HCB-2井快速鉆井及復(fù)雜事故預(yù)防研究與應(yīng)用

周世強(qiáng) 馮明亮 韓玉平

摘 要：HCB-2評(píng)價(jià)井位于С.Нуржанов油田西北褶皺東北區(qū)塊，屬哈薩克斯坦阿特勞州，距阿特勞400km，為西部在阿特勞新增市場，且設(shè)計(jì)井眼為直--增--穩(wěn)--降--穩(wěn)五段制結(jié)構(gòu)，為穩(wěn)固市場，順利完成該井鉆探任務(wù)，研究HCB-2井快速鉆井技術(shù)、如何有效保證定向井取芯收獲率、研究特殊井復(fù)雜事故的預(yù)防尤為重要，通過以上技術(shù)的研究和現(xiàn)場實(shí)踐，在公司領(lǐng)導(dǎo)大力支持下，圓滿完成了該井鉆探任務(wù)。

關(guān)鍵詞：鉆井技術(shù);取芯技術(shù);預(yù)防

1 概述

HCB-2井為一口定向井，設(shè)計(jì)垂深3500m，斜深3700.39m，設(shè)計(jì)方位354.43°，最大井斜37.27°，水平位移716.34m，井眼軌跡設(shè)計(jì)為直--增--穩(wěn)--降--穩(wěn)結(jié)構(gòu)，在第二穩(wěn)斜段取芯5筒。

2 地層巖性特征

該區(qū)塊所鉆地層為早第三記、白堊系、侏羅紀(jì)和三疊紀(jì)，主要巖性為泥巖、砂巖，夾煤層、石膏層及鹽層。

3 存在技術(shù)難點(diǎn)

3.1 快速鉆井技術(shù)難點(diǎn)

通過對(duì)該井設(shè)計(jì)地層巖性進(jìn)行分析并與鄰井資料對(duì)比，該井施工中有以下鉆井難點(diǎn)：①下白堊紀(jì)及以上地層主要以泥頁巖地層為主，水敏性強(qiáng)，易水化膨脹，導(dǎo)致井下復(fù)雜，且地層中含有砂巖，普通PDC鉆頭容易磨損，使用壽命受限;②上侏羅紀(jì)和中侏羅紀(jì)地層中有煤層，易發(fā)生井塌，鉆進(jìn)過程中極易造成上提鉆具遇阻、遇卡及起下鉆困難;③下侏羅紀(jì)地層主要以砂巖地層為主，砂巖膠結(jié)性好，機(jī)械鉆速低。

3.2 定向鉆井技術(shù)難點(diǎn)

該井1550m開始造斜，2109.04m增井斜至37.27°，后穩(wěn)斜鉆進(jìn)至2712.35m，自井深2712.35m開始降斜鉆進(jìn)，至井深3271.39m降井斜至0°，穩(wěn)斜鉆進(jìn)至完鉆井深3700.39m，為典型的直--增--穩(wěn)--降--穩(wěn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，軌跡設(shè)計(jì)的特殊性給該井施工帶來了很多困難。井身剖面設(shè)計(jì)如表1。①該井自1550m開始控制軌跡至3700.39m，軌跡控制段長2150.39m，使用常規(guī)定向井工具托壓嚴(yán)重，穩(wěn)斜段鉆進(jìn)中穩(wěn)斜穩(wěn)方位困難，鉆井至后期，定向施工會(huì)異常困難;②設(shè)計(jì)第一穩(wěn)斜段井斜為37°，而30°-45°井眼最容易形成“巖屑床”，極易造成井下復(fù)雜及事故;③1550m-2109.04m井段為造斜段，且地層顯示多為泥頁巖及砂巖地層，地層疏松，起下鉆頻繁易產(chǎn)生“鍵槽”，導(dǎo)致起鉆遇阻;④特殊的井眼軌跡決定了該井施工后期鉆進(jìn)扭矩及鉆具摩阻居高不下，后期鉆進(jìn)及起下鉆是該井成敗的關(guān)鍵階段。

3.3 第二穩(wěn)斜段取芯技術(shù)難題

①HCB-2井顯示層多為粗砂巖，巖石膠結(jié)致密，使用聚晶鉆頭機(jī)械鉆速低;②硬地層割芯困難，加上井眼軌跡特殊，停留時(shí)間過長易于粘卡;③在定向井取芯尚屬首例，如何有效保證取芯收獲率也是擺在我們面前的技術(shù)難題。

4 針對(duì)性技術(shù)的實(shí)施及技術(shù)亮點(diǎn)

針對(duì)HCB-2井快速鉆井、定向鉆井、定向取芯等技術(shù)難題，制定了相應(yīng)的鉆井技術(shù)方案及復(fù)雜事故預(yù)防措施：

4.1 快速鉆井技術(shù)亮點(diǎn)

