淺析螺桿復合鉆進在陜西韓城地區煤層氣直井的應用

靳 光 均 秦 紅 濤

（1.河南豫中地質勘察工程公司，河南 鄭州 450053；2.河南省能源鉆井工程技術研究中心，河南 鄭州 450053）

1 概況

韓城區域位于陜西省東部黃河西岸、 關中平原之東北偶。北靠宜川，西臨黃龍，東隔黃河與山西省鄉寧、萬榮縣、河津市相望，南與合陽縣毗鄰。其地質構造位于祁呂賀山字形構造的前弧東翼與新華夏構造體系第三沉降帶的復合部位。以東北～西南向的山前大斷裂(即韓城大斷層)為界，東南面屬渭汾地塹，西北面屬鄂爾多斯臺向斜的陜北盆緣褶皺區。構造復雜，礦產豐富，存在著發生中強以上地震的條件。特殊的構造過渡地帶性，決定了韓城地區褶曲和斷裂較為發育。在壓性構造帶中，逆沖斷層多以疊瓦狀形式出現，巖層直立、倒轉，呈“S”型彎曲。

在韓城地區的煤層氣直井的施工中，由于其地質構造的復雜性給煤層氣鉆井施工帶來非常大的困難，如鉆井施工周期長、進尺緩慢及普遍存在井斜、 井漏等問題。通過螺桿復合鉆進在WLC25 井中的應用表明，復合鉆進技術在提高機械鉆速的同時，能有效控制井身軌跡，縮短鉆井周期，提高經濟效益。

2 韓城地區煤層氣直井的井身結構及施工要求

2.1 井身結構

2.1.1 一開采用Ф311.15mm 鉆頭鉆進； 鉆穿第四系進入基巖石10m 后，下入Ф244.5mm 表層套管，注水泥固井，水泥漿返至地面。

2.1.2 二開用Ф215.9mm 鉆頭鉆進，鉆至預定層位完井，下入Ф139.7mm 生產套管，注水泥固井，水泥漿返至3# 煤層200米以上。

2.2 井身質量要求

井身質量要求如表1 所示。

表1 井身質量要求表

3 復合鉆進技術在WLC25 井中的應用

井下動力鉆進與旋轉鉆進相結合是復合鉆井技術的一大優點。井下動力鉆進定向糾斜與旋轉方式鉆進有效控制了井身質量，提高了機械鉆速，縮短了鉆井周期。通過復合鉆進在WLC25 井的應用，總結復合鉆在韓城地區的應用技術如下。

3.1 鉆頭及螺桿的選用

鉆頭的選擇：對于韓城地區，應用PDC 鉆頭進行鉆進已在該區取得了很好的效果，所以應繼續用PDC 鉆頭配合螺桿鉆具進行復合鉆進，以有效提高鉆井速度。

螺桿的選擇：針對井身結構要求，一開孔徑為Φ311.1mm，井段較短，可采用的一般常規鉆具進行鉆進。二開孔徑為Φ215.9mm，根據孔徑的大小應選用Φ172mm 或Φ165mm 的直螺桿。在WLC25 井中配備Φ165mm 直螺桿兩根。

3.2 鉆井工藝

3.2.1 復合鉆進時的鉆井參數: 鉆壓為30～60KN、 轉速為40r/min、排量為24L/s。

3.2.2 鉆具組合：Φ215.9mmPDC+Φ165mm 螺桿+Φ165mm無磁鉆鋌1 根+Φ159mm 鉆鋌6～10 根+Φ127mm 鉆桿。

3.3 復合鉆進中注意事項

3.3.1 使用復合鉆進時應從小鉆壓開始鉆進，根據進尺情況逐步調整鉆壓，切忌鉆壓忽大忽小。

3.3.2 使用復合鉆進時應先通井后下入PDC 鉆頭。在下鉆過程中不宜長井段、長時間使用螺桿鉆具劃眼。

3.3.3 使用復合鉆進時應嚴格觀察進尺情況，螺桿的使用時間為200h，如發現進尺較慢或不進尺時，應及時更換螺桿。

3.3.4 使用復合鉆進時嚴格監測井斜情況，發現井斜變大時應及時采用定向糾斜鉆進。

4 復合鉆進技術在韓城地區使用的優越性

通過螺桿復合鉆進技術在WLC25 井的使用與同在該區使用常規鉆進方法的WLC24 井的對比，其體現出如下優越性。

4.1 有利于提高機械鉆速

PDC 鉆頭相對于牙輪鉆頭沒有活動部件，可有效地防止鉆頭事故，也適合低鉆壓和高轉速鉆進，在韓城地區軟～硬交替地層中比轉盤鉆進提高鉆速50%～70%。如使用轉盤鉆進的WLC24井機械鉆速為1.32m/h，使用螺桿復合鉆進的WLC25 井的機械鉆速為2.78m/h。

4.2 鉆井周期短

復合鉆進技術可以提高鉆速和單只鉆頭的進尺，減少起下鉆等輔助時間，降低鉆井成本。如使用轉盤鉆進的WLC24 井的鉆井周期為52 天，材料費用為29.87 萬元。使用螺桿復合鉆進的WLC25 井的鉆井周期為29 天。材料費用為17.66 萬元。

4.3 能有效控制井斜

表2 測井數據對比表

由于井下動力鉆具和PDC 鉆頭適合低鉆壓。因此，選擇合適的PDC 鉆頭能夠在一定程度上防止井斜。另外，采用小度數的單彎螺桿配合PDC 鉆頭復合鉆進，可隨時采用定向糾斜的方式調整井眼軌跡，從而從根本上解決各類地層的井斜問題。現通過使用常規鉆進的WLC24 井與使用螺桿復合鉆進的WLC25 井的測斜數據（詳見表2）可以得出如上結論。

4.4 能有效減小井徑擴大率

螺桿復合鉆進在提高鉆速縮短鉆進周期的同時，減少鉆井液對孔壁的浸泡。對保護井壁減小井徑擴大率起到很好的作用。另外，使用復合鉆進時鉆盤的轉速低，減少鉆具對井壁的破壞，也起到對井壁很好的保護作用。現通過使用常規鉆進的WLC24井與使用螺桿復合鉆進的WLC25 井的井徑數據 （詳見表3）可以得出如上結論。

表3 井徑擴大率對比表

5 結論及建議

通過螺桿復合鉆進技術WLC25 井的應用，不但提高了機械鉆速縮短了鉆井周期，也使鉆井井斜、井徑等各項鉆井指標得到很好控制，較好地實現了螺桿復合鉆井技術防斜和高效的統一。

螺桿復合鉆進技術在韓城地區的直井鉆井工程中，得以大規模推廣應用，而且還將螺桿鉆具的費用列入鉆井成本中，螺桿復合鉆進技術提高鉆井機械鉆速和縮短鉆井周期，體現出較好經濟效益，是常規轉盤鉆井效率的1.5-2.0 倍，成本節約35%-45%。值得在本地區推廣應用。