Power-V在克深102井膏鹽巖層中的應用

張錦虹宋 玥劉書勤丁 健唐世龍李站新

（1.中國石油西部鉆探工程有限公司準東鉆井公司，新疆庫爾勒 841000；2.中國石化華東石油局，江蘇南京 210019；3.中國石油塔里木石油勘探開發指揮部第一勘探公司，新疆庫爾勒 841000）

Power-V在克深102井膏鹽巖層中的應用

張錦虹1宋 玥2劉書勤2丁 健1唐世龍3李站新1

（1.中國石油西部鉆探工程有限公司準東鉆井公司，新疆庫爾勒 841000；2.中國石化華東石油局，江蘇南京 210019；3.中國石油塔里木石油勘探開發指揮部第一勘探公司，新疆庫爾勒 841000）

引用格式：張錦虹，宋玥，劉書勤，等. Power-V在克深102井膏鹽巖層中的應用［J］.石油鉆采工藝，2015，37（6）：13-17.

庫車坳陷克拉蘇構造帶富含古近系膏鹽巖層，該巖層發育復雜，含有夾層，地層傾角大，易發生井斜、卡鉆、井漏等事故，是中國陸上鉆井難度最大、難題最集中的地層之一。因此，安全快速鉆穿膏鹽巖地層，揭示膏鹽巖地層以下的儲集層含油氣情況，避免鉆井周期延誤、井眼報廢的嚴重后果已成為亟需解決的問題。在克深102井鉆進過程中，嘗試在膏鹽巖層中使用Power-V鉆進方式，既有效地控制了井斜以保證井身質量，又大幅度提高了機械鉆速。論述了Power-V在鉆遇膏巖層時應使用的工程手段，以避免蠕變效應引起卡鉆事故。

鉆井；膏鹽巖；庫車克拉區塊；Power-V；防斜

庫車坳陷位于南天山山前，南接塔北隆起，面積約為3×104km2，是塔里木盆地油氣資源最豐富，鹽構造最發育的構造單元之一。庫車坳陷主要分布古近-新近系膏鹽層，該膏鹽層屬于鹽層、膏巖和軟泥巖等組成的復合巖層，埋深一般為1 230～7 948 m，厚度一般為1 200 m，最厚處可達4 137 m。

古近-新近系復合鹽層是塔里木膏鹽層中最復雜的鹽層，主要特征為分布廣泛、發育復雜；深度、厚度在縱向和橫向上差異大；具有橫向流動、異常加厚、鹽刺穿等現象。

1　膏鹽層鉆井技術難點

（1）膏鹽層鹽底卡層難度大，膏鹽層與下部白云巖層壓力系數相差較大。如果目的層鉆井液密度降不下去，可能造成阻卡和卡鉆；打開鹽底砂巖，可能出現井漏、卡鉆等事故和復雜情況。

（2）膏鹽層段長，鹽間發育砂巖、白云巖，承壓能力低，再加上鹽間裂縫發育，容易發生井漏。

（3）鹽間一般伴有膏鹽鹽水層，一旦發生井侵或溢流，對超高密度鉆井液產生嚴重的污染。

（4）套管抗擠強度低于鹽層外擠壓力，套管擠毀風險大。

以上鉆井技術難點是導致膏鹽層鉆井復雜事故頻出、鉆井周期長的主要因素之一。通過上述分析可知，鉆遇膏鹽層時需要進行防卡、防漏措施。

2　Power-V簡介

斯倫貝謝公司研發的Power-V垂直鉆井工具是由一套全自動化旋轉導向垂直鉆井工具，主要由電子控制部分和機械導向部分組成。在井下工作時，電子控制部分測量出井底的井斜和方位，當與設定的工具面（低邊）不同時，機械導向部分自動調整偏置系統上的推力塊（Pad）產生主動的側向力，作用于上井壁（高邊），改變鉆頭作用方向，切削下井壁（低邊），使井眼軌跡快速返回鉛垂方向，實現降斜的目的。此工具特別適合于自然造斜力強，針對地層傾角大于40°的地層，其優點主要有：自動化的主動防斜和糾斜，簡單高效；徹底解放鉆壓和轉速，在防斜同時有效提高鉆速；鉆出的井眼平滑，顯著提高井身質量；所有部件都能隨著鉆具一起旋轉，有效降低卡鉆風險。

