摘　要：在我國剩余石油儲量、探明天然氣地質儲量中，低滲透油氣資源已成為主要勘探開發對象，高效鉆完井成為最大限度獲得經濟效益的關鍵。為此，國內經過技術攻關試驗，在鉆完井關鍵技術方面取得了重要進展，形成了以下技術方法：①低滲透油氣藏復雜結構井適應性評價方法、復雜結構井優化設計及產能評價技術和井身結構與井眼軌跡優化設計技術；②以五級分支井、徑向鉆孔、魚骨狀分支井等技術為核心的提高泄流面積鉆井技術已進入現場應用階段；③研制的以新型防水鎖無黏土鉆井液、防漏堵漏鉆井液、新型生物完井液等為核心的鉆完井液取得明顯儲層效果。但以提高完善程度為目的的水平井分段完井技術受制于完井裝置、產品、工具缺乏，整體水平與國外相比尚有一定差距，目前僅形成了“免鉆塞篩管頂部注水泥技術、水平井酸洗脹封一體化技術”水平井篩管分段完井核心技術。

關鍵詞：中國  低滲透油氣田  鉆井  完井  優化設計  泄流面積  儲層保護  現狀  差距

Drilling and completion technologies for efficient exploitation of low-permeability oil&gas fields in China：A state-of-the-art review

Abstract：Among the residual oil reserves and proved natural gas geological reserves，low-permeability hydrocarbon reserves have be come the main target for exploration and development of fossil fuels in China．But if expecting the maximum economic benefit fromthat．operators will mostly depend on efficient drilling and completion．In view of this，through technical research and pilot tests，an outstanding progress has been made in the following drilling and completion technologies and methods：(1)an evaluation method for the adaptability of complex structured wells in low permeability oil and gas reservoirs，complex structured well optimization and productivity evaluation technologies，and optimization technologies of wellbore structure and well track；(2)the drilling technology inmproving the discharge area，which focuses on such techniques as level-5 multilateral wells，radial drilling，and herringbone wells，has been applied on site；and(3)the newly developed drilling and completion fluids like new water-blocking clay-free drilling fluid，lost circulation controlling fluid，and plugging drilling fluid，and new biological completion fluid，with which an obvious result has been obtained in reservoir protection．However，for lack of enough good completion devices，products and tools，the segregated horizontal well completion technology falls far behind foreign technologies in respect of improving perfection degree，SO up till now，suchkey technologies have j ust been developed including plug drilling free screen top cementing，acid cleaning，and swell packing integration．

Key words：China，low-permeability oil&gas fields，drilling，completion，optimization design，discharge area，reservoir protection

在我國剩余石油儲量、探明天然氣地質儲量中，低滲透油氣資源量大于50％，低滲透油氣產能建設規模占其總量的70％，低滲透油氣資源已成為主要勘探開發對象。盡管我國低滲透油氣藏的儲量巨大、資源豐富，但總體來說開發效果并不理想，國外大公司低滲透油氣田的采收率平均為35.8％，國內低滲透油氣田的平均采收率僅為23.3％，比國外低l2.5％。我國低滲透油氣田之所以動用程度差、采收率低，主要是由于我國低滲透油氣藏普遍埋藏較深、地質條件復雜、開發難度較大，存在多項開發矛盾和問題，影響了開發效果。

低滲透油氣藏的經濟開發及鉆井技術存在5個方面技術難點：①缺乏配套的儲層描述和優化設計技術；②鉆井技術手段相對單一，制約了整體開發效果；③井眼軌跡控制和有效鉆穿儲層難度大；④儲層孔喉細小，壓敏、水敏強，儲層保護難度大；⑤完井方式單一，缺乏完井整體優化設計技術及完井系列。

國內外針對低滲透油氣藏提高采收率技術進行了大量的探索和實踐，但研究程度遠遠落后于中高滲透砂巖油氣藏，主要集中在對低滲透油氣藏基本地質特征的描述、增加產能和提高開發效率等基礎研究方面，以及在低滲透油氣田的鉆井優化設計技術、增加泄流面積技術、儲層保護技術及完井技術等高效開發技術方面還不成熟，急需完善配套，制約了低壓低滲透油氣藏的經濟有效開發。

