□本報記者 戴 瑩 駱洪峰

日前，江漢油田油氣產(chǎn)能建設(shè)管理中心順利完成了焦頁5號平臺4口“瘦身井”的鉆井施工任務(wù)，4口井較設(shè)計總周期節(jié)約64天14小時，創(chuàng)造了國內(nèi)頁巖氣“瘦身井”井組平均鉆井周期最短紀(jì)錄。

“2022年，我們在涪陵頁巖氣田成功探索了‘瘦身井’井身結(jié)構(gòu)，從根本上解決了常規(guī)井身結(jié)構(gòu)面臨的鉆井提速降本問題；2023年，通過實施‘瘦身井’示范井工程，為今后此類鉆井提供了更多的經(jīng)驗借鑒?！苯瓭h油田油氣產(chǎn)能建設(shè)管理中心副經(jīng)理張玉強(qiáng)介紹。

目前，該中心已完鉆97口“瘦身井”，累計節(jié)約鉆井成本兩億多元，讓眾多低效頁巖油氣資源具有了開采價值，推動國內(nèi)頁巖油氣鉆井工程技術(shù)取得了革命性突破。

創(chuàng)新引入“瘦身井”技術(shù)，為井筒“減肥”

所謂“瘦身井”，就是在保證安全成井的前提下，從鉆井設(shè)計源頭進(jìn)行優(yōu)化，科學(xué)縮小各開次井眼及套管尺寸，以提高鉆井速度、節(jié)約材料費用、減少鉆屑產(chǎn)生量。

“鉆井好比修建油氣地下通道，把通道改小了，相應(yīng)地，固定通道的材料尺寸也要縮小，肯定省時省力、節(jié)省成本，而且廢渣產(chǎn)生量也能大幅減少。”張玉強(qiáng)形象地比喻。

“瘦身井”技術(shù)雖好，但能不能適用于頁巖氣開發(fā)呢？為提高技術(shù)適用性，技術(shù)人員進(jìn)行了反復(fù)研討和大量技術(shù)論證。他們結(jié)合前期鉆井施工經(jīng)驗，參考鄰井地層構(gòu)造及實鉆井身結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，強(qiáng)化鉆井實鉆資料剖析論證，采取“一井一工程”設(shè)計理念，根據(jù)有利于安全優(yōu)質(zhì)高效鉆井和油氣層保護(hù)的原則，選擇氣田有利區(qū)塊，持續(xù)優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)，進(jìn)行多次現(xiàn)場試驗，努力為井筒“減肥”。

技術(shù)專家根據(jù)頁巖氣不同埋深下的鉆井和后續(xù)壓裂改造要求，差異化地縮小井眼尺寸，提出兩套“瘦身井”井身結(jié)構(gòu)：鉆井目的層埋深在3500米以淺的，采用小尺寸井眼和套管，定為“瘦身I型”；目的層埋深在3500米以深的，采用稍大尺寸井眼和套管，定為“瘦身II型”。

“在頁巖氣田實施‘瘦身井’技術(shù)，是江漢油田首創(chuàng)。技術(shù)方案我們論證了三四十遍，反復(fù)修改，把從開鉆到固井各施工環(huán)節(jié)全想透，不放過任何細(xì)節(jié)?！睆堄駨?qiáng)說，這些工作都是為了提高機(jī)械鉆速和時效，大幅降低鉆井成本，形成頁巖氣低成本、高效益開發(fā)新模式。

聯(lián)合攻關(guān)，全力解決“瘦身井”技術(shù)難題

“‘瘦身井’由于井眼小，井壁承壓能力弱，鉆井參數(shù)無法提高，鉆速下降，扭矩也無法增大，還容易產(chǎn)生托壓，鉆頭像汽車輪胎打滑一樣，即使加大鉆壓，鉆頭也很難前進(jìn)?！贝蛄硕嗄昃你@井隊隊長張利寧說。

井筒小了，就需要配套小尺寸的井下工具，面臨的技術(shù)難題也不少。

油氣產(chǎn)能建設(shè)管理中心召開技術(shù)研討會，派技術(shù)骨干到現(xiàn)場實地考察，與鉆井隊、井下工具生產(chǎn)廠家開展聯(lián)合攻關(guān)，不斷摸索嘗試，取得了眾多裝備和技術(shù)上的突破。

