吐哈盆地臺北凹陷柯柯亞區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 （長江大學地球化學系，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）

柯柯亞構造位于丘陵構造帶西段，為南北向強烈擠壓應力形成的高陡斷背斜，圈閉自侏羅系至三疊系均有發育，并且隨著構造層加深，圈閉由背斜向半背斜、斷鼻過渡，從而造成柯柯亞區塊地層應力相對集中，煤層發育，具有易垮塌的特點。煤層以上 （2500m以上）鉆井過程中易發生井斜，井身質量控制難度大[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，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泥巖，脫落易造成遇阻、井塌卡鉆等復雜情況、事故多。煤層段下部地層（3300m完鉆）為碳質泥巖、致密砂巖，可鉆性差 （7～8級），屬硬地層，導致速度慢、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的使用情況和特點，并對部分鉆具組合的力學特性進行計算分析。

1 低速螺桿＋MWD防斜打快技術及使用效果

低速螺桿＋MWD防斜打快技術是低速螺桿配合MWD儀器一起使用，可以及時掌握井眼軌跡參數，及時地做出調整，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，設計配備多種大扭矩彎螺桿，這樣可以根據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、工時延長等引發的鉆井成本。

在柯柯亞區塊使用低速螺桿＋MWD防斜打快技術的井共有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；③提高螺桿鉆具的扭矩，加強劃眼效果，防止遇阻、卡鉆；④能適應更大的鉆井液排量（165mm螺桿排量可達38L／s），強化鉆井參數，提高鉆頭水功率。通過這種防斜技術的使用，4口井的井身質量都得到了保證，完全達到了設計的要求，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，采用防斜打快復合鉆井技術單只鉆頭進尺平均302m，比常規提高50%；機械鉆速平均4.75m／h，比常規提高24%；在西山窯組J2x地層，防斜打快復合鉆井技術單只鉆頭進尺平均135m，比常規提高16%；機械鉆速平均2.26m／h，比常規鉆井提高16%。

表1 低速螺桿＋MWD防斜打快技術使用效果

2 Power-V垂直鉆井技術及使用效果

Power-V是一套全自動化旋轉導向的垂直鉆井系統。Power-V采用可靠的旋轉導向技術在旋轉鉆進時進行連續性的井斜控制，從而使鉆井參數得到完全解放，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及PowerDrive技術和高精度井斜方位測量儀器等技術，在旋轉鉆進時進行連續性的近鉆頭井斜測量，根據井斜的變化，Power-V會自動調整促動儀器，依靠促動儀器所發動的側力以及側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垂直鉆井系統在柯21-5井、柯28井進行了成功試驗。柯21-5井在826～2765m進行現場試驗，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，井身質量得到有效控制。

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，甚至局部井段達到0°[3-4]。柯28井垂直鉆井試驗井段井斜、方位數據如表2所示。

表2 柯28井垂直鉆井試驗井段井斜、方位數據

3 充氮氣欠平衡鉆井技術及使用效果

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層地層壓力，通過地面設備有效控制，將流入井眼內的產層流體循環到地面，并進行有效分離。該技術適用于地層壓力系數低的地層，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中具有其他鉆井技術不可比擬的優越性[5]。

為了加快柯柯亞區塊的侏羅系齊古組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現和保護，提高井身質量并解決部分鉆井難題，在柯柯亞區塊柯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。充分體現了充氮氣鉆井在發現和保護油氣層方面的巨大優勢，對提高勘探開發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，平均機械鉆速度1.73m／s，是常規鉆井的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，經測試柯21-2井日產氣量是鄰井的2倍。

4 認識與結論

1）柯柯亞區塊煤層發育，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”后，井斜控制在3°以內，保證了井身質量，機械鉆速得到較為明顯的提高。同時通過應用特殊螺桿和優化鉆井參數，大幅度提高了鉆頭的使用壽命，減少了起下鉆次數，提高鉆速，節約鉆井周期。

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

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

4）依據地層特點，結合前期鉆井新技術提速試驗情況，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進行有機結合和集成，同時繼續進行新技術、新工具、新工藝的研究與試驗。

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

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

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

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

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