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1、低渗透油气田高效开发钻完井关键技术 唐 波* 唐志军 唐洪林 耿应春 （胜利石油管理局钻井工艺研究院 山东东营 257017） 摘要：目前我国低渗透油气产能建设规模占总量的 70%以上，已成为油气田开发建设的主战场，低渗透油气田的开发关键在于要高效开发，最大限度的获得经济效益，首要任务就是要解决高效钻井问题。优化设计技术、增加泄流面积钻井技术、储层保护技术及提高水平井开发效果完井技术是实现低渗透油气田高效开发的关键技术，本文讨论了这些技术国内外发展现状、应用情况、存在的问题及发展趋势。 主题词：低渗透油气田、优化设计、泄流面积、储层保护、完井 1.概述 在我国剩余石油储量、探明天然气地质储量中
2、，低渗透油气资源占 50%以上，低渗透油气产能 建设规模占总量的 70%以上，低渗油气资源已成为主要勘探开发对象，尽管我国低渗透油气藏的储 量巨大、资源丰富，但总体来说开发效果并不理想，国外大公司低渗透油田的采收率平均为 35.8%， 国内低渗透油田的平均采收率为 23.3%，比国外低 12.5%。我国低渗透油气田之所以动用程度差、采 收率低，主要是由于我国低渗油气藏普遍埋藏较深、地质条件复杂、开发难度较大，存在多项开发 矛盾和问题，影响了开发效果。 低渗透油气藏的开发及钻井技术存在以下难点： （1）缺乏配套的储层描述和优化设计技术； （2）钻井技术手段相对单一，制约了整体开发效果； （3）井
3、眼轨迹控制和有效钻穿储层难度大； （4）储层孔喉细小，压敏、水敏强，储层保护难度大； （5）完井方式单一，缺乏完井整体优化设计技术及完井系列。 2.研究现状和发展趋势 国内外针对低渗透油气藏提高采收率技术进行了大量的探索和实践，但研究程度远远落后于中 高渗砂岩油气藏，主要集中在对低渗透油气藏基本地质特征的描述、增加产能和提高开发效率等方 面,在低渗油气田高效开发的钻井优化设计技术、高效钻井技术、储层保护技术及完井技术等方面还 不成熟，急需完善配套，制约了低压低渗透油气藏的经济有效开发。 2.1 钻井优化设计技术 在国外，低渗透油气藏埋藏深、地应力和裂缝分布复杂、存在启动压力梯度、岩性剖面和压力
4、 剖面预测技术不成熟，致使产能预测和钻井设计难度大。如何高效开发低渗透油气藏，尤其是在复 杂结构井适应性评价技术、地质优化设计及产能预测技术、井身结构与井眼轨道优化技术等方面， 已经做了大量的研究工作，形成了低渗透油气藏钻井优化设计技术。 在国内，针对低渗透油气藏基本地质特征的描述、增加产能和保护储层等方面的研究比较多， 重点开展了考虑低渗透油藏特征的地质优化设计和钻井优化设计相关技术的研究。合理高效的复杂 结构井优化设计能够最大程度控制储量、增大采出量、控制投资、降低风险，实现经济效益最大化。 针对胜利低渗砂岩油藏、川西和大牛地低渗致密气藏等试验区块的地质特点，开展了复杂结构井适 应性评价方
5、法、 产能预测技术、 地质优化设计和井身结构与井眼轨道优化设计技术研究， 为开发 （调 整）方案的确定、井型的选择、井位和轨道的优化设计、钻井方式以及钻井流体类型的优选提供基*唐波，男，生于 1973 年 8 月，1997 年毕业于西南石油学院，2006 年获油气井工程博士学位，高级工程师，主要从事钻井工艺、钻柱力学等研究，通讯地址：山东东营北一路 827 号，邮编：257017， 联系电话：0546-8797403，电子邮箱：。 础依据。 现已初步形成低渗透油气藏复杂结构井适应性评价方法、复杂结构井优化设计及产能评价技术 和井身结构与井眼轨迹优化设计技术等三项配套技术，在低渗油气藏压裂水平井
