大庆油田水平井钻井技术现状及发展方向
发布时间：2022-01-22
摘要：针对大庆油田外围区块油层薄、空间分布不均衡，老区低/停产井增多，非常规致密油埋藏深、地质情况复杂、岩石可钻性差等难点，开展了超薄油层水平井、分支井、超短半径水平井、三维绕障水平井和工厂化作业水平井等一系列行之有效的钻井技术研究与应用，形成了一套适合于大庆油田地质特点的水平并钻井配套技术。通过简要回顾大庆油田30年来水平井发展历程，详细介绍了油田现阶段水平井开发的钻井技术现状，并提出未来一段时间的发展方向。
关键词：大庆油田;水平井;钻井技术;现状;薄油层;致密油;工厂化
大庆油田于1984年实现了第一口定向井的现场施工，1991年完成了第一口水平井的施工，短期内实现了跨越式发展。大庆油田从“八五”开展定向井、水平井的科研技术攻关以来，定向井、水平井钻井技术已作为常规钻井技术应用于各类油藏的开发，水平井产量达到直井的4～8倍。2002 年引进、应用随钻测井仪器(LwD)以来，提高了超薄油层水平井钻井技术。“十五”后，伴随着大庆油田水平井布井数量逐年增加和各类随钻测井仪器不断配套完善，非常规水平井钻井技术也实现了突飞猛进的发展，形成以中半径水平井为主，向深层水平井、中短半径侧钻水平井、三维水平井、分支井、鱼骨井、超短半径水平井等特殊工艺井方面发展的定向井水平井系列配套技术。“十二五” 以来，大庆油田针对外围三低油藏和致密油区块等难采储量，大力开展超薄油藏水平井钻井技术和工厂化作业钻井技术，取得了预期效果，标志着大庆油田水平井开发已建立起了一套行之有效的钻井运作模式。
大庆油田定向井水平井技术经30年发展，实现了几何导向向地质导向的过渡，工程、地质、油藏等多学科集成发展，应用领域逐渐扩大，实现了井型的多元化和复合化。
1大庆油田水平井地质特点及钻井施工难点
水平井技术主要应用在外围中浅、低渗储层和深部气层的开发上。外围储层具有高含蜡、非均质、多层、渗透率低、裂缝发育等特性。油气水分布受构造、岩性、断层等因素控制，相对复杂;单层砂岩厚度小(1～3 m，有效厚度1 m左右)，单井钻遇含油层一般3～5层。复杂储层物性给水平井施工造成如下难度：(1)目的层单层砂岩厚度薄，平均约1.0 m，最薄处仅0.4 m，小于1.0 m 的占30%以上，且存在视倾角，实钻井眼轨迹垂深范围一般限定在0.5 m以内，井眼轨迹控制难度大;(2)目的层含多套油层，靶点多(最多十几个)，阶梯垂降大，需多次着陆;(3)水平段长，受井眼曲率影响，滑动钻进钻压传递困难，施工风险大。
大庆深层的典型特征是纵向上分布井段长、埋藏深、温度高、岩性致密、物性差、储集空间复杂。在钻井施工过程中存在的难点：(1)深层岩石硬度大(岩石可钻性极值最高达10.38级，硬度大于5 000 MPa)，钻头钻速低、磨损严重、寿命短、用量大，导致钻井周期长。(2)平均地温梯度高达4.1℃/hm，4 000～5 500 m井深，井底温度160—220℃。钻井材料、工具、仪器抗温性能要求增加，井下复杂，固井难度增加。(3)地层压实程度高，孔渗低、多套压力系统并存等，且部分区块裂缝发育，当钻遇大量裂缝、胶结性差的破碎性地层时，经常发生井壁剥落、井眼坍塌和恶性漏失等困难和风险。
2水平井钻井技术现状
2.1超薄油层水平井技术
2002年引进国外先进的无线随钻测井仪器 (LWD)，开始了规模化推广应用。截至2014年7 月，共完成外围478口低渗透砂岩油层水平井钻井完井施工，平均砂岩钻遇率达到70%以上，单井钻遇最薄储层0.4 m，实现o.4～1 m储层的有效开发，技术整体处于国际领先水平¨圳。
2.2三维绕障水平井技术
该技术开展初期，大庆水平井钻井队伍曾先后在国内外几个油田完成了10余口三维绕障水平井施工，2井最近防碰距离达到2.75 m【5{J，形成了一套成熟的三维防碰绕障水平井钻井工艺技术。如今，随着致密油藏工厂化作业的规模化推广，三维水平井钻井技术在大庆油田已经成为应用较为广泛的常规技术∞{1。
2.3阶梯水平井技术
针对外围油田油藏分布不均，层多(5～8 层)、薄(0.4～1 m)，隔层厚度小(2～13 m)等特点，采用阶梯式水平井技术实现水平段垂直剖面上多次升降和穿越不同深度油层，实现单井多层经济有效开发。2005年以来，累计完成164口阶梯水平井施工，平均单井日产油量达到8.5 t，是直井的4～6倍。在700—850 m水平段上，实现了单阶梯式或多阶梯式钻进，创造了单井钻穿13个靶点、阶梯段垂深变化与水平位移比值8.98：100等多项国内外纪录一’10J。