該中心與石化機(jī)械開展“瘦身井”鉆頭螺桿一體化攻關(guān)，相繼研發(fā)生產(chǎn)出針對“瘦身井”適應(yīng)性強(qiáng)的鉆頭、螺桿等破巖工具，并在短期內(nèi)進(jìn)行迭代升級，解決了施工中托壓、進(jìn)尺難等問題，提高了機(jī)械鉆速；開展鉆具組合和鉆井參數(shù)匹配性研究，通過鉆具受力和水力參數(shù)計算，優(yōu)化鉆具組合，減輕了“瘦身井”設(shè)備負(fù)荷，釋放了鉆井參數(shù)。他們還與經(jīng)緯公司合作，調(diào)研國內(nèi)適用于“瘦身井”的定向工具，引進(jìn)質(zhì)量可靠、穩(wěn)定性強(qiáng)的儀器取代原有定向工具，確保鉆頭“指哪兒打哪兒”，精準(zhǔn)掌握小井眼軌跡控制技術(shù)。

井能不能打成、打得好不好，固井是關(guān)鍵一環(huán)。固井時，大家在小尺寸趾端滑套這塊“卡殼”了。趾端滑套是固井時下放至套管末端的重要工具，由于井眼小，套管帶著趾端滑套下入井底時，很容易遇阻、憋壓，造成井漏，固井施工難度大。

為此，該中心在油田工程技術(shù)管理部牽頭下，組織相關(guān)單位，就趾端滑套尺寸選型進(jìn)行多次技術(shù)交流，結(jié)合涪陵氣田“瘦身井”相關(guān)數(shù)據(jù)和要求，對趾端滑套進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計出兩種尺寸的“瘦身”滑套，并開展多輪次的模擬計算和室內(nèi)試驗，驗證工具的可靠性，同時完善適合“瘦身井”的彈韌性固井水泥漿體系，豐富“瘦身井”配套工藝技術(shù)序列，相比首段連續(xù)油管射孔施工，可節(jié)約兩天施工時間。

經(jīng)過不斷摸索，涪陵氣田“瘦身井”越打越順，頻頻打破鉆井紀(jì)錄，特別是焦頁10-Z4HF井鉆井周期僅24.12天，較設(shè)計提前16.88天完鉆，創(chuàng)氣田開發(fā)以來鉆井施工周期最短紀(jì)錄。

成功應(yīng)用“瘦身井”技術(shù)釋放井位，促進(jìn)氣田效益開發(fā)

涪陵頁巖氣田已開發(fā)了10余年，高豐度、高品質(zhì)、高產(chǎn)量區(qū)塊越來越少，增儲上產(chǎn)壓力越來越大，氣田開發(fā)重心逐步向新區(qū)深層常壓頁巖氣及已開采的老區(qū)中部氣層轉(zhuǎn)移。

“肥沃的土地種完了，要把以前沒動用的貧瘠土地甚至邊角料動用起來，就必須認(rèn)真考量投入產(chǎn)出比，做到有效益、有回報地開發(fā)。”張玉強(qiáng)說。

在鳳來區(qū)塊焦頁171號、172號、173號井組產(chǎn)能建設(shè)項目論證過程中，若按照常規(guī)井身結(jié)構(gòu)測算，鉆井成本過高，項目經(jīng)濟(jì)評價始終無法過關(guān)。為此，該中心另辟蹊徑，在鳳來區(qū)塊采用“瘦身II型”井身結(jié)構(gòu)開展經(jīng)濟(jì)效益評價。經(jīng)測算，單井鉆井成本平均可減少300多萬元，該區(qū)塊20口井經(jīng)濟(jì)評價一下達(dá)到了效益開發(fā)要求。

白馬常壓區(qū)塊總共有5個，之前只有兩個區(qū)塊可達(dá)到經(jīng)濟(jì)有效動用門檻。應(yīng)用“瘦身II型”井身結(jié)構(gòu)后，4個區(qū)塊實現(xiàn)有效動用。

近年來，涪陵氣田在焦石壩老區(qū)實施上部、中部、下部三層立體開發(fā)。由于中部氣層開發(fā)井是在已開發(fā)了上部、下部氣層的地層打井，剩余儲量已經(jīng)不多。為實現(xiàn)效益開發(fā)，該中心在30多口中部氣層井均應(yīng)用“瘦身I型”井身結(jié)構(gòu)。

“有了‘瘦身井’技術(shù)，氣田至少釋放了1/3的井位。甲方能有效降低施工成本，乙方有了工作量，這就是雙贏?！睂τ凇笆萆砭奔夹g(shù)的推廣應(yīng)用，張玉強(qiáng)充滿信心。

