擴(kuò)眼器+旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向在克深X區(qū)塊膏鹽巖造斜段的應(yīng)用及效果評(píng)價(jià)

李 杰，劉尊文，馬宗軍，諶佳業(yè)，龔珍如，張志強(qiáng)，閆懌良

（西部鉆探定向井技術(shù)服務(wù)公司，新疆 烏魯木齊 830026）

克深X區(qū)塊Y井位于塔里木盆地庫車坳陷克拉蘇構(gòu)造帶，地理位置處于新疆阿克蘇地區(qū)。庫車坳陷位于塔里木盆地的北部，北面與南天山斷裂褶皺帶以逆沖斷層的方式相接，南側(cè)為塔北隆起，東起陽霞凹陷，西側(cè)至烏什凹陷，是一個(gè)以中新生代的沉積為主的疊合型盆地[1-2]。該坳陷的中部自北向南一般劃分為克拉蘇沖斷帶、拜城凹陷、秋里塔格沖斷帶?？死K沖斷帶則是南天山南麓的第一排沖斷構(gòu)造，該沖斷帶由北部的單斜帶和克拉蘇構(gòu)造帶兩個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元組成。

膏鹽巖段在全區(qū)廣泛發(fā)育，厚度較穩(wěn)定，克深X區(qū)塊Y 井在古近系的庫姆格列木群[3]，將鉆遇較厚膏鹽層、泥巖。膏、泥巖層蠕變縮徑卡鉆，壓力窗口窄是導(dǎo)致井下復(fù)雜的主要原因。

1 鉆井設(shè)計(jì)及造斜段地層特征

克深X 區(qū)塊Y 井為典型超深定向井，采用直、增、穩(wěn)三段式軌道設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)造斜點(diǎn)5400m，設(shè)計(jì)井深6880.28m，垂深6342.34m，最大井斜角60°，具體軌道參數(shù)如表1所示。

表1 克深X區(qū)塊Y井設(shè)計(jì)軌跡參數(shù)表

由于鉆遇地層復(fù)雜，井身結(jié)構(gòu)采用五開制設(shè)計(jì)[4-7]。四開需從5169m，采用?241.3mm（9-1/2″）鉆頭鉆至6389.42m，完成造斜施工，并準(zhǔn)確進(jìn)入穩(wěn)斜段，井身結(jié)構(gòu)如圖1所示。為保障固井質(zhì)量和套管下放到位，需要采用隨鉆擴(kuò)眼或單獨(dú)擴(kuò)眼作業(yè)，將裸眼擴(kuò)至10-1/2″井眼，最后下入?206.38mm技術(shù)套管后固井。

造斜段位于古近系庫姆格列木群，將鉆遇較厚鹽層、泥巖、膏鹽巖，并發(fā)育兩套高壓鹽水層。根據(jù)鄰井?dāng)?shù)據(jù)，預(yù)測(cè)深度分別為2950～3300m、4270～4510m。

膏鹽巖段普遍發(fā)育膏鹽巖和薄層泥質(zhì)云巖，預(yù)測(cè)深度6212～6472m。預(yù)測(cè)地層孔隙壓力系數(shù)在上泥巖段升高為異常高壓，壓力系數(shù)1.24左右，至庫姆格列木群膏巖段，升至1.90左右。造斜井段維持井壁穩(wěn)定的泥漿密度約1.90～1.94g/cm3，膏鹽巖段60°時(shí)為1.88g/cm3，下泥巖段60°時(shí)為1.85g/cm3。

因此，鉆遇地層復(fù)雜，縮徑卡鉆、壓力異常是主要井下風(fēng)險(xiǎn)，尤其斜井段施工，更是加大了施工難度。

2 擴(kuò)眼及旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具

2.1 Rhino XS 9250擴(kuò)眼器

克深X區(qū)塊Y井隨鉆擴(kuò)眼要求將四開9-1/2″井眼擴(kuò)至10-1/2″，擴(kuò)眼段達(dá)到1200 多米，經(jīng)過反復(fù)論證，最終選擇了斯倫貝謝Rhino XS犀牛9250擴(kuò)眼器，并搭配最新一代Predator 刀翼進(jìn)行擴(kuò)眼施工，擴(kuò)眼器如圖2所示。

