日前，江汉油田油气产能建设管理中心顺利完成了焦页5号平台4口“瘦身井”的钻井施工任务，4口井较设计总周期节约64天14小时，创造了国内页岩气“瘦身井”井组平均钻井周期最短纪录。
涪陵气田员工正在检查钻井设备。戴 莹 摄
“2022年，我们在涪陵页岩气田成功探索了‘瘦身井’井身结构，从根本上解决了常规井身结构面临的钻井提速降本问题；2023年，通过实施‘瘦身井’示范井工程，为今后此类钻井提供了更多的经验借鉴。”江汉油田油气产能建设管理中心副经理张玉强介绍。
目前，该中心已完钻97口“瘦身井”，累计节约钻井成本两亿多元，让众多低效页岩油气资源具有了开采价值，推动国内页岩油气钻井工程技术取得了革命性突破。
创新引入“瘦身井”技术，为井筒“减肥”
所谓“瘦身井”，就是在保证安全成井的前提下，从钻井设计源头进行优化，科学缩小各开次井眼及套管尺寸，以提高钻井速度、节约材料费用、减少钻屑产生量。
“钻井好比修建油气地下通道，把通道改小了，相应地，固定通道的材料尺寸也要缩小，肯定省时省力、节省成本，而且废渣产生量也能大幅减少。”张玉强形象地比喻。
“瘦身井”技术虽好，但能不能适用于页岩气开发呢？为提高技术适用性，技术人员进行了反复研讨和大量技术论证。他们结合前期钻井施工经验，参考邻井地层构造及实钻井身结构数据，强化钻井实钻资料剖析论证，采取“一井一工程”设计理念，根据有利于安全优质高效钻井和油气层保护的原则，选择气田有利区块，持续优化井身结构，进行多次现场试验，努力为井筒“减肥”。
技术专家根据页岩气不同埋深下的钻井和后续压裂改造要求，差异化地缩小井眼尺寸，提出两套“瘦身井”井身结构：钻井目的层埋深在3500米以浅的，采用小尺寸井眼和套管，定为“瘦身I型”；目的层埋深在3500米以深的，采用稍大尺寸井眼和套管，定为“瘦身II型”。
“在页岩气田实施‘瘦身井’技术，是江汉油田首创。技术方案我们论证了三四十遍，反复修改，把从开钻到固井各施工环节全想透，不放过任何细节。”张玉强说，这些工作都是为了提高机械钻速和时效，大幅降低钻井成本，形成页岩气低成本、高效益开发新模式。
联合攻关，全力解决“瘦身井”技术难题
“‘瘦身井’由于井眼小，井壁承压能力弱，钻井参数无法提高，钻速下降，扭矩也无法增大，还容易产生托压，钻头像汽车轮胎打滑一样，即使加大钻压，钻头也很难前进。”打了多年井的钻井队队长张利宁说。
井筒小了，就需要配套小尺寸的井下工具，面临的技术难题也不少。
油气产能建设管理中心召开技术研讨会，派技术骨干到现场实地考察，与钻井队、井下工具生产厂家开展联合攻关，不断摸索尝试，取得了众多装备和技术上的突破。
该中心与石化机械开展“瘦身井”钻头螺杆一体化攻关，相继研发生产出针对“瘦身井”适应性强的钻头、螺杆等破岩工具，并在短期内进行迭代升级，解决了施工中托压、进尺难等问题，提高了机械钻速；开展钻具组合和钻井参数匹配性研究，通过钻具受力和水力参数计算，优化钻具组合，减轻了“瘦身井”设备负荷，释放了钻井参数。他们还与经纬公司合作，调研国内适用于“瘦身井”的定向工具，引进质量可靠、稳定性强的仪器取代原有定向工具，确保钻头“指哪儿打哪儿”，精准掌握小井眼轨迹控制技术。
井能不能打成、打得好不好，固井是关键一环。固井时，大家在小尺寸趾端滑套这块“卡壳”了。趾端滑套是固井时下放至套管末端的重要工具，由于井眼小，套管带着趾端滑套下入井底时，很容易遇阻、憋压，造成井漏，固井施工难度大。