1　鉆井優化設計技術

在國外，低滲透油氣藏埋藏深、地應力和裂縫分布復雜、存在啟動壓力梯度、巖性剖面和壓力剖面預測技術不成熟，致使產能預測和鉆井設計難度大。如何高效開發低滲透油氣藏，尤其是在復雜結構井適應性評價技術、地質優化設計及產能預測技術、井身結構與井眼軌道優化技術等方面，已經做了大量的研究工作，形成了低滲透油氣藏鉆井優化設計技術。

在國內，針對低滲透油氣藏基本地質特征的描述、增加產能和保護儲層等方面的研究比較多，重點開展了考慮低滲透油藏特征的地質優化設計和鉆井優化設計相關技術的研究^[1-2]。合理高效的復雜結構井優化設計能夠最大程度控制儲量、增大采出量、控制投資、降低風險，實現經濟效益最大化^[3-6]。針對勝利油田低滲透砂巖油藏、四川西部和鄂爾多斯大牛地低滲透致密氣區等試驗區塊的地質特點，開展了復雜結構井適應性評價方法、產能預測技術、地質優化設計和井身結構與井眼軌道優化設計技術研究，為開發(調整)方案的確定、井型的選擇、井位和定向井軌道的優化設計、鉆井方式以及鉆井液流體類型的優選提供基礎依據。

現已初步形成低滲透油氣藏復雜結構井適應性評價方法、復雜結構井優化設計及產能評價技術和井身結構與井眼軌跡優化設計技術等3項配套技術，在低滲油氣藏壓裂水平井地質優化設計、地層孔隙壓力預測方法和三維空間多點約束條件下的軌道優化設計技術獲得突破進展。同時，建立了低滲透油氣藏復雜結構井篩選規范和地質優化設計規范。研發了具有自主知識產權的低滲透油氣藏鉆井優化設計配套軟件。在勝利油田低滲透砂巖油藏、四川西部和鄂爾多斯大牛地氣區的l3個低滲透區塊共設計41口復雜結構井，實施28口，覆蓋低滲透油、氣藏地質儲量l300×10⁴t和2800×10⁸m³，產量達到同類油氣藏中直井的2～5倍，實現了低滲透儲量的有效動用和高效開發。

2　增加泄流面積鉆井技術

2．1高級別分支井鉆井技術

白20世紀90年代始，國外一些公司開始致力于分支井鉆井技術的研究，相繼開發出系列分支井井下專用工具^[5]。最具代表性的是BakerHughes和Schlumberger的分支井技術，已經發展到六級完井水平^[6]。

國內遼河油田、勝利油田等開展了分支井技術的研究并完成了多口井的現場試驗。近年來也開展了五級分支井系統研制和現場應用，成功研制了具有完整機械支撐、液力密封和選擇性再進入功能的五級分支井眼系統，形成了高級別分支井鉆完井工藝技術規程。在勝利油田的坨142-支平1井進行了五級分支井的現場試驗，驗證了高級別分支井技術方案的可行性，同時也驗證了研制的五級分支井系統和開窗系統能夠滿足分支井現場應用的需要。河3-支平1井懸掛封隔器回接密封短節壓力驗封成功，標志國內陸上第一口達到國際五級完井水平的分支水平井誕生，該井第一分支完井深2489 m，垂深2116.21m，水平位移472.26m；第二分支完鉆井深2400m，垂深2067.80m，水平位移476.77m。實現了分支井眼連接處機械支撐的完整性、液力密封性能和井眼的選擇性再進入功能，為低滲透油氣田高效開發提供了技術支持。

2．2徑向水平井鉆井技術

目前鉆井工程推出了用水力方法鉆超短半徑水平井技術，YPF S.A公司采用乃Ø19.05mm磨銑鉆頭在套管上鉆孔，起出鉆頭后再下入廖Ø12.7mm連續管噴射進入地層，應用的最大井深達到了3800m，每個層位90^o相位鉆出了4個分支井眼，最大分支井眼長度達100m、孔徑約50mm，該技術在阿根廷實施了22口井，增產效果非常顯著。

