吐哈油田雁木西大井眼鹽膏層水平井鉆井技術(shù)應(yīng)用

班 和，郭楊棟，牛曉寧

（吐哈油田工程技術(shù)研究院，新疆鄯善838200）

1 概述

吐哈油田雁木西區(qū)塊位于新疆吐魯番地區(qū)，該區(qū)塊緊鄰勝南次洼，處于臺北凹陷西緣勝南構(gòu)造帶的西南地區(qū)，第三系Esh組與白堊系各組的構(gòu)成為該區(qū)塊以淺層含油氣構(gòu)造為主的主要目的層位。該層位儲層非均質(zhì)強(qiáng)并帶有較大變化的巖石性能，導(dǎo)致其具有復(fù)雜的地質(zhì)情況。第三系Esh組與白堊系各組儲層均以細(xì)砂、極細(xì)砂為主。第三系Esh組占儲層的52.93%，白堊系各組儲層占53.33%。其次為粉砂巖，占17.23%。其它類型含量所占比例較少。因此，處于該儲層內(nèi)的顆粒具有很大的吸附水表面，使儲層束縛水含量增大，平均增幅為44.4%[1]。雁平6井位于雁木西雁6構(gòu)造塊，實鉆井身結(jié)構(gòu)見表1，該井鉆探目的是提供雁木西區(qū)塊第三系油藏儲量動用程度，設(shè)計井深1998.71m。近年來，該區(qū)塊較為集中的工程難點是砂礫巖層、鹽膏層的鉆井問題：一是砂礫巖可鉆性差，機(jī)械鉆速低，針對大井眼的鉆頭選擇余地較?。欢躯}膏層有塑性流動性，鹽巖的塑性變形會導(dǎo)致井徑縮小，在鉆井過程中發(fā)生卡鉆等井下事故。雁6構(gòu)造塊自上而下地層巖性順序為礫巖—砂礫巖—鹽巖—膏鹽—泥巖—砂巖，實鉆井身結(jié)構(gòu)如在490～600m 和800～1100m、1500～1640m 井段分別有 40m 砂礫巖和 60m 鹽巖和 30m 膏鹽，在鉆進(jìn)過程中，由于地層巖性軟硬交錯，常出現(xiàn)跳鉆、憋泵、起下鉆遇阻等復(fù)雜情況。

表1 雁平6井實鉆井身結(jié)構(gòu)及鉆井?dāng)?shù)據(jù)

2 大井眼鉆井技術(shù)

2.1 主要技術(shù)難點

（1）井眼尺寸大，導(dǎo)向鉆具造斜率低，軌跡入靶精度要求高。該井斜井段設(shè)計井眼尺寸?311mm，靶前位移299.9m，靶窗范圍縱向上下1m，橫向左右10m，儲層厚度薄，入靶井斜、垂深、位移控制要求高，定向造斜使用的螺桿鉆具剛性強(qiáng)，造斜率低。這種情況下如何有效增斜，提高軌跡控制精度，是該井施工的一大技術(shù)難題[2]。

（2）?311mm 井眼鉆進(jìn)過程中，鉆井液返出速度慢，攜砂困難，井眼凈化效果差，容易形成砂橋，發(fā)生卡鉆等復(fù)雜情況。隨著井斜、位移的不斷增大，扭矩與摩阻也隨之增加，故而如何保證井眼清潔，降低摩阻扭矩，也是該井施工的技術(shù)難題之一。

（3）?444.5mm 與?311mm 井眼上部直井段地層易產(chǎn)生井斜，尤其是鉆鋌與所鉆井眼尺寸有較大差距，采用常規(guī)鉆具組合很難達(dá)到直井段防斜打直的目的。

（4）該井下部井段N1t組巖性主要為紅棕色泥巖夾雜大量膏巖，地層硬度較大，大尺寸鉆頭鉆進(jìn)常發(fā)生憋泵、跳鉆的情況，限制了鉆井參數(shù)優(yōu)化和鉆頭選型，如何合理調(diào)配鉆頭、鉆具與鉆井參數(shù)關(guān)系，是該井能否在鹽膏層實現(xiàn)安全鉆進(jìn)的關(guān)鍵點之一[3]。