为此，该中心在油田工程技术管理部牵头下，组织相关单位，就趾端滑套尺寸选型进行多次技术交流，结合涪陵气田“瘦身井”相关数据和要求，对趾端滑套进行优化，设计出两种尺寸的“瘦身”滑套，并开展多轮次的模拟计算和室内试验，验证工具的可靠性，同时完善适合“瘦身井”的弹韧性固井水泥浆体系，丰富“瘦身井”配套工艺技术序列，相比首段连续油管射孔施工，可节约两天施工时间。
经过不断摸索，涪陵气田“瘦身井”越打越顺，频频打破钻井纪录，特别是焦页10-Z4HF井钻井周期仅24.12天，较设计提前16.88天完钻，创气田开发以来钻井施工周期最短纪录。
成功应用“瘦身井”技术释放井位，促进气田效益开发
涪陵页岩气田已开发了10余年，高丰度、高品质、高产量区块越来越少，增储上产压力越来越大，气田开发重心逐步向新区深层常压页岩气及已开采的老区中部气层转移。
“肥沃的土地种完了，要把以前没动用的贫瘠土地甚至边角料动用起来，就必须认真考量投入产出比，做到有效益、有回报地开发。”张玉强说。
在凤来区块焦页171号、172号、173号井组产能建设项目论证过程中，若按照常规井身结构测算，钻井成本过高，项目经济评价始终无法过关。为此，该中心另辟蹊径，在凤来区块采用“瘦身II型”井身结构开展经济效益评价。经测算，单井钻井成本平均可减少300多万元，该区块20口井经济评价一下达到了效益开发要求。
白马常压区块总共有5个，之前只有两个区块可达到经济有效动用门槛。应用“瘦身II型”井身结构后，4个区块实现有效动用。
近年来，涪陵气田在焦石坝老区实施上部、中部、下部三层立体开发。由于中部气层开发井是在已开发了上部、下部气层的地层打井，剩余储量已经不多。为实现效益开发，该中心在30多口中部气层井均应用“瘦身I型”井身结构。
“有了‘瘦身井’技术，气田至少释放了1/3的井位。甲方能有效降低施工成本，乙方有了工作量，这就是双赢。”对于“瘦身井”技术的推广应用，张玉强充满信心。
什么是“瘦身井”技术？
“瘦身井”技术是指在地质结构、钻井风险相对明确的前提下，在既定井身结构基础上，缩小各开次钻头及套管尺寸，可有效降低成本、缩短工期、提高效率，是在国内页岩气田开发调整力度不断加大的背景下，实现效益开发的新探索。
相比传统井筒，“瘦身井”施工压力高，卡钻、漏失风险大，对钻具韧性要求更高，大幅增加了钻井施工难度。对于非常规钻井施工而言，“瘦身井”需要配套相应的定向仪器、钻头螺杆等仪器设备。同时，钻井施工中的排量、泥浆性能、固控设备等关键环节更须严格把控。
推动技术持续迭代升级 助力低丰度资源有效动用
为什么要开展页岩气“瘦身井”技术研究？
张玉强：为保证稳产增产，涪陵页岩气田每年要补充近100口新井，但剩余油气资源丰度不高，加之大宗商品涨价，对新钻井持续降本提出了更高要求。从2018年开始，常规井身结构提速降本进入瓶颈区，难以满足白马、凤来深层常压等新区及焦石坝立体开发区剩余气动用对钻井控本的要求，而井身结构“瘦身”可从源头减少钻井破岩工作量，减少套管、水泥、泥浆等材料消耗，是页岩气开发提速降本的新方向。
推广应用页岩气“瘦身井”技术有何意义？