在國內，利用水力方法鉆超短半徑水平井技術在遼河、吉林、江蘇、南陽等油田施工了近l0口井，水平進入地層只達到20m。近年來，針對該項技術開展了大量的研究，成功研發了一種包括轉向器、柔性軸、磨銑鉆頭等零部件的新型徑向鉆孔深穿透裝置，研制了適用于磨料射流和清水射流破巖的新型高效噴嘴；開展了地面聯機試驗，驗證了該裝置的可行性。在勝利油田金17-1井進行了徑向水平井眼的現場應用，分別在井深864.8m和861.5m的2個層位鉆出了l個孔深20m和3個孔深50m的水平井眼，為我國低滲透油氣田高效開發提供了新的鉆井技術。

2．3魚骨狀分支井鉆井技術

魚骨狀分支井鉆井技術是一種利用分支井鉆井技術提高稠油油井、致密低滲透油井單井采收率的鉆井新技術，該技術可以根據油藏條件設計井眼并進行井眼的空間分布，以有效增加油層的裸露面積，提高油層的開采動用程度，最終達到提高采收率的目的，它與采用射孔完井和水力壓裂增產的常規直井相比具有不可替代的優越性。國外油氣開發商大力開展了相關鉆探技術的研究攻關，美國及西方國家的分支井技術在20世紀90年代得到了迅速發展，其魚骨狀分支井設計技術、鉆井工藝技術、完井及采油配套技術，相關配套工具、儀器的水平日臻完善，魚骨狀分支井儲層累計進尺超過l2000m。

近幾年，魚骨狀分支井在國內部分油氣田得到了較大范圍的應用，如南海西部、冀東、渤海、大港、遼河、勝利等油氣田分別進行了魚骨狀分支井的現場試驗，形成了包括工程設計、井眼軌跡控制、儲層保護液的魚骨狀分支井鉆井配套技術。勝利油田已實施了l0口井，累計產油24×10⁴t、累計產氣2693×10⁴m³，實現在低滲透區塊利用魚骨狀水平井開發低滲透油氣藏的重大突破，埕北326A-支平1井創造了中國石化魚骨狀分支井垂深最深(3356.10m)的紀錄。

2．4隨鉆測量技術

為了滿足特殊鉆井施工的需要，國外各大公司相繼開發出了可進行高溫高壓條件下的隨鉆測量儀器，最高可在175℃的高溫環境下可靠地測量定向參數，耐壓高達l50 MPa^[7]。近年來，國內研制了適應深層高溫井鉆探的抗高溫高壓MWD無線隨鉆測量儀器，其工作溫度可達150℃，耐壓可達l50MPa，填補了國內空白，并完成了新疆、四川地區等多口高溫井的應

用，其中新疆TP7-2CH井的定向施工作業，創下了國產MWD儀器應用最高溫度l48℃的紀錄，其測量精度與國外同類產品相當。

為保證在薄油層或有復雜褶皺、斷層的油藏中井眼軌跡控制精度，國外已采用近鉆頭方位伽馬測量技術，把井斜傳感器和伽馬傳感器集成在鉆頭附近，實時得到近鉆頭處的地質和工程信息，指導調整井眼軌跡，保持在油藏最佳位置。近年來，國內也開展了具有自主知識產權的近鉆頭方位伽馬測量儀系統研制，提出了旋轉聚焦多扇區方位伽馬測量方法Ⅲ，將伽馬傳感器安裝在鉆鋌側面的槽中，并進行金屬屏蔽層，具有方位特性，不但能夠實時測量地層巖性，還能夠分辨上下巖性界面特征，有效發現儲層的上部蓋層，捕捉進入儲層的最佳時機。研制出了近鉆頭井斜及方位伽馬儀，距鉆頭距離0.8m，通過坨l28-斜92、鹽l6-斜19井等4口井試驗應用表明：該系統實現了近鉆頭井斜、伽馬值的測量，實現了與MWD儀器的掛接，成功的將近鉆頭數據實時傳送到地面，其測量精度與國外同類產品相當。

隨著欠平衡鉆井技術在低滲透油氣藏開發中的應用，電磁波MWD技術也得到發展，國外已形成了較為成熟的電磁波MWD隨鉆測量技術，在國內2008年年底中國石化德州石油鉆井研究所研制的電磁波隨鉆測量系統(EM-MWD)工程樣機在鄂北大牛地氣田D66-55井進行了現場試驗并獲得成功，電磁波傳輸深度達到了2715m。勝利石油管理局鉆井工藝研究院也研制出電磁波隨鉆測量系統，并通過在勝利油田河68-斜更1井、孤東7-38-5135井等3口井的整機現場試驗及應用，應用結果表明：井下儀器結構設計合理可靠，各組成部分能適應實際鉆井要求；地面接收機與鉆臺顯示器數據正常，穩定可靠，整機能適應實際鉆井要求，應用垂深達到2700m(地層電阻率5～300Ω·m)，并與進口E-link儀器對比表明二者傳輸性能基本相當，電磁波MWD達到進口儀器的技術指標。