2.4中短半径侧钻水平井技术
“九五”期间，为实现老区厚油层顶部剩余油挖潜及老井复活，开展了国家级重点科研攻关项目——“高含水厚油层上部侧钻水平井钻采配套技术研究”。通过应用高密度钻井液、研制铰接接头、应用水力加压器等技术，成功解决了在未水淹薄油层中钻进、钻柱内部应力集中和动力造斜钻一套适于在未水淹层上部剩余油仅3—6 m的套管侧钻水平井配套技术，为表外层剩余油和未水淹层具通过套管时摩擦阻力大等关键技术问题，形成了 挖潜提供了新途径(表1)。
2.5工厂化水平井技术
大庆探区具有丰富的非常规油气资源，此类储层具有可钻性差、超低渗透(<2×10一斗m2)等特点，采用常规钻井、完井方式无法实现该类储层的规模、效益开发，应用“井工厂”(工厂化作业) 模式，即在同一平台集中布置大批相似井、使用大量标准化的装备和技术，进行批量钻井、完井可以大幅提高工程时效、缩短周期。大庆油田2012年正式立项开展技术攻关。截至目前，已完成钻井程序优化、批量钻井和工作液回收利用等关键技术研究，并已在5个实验区开展了10个平台30口水平井钻井作业，平均单井钻井时效与常规井相比提高了30%以上，周期缩短了20%以上，取得了较好的应用效果…。3I。
2.6分支井钻井技术
针对单井开发2个或2个以上主力油层技术难题，2006年开展了分支井钻井、完井技术攻关，自主研发了一系列分支井特色工具，解决了分支的机械悬挂、水力密封等技术难题¨4，”j。
独立完成4口双分支井施工，开窗成功率、悬挂器坐挂成功率和井眼再进入成功率均达到了 100%，实现了国际TAML四级完井，技术处于国内领先水平(表2)。
2.7鱼骨井钻井技术
为进一步提高储层泄油面积、增加油井产量，经技术攻关，解决了鱼骨井钻井程序优化、裸眼悬空侧钻、井眼施工程序优选、裸眼悬空侧钻、钻完井管串安全下人等难题。已完成二、四分支各一口鱼骨井施工，单分支超过260 m，其中某井在1.6 m薄油层内完成四分支侧钻，砂岩钻遇率达到60.50%，是目前国内完钻的最薄鱼骨井，技术整体处于国内先进水平¨6。。
2.8深层水平井技术
大庆油田深部地层具有硬度高、岩石可钻性极值高(10.38级)、地温梯度高(4.1℃/hm)等特点，钻井存在钻速低，钻具易失效和井下工具及钻井液抗温要求高等难点，通过不断的技术攻关和现场试验，目前已达到了年钻8口深层水平井的技术水平，其中目前已完钻的某深井完钻井深5 035.04 m，完钻垂深3 934.06 m，井底循环温度超过200℃¨‘“。。
2.9深层侧钻水平井技术
为进一步降低气藏勘探开发成本，实现老井的重复利用，开展了水平井技术攻关。解决了开窗点深、地温高、岩石硬度大、研磨性强和小井眼摩阻大、钻具疲劳破坏等技术难题。22I。
目前，共完成了5口井施工，实现了超过3 000 m井深的139.7 mm、177.8 mm和244.5 mm深层套管开窗侧钻，其中某深层侧钻井创造了纯钻进周期59.98 d，行程钻速12.82 m/d的新纪录。营城组地层(3 500 m)创新使用PDc钻头单趟钻进尺102 m，机械钻速1.89 m/h两项国内纪录 (表3)。
2.10超短半径水平井技术
为实现油田低产低效井改造、套外剩余油挖潜、降低开发成本，开展了超短半径水平井的技术攻关，形成了直径139.7 mm套管快速开窗技术(2 ～3 h)、直径118 mm井眼超短半径造斜技术(3～5 m)、直径118 mm井眼反循环钻进技术、多功能割缝导向管随钻完井技术和高曲率井段测斜技术(18。/m)等五项特色技术，共完成41口井施工，实现3—5 m着陆，水平段进尺大于20 m，施工后增产效果明显，产量达到改造前的2～3 倍[23’2 4I。
2.11大位移水平井技术
2000年以来，大庆油田开展了大位移井钻井技术攻关，重点应用于低洼地和水塘钻井。2011年，按照大位移井钻井方式完成了某井施工，完钻井深 4 300 m，水平位移2 660 m，垂深位移比1：1.72，与此同时，在常规井钻井中，水平位移指标不断有新的突破。截至2014年7月，完成水平位移大于l 000 m的井60口，其中水平位移大于l 500 m 的井22口[25]。
2.12欠平衡水平井技术
