国内首创钻井“三次瘦身”技术提升油气开发效益

“日前，江汉油田首口瘦身Ⅲ型井—焦页23-Z2HF井顺利完井，为页岩油气井全面推广瘦身井身结构奠定基础。”近日，江汉油田工程技术管理部副经理张玉强说。

今年以来，在江汉油田工程技术管理部的精心指导下，江汉油田工程院专家成功研发瘦身Ⅲ型井身结构技术，该技术属于国内首创，大幅度降低钻井工程投资费用，满足页岩油气储层改造要求，释放大量井位，加快推进复兴区块效益开发，为江汉油田早日实现“万千百”战略目标保驾护航。

效益开发遇难题

涪陵页岩气田开采初期，钻井井身结构为直径215.9毫米的井眼配合直径139.7毫米的套管，由于井身庞大，钻井周期长、材料投入多、钻井成本较高，而当时开发的白马、凤来等深层区块产量不高，导致投入和产出比不高，无法实现效益开发。

为了降本，2020年至2022年底，江汉油田提出并成功研发瘦身Ⅰ型、Ⅱ型两种井身结构，其中瘦身Ⅰ型属于国内首创技术、Ⅱ型属于国际首创技术。瘦身Ⅰ型井身结构采用直径171.5毫米的井眼，配合直径114.3毫米的套管完井，用于垂深3500米以内的浅井，瘦身Ⅱ型井身结构采用直径190.5毫米的井眼，配合直径139.7毫米的套管完井，用于垂深超过3500米的深井。

“瘦身井身结构相比传统的常规井身结构，分别缩小各开次井眼尺寸和套管尺寸，在涪陵页岩气田推广使用后，从源头上减少了套管等材料用量，减少固废产生量，降低钻井成本，降本提效效果很好。”工程院副院长卢和平说。

但随着气田勘探开发向复兴区块转移，复兴陆相页岩油气储量丰度相对低，实现效益开发需要更大的改造规模来提供单井动用储量，要求套管适当增大，以满足更大的压裂施工排量。如果采用瘦身Ⅰ型井身结构，其偏小的井眼符合瘦身要求，但是套管较小，不符合储层改造需求。如果采用瘦身Ⅱ型井身结构，其偏大的套管尺寸符合储层改造需求，但是工程成本增加，难以实现效益开发。

面对效益开发难题，油田相关技术人员和专家决定研发一种满足复兴等新区块开发条件的崭新的井身结构。

形成“井身再瘦身”思路 

为解决效益开发的难题，油田钻井专家决定对瘦身Ⅰ型井身结构再瘦身，保持其完井井眼尺寸171.5毫米不变，将完井套管尺寸外径从114.3毫米变为127毫米，研发成功瘦身Ⅲ型井身结构技术。

油田钻井工艺专家秦文斌说，这种新型的井身结构属于国内首创，有两大前所未有的难题需要攻克。

第一，瘦身Ⅲ型井身结构技术，必须将直径127毫米的套管通过直径171.5毫米井眼下入到直径171.5毫米长水平段井底，但是井眼与套管的间隙仅有22.5毫米，并且5000多米长的井眼，又分为直井段、斜井段和水平井段，井筒轨迹非常复杂，下入难度极大。

“下入过程，就像把一根细线插入树干上的小眼虫洞，虫洞小、长，且弯弯曲曲，细线刚进入虫洞还很顺利，但随着细线进入加深，不是线头顶在虫洞侧壁上，就是稍一用力线就弯曲，有力使不上，线头很难插到底。所以解决该问题，要从井眼轨迹、钻井液润滑、操作措施和管柱结构上开展技术攻关，保证井眼轨迹更加光滑、规则。

第二，采用瘦身Ⅲ型井身结构技术，当套管放入井筒居于中心位置后，作业人员会在套管与井筒壁之间的环状空间灌入水泥形成环装空间水泥环，随后的分段压裂作业会在水泥环中打开一个孔洞作为通道，连接井筒和井筒外的地层，让后期压裂作业时从井筒灌入的压裂液通过通道进入井筒外的地层，开展压裂施工。如果套管放入井筒位置不居中，套管触碰井筒壁，在环状空间形成一道墙，后期灌入的水泥无法过墙，在墙的下方形成无水泥灌注的死角。压裂液易漏入死角，造成缺失，没有足够力量撕开地层释放页岩气，而且页岩气会沿密封不严的水泥环向上窜动到井口，引起安全事故。所以，维持套管居中很重要，需要围绕保证固井质量开展技术攻关。

这两个主要攻关思路定了，工程院研究人员就有了攻关的方向。

实现效益大开发

工程院研究人员首先要解决套管顺利下入井眼，如何保证施工中井眼平整光滑。

为此，工程院研究人员经过攻关，设计出合理的井眼轨迹，并在施工中通过合理的参数控制，钻出了一条规则平整的长水平段井眼。研究人员还研究出一种流变性和润滑性提档升级的钻井液体系，使用到小井眼钻井施工中，不仅保证井眼不垮塌，还可保证井眼光滑，摩阻更小。

套管能不能顺利下到小间隙井眼的井底，也是一道难题。研究人员经过攻关，一是在套管最底部加上滚轮扶正器和引鞋，让最下端的套管始终保持“抬头”状态，保证套管在下入井眼过程中不至于戳到井壁上而受阻；二是在套管中交替装上滚轮扶正器和钢性扶正器，让套管在井眼中居中，减少套管本体和井壁的接触，摩擦力最小，下入会更顺畅。另外，研究人员还研制了严格的套管下入措施，保证套管能顺利下入小间隙的井眼中。

瘦身Ⅲ型井身结构的间隙小，注水泥固井工艺是最后一个严峻的挑战。研究人员研究出合适的水泥浆配方，保证水泥浆在注入小井眼施工过程中能顺利流动不凝固，也能保证凝固后水泥的强度。其次，针对套管和井眼之间的环状空间间隙更小，易导致注入水泥浆时压力过大而压破地层，从而引起水泥浆漏入地层的风险，研究人员经过攻关，最终研究出保证注水泥时流动性好、不漏失、顶替效率高、封固质量好、能给后续生产交出一个合格的井筒的固井工艺技术。

随后，工程设计人员根据研究攻关成果，综合设计出瘦身Ⅲ型井身结构的设计方案，攻克了一系列井身三次瘦身的难题，决定在焦页23-Z2HF井启动施工试验。

2023年6月试验启动，2023年10月9日，油田首口“瘦身Ⅲ型井”焦页23-Z2HF井顺利完井。该井完钻井深5011米，水平段长1961米，钻井周期33.88天。同时，相比瘦身Ⅱ型井，成本再节约8%。该井试验成功，验证了现有钻井技术条件下缩小井眼环空间隙的可行性，实现了瘦身井身结构的迭代升级，为后续推广应用奠定了坚实基础，也为下一步实现复兴区块钻井周期20天奋斗目标迈出了关键一步。

“瘦身Ⅲ型”井身结构研究和试验成功，尤其是用直径171.5毫米的井眼下入直径127毫米套管的设计理念，属于国际首创，为实现源头提速降本增效开辟了新的思路，助力页岩气长期稳产、高产和效益开发。同时该井身结构可以在江汉油田各区块推广，实现油田开发降本增速新模式，将为实现油田“万千百”战略目标和保障国家能源安全做出更大贡献。