陈天成：与井身结构有关的费用在钻井工程成本中的占比高达60%，“瘦身井”技术成为钻井工程设计革命性降本的突破口。该技术极大地减少了钻完井过程中直接材料的消耗和实物工作量，提高了机械钻速，缩短了钻井周期，实现了油田企业、工程公司的“双赢”，有助于提高产能建设速度、扩大产能建设规模，实现效益最大化。
针对不同的完钻井深，“瘦身井”技术采用不同的生产套管尺寸，满足了压裂施工的压力需求，提高了套管采气阶段的携水能力和井筒压力。“瘦身Ⅱ型”190.5毫米井眼下入139.7毫米套管，改变了长期以来215.9毫米井眼下入139.7毫米套管的传统认识，可以说是一个革命性的技术突破。
目前，“瘦身井”技术的推广应用情况如何？下一步工作将如何开展？
张玉强：在油田事业部的大力支持和指导下，江汉油田承担了集团公司先导项目“页岩气井井身结构优化研究”。工程技术人员通过优化设计，研发关键钻井工具、配套设备，形成了一套“瘦身型”页岩气水平井钻井关键技术（“瘦身井”技术），解决了“瘦身”后高质量安全成井、提速等难题，实现了页岩气钻井技术创新性突破。针对不同埋深，基于压裂改造和成本优化，还形成了页岩气水平井两套“瘦身井”井身结构并实现了规模化应用。
下一步，我们将围绕“打得更快、更好，水平段更长”的目标，进一步开展“超大平台+瘦身井”、长水平段“瘦身井”（＞3500米），以及“瘦身井”配套导向和提速工具攻关，推动“瘦身井”钻完井技术持续迭代升级，进一步降低区域钻井成本，实现国内更大面积、更大规模低丰度油气资源的有效动用。
“瘦身井”技术对其他类型油气藏开采是否有可借鉴之处？
陈天成：“瘦身井”技术是在对设计标准的深度理解和把握下，将常用的井身结构设计改为非常用的井身结构设计，这种敢于创新和实践的精神是值得技术人员学习的。随着钻完井综合水平的提高，我们应突破常规思维习惯的束缚，在安全成井的前提下“能瘦可瘦、应瘦尽瘦”。
与常规井身结构相比，“瘦身井”技术不仅能缩小破岩面积，降低破岩能耗，大幅提高机械钻速，而且能增大坍塌压力，拓宽安全泥浆密度窗口，增强井壁稳定性，减少卡钻等风险，可达到钻完井综合降本增效的目的。涪陵、鄂尔多斯等工区不同尺寸“瘦身井”结构的规模化应用，必将推动广义上的小尺寸井眼管柱力学、水力学、井眼环空间隙配比等理论研究的新发展。对于页岩油、页岩气、致密气等不同类型的油气藏，只要地层特征认识清楚，“瘦身井”技术就有较广阔的应用前景。
技术攻关 助力页岩气开发降本提速
相比传统常规井，“瘦身井”有助于降本提速，但也相应增加了钻井施工难度及井下风险。自2022年江汉油田进行首轮“瘦身井”试验以来，中原石油工程川东南项目部大力推广新技术、新工艺，不断总结施工经验，固化形成了钻井提速提效模板，降低了小井眼施工井下和井控风险，涪陵区域直井段钻速提高了1.78倍。
该项目部成立技术攻关小组，建立“瘦身井”井筒模型，开展岩屑运移数值模拟和试验，揭示转速、钻速、排量对岩屑运移的影响规律；结合钻具组合设计和钻井液携砂要求，进行水力参数优化设计；基于软件分析不同外径尺寸钻具条件下环空内流场特性变化规律，有效解决“瘦身井”初期施工排量不足、泵压高等难题。
他们联合服务厂商，通过3D建模优化流场，不断改进PDC钻头布齿位置、角度及密度等参数，提高机械钻速、延长钻头寿命，在焦页26-S2HF井实现单只钻头钻穿龙马溪造斜段入A靶，较同平台焦页26-S4HF井机械钻速提高了50.3%。技术人员对比分析大扭矩等壁厚螺杆、高速螺杆等动力钻具功能特征，设计了“瘦身井”专用尺寸螺杆，并对“瘦身井”水力振荡器的工具结构和参数进行技术攻关，积极开展不同工况现场试验，收到良好效果。