6、地质优化设计、地 层孔隙压力预测方法和三维空间多点约束条件下的轨道优化设计技术获得突破进展。同时，建立了 低渗油气藏复杂结构井筛选规范和地质优化设计规范。研发了具有自主产权的低渗油气藏钻井优化 设计配套软件。在胜利油区和川西、大牛地气区的 13 个低渗区块共设计 41 口复杂结构井，实施 28 口，覆盖低渗透油、气藏地质储量 1300 万吨和 2800 亿方，产量达到同类油气藏中直井的 2-5 倍， 实现了储量的有效动用和高效开发。 2.2 增加泄流面积钻井技术 （1）高级别分支井钻井技术 自二十世纪九十年代始，国外一些公司开始致力于分支井钻井技术的研究，相继开发出系列分 支井井下专用工具。最
7、具代表性的是 BakerHughes 和 Schlumberger 的分支井技术，已经发展到六级 完井水平。 国内辽河油田、胜利油田以及海洋石油总公司开展了分支井技术的研究并完成了多口井的现场 试验。近年来也开展了五级分支井系统研制和现场应用，成功研制了具有完整机械支撑、液力密封 和选择性再进入功能的五级分支井眼系统，形成了高级别分支井钻完井工艺技术规程。在胜利油田 的坨 142-支平 1 井进行了五级分支井的现场试验，验证了高级别分支井技术方案的可行性，同时也 验证了研制的五级分支井系统和开窗系统能够满足分支井现场应用的需要。河 3-支平 1 井悬挂封隔 器回接密封短节压力验封成功，标志国内
8、陆上第一口达到国际五级完井水平的分支水平井诞生，该 井第一分支完井深 2489m，垂深 2116.21m，水平位移 472.26m；第二分支完钻井深 2400m，垂深 2067.80m，水平位移 476.77m。实现了分支井眼连接处机械支撑的完整性、液力密封性能和井眼的 选择性再进入性能，为低渗油气田高效开发提供了技术支持。 （2）径向水平井钻井技术 目前钻井工程推出了用水力方法钻超短半径水平井技术，YPF S.A 公司采用 3/4磨铣钻头在套 管上钻孔，起出钻头后再下入 1/2连续管喷射进入地层，应用的最大井深达到了 3800m，每个层位 90相位钻出了 4 个分支井眼，最大分支井眼长度达
9、100m、孔径约为 50mm，该技术在阿根廷实施了 22 口井，增产效果非常显著。 在国内，利用水力方法钻超短半径水平井技术在辽河、吉林、江苏、南阳等油田施工了近 10 口 井，水平进入地层只达到 20m。近年来，针对该项技术开展了大量的研究，成功研发了一种包括转 向器、柔性轴、磨铣钻头等零部件的新型径向钻孔深穿透装置，研制了适用于磨料射流和清水射流 破岩的新型高效喷嘴；开展了地面联机试验，验证了该装置的可行性。在胜利油田金 171 井进行 了径向水平井眼的现场应用，分别在井深 864.8m 和 861.5m 两个层位钻出了一个孔深 20m 和三个孔 深 50m 的水平井眼，为我国低渗油气田高
10、效开发的供了新的钻井技术。 （4）鱼骨状分支井钻井技术 鱼骨状分支井钻井技术是一种利用分支井钻井技术提高稠油油井、致密低渗油井单井采收率的 钻井新技术，他可以根据油藏条件设计井眼并进行井眼的空间分布，以有效增加油层的裸露面积， 提高油层的开采动用程度，最终达到提高采收率的目的，它与采用射孔完井和水力压裂增产的常规 直井相比具有不可替代的优越性。国外油气开发商大力开展了相关钻探技术的研究攻关，美国及西 方国家的分支井技术在 20 世纪 90 年代得到了迅速发展，其鱼骨状分支井设计技术、钻井工艺技术、 完井及采油配套技术，以及相关配套工具、仪器的水平日臻完善，鱼骨状分支井储层累计进尺超过 1200
11、0m。 近几年，鱼骨状分支井在国内部分油田得到了较大范围的应用，如南海西部、冀东、渤海、大 港、辽河、胜利等油田分别进行了鱼骨状分支井的现场试验，形成了包括工程设计、井眼轨迹控制、储层保护液的鱼骨状分支井钻井配套技术。胜利油田已实施了 10 口井,累计产油 24104t，累计产气 2693104m3，实现在低渗区块利用鱼骨状水平井开发低渗油气藏重大突破，埕北 326A-支平 1 井创造了中石化鱼骨状分支井垂深最深（3356.10m）纪录。 （5）随钻测量技术 为保证在薄油层或有复杂褶皱、断层的油藏中井眼轨迹控制精度，国外已采用近钻头方位伽马 测量技术，把井斜传感器和伽马传感器集成在钻头附近，实