Rhino XS 9250 擴(kuò)眼器為全機(jī)械式設(shè)計(jì)，抗拉抗扭能力高，壽命可以滿足常溫井井下循環(huán)200h一試，高溫井160h 以上的循環(huán)時(shí)間，可以適應(yīng)多情況的復(fù)雜井。該工具的工作原理是：在下井之前，擴(kuò)眼工具的切削塊處于關(guān)閉鎖緊的狀態(tài)，可以確保在出套管鞋前的開泵循環(huán)或出現(xiàn)井下復(fù)雜情況的時(shí)候，切削塊不張開[8-9]。下鉆到擴(kuò)眼位置后，先投球作業(yè)，再開泵，鉆井液液力沖擊，實(shí)現(xiàn)推動(dòng)鎖緊裝置下行到剪斷銷釘，此后切削塊便處于開啟的狀態(tài)。在開啟狀態(tài)下，鉆井液流經(jīng)驅(qū)動(dòng)活塞的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)向上推力，實(shí)現(xiàn)推動(dòng)驅(qū)動(dòng)活塞上行，再推動(dòng)切削塊沿著驅(qū)動(dòng)舌槽向外擴(kuò)張，現(xiàn)場(chǎng)可以通過地面壓力表的變化來判斷切削塊是否已經(jīng)全部張開。同時(shí)，鉆井液通過擴(kuò)眼工具噴嘴后，會(huì)分流一部分，用以向上清除擴(kuò)眼巖屑和冷卻切削塊；另一部分的鉆井液則通過擴(kuò)眼工具內(nèi)部水眼向下，經(jīng)過鉆頭流出。停泵后，驅(qū)動(dòng)活塞受彈簧推力下行，切削塊自動(dòng)收回。

2.2 PowerDrive X6旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具

由于該井施工難度高，常規(guī)螺桿鉆具難以實(shí)現(xiàn)軌道精確控制和快速鉆進(jìn)，因此，選用了斯倫貝謝公司生產(chǎn)的PowerDrive X6 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具。該系統(tǒng)是最新一代的推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向裝備。工具由控制部分和導(dǎo)向部分組成，控制部分的穩(wěn)定平臺(tái)內(nèi)部包括測(cè)量傳感器、井下CPU和控制電路[10-17]，這些裝置通過上下軸承懸掛于外筒內(nèi)，依靠控制兩端的渦輪在鉆井液中的轉(zhuǎn)速，使該部分形成一個(gè)可以不隨鉆柱旋轉(zhuǎn)，且相對(duì)穩(wěn)定的控制平臺(tái)。該系統(tǒng)的主要技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是：

（1）實(shí)現(xiàn)始終以旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的方式打鉆，可以減少摩阻，并有利于清潔井眼，使井眼軌跡平滑。

（2）采用連續(xù)鉆井液脈沖發(fā)生器，可以同步發(fā)送和接收MWD 和LWD 相關(guān)數(shù)據(jù)，一體化的系統(tǒng)，可以使其獲得的數(shù)據(jù)傳輸速度得到大幅度提高，傳輸質(zhì)量也得到有效的改善。

（3）近鉆頭電阻率測(cè)量?jī)x器，配合LWD，可以較快識(shí)別油氣層，以確保井眼軌跡在油氣層的最佳位置。還可以實(shí)時(shí)獲取地質(zhì)模型，及時(shí)地與鄰井的地質(zhì)錄井、測(cè)井剖面進(jìn)行精確對(duì)比，保證準(zhǔn)確命中油氣產(chǎn)層。