在固井施工技术方面，中原石油工程从改善水泥浆流变性和力学性能、提升固井界面胶结质量和降低施工安全风险等入手，开展窄环空固井技术研究与应用，形成了以高效驱油水基清洗液、高强低摩阻韧性水泥浆和窄环空固井工艺为核心的窄环空固井关键技术，实现了固井质量合格率100%、优质率80%。
创新探索 打造“瘦身井”施工利器
对于非常规射孔作业而言，“瘦身井”需要配套相应的小直径射孔工具串、小直径桥塞等仪器设备，同时泵送施工中的排量、速度、张力控制也需严格把控。
为此，经纬西南测控公司加快“瘦身井”配套射孔仪器组合的研发。针对小井眼分簇式射孔需求，他们攻关小尺寸全可溶桥塞，研制出外径68~88毫米的带胶筒桥塞和外径76~87毫米的全金属桥塞系列，圆满完成了江沙330-3H、丁页3-2HF、威页30-6HF等多口井的小套管泵送射孔任务。
由于“瘦身井”小井眼环空间隙小，对定向等工艺的要求也更高。经纬公司专题召开“瘦身井”定向技术研讨会，制定了涪陵工区“瘦身井”定向施工推荐做法及定向提升方案，为“瘦身井”规模化应用提供了坚实保障。目前，该配套方案已创造国内陆上页岩气应用水基钻井液施工水平段最长纪录，连续刷新涪陵工区“瘦身井”单日进尺最高纪录、钻井周期最短纪录等。据统计，2023年以来，江汉测录井分公司在涪陵工区焦石、白马、凤来、红星和平桥等区块共施工“瘦身井”94口。
在“瘦身井”施工过程中，经纬公司通过建立钻具组合有限元模型，综合分析钻具横向震动特征，优化钻具组合及参数，提高了定向仪器信号稳定性；基于钻具造斜率预测理论，优选造斜率模型，开展小井眼钻具组合造斜率预测研究，提高了定向造斜效率。目前，该公司正探索开展近钻头地质导向系统和旋导试验，以更好地在提速提效方面发挥技术支撑作用。
经验推广 让老区油井实现“瘦身”
“红花套组是江陵凹陷松滋区块主力产层，虽然还有很多剩余油，但现有注采井网控制程度不够、老井井况变差、含水上升等因素导致开发效果逐渐变差，近年来产量持续递减。”江汉油田勘探开发研究院主任师高江取介绍，要化解矛盾，必须部署新井挖潜剩余油，但油藏埋藏深、钻井成本高。
江汉油田借鉴涪陵工区成功经验，组织相关单位开展“瘦身井”技术论证，选取松滋区块重点调整井SH9-P18井作为首口“瘦身井”试验井。“从气井到油井，很多技术不能照搬经验，必须摸索前行。”江汉油田工程院钻井所副所长代林说。
江汉油田成立技术攻关团队，制定专项技术、风险防控措施和单井提速优化方案，从“一井一方案”细化为“一段一策”，根据井斜、方位、地层倾角等变化，调整钻头方位和角度，利用小造斜率、平滑井眼轨迹，将长水平段分为多个节点，减少钻进调整频次，大幅提高钻井速度。钻得快，更要钻得准。技术人员建立三维地质模型，开展油藏数值模拟分析，认识部署区块剩余油分布状况，精细绘制目的层顶底微构造图、夹层微构造图，不断优化靶点位置。
2023年3月24日，SH9-P18井顺利完井，刷新松滋区块水平井井深最深、钻井周期最短等多项纪录，投产后获日产9吨高产油流。
“通过召开技术交流会，我们对相关经验进行总结固化，形成了油井‘瘦身井’技术模板，为老油田剩余油挖潜、效益开发提供了借鉴。”江汉油田工程技术管理部钻井工程室主任易争利说。