■ 什么是“瘦身井”技術(shù)？

“瘦身井”技術(shù)是指在地質(zhì)結(jié)構(gòu)、鉆井風(fēng)險相對明確的前提下，在既定井身結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，縮小各開次鉆頭及套管尺寸，可有效降低成本、縮短工期、提高效率，是在國內(nèi)頁巖氣田開發(fā)調(diào)整力度不斷加大的背景下，實現(xiàn)效益開發(fā)的新探索。

相比傳統(tǒng)井筒，“瘦身井”施工壓力高，卡鉆、漏失風(fēng)險大，對鉆具韌性要求更高，大幅增加了鉆井施工難度。對于非常規(guī)鉆井施工而言，“瘦身井”需要配套相應(yīng)的定向儀器、鉆頭螺桿等儀器設(shè)備。同時，鉆井施工中的排量、泥漿性能、固控設(shè)備等關(guān)鍵環(huán)節(jié)更須嚴(yán)格把控。

推動技術(shù)持續(xù)迭代升級 助力低豐度資源有效動用

集團(tuán)公司高級專家 陳天成

江漢油田油氣產(chǎn)能建設(shè)管理中心副經(jīng)理 張玉強(qiáng)

●為什么要開展頁巖氣“瘦身井”技術(shù)研究？

張玉強(qiáng)：為保證穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)，涪陵頁巖氣田每年要補充近100口新井，但剩余油氣資源豐度不高，加之大宗商品漲價，對新鉆井持續(xù)降本提出了更高要求。從2018年開始，常規(guī)井身結(jié)構(gòu)提速降本進(jìn)入瓶頸區(qū)，難以滿足白馬、鳳來深層常壓等新區(qū)及焦石壩立體開發(fā)區(qū)剩余氣動用對鉆井控本的要求，而井身結(jié)構(gòu)“瘦身”可從源頭減少鉆井破巖工作量，減少套管、水泥、泥漿等材料消耗，是頁巖氣開發(fā)提速降本的新方向。

●推廣應(yīng)用頁巖氣“瘦身井”技術(shù)有何意義？

陳天成：與井身結(jié)構(gòu)有關(guān)的費用在鉆井工程成本中的占比高達(dá)60%，“瘦身井”技術(shù)成為鉆井工程設(shè)計革命性降本的突破口。該技術(shù)極大地減少了鉆完井過程中直接材料的消耗和實物工作量，提高了機(jī)械鉆速，縮短了鉆井周期，實現(xiàn)了油田企業(yè)、工程公司的“雙贏”，有助于提高產(chǎn)能建設(shè)速度、擴(kuò)大產(chǎn)能建設(shè)規(guī)模，實現(xiàn)效益最大化。

針對不同的完鉆井深，“瘦身井”技術(shù)采用不同的生產(chǎn)套管尺寸，滿足了壓裂施工的壓力需求，提高了套管采氣階段的攜水能力和井筒壓力。“瘦身Ⅱ型”190.5毫米井眼下入139.7毫米套管，改變了長期以來215.9毫米井眼下入139.7毫米套管的傳統(tǒng)認(rèn)識，可以說是一個革命性的技術(shù)突破。

●目前，“瘦身井”技術(shù)的推廣應(yīng)用情況如何？下一步工作將如何開展？

張玉強(qiáng)：在油田事業(yè)部的大力支持和指導(dǎo)下，江漢油田承擔(dān)了集團(tuán)公司先導(dǎo)項目“頁巖氣井井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究”。工程技術(shù)人員通過優(yōu)化設(shè)計，研發(fā)關(guān)鍵鉆井工具、配套設(shè)備，形成了一套“瘦身型”頁巖氣水平井鉆井關(guān)鍵技術(shù)（“瘦身井”技術(shù)），解決了“瘦身”后高質(zhì)量安全成井、提速等難題，實現(xiàn)了頁巖氣鉆井技術(shù)創(chuàng)新性突破。針對不同埋深，基于壓裂改造和成本優(yōu)化，還形成了頁巖氣水平井兩套“瘦身井”井身結(jié)構(gòu)并實現(xiàn)了規(guī)模化應(yīng)用。

下一步，我們將圍繞“打得更快、更好，水平段更長”的目標(biāo)，進(jìn)一步開展“超大平臺+瘦身井”、長水平段“瘦身井”（＞3500米），以及“瘦身井”配套導(dǎo)向和提速工具攻關(guān)，推動“瘦身井”鉆完井技術(shù)持續(xù)迭代升級，進(jìn)一步降低區(qū)域鉆井成本，實現(xiàn)國內(nèi)更大面積、更大規(guī)模低豐度油氣資源的有效動用。