3　儲層保護技術

3．1鉆完井液技術

國外早在20世紀30年代，就開始對油氣層損害的機理進行了研究攻關，在此期間機理性、智能性分析、預測、評價技術以及鉆井、完井、采油各個作業環節中的油層保護工作都得到了突飛猛進的發展；近年來在打開產層鉆井液的開發應用方面加大投人，并取得可喜的成果，推出了甲酸鹽鉆井液、MMH／碳酸鈣鉆井液、顆粒碳酸鈣／聚合物鉆井液、超低滲透鉆井液、全油鉆井液、可循環泡沫(Trans-Foam)等^[9-14]。

國內對儲層損害問題的研究起步較晚，但近年來發展較快。特別是在“十一五”期間，國內針對低滲透油氣藏開展了大量的儲層傷害評價及保護技術研究。研制了傷害評價裝置，能夠滿足滲透率低至0.1mD條件下巖心流動測試；研究了低滲透砂巖儲層傷害機理，確定了其水相圈閉是其主要傷害因素；明確控制致密砂巖氣層水相圈閉損害控制因素，形成綜合考慮工程地質參數評價相圈閉損害潛力的相圈閉損害系數法，建立毛細管自吸與液相滯留的水相圈閉損害評價方法，評價方法穩定可靠，平行誤差不超過2％；改進毛細管自吸評價儀與加載巖石微觀圖像分析系統，形成巖心觀察、薄片分析、巖心造縫模擬應力實驗法、加載裂縫圖像分析、有限元模擬及井漏資料等研究工區裂縫動、靜寬度，指出在正壓差下，原地裂縫寬度可達5mm；研制出新型防水鎖無黏土鉆井液和新型生物完井液、新型高效抗油泡沫鉆井液體系、有機鹽可降解鉆井完井液體系及毫米級裂縫儲層保護劑系列等鉆完井液體系，在鄂爾多斯區塊和勝利油田多個低滲透儲層應用，并獲得明顯成效。

3．2全過程欠平衡鉆井技術

全過程欠平衡鉆井技術是欠平衡鉆井技術的完善和發展。目前國內外一般采用強行起下鉆法和井下隔離法等2種方式實現全過程欠平衡鉆井。強行起下鉆技術出現較早，上世紀20年代，國外首先利用強行起下鉆裝置進行修井作業。開始是簡單的機械式的，主要用于修井作業。到八九十年代，為保證欠平衡鉆井鉆具的順利起下，該裝置用于鉆井。目前，利用強行起下鉆裝置進行鉆井業務的國外公司有High Arctic Well Control Inc．、Snubco Pressure Control Ltd．、Weatherford等。這些公司都有利用強行起下鉆裝置進行欠平衡鉆井的案例，但由于其設備龐大、復雜，需要的技術服務人員多，起下鉆動作慢，占用鉆機時間長等缺點，用于欠平衡鉆井相對較少。、

近年來，國內針對儲層保護的欠平衡鉆井開展了大量的研究，形成了一套適合低滲儲層的欠平衡鉆井方式篩選方法、欠平衡鉆井設計、欠平衡鉆井工藝、欠平衡鉆井井控工藝、欠平衡作業窗口邊界的確定原則、不壓井起下管柱工藝等全過程欠平衡鉆井配套技術，并研制成功了具有自主知識產權的全過程欠平衡鉆井關鍵設備、不壓井起下生產管柱用的旋轉防噴導流系統、整套井下隔離系統及不壓井作業的系列工具。在勝利油田和鄂爾多斯盆地大牛地氣田，應用了液體、充氣和泡沫等全過程欠平衡鉆井技術，證明了氣藏天然產能情況。