3　Power-V在克深102井的應用

克深102井是1口位于庫車坳陷克深區帶克深1-克深2號構造的評價井，海拔為1 709.98 m，設計井深為7 550 m，完鉆層位為白堊系巴什基奇克組，該井的鉆探目的是為了確定克深1-克深2氣藏的含氣規模；獲取鉆井地質資料，為該區地震速度場研究、圈閉精細描述提供參數和依據；搞清白堊系巴什基奇克組儲層縱橫向變化情況；搞清氣水界面位置。

克深102井屬于山前構造，地層復雜，含夾層、傾角大、上部地層尤其是吉迪克組地層可鉆性差，鉆井過程中易發生井斜，膏巖層易發生卡鉆和井漏，施工難度大。該井分別在三開1 802～5 632 m井段與四開5 632～7 102 m井段使用Power-V垂鉆系統?？松?02井所處位置地層分層見表1，井身結構見表2。

表1　地層分層

表2　井身結構

3.1Power-V在克深102井三開的應用

3.1.1鉆井參數 鉆壓120～200 kN，轉速100～120 r/min，排量40～50 L/s，泵壓22～24 MPa。

3.1.2鉆具組合 ?333.4 mmPDC+Power-V+631× NC61母+?333.4 mm扶正器+浮閥+621×630+無磁鉆鋌（MWD）+631×NC61母+?333.4 mm扶正器+NC61公×NC56母+?203.2 m螺旋鉆鋌+NC56公×520 + ?139.7 mm加重斜坡鉆桿+?139.7 mm斜坡鉆桿。

圖1　三開鉆具組合

3.1.3效果分析 在克深102井三開中應用Power-V后，控斜狀態良好，都保證在0.5°以內，見圖1，方位除第1次使用時在偏西方向，以后都在偏東方向，沒有太大的變化，這說明井底未發生螺旋扭曲等現象，為中完下套管提供了保障，表3為使用Power-V情況下井斜角變化情況，1 802～2 000 m采用單點測斜。

表3　井斜角變化情況

圖2　不同深度下井斜角變化情況

在三開鉆進過程中，由于三開的井段較長，包含的層位較多，所以為適應不同的巖性制定了不同的鉆壓，見表4，各項指標對比見表5。

表4　不同巖性鉆壓

從表5可以看出，在使用Power-V鉆進后，避免了地層傾角造成的影響，井斜明顯得到有效控制，井斜角一直保持在0.5°以內，機械鉆速快，井身質量好。

三開鉆進過程中鉆遇吉迪克組，該組含有大量礫石層，可鉆性差。這種情況下暴露出了Power-V的不足之處：（1）Power-V儀器中的機械部分Pad的制作材料，其硬度等級太低，對于硬地層，極易磨損，一旦磨損加劇，就起不到降斜的作用，反而成為增斜鉆具，造成起下鉆頻繁，延長鉆井周期和加大鉆井成本，所以只有應用耐磨較好材料的Pad，才能發揮好的效率；（2）山前構造鉆進扭矩較大，地層復雜，由于Power-V儀器沒有涉及減震技術，使用Power-V后扭矩會進一步增大，限制鉆進參數，也可能會導致鉆具事故。

表5　克深102井三開各項指標對比

因此預測只要Power-V中的Pad無過度磨損，可以正常工作，就能確保井斜相對較小，井身質量較好。為此決定在膏鹽層地層中使用Power-V，以得到快鉆時和較好的井身質量。

3.2Power-V在克深102井四開的應用

3.2.1鉆井參數 鉆壓30～50 kN，轉速80～100 r/min，排量16 L/s，泵壓25 MPa。

3.2.2鉆具組合 ?241.3 mmPDC+Power-V+ ?239.3 mm扶正器+浮閥+ 411×411+ ?177.8 mm無磁DC +411×410+?239.3 mm扶正器+?177.8 mm DC×18根+?127 mm HWDP×15+?127mm DP若干（見圖3）。