（5）大井眼鉆進(jìn)過程中對LWD及MWD無線隨鉆測量儀器沖蝕嚴(yán)重，起鉆更換配件頻繁。如何保證無線測量儀器高效工作，降低故障發(fā)生頻率，提高鉆井效果成為該井工程技術(shù)保障的難點之一。

2.2 施工技術(shù)措施

（1）根據(jù)地層巖性與井深的變化規(guī)律，優(yōu)化鉆頭選型與鉆頭水眼配比，調(diào)控泥漿泵排量，使井下泥漿流量不低于所鉆地層巖屑的最低攜巖要求，保證井眼清潔，防止形成井下“巖屑床”。在鉆遇可鉆性強(qiáng)的地層時，根據(jù)巖屑返出情況，可適當(dāng)控制鉆壓與機(jī)械鉆速[3]。

（2）根據(jù)不同井段及井眼尺寸變化，優(yōu)化鉆具組合結(jié)構(gòu)，全井段采用MWD 無線隨鉆測量系統(tǒng)跟蹤井斜角變化。直井段采用塔式鉆具組合，定點測斜，及時糾斜，確保直井段井身質(zhì)量；由于大尺寸螺桿造斜率偏低，斜井段根據(jù)設(shè)計造斜率的變化，采用1.5°與1.75°高造斜率螺桿搭配使用。在施工前使用Wellplan鉆井軟件對所選鉆具進(jìn)行了模擬試驗和參數(shù)模擬比較，共用3套鉆具組合完成二開鉆進(jìn)：

①?311mmPDC+?203mm 螺桿（1.0°，?238mm單扶）+?203mm定向接頭+?203mm無磁鉆鋌×1根+?178mm 鉆鋌×5 根+?127mm 加重鉆桿×11 根+?114mm鉆桿；

②?311mmPDC+?244mm 螺桿（1.5°，?308mm單扶）+?203mm定向接頭+?203mm無磁鉆鋌×1根+?178mm 鉆 鋌 ×1 根 +?127mm 加重 鉆桿 11 根 +?114mm鉆桿；

③?311mmPDC+?244mm螺桿（1.75°，?308mm單扶）+?203mm定向接頭+?203mm無磁鉆鋌×1根+?127mm 加 重 鉆 桿 ×1 根 +?114mm 鉆 桿 32 根 +?127mm加重鉆桿10根+?127mm鉆桿。

（3）為滿足地質(zhì)導(dǎo)向軌跡調(diào)整要求，三開水平段采用1.5°與1.25°近鉆頭傳測馬達(dá)互相搭配，并根據(jù)井隊設(shè)備情況優(yōu)化出以下鉆具組合：?216mmPDC 鉆頭+?172mm1. 5°/1.25°近鉆頭測傳馬達(dá)+?172mm 接收無磁鉆鋌+?127mm加重鉆桿×1根+?114mm斜坡鉆桿×50根+?127mm加重鉆桿×10根+?127mm斜坡鉆桿。

（4）堅持短起下措施，維護(hù)井壁穩(wěn)定，每鉆進(jìn)70m必須進(jìn)行一次短起下，防止鹽膏層縮徑，破壞巖屑床，必要時進(jìn)行了倒劃眼措施，保證井眼通暢，降低了摩阻和扭矩，避免了井下復(fù)雜情況的發(fā)生[3]。

2.3 實鉆效果分析

二開直井自井深450～1330m，采用設(shè)計的首套鉆具組合，防斜效果良好，造斜點上部井段最大井斜0.9°，最大水平位移0.55m，糾斜滑動鉆進(jìn)僅1 次，滑動鉆進(jìn)進(jìn)尺6m，更大程度地釋放機(jī)械鉆速。