●“瘦身井”技術(shù)對其他類型油氣藏開采是否有可借鑒之處？

陳天成：“瘦身井”技術(shù)是在對設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的深度理解和把握下，將常用的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計改為非常用的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計，這種敢于創(chuàng)新和實踐的精神是值得技術(shù)人員學(xué)習(xí)的。隨著鉆完井綜合水平的提高，我們應(yīng)突破常規(guī)思維習(xí)慣的束縛，在安全成井的前提下“能瘦可瘦、應(yīng)瘦盡瘦”。

與常規(guī)井身結(jié)構(gòu)相比，“瘦身井”技術(shù)不僅能縮小破巖面積，降低破巖能耗，大幅提高機(jī)械鉆速，而且能增大坍塌壓力，拓寬安全泥漿密度窗口，增強(qiáng)井壁穩(wěn)定性，減少卡鉆等風(fēng)險，可達(dá)到鉆完井綜合降本增效的目的。涪陵、鄂爾多斯等工區(qū)不同尺寸“瘦身井”結(jié)構(gòu)的規(guī)模化應(yīng)用，必將推動廣義上的小尺寸井眼管柱力學(xué)、水力學(xué)、井眼環(huán)空間隙配比等理論研究的新發(fā)展。對于頁巖油、頁巖氣、致密氣等不同類型的油氣藏，只要地層特征認(rèn)識清楚，“瘦身井”技術(shù)就有較廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)攻關(guān) 助力頁巖氣開發(fā)降本提速

□毛世發(fā) 袁旭光

相比傳統(tǒng)常規(guī)井，“瘦身井”有助于降本提速，但也相應(yīng)增加了鉆井施工難度及井下風(fēng)險。自2022年江漢油田進(jìn)行首輪“瘦身井”試驗以來，中原石油工程川東南項目部大力推廣新技術(shù)、新工藝，不斷總結(jié)施工經(jīng)驗，固化形成了鉆井提速提效模板，降低了小井眼施工井下和井控風(fēng)險，涪陵區(qū)域直井段鉆速提高了1.78倍。

該項目部成立技術(shù)攻關(guān)小組，建立“瘦身井”井筒模型，開展巖屑運移數(shù)值模擬和試驗，揭示轉(zhuǎn)速、鉆速、排量對巖屑運移的影響規(guī)律；結(jié)合鉆具組合設(shè)計和鉆井液攜砂要求，進(jìn)行水力參數(shù)優(yōu)化設(shè)計；基于軟件分析不同外徑尺寸鉆具條件下環(huán)空內(nèi)流場特性變化規(guī)律，有效解決“瘦身井”初期施工排量不足、泵壓高等難題。

他們聯(lián)合服務(wù)廠商，通過3D建模優(yōu)化流場，不斷改進(jìn)PDC鉆頭布齒位置、角度及密度等參數(shù)，提高機(jī)械鉆速、延長鉆頭壽命，在焦頁26-S2HF井實現(xiàn)單只鉆頭鉆穿龍馬溪造斜段入A靶，較同平臺焦頁26-S4HF井機(jī)械鉆速提高了50.3%。技術(shù)人員對比分析大扭矩等壁厚螺桿、高速螺桿等動力鉆具功能特征，設(shè)計了“瘦身井”專用尺寸螺桿，并對“瘦身井”水力振蕩器的工具結(jié)構(gòu)和參數(shù)進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，積極開展不同工況現(xiàn)場試驗，收到良好效果。

在固井施工技術(shù)方面，中原石油工程從改善水泥漿流變性和力學(xué)性能、提升固井界面膠結(jié)質(zhì)量和降低施工安全風(fēng)險等入手，開展窄環(huán)空固井技術(shù)研究與應(yīng)用，形成了以高效驅(qū)油水基清洗液、高強(qiáng)低摩阻韌性水泥漿和窄環(huán)空固井工藝為核心的窄環(huán)空固井關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了固井質(zhì)量合格率100%、優(yōu)質(zhì)率80%。

創(chuàng)新探索  打造“瘦身井”施工利器

□趙春國 田宏遠(yuǎn) 唐勝超

對于非常規(guī)射孔作業(yè)而言，“瘦身井”需要配套相應(yīng)的小直徑射孔工具串、小直徑橋塞等儀器設(shè)備，同時泵送施工中的排量、速度、張力控制也需嚴(yán)格把控。