圖3　四開鉆具組合

3.2.3效果分析 在克深102井四開鉆進過程中，井深為5 644.57～5 991.00 m時采用鐘擺鉆進，井深為5 993.00～6 305.06 m時采用Power-V鉆進，2種情況下井斜角變化情況見表6。圖4為不同深度下井斜角變化情況。

表6　井斜角變化情況

圖4　不同深度下井斜角變化情況

從圖4可以看出，在四開前期使用鐘擺鉆進時，未能避免地層傾角所造成的影響，井斜從最初的1.79°增大為3.85°，方位一直都在偏東方向，可以說明地層傾角西高東低，也就是說明地層的總體布局導致地層傾角較大；在使用Power-V鉆進后，井斜明顯得到有效控制，方位也同樣證實了地層傾角為西高東低。

四開鉆進時，巖性以膏鹽層為主，可鉆性好。鉆進前期，使用雙鐘擺糾斜的作用不明顯，在傾角大的地層中無法釋放鉆壓，導致機械鉆速低；四開鉆進后期，鉆具組合中加入Power-V，從圖4可以明顯看出井斜直接從3.51°降至1°以下，這說明Power-V可在膏鹽層中正常工作。

使用Power-V后，井斜角迅速在30 m內從3.51°降至1°以下，降斜速度過快，這是由于當時未調整PDC鉆頭壓降所致，要想達到緩慢降斜的作用，應該將鉆頭壓降降為Power-V的臨界壓降，造成Power-V “似工作非工作”的狀態。四開鉆進各項指標對比見表7。

表7　克深102井四開各項指標對比

從表7中可以看出，在膏鹽層中應用Power-V鉆井是可行的，既可以減小Power-V儀器中的機械部分Pad的磨損，避免因使用不當造成的成本浪費，又可以較好地控制井斜，獲得較快的機械鉆速，縮短鉆井周期，取得更高的經濟效益。

4　膏鹽層工程手段

膏鹽層的蠕變效應會引起卡鉆事故，造成Power-V落入井底無法打撈，但是可通過工程手段進行彌補。

（1）開始鉆進膏鹽層時，鉆時在20 min以上，每鉆進1 m，劃眼1次，最大的倒劃眼距離為頂驅能上提的最大距離，劃通暢后才能繼續鉆進。摸索出規律后可以放寬劃眼的間隔距離。如果鉆進時扭矩突然增大，就應立即倒劃眼，待扭矩正常后再繼續鉆進，上提鉆具時可以憋足扭矩上提。

（2）每鉆完1個立柱根后必須倒劃正劃眼各1次，井眼無阻卡后再干通1次，無阻卡才可以卸掉1根鉆桿，接立柱鉆進。

（3）在復合膏鹽層鉆進，應隨時防備鉆遇“軟泥巖”，特別在石膏、膏泥巖以下發現鉆時明顯加快時，應密切注意扭矩、泵壓變化和返出巖屑的變化。首次鉆入“軟泥眼”地層，不允許超過0.5 m/min機械鉆速，防止“軟泥巖”地層的快速蠕變縮徑導致卡鉆。同時應加強地層對比，卡準地質層位，隨時注意聽取地質監督的地層通報狀況，防止井漏、溢流等復雜情況的發生。

在鹽層、“軟泥巖”鉆進時控制鉆壓、鉆速、每米鉆時不低于10 min，鉆遇鹽層、“軟泥巖”等低鉆時井段，每次鉆進不超過0.5 m，就應該上提劃眼，證實無阻卡、無憋泵后方可恢復鉆進。打完1根立柱，倒劃出整個立柱，破壞鹽層或“軟泥眼”層的蠕變，劃眼修正井壁至井底，確認無阻卡后方可接立柱。

（4）原則上堅持每鉆進30 m短起下鉆1次檢查井眼通暢情況，如果井眼通暢可以延長到每50 m短起1次或更長井段短起下鉆1次。在復合鹽層或“軟泥巖”井段起下鉆應控制好起下鉆速度，下鉆遇阻不得超過50 kN，上提遇卡不得超過100 kN，否則必須劃眼通過，不得強提硬壓。

