走，“組團(tuán)”尋找頁巖“地宮”

古有水文地質(zhì)調(diào)查，鑿井取水；今有尋找頁巖“甜點(diǎn)”，鉆井開采地下頁巖油。2020年底，大慶古龍頁巖油試驗(yàn)區(qū)1號(hào)平臺(tái)的工廠化建井工程拉開序幕。7口采油井附近7部鋼鐵巨人般的鉆機(jī)擺開，7條地下通道向頁巖油層挺進(jìn)。高聳的井架為何聚集在此？地下通道會(huì)通向哪里？鉆井過程都用了哪些“神兵利器”？

找出“甜點(diǎn)”，構(gòu)建“黃金靶體”

打開一個(gè)西瓜，瓜瓤最中間的部位糖分最高、最甜，也最好吃，這一部位就是西瓜的“甜點(diǎn)”。深埋地下的頁巖油藏，也有類似的“甜點(diǎn)”區(qū)。

古龍頁巖油富集程度低、開采成本高，為實(shí)現(xiàn)頁巖油開發(fā)的商業(yè)化盈利，建井工程最核心的就是找到地層中的“甜點(diǎn)”區(qū)。古龍凹陷那么大，“甜點(diǎn)”區(qū)又如何找呢？

古龍頁巖油主要賦存在頁巖基質(zhì)孔隙和層理縫中。古龍頁巖油藏看似一個(gè)連續(xù)、均一的整體，但不同層位和區(qū)域的地質(zhì)條件仍存在一定的差異。有些區(qū)域油氣更富集，豐富的原始有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化充分，游離烴含量高；有些區(qū)域里更大直徑的孔隙提供更大的儲(chǔ)油空間，油氣更易于流動(dòng)；有些區(qū)域成熟度適宜，有機(jī)質(zhì)大量生油，原位儲(chǔ)存，這類區(qū)域通常被稱為地質(zhì)“甜點(diǎn)”。有些區(qū)域巖石脆性好，破裂壓力較小，易于壓裂改造，則被稱為工程“甜點(diǎn)”。兼具以上雙重特性的區(qū)域，就是古龍頁巖油的“甜點(diǎn)”區(qū)。

隨著勘探的深入，雖然不同區(qū)域、層段的油井，地質(zhì)條件基本相似，但是采用不同的壓裂改造工藝，油井的產(chǎn)量差別很大。運(yùn)用地質(zhì)工程一體化的思路，借助地震探測(cè)、地球物理測(cè)井，以及實(shí)驗(yàn)室分析等多種方法，建立起三維地質(zhì)模型，在“甜點(diǎn)”中進(jìn)一步構(gòu)造出鉆探的“黃金靶體”，才能確保準(zhǔn)確找到頁巖油并進(jìn)行高效開發(fā)。

善用建井三利器，快打通道引“油龍”

“黃金靶體”構(gòu)造好后，如何將其與地面連通，實(shí)現(xiàn)“遠(yuǎn)程打靶”？現(xiàn)場(chǎng)按井眼軌道設(shè)計(jì)，采用專用控制工具，使鉆頭在井下某一段沿水平方向鉆進(jìn)，形成類似“L”形軌跡的井眼。

古龍頁巖油水平井平均鉆進(jìn)行程一般在5千米，在構(gòu)造復(fù)雜、易塌漏卡的青山口組水平穿行長(zhǎng)度超2.3千米，這給鉆井提速提效造成了重重困難。如何才能順利入“靶”，讓井鉆得又快又好？

鉆井工程界常說“鉆頭不到、油氣不冒”。鉆頭是實(shí)現(xiàn)鉆井的最核心工具，鉆頭在鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤、頂驅(qū)等旋轉(zhuǎn)動(dòng)力設(shè)備的驅(qū)動(dòng)下，連續(xù)破碎地層巖石，最終形成井眼。古龍頁巖油鉆井用的是最經(jīng)濟(jì)、最高效的聚晶金剛石復(fù)合片（PDC）鉆頭，其上鑲嵌多個(gè)可“自銳”的PDC切削齒。這種高配版的鉆頭具有金剛石的高硬度、高耐磨性與導(dǎo)熱性，還具有硬質(zhì)合金的強(qiáng)度與抗沖擊韌性，應(yīng)對(duì)古龍頁巖地下高溫、軟硬交錯(cuò)夾層的挑戰(zhàn)更加從容，是快打頁巖油井的開路先鋒。

如何引導(dǎo)鉆頭在“黃金靶體”內(nèi)行走？PDC鉆頭是個(gè)“路盲”，在隨鉆測(cè)井及導(dǎo)向系統(tǒng)的幫助下才能按照規(guī)定路線前行。隨鉆測(cè)井短節(jié)是“瞭望員”，通過測(cè)量并實(shí)時(shí)傳送地下參數(shù)，人們?cè)诘孛婢湍堋翱吹健便@頭和井眼的各種信息，指導(dǎo)鉆頭直抵目的層，奔著“甜點(diǎn)”區(qū)而去。導(dǎo)向鉆具是“方向盤”，結(jié)合地面控制鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，就能實(shí)現(xiàn)井眼“直行”或“轉(zhuǎn)彎”，讓鉆頭指哪兒打哪兒。

鉆開的青山口組地層原有的應(yīng)力平衡被破壞后，井壁剝落、坍塌等問題易發(fā)。這時(shí)，被稱為“鉆探血液”的鉆井液開啟維穩(wěn)模式。作為“專屬定制”的防塌封堵油基鉆井液，油基成分可潤(rùn)滑鉆具、抑制頁巖水化和地層造漿，利于快速鉆進(jìn)；特定的密度提供平衡井底壓力的液柱壓力，撐住井壁；多種封堵材料組合形成致密完整的封堵帶，封好井壁。由此，鉆頭可在加固的“銅墻鐵壁”中鉆進(jìn)，快速“打靶”更順暢。

建設(shè)井工廠流水線，開采更高效

井工廠是一種快速建造油井的“工廠”。這項(xiàng)技術(shù)起源于北美，是美國實(shí)現(xiàn)“頁巖氣革命”的一項(xiàng)革命性技術(shù)。井工廠鉆井是指同一地區(qū)集中部署一批油井，使用標(biāo)準(zhǔn)化的裝備或服務(wù)，以類似工廠生產(chǎn)或裝配流水線的方式進(jìn)行鉆井，從而提高開發(fā)效率，降低施工和運(yùn)營(yíng)管理成本。

古龍頁巖油井工廠按照叢式井原則進(jìn)行立體平臺(tái)設(shè)計(jì)，將2~8口水平井的井口位置在同一鉆井平臺(tái)上“集合”“列隊(duì)”，形成一個(gè)井組。各井井底伸向不同深度和方位，以地上更小的占地面積覆蓋地下更大的儲(chǔ)層區(qū)域。根據(jù)井場(chǎng)規(guī)格、井口位置、井組數(shù)量，工程師設(shè)計(jì)井口間距和水平段間距，便于多部鉆機(jī)同時(shí)施工?？梢苿?dòng)鉆機(jī)還能節(jié)約搬運(yùn)安裝、開次轉(zhuǎn)換等時(shí)間，降低鉆井成本。

古龍頁巖油井工廠有一部鉆機(jī)連續(xù)施工的“ 小工廠”，更有多部鉆機(jī)同時(shí)施工的“大工廠”。井工廠模式統(tǒng)一配置資源，較單井施工模式建產(chǎn)周期更短、成本更低、收效更好，讓古龍頁巖油的作業(yè)方式向前跨出了一大步。

作者：王春嬌 程心陽（大慶油田有限責(zé)任公司）