为了充分发挥欠平衡水平井钻井保护储层、增大泄油面积的技术优势，实现两者有效集成，大庆油田陆续开展了扶杨油层全过程欠平衡水平井、 215.9 mm井眼深层砾岩欠平衡水平井、139.7 mm 井眼深层套管侧钻欠平衡水平井、152.4 mm井眼致密砂岩欠平衡水平井钻井完井技术攻关，截至目前已完成了15口欠平衡水平井的施工，形成了欠平衡水平井钻井、完井配套技术汹刀1(表4)。
3水平井钻井技术发展方向
通过30多年的持续创新和不断努力，大庆油田水平井技术实现了阶段性跨越式发展，但随着勘探开发的不断深入，油田的可持续发展面临资源接替难、特高含水期开发难和外围增储上产难等诸多矛盾和挑战，对钻井尤其是水平井技术也提出了更高的要求，主要体现在勘探开发对水平井技术的迫切需求和水平井技术自身进一步发展的需求上拉8I。结合油田勘探开发和钻井自身技术发展的双重需求，大庆水平井技术的发展方向展望如下：
3.1水平井钻井必要工具的自主研发及系列化
实现薄差储层经济有效开发将是油田精细开发的方向，在薄差层钻井过程中，必须依靠先进的随钻储层测量和评价技术才能及时地找到油层，同时实现更高的砂岩钻遇率。而现阶段，无线随钻测量仪器的核心技术只掌握在国外少数大的油田技术服务公司手中，只提供服务或售价高昂，严重制约着油田的精细开发，实现无线随钻仪器的自主研发和系列化、产业化迫在眉睫。因此，自主研制多规格多型号的LWD工具、旋转导向系统、随钻声波电阻率、随钻中子密度工具、电磁波测量系统、随钻地层压力温度测试工具等是下步攻关的主要方向[29—35I。
3.2提升特殊工艺水平井施工能力
针对特殊工艺水平井，技术攻关和推广应用水垂比大于2的大位移井、超长水平段水平井、工厂化平台水平井、多分支水平井、SAGD水平井、对接水平井、超浅层水平井等p6I。
3.3实现钻井自动化信息化建设
在计算机技术、卫星通信和互联网的推动下，使水平井钻井逐步实现实时化(实时监控井下和地面参数)、信息化(远程监控、远程决策、提高效率)、可视化(方案设计、过程监控、钻后评价、人员培训)和数字化(长远目标)∞瑚J。
4结 论
(1)大庆油田要实现油气资源的勘探突破和有效开发及原油增储上产的目标，需要行之有效的工程技术作为支撑。水平井钻井技术应是重点发展的工程技术之一。
(2)针对致密油藏开发开展的中浅层水平井工厂化钻井技术，有效地提升了水平井钻井施工效率，节约了钻井成本，应作为重点技术大力推广、规模化应用。
(3)经过多年的技术攻关与推广应用，大庆油田形成了以水平井钻井技术为代表的多项钻井配套技术，为油田钻井技术的进一步发展奠定了有利的基础。
(4)勘探区域不断扩大、开发难度日益增加的现状对钻井技术的发展提出了更高的要求，需要不断地技术创新与突破，水平井钻井技术应是重点的发展方向。
(5)大庆油田水平井钻井技术要实现国内领先，首先要以国际先进的水平井技术为目标，不断实现技术突破与创新，从而逐步形成一套适合大庆油田水平井规模化开发的先进技术。——论文作者：杨智光 孙庆仁 何俊才 齐 悦 孟祥波 吕长文
参考文献：
[1]刘润波.大庆油田薄油层水平井钻井技术[J].石油钻探技术， 2010，38(6)：53—59.
[2]方庆，刘云燕，张国良，等.超薄油层水平井开发技术[J].大庆石油地质与开发，2009，28(5)：142-145.
[3]秦月霜，常中元，唐文锋，等.对超薄席状砂互层水平井设计的几点认识[J].大庆石油地质与开发，2009，28 (6)：91-95.
[4]孙涛，王瑞.旋转地质导向系统在薄层水平井中的应用[J].大庆石油地质与开发，20ll，30(3)：13l—134.
[5]宁金生，杨碧学，王可仁，等.工厂化丛式三维水平井轨迹控制难点分析[J].内蒙古石油化工，2014，40(8)：59—70.
[6]翟文涛，赵林军，彭学光，等.丛式三维水平井轨迹优化控制技术浅析[J].内蒙古石油化工，2012，3：118-120.
[7]李铁军，柯西军，郭大立，等.考虑裂缝与井筒不同夹角的水平井产能分析[J].大庆石油地质与开发，2011，30 (6)： 122一126.
[8]刘欣，刘同斌，赵立强，等.水平井压裂近井参数分析[J].大庆石油地质与开发，20lO，29(3)：118一120.
[9]张取胜.大庆油田薄油层的水平井钻井技术探究[J].中国石油和化工标准与质量，2014，34(9)：95.
[10]王福勇，吴晓东，安永生.水平井连续油管射孔分段压裂工艺 [J].大庆石油地质与开发，2010，29(5)：114—117.