（5）鉆進過程中，井下出現復雜情況不能停泵、停頂驅，要繼續轉動、循環，判斷、分析原因，待情況好轉以后上提鉆具劃眼，再繼續鉆進和接單根，防止鉆具靜止卡鉆；機械鉆速明顯降低、泵壓、扭矩增大，應立即上提鉆具進行劃眼，待井下恢復正常以后方可繼續鉆進；井下不正常（泵壓、扭矩不正常），不得強行接單根。

如果遵循以上的工程手段、既能避免蠕變效應引起的卡鉆事故，又能取得較高的機械鉆速，最終會取得較大的經濟效益。

5　結論與建議

（1） 在克深102井使用Power-V工具后，三開鉆進時井斜可以控制在0.5°以內；四開鉆遇膏鹽層時，井斜可以控制在1°以內。

（2） Power-V鉆井方式可以大幅提高平均機械鉆速、節約鉆井周期。

（3） 在使用Power-V工具時，必須用好固控設備，特別是加大離心機使用力度，充分清除劣質固相，控制含砂量，保證鉆井液好的流變性及潤滑、造壁性能，避免有害固相對Pad密封件的磨損。

（4） Power-V鉆遇膏巖層時，應注意使用相應的工程手段，避免蠕變效應引起的卡鉆事故。

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［2］劉峰. POWER-V和PD-XCEED垂直導向鉆井技術在渤海油田的應用［J］.石油鉆采工藝，2009，31（5）：25-32.

［3］許京國，鄭淑杰，陶瑞東，等.高陡構造克深206井鉆井提速配套技術［J］.石油鉆采工藝，2013，35（5）：29-32.

［4］鄧曉玉.新深1井深層膏鹽巖地層鉆井技術難點及對策［J］.承德石油高等?？茖W校學報，2012，14（3）：31-34.

［5］劉磊，劉志坤，高曉榮，等.垂直鉆井系統在塔里木油田應用效果及對比分析［J］.西安石油大學學報：自然科學版，2007，22（1）：79-81.

［6］張建平，肖華，石麗娟，等.垂直鉆井系統在吐哈盆地山前高陡構造的應用［J］.石油天然氣學報，2011，33（10）：158-162.

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［10］呂修祥，金之鈞，周新源，等.塔里木盆地庫車坳陷與膏鹽巖相關的油氣聚集［J］.石油勘探與開發，2000，27（4）：20-21.

（修改稿收到日期 2015-10-23）

〔編輯 薛改珍〕

Application of Power-V in gypsum-salt rock

ZHANG Jinhong1，SONG Yue2，LIU Shuqin2，DING Jian1，TANG Shilong3，LI Zhanxin1
（1. Zhundong Drilling Company，Xibu Drilling Engineering Company Limited，CNPC，Korla 841000，China；2. East China Branch and Petroleum Bureau，CNPC，Nanjing 210019，China；3. No.1 Exploration Company of Tarim Petroleum E&D Headquarter，CNPC，korla 841000，China）

Kelasu tectonic zone in Kuqa depression contains the gypsum-salt rock of paleogene system. This rock stratum has gone through complicated development，contains interlayer and large inclination angle，is vulnerable to accidents such as hole deviation，bit jamming and well leakage，and is one of the formations with the highest drilling difficulty and the most problems in China. Therefore，to safely and quickly drill through the gypsum-salt rock，discover the oil/gas bearing situation in reservoir under gypsum-salt rock，and avoid the serious consequences such as delay of drilling cycle and borehole scrap has become the issue to be settled，In the course of drilling operation of Well Keshen 102，the Power-V drilling method has been applied in the gypsum-salt rock. It has been proven that it is feasible to use the Power-V drilling method in gypsum-salt rock，which can not only effectively control the hole deviation so as to guarantee the wellbore quality，but also greatly increase the mechanical drilling speed. The engineering approach should be used when the gypsum-salt rock is encountered in the course of Power-v drilling operation，so as to avoid the jamming accident caused by creep effect.

dirlling； gypsum-salt rock； Kuqa Kela Block； Power-V； inclining prevention

TE24

B

1000-7393（ 2015 ） 06-0013-05 doi:10.13639/j.odpt.2015.06.004

張錦虹，1986年生。2011年畢業于東北石油大學石油工程專業，現主要從事山前井、三高井鉆井研究，平臺經理。電話：13709961039。E-mail：zjhong611@126.com。