青海英中地區(qū)?311.2mm井段防斜打快關(guān)鍵技術(shù)

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(shù)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(qū)位于柴達(dá)木盆地英雄嶺南緣中部南區(qū)，是西部坳陷區(qū)茫崖坳陷亞區(qū)上的一個二級構(gòu)造帶，是英雄嶺地區(qū)地形條件最復(fù)雜的區(qū)域[1]，至目前為止已探明含油面積11.4km2，石油地質(zhì)儲量4388×104t，是青海油田增儲上產(chǎn)的重要區(qū)塊。區(qū)塊地質(zhì)條件復(fù)雜、斷塊發(fā)育，高溫、高壓、高含硫，為保證安全鉆井，一般采用四開井身結(jié)構(gòu)，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(jī)械鉆速低，易發(fā)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(guān)鍵。為了解決二開井段易斜、糾斜困難，機(jī)械鉆速低等問題，現(xiàn)場應(yīng)用了鐘擺鉆具組合防斜技術(shù)、單彎螺桿鉆具組合糾斜技術(shù)、導(dǎo)眼與擴(kuò)眼組合鉆井技術(shù)和垂直鉆井技術(shù)，并分別從應(yīng)用效果和經(jīng)濟(jì)性方面做出評價。

1 鉆井技術(shù)難點(diǎn)

青海英中地區(qū)鉆井二開?311.2mm 井段裸眼段長、井眼尺寸大、鉆遇地層復(fù)雜，具體表現(xiàn)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(dá)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(qū)A井1000～3800m可鉆性極值分析圖

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

圖2 英中地區(qū)B井?311.2mm井眼鉆時、井斜情況分析圖

2 防斜打快關(guān)鍵技術(shù)

國內(nèi)新疆、青海、四川等地區(qū)鉆井面臨地層傾角大、可鉆性差等問題，經(jīng)過多年研究與探索，發(fā)展出四種常用的防斜打快技術(shù)，分析了各技術(shù)的原理特點(diǎn)及其應(yīng)用情況，為英中地區(qū)開展相應(yīng)技術(shù)試驗(yàn)提供借鑒與參考。

2.1 鐘擺鉆具組合防斜技術(shù)

鐘擺鉆具組合是一種被動式防斜打直技術(shù)，在井斜發(fā)生時可降斜，主要原理是發(fā)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(cè)向力，達(dá)到降斜目的，大井斜下糾斜效果好于小井斜[2-3]。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和鉆井實(shí)踐表明，鉆具組合中穩(wěn)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(jìn)趨勢預(yù)測模型為基礎(chǔ)，提出一種優(yōu)化的鐘擺鉆具組合防斜技術(shù)方案如下：下部鉆具組合為?311.2mm鉆頭+?228.6mm 鉆 鋌×3 根+?311mm 穩(wěn) 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(zhǔn)格爾盆地西北緣地區(qū)風(fēng)城011井中應(yīng)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(shù)，取得顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益[8]。

2.2 單彎螺桿鉆具組合糾斜技術(shù)

隨著地層自然造斜力增大，為保證井身質(zhì)量、提高機(jī)械鉆速，需要采用主動式防斜打直技術(shù)，其中最為常用的即為單彎螺桿鉆具組合糾斜技術(shù)，通過監(jiān)測井斜變化，發(fā)現(xiàn)井斜增大后利用動力鉆具（彎螺桿）及時進(jìn)行滑動鉆進(jìn)，進(jìn)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(zhuǎn)速高，糾斜能力強(qiáng)，適用地層廣，機(jī)械鉆速得到進(jìn)一步提高[9]。渤海油田JX1-1-3井和JX1-1-4井應(yīng)用該技術(shù)在井眼軌跡控制方面效果顯著，并提高了機(jī)械鉆速[10]。宣頁1 井在589.19～805.61m使用該技術(shù)達(dá)到降斜目的[11]。

2.3 導(dǎo)眼與擴(kuò)眼組合鉆井技術(shù)

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(dǎo)眼，再擴(kuò)眼到設(shè)計尺寸的組合鉆進(jìn)模式，有利于降低作業(yè)成本，縮短鉆井周期?，F(xiàn)場使用中，首先用?215.9mm PDC 鉆頭帶彎螺桿打出導(dǎo)眼，到預(yù)定井深后，再使用?311.2mmPDC鉆頭沿導(dǎo)眼軌跡鉆進(jìn)。在X井中的應(yīng)用表明，?215.9mm 井眼滑動鉆進(jìn)造斜率明顯比?311.2mm井眼好，總體鉆進(jìn)速度不受影響[12]。

2.4 垂直鉆井技術(shù)