造斜時連續(xù)滑動鉆進(jìn)3～5根，觀察井斜變化情況，當(dāng)增斜趨勢產(chǎn)生后，采取滑動鉆進(jìn)與復(fù)合鉆進(jìn)相結(jié)合的方式繼續(xù)增斜鉆進(jìn)。鉆進(jìn)至中下部時，該井段由于井隊泥漿泵排量小，且未能達(dá)到螺桿額定工作排量，再加上井眼尺寸大，鉆井液返出速度慢，泥漿攜砂困難，鉆進(jìn)過程中托壓嚴(yán)重，滑動機(jī)械鉆速由5.23m/h 下降至1.76m/h，造斜率變低，決定起鉆更換螺桿與鉆頭。

為滿足工程施工要求，該趟鉆更換了1.75°單扶螺桿；鉆頭由五刀翼PDC 鉆頭改選用四刀翼PDC 鉆頭，并更換?127mm 鉆桿。根據(jù)井斜與井深的變化，調(diào)整鉆井參數(shù)，提高攜砂效果[4]，根據(jù)動力鉆具轉(zhuǎn)盤鉆進(jìn)增斜效果，調(diào)整優(yōu)化該井段井眼軌跡，井斜74°～85°區(qū)間井段長53m，動力鉆具滑動鉆進(jìn)17m，采用轉(zhuǎn)盤復(fù)合增斜鉆進(jìn)36m，有效降低了巖屑床的形成，同時減輕了憋跳鉆，提高了機(jī)械鉆速。

進(jìn)入A靶點后，更換動力鉆具為近鉆頭傳測馬達(dá)，該套鉆具組合在增斜滑動鉆進(jìn)時，平均增斜造斜率為6.3°/30m，在復(fù)合鉆進(jìn)時，降井斜增方位，降斜率為0.9°/30m，方位變化率為 1.9°/30m，水平段鉆進(jìn) 62m后，將動力鉆具改用為1.25°近鉆頭測傳馬達(dá)，穩(wěn)斜穩(wěn)方位效果良好，純鉆時間36.2h，平均機(jī)械鉆速6.12m/h，鉆進(jìn)至井深2000m完鉆，實鉆中靶情況見表2。

表2 軌跡中靶情況

3 鹽膏層鉆井技術(shù)

3.1 主要技術(shù)難點

（1）鹽膏層井段的巖石硬度和強(qiáng)度較大，導(dǎo)致大尺寸鉆頭的機(jī)械鉆速偏低，且?311mm 鉆頭與常規(guī)215.9mm 鉆頭相比，產(chǎn)生的巖屑量大，要求的排量較高，在一定程度上限制了轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速與鉆頭水功率的發(fā)揮。

（2）由于鹽膏層易蠕變，起下鉆過程中鹽膏層井段多次遇阻，倒劃眼困難，起鉆過程中需多次劃眼才能正常通過，并產(chǎn)生大量掉塊，導(dǎo)致井壁失穩(wěn)。

（3）二開鹽膏層上部裸眼段超過1000m，隨著裸眼段的不斷增加，必須維護(hù)好上部井段的井眼穩(wěn)定性，在進(jìn)入鹽膏層前，把鉆井液體系轉(zhuǎn)換為欠飽和鹽水體系，密度為1.35～1.42g/cm3，上部裸眼段與鹽膏層共同處在同一鉆井液壓力系統(tǒng)下，存在隨時可能發(fā)生地層漏失、垮塌的危險。

3.2 工程技術(shù)措施

（1）優(yōu)化鉆頭選型與鉆井參數(shù)，采用四刀翼PDC鉆頭保證鉆頭與巖層面接觸受力均勻，延長鉆頭使用壽命。同時要求鉆頭有特殊的切削結(jié)構(gòu)，提高機(jī)械鉆速，減小鹽膏層縮徑發(fā)生井下復(fù)雜的風(fēng)險。