為此，經(jīng)緯西南測控公司加快“瘦身井”配套射孔儀器組合的研發(fā)。針對小井眼分簇式射孔需求，他們攻關(guān)小尺寸全可溶橋塞，研制出外徑68~88毫米的帶膠筒橋塞和外徑76~87毫米的全金屬橋塞系列，圓滿完成了江沙330-3H、丁頁3-2HF、威頁30-6HF等多口井的小套管泵送射孔任務(wù)。

由于“瘦身井”小井眼環(huán)空間隙小，對定向等工藝的要求也更高。經(jīng)緯公司專題召開“瘦身井”定向技術(shù)研討會，制定了涪陵工區(qū)“瘦身井”定向施工推薦做法及定向提升方案，為“瘦身井”規(guī)模化應(yīng)用提供了堅實保障。目前，該配套方案已創(chuàng)造國內(nèi)陸上頁巖氣應(yīng)用水基鉆井液施工水平段最長紀(jì)錄，連續(xù)刷新涪陵工區(qū)“瘦身井”單日進(jìn)尺最高紀(jì)錄、鉆井周期最短紀(jì)錄等。據(jù)統(tǒng)計，2023年以來，江漢測錄井分公司在涪陵工區(qū)焦石、白馬、鳳來、紅星和平橋等區(qū)塊共施工“瘦身井”94口。

在“瘦身井”施工過程中，經(jīng)緯公司通過建立鉆具組合有限元模型，綜合分析鉆具橫向震動特征，優(yōu)化鉆具組合及參數(shù)，提高了定向儀器信號穩(wěn)定性；基于鉆具造斜率預(yù)測理論，優(yōu)選造斜率模型，開展小井眼鉆具組合造斜率預(yù)測研究，提高了定向造斜效率。目前，該公司正探索開展近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向系統(tǒng)和旋導(dǎo)試驗，以更好地在提速提效方面發(fā)揮技術(shù)支撐作用。

經(jīng)驗推廣 讓老區(qū)油井實現(xiàn)“瘦身”

□謝 江 王 斌 趙 冰

“紅花套組是江陵凹陷松滋區(qū)塊主力產(chǎn)層，雖然還有很多剩余油，但現(xiàn)有注采井網(wǎng)控制程度不夠、老井井況變差、含水上升等因素導(dǎo)致開發(fā)效果逐漸變差，近年來產(chǎn)量持續(xù)遞減?！苯瓭h油田勘探開發(fā)研究院主任師高江取介紹，要化解矛盾，必須部署新井挖潛剩余油，但油藏埋藏深、鉆井成本高。

江漢油田借鑒涪陵工區(qū)成功經(jīng)驗，組織相關(guān)單位開展“瘦身井”技術(shù)論證，選取松滋區(qū)塊重點調(diào)整井SH9-P18井作為首口“瘦身井”試驗井。“從氣井到油井，很多技術(shù)不能照搬經(jīng)驗，必須摸索前行?！苯瓭h油田工程院鉆井所副所長代林說。

江漢油田成立技術(shù)攻關(guān)團(tuán)隊，制定專項技術(shù)、風(fēng)險防控措施和單井提速優(yōu)化方案，從“一井一方案”細(xì)化為“一段一策”，根據(jù)井斜、方位、地層傾角等變化，調(diào)整鉆頭方位和角度，利用小造斜率、平滑井眼軌跡，將長水平段分為多個節(jié)點，減少鉆進(jìn)調(diào)整頻次，大幅提高鉆井速度。鉆得快，更要鉆得準(zhǔn)。技術(shù)人員建立三維地質(zhì)模型，開展油藏數(shù)值模擬分析，認(rèn)識部署區(qū)塊剩余油分布狀況，精細(xì)繪制目的層頂?shù)孜?gòu)造圖、夾層微構(gòu)造圖，不斷優(yōu)化靶點位置。

2023年3月24日，SH9-P18井順利完井，刷新松滋區(qū)塊水平井井深最深、鉆井周期最短等多項紀(jì)錄，投產(chǎn)后獲日產(chǎn)9噸高產(chǎn)油流。

“通過召開技術(shù)交流會，我們對相關(guān)經(jīng)驗進(jìn)行總結(jié)固化，形成了油井‘瘦身井’技術(shù)模板，為老油田剩余油挖潛、效益開發(fā)提供了借鑒。”江漢油田工程技術(shù)管理部鉆井工程室主任易爭利說。