垂直鉆井系統(tǒng)由電子控制單元和機(jī)械偏置單元組成，鉆井過程中，測斜儀監(jiān)測到井斜以后，將信號傳輸?shù)诫娮涌刂茊卧?，電子控制單元將激發(fā)導(dǎo)向液缸產(chǎn)生動作，將相應(yīng)位置的導(dǎo)向塊推出，這些導(dǎo)向塊便牢牢地支撐在井壁上，并防止工具本體旋轉(zhuǎn)，給鉆頭一個側(cè)向力，使鉆頭回到垂直方向。垂直鉆井技術(shù)解放了鉆壓，機(jī)械鉆速提高明顯，鉆出的井眼平滑，井身質(zhì)量好，但是工具使用費(fèi)用高[13-14]。準(zhǔn)噶爾盆地南緣QG1井應(yīng)用該技術(shù)，井斜控制在1°以內(nèi)，機(jī)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(shù)，井斜分別在1°、0.3°以內(nèi)，井身質(zhì)量得到有效控制[16]。

3 適用性評價

對比分析不同技術(shù)在英中地區(qū)的應(yīng)用效果，并針對不同型號鉆機(jī)，從降低勘探開發(fā)成本方面考慮，評價了不同技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性。

3.1 防斜打快效果評價

英中地區(qū)實(shí)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(shù)，B 井、C 井使用單彎螺桿鉆具組合糾斜技術(shù)和導(dǎo)眼與擴(kuò)眼組合鉆井技術(shù)，D 井使用鐘擺鉆具組合防斜技術(shù)和單彎螺桿鉆具組合糾斜技術(shù)，E井使用單彎螺桿鉆具組合糾斜技術(shù)和垂直鉆井技術(shù)。

由表1 可見，鐘擺鉆具組合防斜技術(shù)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(jī)械鉆速低；單彎螺桿鉆具組合糾斜技術(shù)在A-E井均進(jìn)行應(yīng)用，井斜平均控制在3.50°以內(nèi)，在3000m 上井深鉆井，平均機(jī)械鉆速較低；導(dǎo)眼與擴(kuò)眼組合鉆井技術(shù)在B、C 井中應(yīng)用，井斜控制好，平均井斜分別為1.28°、1.64°，但是機(jī)械鉆速非常低；垂直鉆井技術(shù)在E 井進(jìn)行應(yīng)用，一般井斜控制在0.65°左右，平均機(jī)械鉆速高，達(dá)8.45m/h。

表1 不同技術(shù)應(yīng)用井段及效果

具體而言，在防斜糾斜方面，不同技術(shù)的應(yīng)用效果排序?yàn)椋捍怪便@井技術(shù)＞導(dǎo)眼與擴(kuò)眼組合鉆井技術(shù)＞單彎螺桿鉆具組合糾斜技術(shù)＞鐘擺鉆具組合防斜技術(shù)。在提高機(jī)械鉆速方面，不同技術(shù)的應(yīng)用效果排序?yàn)椋捍怪便@井技術(shù)＞單彎螺桿鉆具組合糾斜技術(shù)＞鐘擺鉆具組合防斜技術(shù)＞導(dǎo)眼與擴(kuò)眼組合鉆井技術(shù)。

3.2 經(jīng)濟(jì)性評價

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

不同技術(shù)的平均機(jī)械鉆速設(shè)定如下，鐘擺鉆具組合防斜技術(shù)：3.14m/h，單彎螺桿鉆具組合糾斜技術(shù)：4.01m/h，導(dǎo)眼與擴(kuò)眼組合鉆井技術(shù)：2.22m/h，垂直鉆井技術(shù)：8.45m/h。按照以上基礎(chǔ)條件，完成二開井段2800m進(jìn)尺鉆進(jìn)的成本如表2所示，對于50型鉆機(jī)，使用單彎螺桿鉆具組合糾斜技術(shù)的成本最低，對于70型鉆機(jī)，使用垂直鉆井系統(tǒng)完成全部進(jìn)尺費(fèi)用最低。

表2 不同鉆井技術(shù)費(fèi)用計算結(jié)果

4 結(jié)論與建議

英中地區(qū)二開?311.2mm 井段鉆井中，試驗(yàn)了四種不同防斜打快技術(shù)，在應(yīng)用效果方面，垂直鉆井技術(shù)防斜打快效果最優(yōu)，而導(dǎo)眼與擴(kuò)眼組合鉆井技術(shù)提速提效指標(biāo)最差。綜合考慮經(jīng)濟(jì)性，50 型鉆機(jī)推薦使用單彎螺桿鉆具組合糾斜技術(shù)，70 型鉆機(jī)使用垂直鉆井技術(shù)經(jīng)濟(jì)性好?，F(xiàn)場試驗(yàn)還表明，鐘擺鉆具組合防斜技術(shù)在2000m以上井深鉆井，機(jī)械鉆速較低，且該技術(shù)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(qū)二開井段開展隨鉆擴(kuò)眼鉆井技術(shù)、水力振蕩器鉆井技術(shù)等新技術(shù)的研究與應(yīng)用，進(jìn)一步縮短鉆井周期，降低作業(yè)成本。