4　完井技術

為了最大限度地開發油氣資源，近年來國外完井技術不斷發展，相繼研發了多種先進的完井技術、工具及儀器。在水平井分段壓裂方面，哈里伯頓、貝克休斯、斯倫貝謝等公司處于該領域的前列，哈里伯頓多級壓裂系統采用滑套技術和遇油膨脹封隔器結合，通過投球開啟滑套，進行逐級壓裂。貝克休斯Frac-Point多級壓裂系統能實現壓裂作業井段橫向分段隔離及全井段完全壓裂作業。在水平井防水控水方而，先后涌現InCharge智能完井系統、Smartwell完井系統等，在水平井防水控水方面起到了積極作用。在水平井固井方面，斯侖貝謝公司研發出了低失水防竄性能優良的膠乳水泥體系，加拿大研制開發出了一種自愈合水泥材料。套管剛性旋流扶正器技術、套管漂浮技術、旋轉尾管懸掛器技術則是固井工具的發展重點^[15-17]。

國內低滲透油氣藏完井技術仍是一個比較薄弱的環節，整體水平與國外相比還有較大差距。但近年來也取得長足的發展，建立了低滲透油藏水平井完井模擬裝置和室內定量評價技術，形成了構造巖性低滲透油氣藏水平井完井優化設計技術。采用襯管(管外封隔器)+盲管組合投產以均衡生產剖面延緩底水錐進，采用射孔完井+分段壓裂以提高單井產能，研發了多種高性能水平井完井工具。高強管外封隔器性能參數超越國內同類產品接近國際先進水平，遇油遇水膨脹式封隔器實現了在勝利油田的首次現場應用，新型可固化材料有效提升了可同化介質充填管外封隔器的工作性能。形成了“免鉆塞篩管頂部注水泥技術、水平井酸洗脹封一體化技術”為特色的水平井篩管分段完井核心技術，現場試驗約50井次，成功率l00％。自主開發出塑性膠乳水泥漿體系，具有敏感性低、抗污染能力及穩定性高、防竄能力強、濾失量低等優點，水泥石具有塑性特性、彈性模量降低、抗折強度及抗沖擊韌性高等特性，滿足低滲透油氣藏水平井固井要求，為后期酸化壓裂增產增效措施的順利實施提供保障。建立了低滲透油氣藏水平井同井頂替效率模擬裝置和實驗評價方法，自主開發了旋轉尾管懸掛器、液壓式套管扶正器等固井工具，形成了提高低滲透油氣藏水平井固井頂替效率配套技術。

5　結論及建議

通過近年來的研究，我國在低滲透油氣田高效開發鉆完井技術取得如下技術進展。

1)針對低滲透油氣藏儲量難動用、“低孔、低滲、低產”的地質特征，形成了低滲透油氣藏水平井優化設計方法，逐漸成為低滲透油氣藏“低中找高、貧中找富、難中找易’’的技術策略。

2)形成的以五級分支井、徑向鉆孔、魚骨狀分支井等技術為核心的提高泄流面積鉆井技術，為低滲透油氣田“稀井高產”提供了一種有效的技術手段。

3)通過儲層傷害評價，提高了低滲透油氣藏儲層傷害特征的認識，形成了以新型防水鎖無黏土鉆井液、防漏堵漏鉆井液、新型生物完井液、有機鹽可降解鉆井完井液等為核心的儲層保護技術，為低滲透油氣藏高效開發提供了保障。

4)針對不同類型低滲透油氣藏，研制了高強管外封隔器、頂替效率模擬裝置、塑性膠乳水泥漿等完井裝置、產品、工具，形成了以提高完善程度為目的的水平井分段完井及固井技術，為提高水平井技術的開發效果提供了有力支持。、

但仍存在一些技術難點，主要表現在：復雜結構井地質優化設計亟待規范化，產能預測方法需進一步完善，基于地應力的井眼軌道設計需深入研究，旋轉導向鉆井系統穩定性、近鉆頭旋轉聚焦伽馬測量技術、電磁波MWD測量傳輸深度等有待突破，鉆完井液體系的保護效果有待提高，控壓鉆井技術、微流量地面控制系統尚未形成配套，水平井防水控水井簡控制技術缺乏，水平井固井長效封固效果差，自主核心完井工具缺乏等，需進一步加大攻關力度，突破關鍵技術瓶頸，實現經濟有效提升我國低滲儲量動用水平的目的。

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本文作者：唐波  唐志軍  耿應春  唐洪林

作者單位：中國石化勝利石油管理局鉆井工藝研究院