑽具直徑，降低摩阻；優選“近鑽頭方位GR導向儀器+單彎螺桿+變徑穩定器”鑽具組合進行導向和定向（圖3），精確控制井眼軌跡；採用水力振盪器降低鑽具摩阻，有效傳遞鑽壓，提高水平段延伸能力。通過該技術應用，水平井鑽井過程中，鑽具摩阻較小，起下鑽順利，未出現卡鑽、託壓、鑽具扭曲變形等事故，水平段長度延伸至1252m，水平段施工週期縮短至32天。
圖1 吉頁油1HF井井身結構及井身軌跡示意圖
圖2 5刀翼16mm雙排齒PDC鑽頭示意圖
圖3 近鑽頭方位伽馬導向鑽具組合示意圖
（2）採用防塌、防漏鑽井液體系優化技術，保證裂縫泥岩地層井壁穩定。吉頁油1HF井目的層青一段巖性主要為暗色泥岩，黏土礦物含量高，可達40%，易水化、易膨脹、易分散，並且青一段上部地層裂縫比較發育，易掉塊、易坍塌，給水平井鑽探施工帶來較大的風險。根據水平段地層特點及鑽井技術難點，採用鑽井液配方及性能優化技術，配製具有強抑制、強封堵，高潤滑性和造壁性的鑽井液配方。①通過線性膨脹率實驗、鑽屑回收率實驗及封堵效果評價實驗，對水平井各開次的鑽井液配方進行優選。二開選用強抑制KCL聚胺鑽井液鑽井液體系，三開採用油基鑽井液體系，岩屑回收率試驗表明，KCL聚胺鑽井液鑽屑滾動後回收率可達99.1%，油基鑽井液鑽屑滾動後回收率可達99.8%（表1）。②根據偶極子聲波、地層岩石力學、地層壓力等參數，建立了基於流變模型的地應力剖面，預測水平井周嚮應力分佈及對應的泥漿密度，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，失水小於1mL，泥餅厚度小於0.5mm，pH值8～11，含砂小於0.2%，油水比大於80∶20，破乳電壓大於600V。通過該技術應用，水平井鑽井過程中未出現井壁垮塌、鑽井液漏失等工程事故，施工週期內井壁穩定性好。
表1 吉頁油1井鑽井液配方及鑽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鑽探的核心技術，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鑽遇率，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、斯倫貝謝近鑽頭伽馬導向技術，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、鑽井及測井等資料對青一段的巖性、電性、含油氣性等特徵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，精細表徵目標層空間分佈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、電性特徵突出的標誌層作為對比層，鑽進過程中，使用隨鑽地質導向數據與鄰井標誌層做精細對比，逐層對比分析，直至成功入靶。④根據巖電特徵差異，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、氣測等特徵的差異，明確導向追蹤依據。⑤採用了斯倫貝謝近鑽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係變化，氣測曲線變化，地層傾角變化，伽馬成像形態變化，明確鑽頭鑽遇巖性特徵，判斷鑽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%。
圖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井是松遼盆地頁岩油科技攻堅戰重點井，對松遼盆地陸相頁岩油勘探具有重要引領意義。通過創新應用陸相頁岩油鑽井配套系列技術，吉頁油1HF井實現水平段長度1252m的超長鑽探目標，實鑽軌跡與設計軌跡高度吻合，1.94m目標靶層鑽遇率100%，目的層井徑擴大率小於6%，井身質量優質，並且水平段鑽獲888m油斑顯示，為後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岩油重大突破。該水平井鑽探工程的成功實施，為我國陸相頁岩油長水平井鑽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鑑意義。
（中國地質調查局油氣資源調查中心 徐興友 劉衛彬供稿）
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