上部地層優(yōu)選19mm復(fù)合片攻擊性強(qiáng)、抗研磨的PDC鉆頭，型號(hào)為SP1935D，并使用成熟的復(fù)合鉆井技術(shù)，使用井段114.00m-1501.00m，進(jìn)尺1387.00m，平均機(jī)械鉆速8.46m/h。下部侏羅紀(jì)地層膠結(jié)致密，使用16mm復(fù)合片SP1635D鉆頭，鉆井井段3261.15m-3550.00m，機(jī)械鉆速2.82m/h。侏羅紀(jì)下部地層果斷使用渦輪鉆井技術(shù)，提速效果明顯，使用井段3568m-3700.39m，進(jìn)尺132.39m，機(jī)械鉆速7.79m/h。

4.2 定向井新工藝技術(shù)應(yīng)用

針對(duì)該井軌跡控制段長，普通定向井工具施工困難等問題，使用POWER-V旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)，不但提高了機(jī)械鉆速，保證了井眼軌跡，而且避免了普通定向井工具擺工具面困難、托壓嚴(yán)重、穩(wěn)斜穩(wěn)方位困難、彎螺桿使用井下風(fēng)險(xiǎn)等技術(shù)難題。

POWER-V旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向使用進(jìn)尺2119.24m，平均機(jī)械鉆速6.09m/h。鉆具結(jié)構(gòu)：216mmPDC鉆頭+174mmPower Drive+174mm信號(hào)接收器+171mm無磁鉆鋌（內(nèi)置MWD）+212mm扶正器+171mm無磁鉆鋌*2+171mm過濾器+127mm加重鉆桿*24+165mm隨鉆震擊器+127mm加重鉆桿*6+127mm鉆桿。

4.3 取芯技術(shù)亮點(diǎn)

HCB-2井取芯使用休斯廠家進(jìn)口10刀翼16mm復(fù)合片ARC427鉆頭取芯，取代了老式聚晶鉆頭及老式復(fù)合片取芯鉆頭，機(jī)械鉆速高，平均機(jī)械鉆速為2.49m/h，HCB-2井取芯4筒，收獲率均達(dá)到100%。

HCB-2井取芯過程中，因井眼軌跡特殊，加上使用215.9mm滿眼鉆頭取芯，取芯工具下至井底扭矩明顯增大，鉆進(jìn)扭矩大，割芯時(shí)鉆具拉力無法有效傳遞至鉆頭。該井割芯過程中，釋放鉆具扭矩后，比原懸重（加摩阻）多上提300kN、400kN、500kN，最終上提鉆具600kN都不能割斷巖芯，下放鉆具至原懸重，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)頂驅(qū)困難，增大扭矩轉(zhuǎn)活鉆具。通過嘗試停頂驅(qū)但不釋放鉆具扭矩上提鉆具完成割芯，上提鉆具多提300kN后巖芯割斷，探低無掉芯。后為保證井下安全，一直沿用旋轉(zhuǎn)割芯，保證了該井取芯收獲率。

5 操作規(guī)程的執(zhí)行

針對(duì)該井井眼軌跡的特殊性，在施工后期制定了詳細(xì)的技術(shù)措施，具體如下：①該井自定向鉆進(jìn)開始，嚴(yán)格執(zhí)行短起下鉆措施，堅(jiān)持“兩短一長”，及時(shí)清除井壁巖屑床;②煤層井段鉆進(jìn)中，嚴(yán)格按煤層鉆進(jìn)操作措施“進(jìn)一退二”，順利鉆穿井眼后短起下鉆，保證了煤層段井壁穩(wěn)定;③由于泥漿服務(wù)為甲方外包，泥漿潤滑性差，鉆至3000m以后，接立柱過程中即有粘卡跡象，隨即規(guī)定在接立柱過程中使用轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)方式活動(dòng)鉆具一次;④該井下鉆至井底提前1-2個(gè)立柱開泵循環(huán)，但渦輪下至井底及后期通井下至井底都有不同程度的憋泵跡象，通過下鉆、開泵等技術(shù)規(guī)程的嚴(yán)格落實(shí)，避免了井下事故的發(fā)生;⑤鉆進(jìn)至3500m以后，接立柱困難，接立柱前反復(fù)循環(huán)劃眼5遍，停泵接立柱過程中，在操作間歇使用轉(zhuǎn)盤活動(dòng)鉆具3次，從而保證井下鉆具安全。

6 效益分析

HCB-2井是西部公司在阿特勞地區(qū)一口高難度定向井，很受甲方關(guān)注，通過各項(xiàng)技術(shù)措施的執(zhí)行，快速、高效完成了該井的鉆探任務(wù)，井眼軌跡控制、取芯收獲率等各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)深得甲方滿意，該井順利完井，在鉆井市場持續(xù)低迷的環(huán)境下，為公司贏得阿特勞地區(qū)工作量做出了貢獻(xiàn)，具有一定的社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]張海忠，范成浪，王永國，劉龍林，楊興.南哈中科氣田快速鉆井技術(shù)研究與應(yīng)用[J].西部探礦工程，2018，30（10）： 48-50+53.

[2]陳秀明.塔河南區(qū)塊快速鉆井鉆井液技術(shù)[J].西部探礦工程，2017，29（11）：34-36.

[3]姜相.深井鉆井液技術(shù)難點(diǎn)分析及對(duì)策研究[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2020（03）：185-186.

[4]楊光.長水平段水平井鉆井技術(shù)難點(diǎn)探討[J].石油和化工設(shè)備，2020，23（01）：68-69.