12、时得到近钻头处的地质和工程信息，指 导调整井眼轨迹，保持在油藏最佳位置。近年来，国内也开展了具有自主知识产权的近钻头方位伽 马测量仪系统研制，提出了旋转聚焦多扇区方位伽马测量方法，将伽马传感器安装在钻铤侧面的槽 中，并进行金属屏蔽层，具有方位特性，不但能够实时测量地层岩性，还能够分辨上下岩性界面特 征，有效发现储层的上部盖层，捕捉进入储层的最佳时机。研制出了近钻头井斜及方位伽马仪，距 钻头距离 0.8m，通过坨 128-斜 92、盐 16-斜 19 井等 4 口井试验应用表明：该系统实现了近钻头井 斜、伽马值的测量，实现了与 MWD 仪器的挂接，成功的将近钻头数据实时传送到地面，其测精度与 国
13、外同类产品相当。 随着欠平衡钻井技术在低渗透油气藏开发中的应用，电磁波 MWD 技术也得到发展，国外已形成 了较为成熟的电磁波 MWD 随钻测量技术，在国内 2008 年年底中石化德州石油钻井研究所研制的电 磁波随钻测量系统（EM-MWD）工程样机在鄂北大牛地气田 D66-55 井进行了现场试验并获得成功， 电磁波传输深度达到了 2715m。胜利钻井院也研制出电磁波随钻测量系统，并通过在胜利油田河 68- 斜更 1 井、孤东 7-38-5135 井等 3 口井的整机现场试验及应用，应用结果表明：井下仪器结构设计 合理可靠，各组成部分能适应实际钻井要求；地面接收机与钻台显示器数据正常，稳定可靠，
14、整机 能适应实际钻井要求，应用垂深达到 2700m（地层电阻率 5300ohmm)，并与进口 E-link 仪器对比 表明二者传输性能基本相当，电磁波 MWD 达到进口仪器的技术指标。 2.3 储层保护技术 （1）钻完井液技术 国外早在 20 世纪 30 年代，就开始对油气层损害的机理进行了研究攻关，在此期间机理性、智 能性分析、预测、评价技术以及钻井、完井、采油各个作业环节中的油层保护工作都得到了突飞猛 进的发展；近年来在打开产层钻井液的开发应用方面加大投入，并取得可喜的成果，推出了甲酸盐 钻井液、MMH/碳酸钙钻井液、颗粒碳酸钙/聚合物钻井液、超低渗透钻井液、全油钻井液、可循环泡 沫（Tr
15、ans-Foam）等。 国内对储层损害问题的研究起步较晚，但近年来发展较快。特别是在“十一五”期间，国内针 对低渗油气藏开展了大量的储层伤害评价及保护技术研究。研制了伤害评价装置，能够满足渗透率 低达 0.1mD 条件下岩心流动测试；研究了低渗砂岩储层伤害机理，确定了其水相圈闭是其主要伤害 因素；明确控制致密砂岩气层水相圈闭损害控制因素，形成综合考虑工程地质参数评价相圈闭损害 潜力的相圈闭损害系数法，建立毛管自吸与液相滞留的水相圈闭损害评价方法，评价方法稳定可靠， 平行误差不超过 2%；改进毛管自吸评价仪与加载岩石微观图像分析系统，形成岩心观察、薄片分析、 岩心造缝模拟应力实验法、加载裂缝图像
16、分析、有限元模拟及井漏资料等研究工区裂缝动、静宽度， 指出在正压差下，原地裂缝宽度可达 5mm 左右；研制出新型防水锁无粘土钻井液和新型生物完井液、 新型高效抗油泡沫钻井液体系、有机盐可降解钻井完井液体系及毫米级裂缝储层保护剂系列等钻完 井液体系，在鄂尔多斯区块和胜利油田多个低渗储层应用，并获得明显成效。 （2）全过程欠平衡钻井技术 全过程欠平衡钻井技术是欠平衡钻井技术的完善和发展。目前国内外一般采用强行起下钻法和 井下隔离法等两种方式实现全过程欠平衡钻井。强行起下钻技术出现较早，上世纪二十年代，国外 首先利用强行起下钻装置进行修井作业。开始是简单的机械式的，主要用于修井作业。到八、九十 年代，为保证欠平衡钻井钻具的顺利起下，该装置用于钻井。目前，利用强行起下钻装置进行钻井业务的国外公司有 High Arctic Well Control Inc.、Snubco Pressure Control Ltd.、Weatherford 等。这些公司都有利用强行起下钻
