張 琴， 何錦華， 黃勁松， 姚 霖， 胡殊睿， 孫月明， 葉長(zhǎng)文

(中國(guó)石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司川西鉆探公司)

按照目前工程上的標(biāo)準(zhǔn)分類，使用直徑大于444.50 mm的鉆頭開眼的井眼均可稱之為大井眼，國(guó)內(nèi)通常采?444.5 mm的鉆頭進(jìn)行一開鉆進(jìn)固封?339.7 mm套管，也有部分地區(qū)使用?660.4 mm鉆頭進(jìn)行一開鉆進(jìn)固封?508 mm套管，這樣便可以在二開使用?444.5 mm的鉆頭固封?339.7 mm套管。表層使用的鉆頭越大意味著對(duì)下層可下套管的層數(shù)越多，在面對(duì)復(fù)雜地層時(shí)解決方案更多，對(duì)復(fù)雜區(qū)塊的預(yù)探井意義非凡[1-2]。巴基斯坦ahdi區(qū)塊在其早期預(yù)探井中也曾使用?914.4 mm鉆頭開眼，摸清地質(zhì)情況后在后續(xù)的開發(fā)井中使用?444.50 mm鉆頭開眼的成功案例。使用大鉆頭開眼，在接下來的鉆井中可以更多地給套管預(yù)留空間，更及時(shí)地封隔高、低壓以及易漏地層，更有利于預(yù)探井的順利完井。然而，由于國(guó)內(nèi)陸上對(duì)大鉆頭開眼的使用尚未普及，相關(guān)的配套設(shè)備以及技術(shù)并不成熟，給現(xiàn)場(chǎng)鉆井施工帶來了一定的困難[3-4]。

巫溪203井是一口位于重慶市奉節(jié)縣的預(yù)探井，井型為直井。構(gòu)造位置位于宣漢-巫溪區(qū)塊平安向斜。該井出露地層為嘉陵江，喀斯特地貌，可能存在溶洞、暗河，同時(shí)井口與暗河出口海拔落差大(290 m)，一旦鉆遇至暗河，發(fā)生惡性井漏的可能性大。地表破碎，井壁穩(wěn)定性差，易造成掉塊和垮塌卡鉆。地層傾角大，上部地層易斜，軌跡控制難度較大。且高陡構(gòu)造可能發(fā)生井壁應(yīng)力失穩(wěn)，導(dǎo)致掉塊或垮塌卡鉆。為了避免井下事故復(fù)雜，巫溪203井決定采用?914.4 mm鉆頭開眼，并用?720 mm導(dǎo)管封固上部巖溶發(fā)育區(qū)，為下開井眼鉆進(jìn)降低了井漏、井壁垮塌的風(fēng)險(xiǎn)。

一、大井眼技術(shù)難點(diǎn)

目前國(guó)內(nèi)已有的最大鉆頭直徑為914.4 mm，與國(guó)際同步。然而由于使用?914.4 mm鉆頭開眼的井?dāng)?shù)量稀少，因此與其所配套的設(shè)備與技術(shù)并不成熟，設(shè)備上由于動(dòng)力不足和尺寸不匹配的問題限制著?914.4 mm鉆頭的使用，曾在FD201井因?yàn)槭组_使用?914.4 mm鉆頭開眼而無法很好地控制井斜導(dǎo)致二開糾斜困難，套管難以下入等問題[5]。國(guó)內(nèi)?914.4 mm鉆頭開眼的技術(shù)并不成熟，具體難點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下方面。

1.巖石破碎面積大

?914.4 mm鉆頭的井底面積是?444.50 mm鉆頭井底面積的4.24倍。在鉆進(jìn)扭矩和巖屑產(chǎn)生量遠(yuǎn)大于常規(guī)鉆頭，其單位面積的機(jī)械能量為?444.50 mm鉆頭的25%，這在很大程度上限制了機(jī)械鉆速。

