青海英中地區?311.2mm井段防斜打快關鍵技術

鄭 鋒，王建龍，譙世均，趙維超，雷 彪，李立華

（1.渤海鉆探工程技術研究院，天津 300280；2.青海油田鉆采工藝研究院，甘肅 敦煌 736200）

英中地區位于柴達木盆地英雄嶺南緣中部南區，是西部坳陷區茫崖坳陷亞區上的一個二級構造帶，是英雄嶺地區地形條件最復雜的區域[1]，至目前為止已探明含油面積11.4km2，石油地質儲量4388×104t，是青海油田增儲上產的重要區塊。區塊地質條件復雜、斷塊發育，高溫、高壓、高含硫，為保證安全鉆井，一般采用四開井身結構，其中，二開井段鉆遇上油砂山組、下油砂山組、上干柴溝組三個層系，裸眼段長，鉆遇地層傾角大、可鉆性差，鉆井機械鉆速低，易發生井斜，且糾斜困難，二開防斜打快效果是影響整口井鉆井周期的關鍵。為了解決二開井段易斜、糾斜困難，機械鉆速低等問題，現場應用了鐘擺鉆具組合防斜技術、單彎螺桿鉆具組合糾斜技術、導眼與擴眼組合鉆井技術和垂直鉆井技術，并分別從應用效果和經濟性方面做出評價。

1 鉆井技術難點

青海英中地區鉆井二開?311.2mm 井段裸眼段長、井眼尺寸大、鉆遇地層復雜，具體表現如下：①鉆遇地層上油砂山組、下油砂山組、上干柴溝組，地層巖性變化大；②地層傾角大，變化范圍一般在15°～35°之間，防斜要求高；③地層可鉆性差，特別是在上干柴溝組，可鉆性級值7.09～8.26（圖1）；④二開裸眼段長達2800m，占總井深的46%以上，該井段鉆井時間對鉆井周期影響大；⑤采用?311.2mm 鉆頭鉆井，井眼尺寸大，鉆井提速、定向糾斜難度大。

圖1 英中地區A井1000～3800m可鉆性極值分析圖

基于以上地質、工程條件，實鉆中鉆井問題突出表現為井斜控制困難、機械鉆速低，鉆井周期長。一是易斜，常規彎螺桿鉆具組合鉆井，地層自然造斜能力達2.5°/30m，為保證井身質量，需要頻繁糾斜。二是糾斜困難，定向鉆進托壓嚴重、工具面穩定差，如B井，二開井段共糾斜44 次，定向鉆進389m，定向需頻繁活動鉆具。三是機械鉆速低，鉆井周期長。如B井，?311.2mm井眼平均機械鉆速僅4.29m/h，二開鉆井周期84d（圖2）。

圖2 英中地區B井?311.2mm井眼鉆時、井斜情況分析圖

2 防斜打快關鍵技術

國內新疆、青海、四川等地區鉆井面臨地層傾角大、可鉆性差等問題，經過多年研究與探索，發展出四種常用的防斜打快技術，分析了各技術的原理特點及其應用情況，為英中地區開展相應技術試驗提供借鑒與參考。

2.1 鐘擺鉆具組合防斜技術

鐘擺鉆具組合是一種被動式防斜打直技術，在井斜發生時可降斜，主要原理是發生井斜時，利用鐘擺力給鉆頭施加與井斜偏離方向相反的側向力，達到降斜目的，大井斜下糾斜效果好于小井斜[2-3]。室內實驗和鉆井實踐表明，鉆具組合中穩定器的安放位置、尺寸，以及鉆壓、鉆速，是影響鐘擺鉆具組合防斜效果的主要因素[4-6]。王保軍[7]以BHA受力分析模型和鉆進趨勢預測模型為基礎，提出一種優化的鐘擺鉆具組合防斜技術方案如下：下部鉆具組合為?311.2mm鉆頭+?228.6mm 鉆 鋌×3 根+?311mm 穩 定 器+?203.2mm 鉆鋌×9 根，推薦鉆壓不超過80kN，鉆速60r/min。新疆油田準格爾盆地西北緣地區風城011井中應用帶水力加壓器、直螺桿和PDC鉆頭的新型鐘擺鉆具組合防斜快鉆技術，取得顯著的技術經濟效益[8]。

2.2 單彎螺桿鉆具組合糾斜技術

隨著地層自然造斜力增大，為保證井身質量、提高機械鉆速，需要采用主動式防斜打直技術，其中最為常用的即為單彎螺桿鉆具組合糾斜技術，通過監測井斜變化，發現井斜增大后利用動力鉆具（彎螺桿）及時進行滑動鉆進，進行井斜控制。單彎螺桿鉆具組合與鐘擺鉆具組合相比，鉆壓大、轉速高，糾斜能力強，適用地層廣，機械鉆速得到進一步提高[9]。渤海油田JX1-1-3井和JX1-1-4井應用該技術在井眼軌跡控制方面效果顯著，并提高了機械鉆速[10]。宣頁1 井在589.19～805.61m使用該技術達到降斜目的[11]。

