吐哈盆地臺北凹陷柯柯亞區(qū)塊幾種防斜打快方法分析

孫鈺杰 （西部鉆探工程有限公司吐哈鉆井工藝研究院，新疆 鄯善838200）

張 磊 （長江大學(xué)地球化學(xué)系，湖北 荊州434023）

席梅卿 （西部鉆探工程有限公司吐哈鉆井工藝研究院，新疆 鄯善838200）

柯柯亞構(gòu)造位于丘陵構(gòu)造帶西段，為南北向強烈擠壓應(yīng)力形成的高陡斷背斜，圈閉自侏羅系至三疊系均有發(fā)育，并且隨著構(gòu)造層加深，圈閉由背斜向半背斜、斷鼻過渡，從而造成柯柯亞區(qū)塊地層應(yīng)力相對集中，煤層發(fā)育，具有易垮塌的特點。煤層以上 （2500m以上）鉆井過程中易發(fā)生井斜，井身質(zhì)量控制難度大[1]。煤系地層 （2500～3300m）主要分布在西山窯組J2x、三工河組J1s、八道灣組J1b這3個層內(nèi)，分布段長，西山窯組J2x地層煤層與泥巖交互，且煤層段厚、多，泥巖段薄，先期鉆遇的煤層垮塌不能支撐大塊碳質(zhì)泥巖，脫落易造成遇阻、井塌卡鉆等復(fù)雜情況、事故多。煤層段下部地層（3300m完鉆）為碳質(zhì)泥巖、致密砂巖，可鉆性差 （7～8級），屬硬地層，導(dǎo)致速度慢、周期長，鉆頭選型難度較大。下面，筆者簡述幾種主要防斜打快技術(shù)的使用情況和特點，并對部分鉆具組合的力學(xué)特性進行計算分析。

1 低速螺桿＋MWD防斜打快技術(shù)及使用效果

低速螺桿＋MWD防斜打快技術(shù)是低速螺桿配合MWD儀器一起使用，可以及時掌握井眼軌跡參數(shù)，及時地做出調(diào)整，并且只要鉆頭壽命允許，基本上可以滿足單只鉆頭鉆完起鉆，設(shè)計配備多種大扭矩彎螺桿，這樣可以根據(jù)鉆井過程中井斜變化情況，及時增大扭矩并且提高機械鉆速，雖然會增加一定的成本，但是降低了起下鉆次數(shù)、工時延長等引發(fā)的鉆井成本。

在柯柯亞區(qū)塊使用低速螺桿＋MWD防斜打快技術(shù)的井共有4口井，分別為柯27、柯21-1、柯241和柯21-3井，其中柯27和柯21-3井為?241mm井眼，其他井均為?216mm井眼。低速螺桿鉆具具有如下特點：①提高鉆壓 （165mm螺桿可達180kN），提高機械鉆速；②提高鉆頭使用壽命，減少起下鉆次數(shù)；③提高螺桿鉆具的扭矩，加強劃眼效果，防止遇阻、卡鉆；④能適應(yīng)更大的鉆井液排量（165mm螺桿排量可達38L／s），強化鉆井參數(shù)，提高鉆頭水功率。通過這種防斜技術(shù)的使用，4口井的井身質(zhì)量都得到了保證，完全達到了設(shè)計的要求，同時機械鉆速也得到了很大的提高 （表1）。

在三間房組J2s地層，采用防斜打快復(fù)合鉆井技術(shù)單只鉆頭進尺平均302m，比常規(guī)提高50%；機械鉆速平均4.75m／h，比常規(guī)提高24%；在西山窯組J2x地層，防斜打快復(fù)合鉆井技術(shù)單只鉆頭進尺平均135m，比常規(guī)提高16%；機械鉆速平均2.26m／h，比常規(guī)鉆井提高16%。

表1 低速螺桿＋MWD防斜打快技術(shù)使用效果

2 Power-V垂直鉆井技術(shù)及使用效果

Power-V是一套全自動化旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向的垂直鉆井系統(tǒng)。Power-V采用可靠的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)在旋轉(zhuǎn)鉆進時進行連續(xù)性的井斜控制，從而使鉆井參數(shù)得到完全解放，確保所鉆井眼垂直和最大限度地提高鉆速。Power-V綜合了井下密封系統(tǒng)及PowerDrive技術(shù)和高精度井斜方位測量儀器等技術(shù)，在旋轉(zhuǎn)鉆進時進行連續(xù)性的近鉆頭井斜測量，根據(jù)井斜的變化，Power-V會自動調(diào)整促動儀器，依靠促動儀器所發(fā)動的側(cè)力以及側(cè)力的方向使斜井段快速返回垂直，適用于自然造斜力特別強的地層[2]。

Power-V垂直鉆井系統(tǒng)在柯21-5井、柯28井進行了成功試驗?？?1-5井在826～2765m進行現(xiàn)場試驗，井段累計總進尺1939m，總純鉆時間333h，平均機械鉆速5.82m／h；全程共使用2只PDC和3只牙輪鉆頭，累計5趟鉆；井斜控制在1°以內(nèi)，井身質(zhì)量得到有效控制。