2.水力參數(shù)不足

在額定功率下，?914.4 mm鉆頭在鉆進(jìn)過程中，92.5%的水力功率被用于循環(huán)損耗，只有不到7.5%作用在鉆頭上，而?444.50 mm鉆頭38%用于循環(huán)損耗62%作用于鉆頭。?914.4 mm鉆頭的水力功率不足1/20，而依照現(xiàn)在鉆井設(shè)計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備無法提供更高的排量和泵沖，因此水力參數(shù)不足是一個(gè)突出的問題，水力功率不足將主要導(dǎo)致攜砂困難和無法輔助控制井斜。

3.攜砂困難

根據(jù)環(huán)空巖屑受力公式：

F=1/2mv2+fu-mg

(1)

式中：fu—與鉆井液密度、黏度、切力及巖屑大小有關(guān)的系數(shù)。

若F>0,則攜砂正常。

由同層位鉆進(jìn)中的經(jīng)驗(yàn)，表層鉆進(jìn)中返出巖屑為3～5 mm，計(jì)算可得顆粒懸浮情況見表1。

表1 不同大小的巖屑顆粒懸浮情況

在水力功率不足的情況下，大井眼鉆進(jìn)中順利攜砂顯得更加困難。易發(fā)生沉砂卡鉆等問題，并且在后期固井作業(yè)中，難以保證井底清潔。

4.易井斜

由于地層溶洞發(fā)育，地層走向等問題，在鉆井過程中鉆具會(huì)隨著地層傾角發(fā)生井斜。而在表層大井眼鉆進(jìn)中，由于鉆具外徑小，先期鉆具內(nèi)鉆鋌數(shù)量少，更易造成井斜,軌跡控制難度大。

5.設(shè)備不匹配

目前通常使用的轉(zhuǎn)盤大梁通徑為720 mm，而選用的?914.4 mm鉆頭、?745 mm扶正器、?720 mm導(dǎo)管與設(shè)備尺寸不匹配，大大地增加了工作難度。鉆頭、扶正器無法直接通過轉(zhuǎn)盤大梁下入井下，現(xiàn)場(chǎng)必須在方井內(nèi)接?914.4 mm鉆頭及?745 mm扶正器，增加了組合鉆具的困難；公司第一次使用?914.4 mm鉆頭，現(xiàn)場(chǎng)必須加工相匹配的鉆頭盒，增加了工作難度及工作量；同時(shí)，導(dǎo)管外徑大下放困難，且導(dǎo)管與井壁之間間隙相對(duì)較小，在固井注水泥時(shí)，井底壓差增大，易造成井漏。

二、鉆井技術(shù)措施

1.制作簡(jiǎn)易鉆頭盒

針對(duì)?914.4 mm大鉆頭，現(xiàn)場(chǎng)制作簡(jiǎn)易鉆頭盒?，F(xiàn)場(chǎng)采用在方井內(nèi)接?914.4 mm鉆頭及扶正器，避免了大鉆頭及扶正器無法通過轉(zhuǎn)盤大梁的問題；同時(shí)，采用20 mm厚鋼板(7 m×6 m)制作的鉆頭盒，便于方井內(nèi)接鉆頭及扶正器人員站位安全。

2.多次舉砂

巫溪203井表層地表破碎、井壁穩(wěn)定性差，易造成掉塊和垮塌卡鉆?？逅蟮木诓灰?guī)則，容易形成鍵槽或夾壁墻，造成起下鉆阻卡嚴(yán)重。并且由于大井眼鉆進(jìn)，環(huán)空間隙大，砂子多，相對(duì)排量小，環(huán)空上返速度低，攜砂困難，特別是接單根作業(yè)易造成沉砂卡鉆。

通過理論計(jì)算，大井眼中低排量循環(huán)對(duì)大顆粒的懸浮能力很差，不能滿足實(shí)際攜砂要求。因此在實(shí)際鉆進(jìn)過程中，間斷使用高黏鉆井液進(jìn)行舉砂、堅(jiān)持在接單根前大排量循環(huán)帶砂、下鉆時(shí)探靜砂面，均能有效防止沉砂卡鉆，以保持井底清潔。