（2）強(qiáng)化落實短起下制度，該井鹽膏層處于造斜段，周邊鄰井在鉆遇該層位時曾多次發(fā)生鉆進(jìn)時鉆具卡死、起下鉆遇卡等井下復(fù)雜情況。本井在鉆進(jìn)鹽膏層前規(guī)定每4～5m活動一次鉆具，修復(fù)井壁穩(wěn)定，讓鹽膏層充分釋放應(yīng)力。若發(fā)生鉆進(jìn)時鉆具無法提出，需大排量循環(huán)鉆井液，及時活動鉆具，防止鉆具在井底卡死。

（3）優(yōu)選鉆井液體系，優(yōu)化鉆井液性能，調(diào)整鉆井液密度，在保證井下安全的前提下，調(diào)整鉆井液密度，使鉆井液具有抑制性，鹽膏層選用欠飽和鹽水抗鹽鉆井液體系，維持鉆井液性能為：密度1.35～1.40g/cm3，粘度50～70s，動切力8～12Pa，靜切力4～6Pa，塑性粘度10～25mPa·s。

3.3 應(yīng)用效果分析

（1）鹽膏層井段選用四刀翼ES1646 系列PDC 鉆頭，優(yōu)選的S323 型鉆頭具有較強(qiáng)的研磨性與破巖能力，可適應(yīng)中等硬度地層，與前幾趟鉆相比，機(jī)械鉆速提高11.3%。

（2）優(yōu)選欠飽和鹽水抗鹽鉆井液體系，并強(qiáng)化執(zhí)行短起下技術(shù)措施，至二開中完前，鹽膏層及上部井段鉆進(jìn)時未發(fā)生鉆具卡死情況，也未出現(xiàn)井壁坍塌、漏失等情況，起下鉆過程順利，未發(fā)生鉆具遇阻掛卡。

4 結(jié)論

（1）大尺寸井眼初始定向時，單彎螺桿造斜率偏低，即使設(shè)計造斜率低也應(yīng)選用讀數(shù)較大的單彎螺桿或其他可滿足施工造斜要求的造斜工具，盡量減少起下鉆次數(shù)。同時，為達(dá)到理想的造斜效果，單彎螺桿扶正塊的尺寸應(yīng)與井眼尺寸相匹配。

（2）大井眼靶前位移應(yīng)保證在400～500m為宜，根據(jù)造斜率變化和工程施工的需要，優(yōu)化鉆具組合和井下動力鉆具，并在根據(jù)實鉆軌跡與設(shè)計軌跡的需要，在入靶前調(diào)整好井斜，復(fù)合鉆進(jìn)入靶，提高PDC 鉆頭的入靶精度。

（3）因鉆具剛性及尺寸差別較大，大井眼鉆具組合在設(shè)計時，需要采用相關(guān)的技術(shù)軟件對鉆具組合的扭矩分布、鉆壓傳遞等進(jìn)行分析優(yōu)選，以保證現(xiàn)場施工時造斜軌跡狀態(tài)良好。本井在使用螺桿鉆具的過程中，因114mm 鉆桿循環(huán)壓耗太大而致使泥漿泵的排量降低，建議后期施工采用127mm 或139mm 鉆桿，保證螺桿鉆具正常的額定輸出功率。

（4）泥漿泵在鉆井工程中是重要的組成部分，有著驅(qū)動鉆進(jìn)、清洗井眼、固著井壁等作用，泥漿泵運(yùn)轉(zhuǎn)情況的好壞直接影響單井施工的進(jìn)度與施工質(zhì)量。本井在施工過程中，由于前期泥漿泵的輸出功率未能滿足螺桿額定排量需求，導(dǎo)致機(jī)速緩慢，巖屑無法返出井筒，托壓嚴(yán)重。建議后期施工前應(yīng)對泥漿泵的排量及輸出功率做評測，增加鉆井液返速和攜巖能力，保證現(xiàn)場施工順利進(jìn)行。

（5）建議選用帶頂驅(qū)的鉆機(jī)，提高處理復(fù)雜情況的應(yīng)急能力和效率，鉆進(jìn)過程中保持穩(wěn)定的排量，最大限度提高泥漿上返速度，提高井眼凈化效果，調(diào)整好泥漿性能，確保施工順利和井下安全。