2.3 導眼與擴眼組合鉆井技術

相同條件下小井眼比大井眼更易獲得高造斜率，在軌跡控制困難的定向井中，采用先鉆一個小尺寸導眼，再擴眼到設計尺寸的組合鉆進模式，有利于降低作業成本，縮短鉆井周期。現場使用中，首先用?215.9mm PDC 鉆頭帶彎螺桿打出導眼，到預定井深后，再使用?311.2mmPDC鉆頭沿導眼軌跡鉆進。在X井中的應用表明，?215.9mm 井眼滑動鉆進造斜率明顯比?311.2mm井眼好，總體鉆進速度不受影響[12]。

2.4 垂直鉆井技術

垂直鉆井系統由電子控制單元和機械偏置單元組成，鉆井過程中，測斜儀監測到井斜以后，將信號傳輸到電子控制單元，電子控制單元將激發導向液缸產生動作，將相應位置的導向塊推出，這些導向塊便牢牢地支撐在井壁上，并防止工具本體旋轉，給鉆頭一個側向力，使鉆頭回到垂直方向。垂直鉆井技術解放了鉆壓，機械鉆速提高明顯，鉆出的井眼平滑，井身質量好，但是工具使用費用高[13-14]。準噶爾盆地南緣QG1井應用該技術，井斜控制在1°以內，機械鉆速提高52%[15]。吐哈盆地臺北凹陷柯21-5 井、柯28 井使用該技術，井斜分別在1°、0.3°以內，井身質量得到有效控制[16]。

3 適用性評價

對比分析不同技術在英中地區的應用效果，并針對不同型號鉆機，從降低勘探開發成本方面考慮，評價了不同技術的經濟性。

3.1 防斜打快效果評價

英中地區實施的A-E 井二開鉆井中，A 井使用了單彎螺桿鉆具組合糾斜技術，B 井、C 井使用單彎螺桿鉆具組合糾斜技術和導眼與擴眼組合鉆井技術，D 井使用鐘擺鉆具組合防斜技術和單彎螺桿鉆具組合糾斜技術，E井使用單彎螺桿鉆具組合糾斜技術和垂直鉆井技術。

由表1 可見，鐘擺鉆具組合防斜技術在D、E 井使用，平均井斜大于入井時井斜，糾斜效果不明顯，用于2000m以上井深鉆井，平均機械鉆速低；單彎螺桿鉆具組合糾斜技術在A-E井均進行應用，井斜平均控制在3.50°以內，在3000m 上井深鉆井，平均機械鉆速較低；導眼與擴眼組合鉆井技術在B、C 井中應用，井斜控制好，平均井斜分別為1.28°、1.64°，但是機械鉆速非常低；垂直鉆井技術在E 井進行應用，一般井斜控制在0.65°左右，平均機械鉆速高，達8.45m/h。

表1 不同技術應用井段及效果

具體而言，在防斜糾斜方面，不同技術的應用效果排序為：垂直鉆井技術＞導眼與擴眼組合鉆井技術＞單彎螺桿鉆具組合糾斜技術＞鐘擺鉆具組合防斜技術。在提高機械鉆速方面，不同技術的應用效果排序為：垂直鉆井技術＞單彎螺桿鉆具組合糾斜技術＞鐘擺鉆具組合防斜技術＞導眼與擴眼組合鉆井技術。

3.2 經濟性評價

分析了采用一種技術完成二開全井段鉆進的成本，采用評價方法為：總鉆進成本＝（鉆機+提速工具）日費×純鉆時間。

不同技術的平均機械鉆速設定如下，鐘擺鉆具組合防斜技術：3.14m/h，單彎螺桿鉆具組合糾斜技術：4.01m/h，導眼與擴眼組合鉆井技術：2.22m/h，垂直鉆井技術：8.45m/h。按照以上基礎條件，完成二開井段2800m進尺鉆進的成本如表2所示，對于50型鉆機，使用單彎螺桿鉆具組合糾斜技術的成本最低，對于70型鉆機，使用垂直鉆井系統完成全部進尺費用最低。

表2 不同鉆井技術費用計算結果

4 結論與建議

英中地區二開?311.2mm 井段鉆井中，試驗了四種不同防斜打快技術，在應用效果方面，垂直鉆井技術防斜打快效果最優，而導眼與擴眼組合鉆井技術提速提效指標最差。綜合考慮經濟性，50 型鉆機推薦使用單彎螺桿鉆具組合糾斜技術，70 型鉆機使用垂直鉆井技術經濟性好。現場試驗還表明，鐘擺鉆具組合防斜技術在2000m以上井深鉆井，機械鉆速較低，且該技術無法糾斜，僅適合在上部相對較軟地層使用。

建議在英中地區二開井段開展隨鉆擴眼鉆井技術、水力振蕩器鉆井技術等新技術的研究與應用，進一步縮短鉆井周期，降低作業成本。