3.防斜鉆井參數(shù)設(shè)定

在表層鉆進(jìn)時(shí)，為防止由于地層軟硬不均而在加壓過大時(shí)造成的井斜，決定采取低鉆壓鉆進(jìn)，即原則上每接1根鉆鋌只能加0.5 t。

在實(shí)際鉆進(jìn)過程中，巫溪203井根據(jù)鉆鋌數(shù)量逐級(jí)加鉆壓，并采取吊打的方式(鉆具組合內(nèi)添加扶正器降低穩(wěn)度，增加重量)，并鉆具內(nèi)加入?660.4 mm扶正器，使得整個(gè)鉆具重心下移的同時(shí)，使得鉆具居中增強(qiáng)了鉆具穩(wěn)定性。結(jié)果表明，此方法可以有效防止井斜，控制井眼軌跡，參數(shù)見表2。

表2 表層鉆井參數(shù)

4.水泥漿補(bǔ)壁避免惡性井漏

巫溪203井巖石破碎程度高，有大量裂縫和溶洞發(fā)育，中間充填黃色泥巖。鉆進(jìn)時(shí)黃色泥巖被空氣、清水等循環(huán)介質(zhì)沖蝕后，形成裂縫、洞穴，易引發(fā)惡性井漏。在實(shí)鉆過程中，吸取巫溪201井的經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)液面的監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)井漏，立即進(jìn)行堵漏作業(yè)，避免小漏不止轉(zhuǎn)換成大漏。該井在表層鉆進(jìn)至16.9 m出現(xiàn)了井漏失返，為了避免發(fā)生惡性井漏，現(xiàn)場(chǎng)立即采取了水泥漿補(bǔ)壁的方法，為下步安全鉆井提供了保障。

5.擴(kuò)眼以及下套管

5.1 擴(kuò)眼

由于固井時(shí)所使用的?720 mm導(dǎo)管自身抗壓能力不足，因此在下放導(dǎo)管前必須多次通井，保證其可以下順利下入，兩次反復(fù)擴(kuò)劃眼鉆具組合為：

第一次：?914.4 mm三牙輪鉆頭+?660.4 mm扶正器+?228.6 mm減震器+?228.6mm鉆鋌+方鉆桿

第二次：?914.4 mm三牙輪鉆頭+?228.6 mm鉆鋌+?745 mm扶正器+?228.6mm鉆鋌×2+方鉆桿

5.2 下套管

通過計(jì)算可知，由圓變?yōu)闄E圓，S圓/S橢=cosθ，其中0

圖1 導(dǎo)管切割前、后示意圖

在實(shí)際操作中，為克服現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備不匹配的問題，首先將大梁通徑略微修正為?722 mm，便于套管順利通過轉(zhuǎn)盤大梁，下放到位。又將到場(chǎng)導(dǎo)管5.74 m×8根，按照“4+3+1(410接頭)”的對(duì)焊方式焊接成2根(長(zhǎng)度分別：23.02 m，17.22 m)，第一根下端修成筆尖，入井2根導(dǎo)管在鉆臺(tái)面上對(duì)齊、定位后整體式焊接。最后一根上端焊接蒙板及410接頭，便于用方鉆桿送導(dǎo)管至固井井深。

三、實(shí)施效果

(1)巫溪203井日進(jìn)尺達(dá)到40 m，機(jī)械鉆速1.6 m/h。

(2)鉆進(jìn)過程中未出現(xiàn)惡性井漏及沉砂卡鉆等復(fù)雜。

(3)經(jīng)兩次測(cè)斜結(jié)果表明，井斜符合要求，見表3。

表3 表層井斜

(4)電測(cè)固井質(zhì)量好。

四、認(rèn)識(shí)與結(jié)論

(1)接鉆鋌時(shí)按照鉆鋌重量的50%逐級(jí)加鉆壓，鉆速逐級(jí)提至70 r/min，有效地控制了井眼軌跡。

(2)鉆具組合中添加扶正器有利于防止開眼井斜。

(3)在鉆進(jìn)過程中，間斷使用高黏鉆井液進(jìn)行舉砂，能有效防止沉砂卡鉆。

(4)筆尖形套管在下鉆送套管過程中能有效避免井底憋漏。

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