柯28井試驗井段537.88～2425m，累計總進尺1887.12m，總純鉆時間216.58h，平均機械鉆速8.71m／h；全程共使用鉆頭3只，起下5趟鉆 （鉆塞1趟、PDC鉆頭使用2趟鉆）；柯28井垂直鉆井試驗井段井斜控制在0.3°以內(nèi)，甚至局部井段達到0°[3-4]?？?8井垂直鉆井試驗井段井斜、方位數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 柯28井垂直鉆井試驗井段井斜、方位數(shù)據(jù)

3 充氮氣欠平衡鉆井技術(shù)及使用效果

充氮氣欠平衡壓力鉆井是在鉆井過程中，向鉆井液中充入氮氣，使鉆井液液柱壓力低于產(chǎn)層地層壓力，通過地面設(shè)備有效控制，將流入井眼內(nèi)的產(chǎn)層流體循環(huán)到地面，并進行有效分離。該技術(shù)適用于地層壓力系數(shù)低的地層，在低壓、低滲透、低壓易漏、裂縫油氣藏以及過度開采衰竭油藏的開發(fā)中具有其他鉆井技術(shù)不可比擬的優(yōu)越性[5]。

為了加快柯柯亞區(qū)塊的侏羅系齊古組J3q、七克臺組J2q、三間房組J2s、西山窯組J2x的鉆井速度，以及對上部淺氣層的發(fā)現(xiàn)和保護，提高井身質(zhì)量并解決部分鉆井難題，在柯柯亞區(qū)塊柯19-3井上部井段 （805.00～2331.72m）采用充氮氣欠平衡鉆進，鉆頭尺寸?216mm，總進尺1526.72m，純鉆286.62h，平均機械鉆速5.33m／h，與同區(qū)塊同井段相比，機械鉆速同比提高46.8%。在充氮氣欠平衡鉆進期間多次點火成功，火焰高達10～12m，而鄰井相同井段從未有過較好油氣顯示。充分體現(xiàn)了充氮氣鉆井在發(fā)現(xiàn)和保護油氣層方面的巨大優(yōu)勢，對提高勘探開發(fā)綜合效益具有重大意義。

在柯21-2井三開儲層段 （3612～3696m）采用充氮氣欠平衡鉆井技術(shù)，平均機械鉆速度1.73m／s，是常規(guī)鉆井的1～2倍，整個施工過程中共計點火成功21次，共燃燒時長達113h，單次火焰燃燒最長時長達19.4h，火焰最高20m，該井采用凍膠閥欠平衡完井方法進行完井，進行氣舉返排，返排完成后點火一次成功，火焰高達14～16m，經(jīng)測試柯21-2井日產(chǎn)氣量是鄰井的2倍。

4 認識與結(jié)論

1）柯柯亞區(qū)塊煤層發(fā)育，鉆井過程中煤層上部地層實施 “低速螺桿＋MWD防斜打快鉆井技術(shù)”后，井斜控制在3°以內(nèi)，保證了井身質(zhì)量，機械鉆速得到較為明顯的提高。同時通過應(yīng)用特殊螺桿和優(yōu)化鉆井參數(shù)，大幅度提高了鉆頭的使用壽命，減少了起下鉆次數(shù)，提高鉆速，節(jié)約鉆井周期。

2）Power-V垂直鉆井技術(shù)在柯柯亞區(qū)塊煤層以上井段井身質(zhì)量控制技術(shù)獲得突破，可有效控制井身質(zhì)量，井斜控制在0.3°以內(nèi)，水平位移控制在10m以內(nèi)。

3）欠平衡鉆井方式可以大幅提高柯柯亞區(qū)塊平均機械鉆速、節(jié)約鉆井周期，應(yīng)加大應(yīng)用力度，加快上部井段鉆井速度。

4）依據(jù)地層特點，結(jié)合前期鉆井新技術(shù)提速試驗情況，二開煤層以上井段以防斜打快為主，煤層井段以安全鉆井為主，煤層以下井段以快速鉆井為主，首先將前期試驗效果較好的技術(shù)進行有機結(jié)合和集成，同時繼續(xù)進行新技術(shù)、新工具、新工藝的研究與試驗。

[1]周俊昌，余雄鷹，羅勇，等.復(fù)合鉆井防斜打快技術(shù)研究與應(yīng)用[J].中國海上油氣，2007，19（3）：188-189.

[2]王春生，魏善國，殷澤新，等.PowerV垂直鉆井技術(shù)在克拉2氣田的應(yīng)用[J].石油鉆采工藝，2004，26（6）：4-6.

[3]狄勤豐.滑動式導(dǎo)向鉆具組合復(fù)合鉆井時導(dǎo)向力計算分析[J].石油鉆采工藝，2000，22（1）：14-16.

[4]高德利，劉希圣，徐秉業(yè).井眼軌跡控制[M].東營：石油大學(xué)出版社，1994.

[5]劉全江，李佩武，張衛(wèi)東，等.勝利油田充氮欠平衡壓力鉆井技術(shù)[J].石油鉆探技術(shù)，2003，31（4）：17-18.