3 膏鹽巖造斜段現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1 施工技術(shù)難點(diǎn)

（1）四開定向作業(yè)為9-1/2″井眼，由于地層不均質(zhì)，含有石膏巖、泥膏巖、泥質(zhì)鹽巖、泥灰?guī)r、泥云巖，極易縮徑垮塌，鉆進(jìn)過程中，井下摩阻高，鉆進(jìn)效率低。

（2）擴(kuò)眼地層是古近系的庫姆格列木群，井漏風(fēng)險(xiǎn)高，地層安全密度窗口窄，實(shí)際排量如果達(dá)不到工具理論設(shè)計(jì)的工作排量，擴(kuò)眼效果很可能達(dá)不到理想效果，同時(shí)擴(kuò)眼過程中容易出現(xiàn)井漏、井涌等復(fù)雜井下情況，存在一等程度的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

（3）定向及擴(kuò)眼井段含有較多的泥巖夾層，地層可鉆性較差，擴(kuò)眼速度受到限制。

3.2 采取的主要技術(shù)措施及效果

（1）造斜作業(yè)技術(shù)措施。5205～6082m 增斜段，鉆具組合采用：9-1/2″PDC鉆頭+PowerDrive X6（帶9-3/8″扶正器）+通訊短節(jié)+MWD 隨鉆測(cè)量工具+無磁加重鉆桿+浮閥+9.375″鉆具扶正器+短鉆鋌+擴(kuò)眼器+7″鉆鋌3 根+5-7/8″加重鉆桿3 根+液壓式隨鉆震擊器+5-7/8″加重鉆桿12根+5-7/8″鉆桿。鉆壓8～12t，排量24～26 L/s，泵壓26～28MPa，平均機(jī)速6.96m/h。

6082～6389.42m 穩(wěn)斜段，鉆具組合采用：9-1/2″PDC鉆頭+PowerDrive X6（帶9-3/8″扶正器）+UBHO坐鍵接頭+MWD 隨鉆測(cè)量工具+FSS 接頭+無磁加重鉆桿+浮閥+9.375″鉆具扶正器+短鉆鋌+擴(kuò)眼器+7″鉆鋌3 根+5-7/8″加重鉆桿3 根+液壓式隨鉆震擊器+5-7/8″加重鉆桿12 根+5-7/8″鉆桿。鉆壓8～10t，排量22～25L/s，泵壓20～24 MPa，平均機(jī)速：6.96m/h。循環(huán)時(shí)間236.92h，純鉆時(shí)間127.5h，平均機(jī)械鉆速2.41m/h。

（2）擴(kuò)眼作業(yè)技術(shù)措施。結(jié)合鄰井存在的施工難點(diǎn)，在確保工具工作穩(wěn)定性、鉆柱安全、巖屑的懸浮與有效攜帶的前提下，適當(dāng)提高鉆井液的初、終切力。采用低鉆壓、低轉(zhuǎn)速，擴(kuò)眼作業(yè)扭矩要小于鉆具空轉(zhuǎn)扭矩的200%為宜，避免井漏、井涌等復(fù)雜情況的發(fā)生。隨鉆擴(kuò)眼作業(yè)配合旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向和MWD 儀器，擴(kuò)眼器分流后的排量應(yīng)滿足旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向及MWD 工作要求，為保證擴(kuò)眼器刀翼張開完全并且張力足夠大，擴(kuò)眼器以下鉆具總壓降需大于800psi，擴(kuò)眼器水眼和鉆頭水眼搭配后，將使用地面1600L/min 的排量進(jìn)行隨鉆擴(kuò)眼。擴(kuò)眼器下部放置扶正器，以減少鉆具震動(dòng)，增加鉆具穩(wěn)定性；擴(kuò)眼器與扶正器之間放置一根鉆鋌，避免應(yīng)力集中在兩者接扣處，盡可能減少鉆具疲勞，同時(shí)降低鉆具組合的剛性。

（3）現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果及認(rèn)識(shí)。定向作業(yè)，實(shí)現(xiàn)從5205～6389.42m，總計(jì)1184.42m 進(jìn)尺，井斜從0°增至60°，純鉆時(shí)間299.29h，平均機(jī)械鉆速3.96m/h。造斜段平均狗腿度3.02°/30m，最大狗腿度僅4.04°/30m，軌跡圓滑，與設(shè)計(jì)符合率達(dá)到95%以上。

擴(kuò)眼作業(yè)，從3月14日開始，到5月19日總共入井7趟，其中3趟隨鉆擴(kuò)眼作業(yè)，1趟單擴(kuò)作業(yè)，3趟復(fù)擴(kuò)劃眼作業(yè)。累計(jì)施工進(jìn)尺1324m，擴(kuò)眼器工作無異常，無井下事故。其中單條工具最大井下使用時(shí)間16d，進(jìn)尺865m。成功將9-1/2″的井眼擴(kuò)大至10-1/2″。純鉆時(shí)間332h，平均機(jī)械鉆速3.98m/h，在泥巖及膏巖井段，擴(kuò)眼器配合旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向使用效果良好，達(dá)到了預(yù)期效果。

鄰井Ks-10井、Ks1002、Ks1003井四開鉆進(jìn)時(shí)，地層層位和巖性與本井基本一致，3口鄰井在多次起下鉆期間不順暢，發(fā)生阻卡，最終劃眼通過阻卡井段。而本井采用隨鉆擴(kuò)眼器配合旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆進(jìn)，擴(kuò)眼器擴(kuò)過的井段起下鉆順利，無明顯阻卡現(xiàn)象，保證了套管的順利到位。

含膏泥巖或灰質(zhì)泥巖，鉆速稍慢，大概2～3m/h，扭矩波動(dòng)大，鉆進(jìn)期間注意隔段時(shí)間上提鉆具釋放扭矩和應(yīng)力；鹽巖段鉆速較快，扭矩波動(dòng)較小，鉆進(jìn)期間應(yīng)注意及時(shí)上提鉆具劃眼，保證井眼質(zhì)量，有利于后續(xù)順利起下鉆。

4 結(jié)論

（1）克深區(qū)域鉆遇古近系庫姆格列木群時(shí)，膏泥巖、膏鹽、泥巖層蠕變縮徑卡鉆風(fēng)險(xiǎn)高，由于地層不均質(zhì)，常規(guī)鉆井工具造斜能力不足，鉆井效率低，軌跡控制難度大。

（2）旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具可以實(shí)現(xiàn)始終以旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方式鉆進(jìn)，相比常規(guī)單彎鉆具，可以大幅減少摩阻，降低鉆具粘卡風(fēng)險(xiǎn)，使井眼軌跡更加平滑，符合率高。配合采用連續(xù)鉆井液脈沖發(fā)生器可同步發(fā)送和接收MWD、LWD 數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)軌跡實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)整，大幅提高鉆井效率，降低事故風(fēng)險(xiǎn)。

（3）Rhino XS 9250 擴(kuò)眼器現(xiàn)場(chǎng)使用簡(jiǎn)單可靠、性能穩(wěn)定，完全能夠滿足超深井作業(yè)要求。采用隨鉆擴(kuò)眼器配合旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆進(jìn)，擴(kuò)眼器擴(kuò)過的井段起下鉆順利，無明顯阻卡現(xiàn)象，保證了后續(xù)作業(yè)安全，實(shí)現(xiàn)技術(shù)套管順利下放到位。

（4）在超深井?dāng)U眼作業(yè)中，現(xiàn)場(chǎng)施工必須充分考慮工具、鉆柱、地層極限許可使用條件，鉆進(jìn)期間應(yīng)注意及時(shí)上提鉆具劃眼，保證井眼質(zhì)量，有利于后續(xù)順利起下鉆。