馬上剛，焦 麗，胡珈銘，孫曉榕，張 龍

（中國石油西部鉆探玉門鉆井分公司,甘肅酒泉735200）

1 概況

玉門青西推覆體地層具有傾角大、地層年代久遠(yuǎn)、埋藏深度深等特點。推覆體地層的傾角一般在40°～70°，最大達(dá)到85°以上；地層主要以志留系為主，部分井存在石炭—二疊系和白堊系推覆體地層；埋藏深度一般在1500m左右，埋藏最深的為窿12井，推覆體地層厚度達(dá)到4058m，該地區(qū)厚度超過3000m的巨厚推覆體地層，目前鉆遇井?dāng)?shù)4口井。志留系推覆體巖性為千枚巖、變質(zhì)閃長巖、變質(zhì)砂巖、石英巖、糜棱巖、板巖、礫巖等呈不等厚互層；白堊系推覆體巖性上部為雜色礫巖，下部以灰黑色、深灰色白云質(zhì)泥巖為主，夾灰色白云質(zhì)粉砂巖。

青西巨厚推覆體地層鉆井難點：

（1）井斜不易控制。由于推覆體地層傾角大，傾向變化大，地層造斜力極強，增斜速度快，鉆進(jìn)中全過程需要控制井斜，并且控制難度大。

（2）深部推覆體地層機速低。推覆體地層隨著井深的增加，壓實性逐步變好,機速也逐漸降低，尤其是2000m以后深井段，機速明顯降低，并且多數(shù)地層不能使用PDC鉆頭，整體機速較低。窿12井2000～3000m井段平均機速為1.13m/h。

2 玉門青西推覆體地層防斜打快技術(shù)現(xiàn)狀

2001～2005年：試驗了鐘擺鉆具、塔式鉆具、偏軸鉆具、倒裝鉆具、滿眼鉆具等防斜技術(shù)，由于地層的造斜力太強，以上鉆具結(jié)構(gòu)均不能有效控制井斜。Q2-37井使用了塔式鉆具防斜，其中下入279mm鉆鋌3根，也只能采取40kN鉆壓吊打，鉆至578.44m井斜仍達(dá)到5.85°,迫使進(jìn)行糾斜；Q2-25井采用偏軸接頭防斜，從121.92m鉆至322.55m，井斜達(dá)到5.5°，因井斜超標(biāo)導(dǎo)致填井側(cè)鉆；窿9井采用5個穩(wěn)定器的滿眼強穩(wěn)斜鉆具結(jié)構(gòu)進(jìn)行穩(wěn)斜鉆進(jìn)，1372～1426m井斜從3.25°增至4°，平均增斜率0.42°/30m，糾斜后重新下入5個穩(wěn)定器的滿眼強穩(wěn)斜鉆具結(jié)構(gòu)，1575～1625m井斜從0.93°增至1.88°，平均增斜率0.57°/30m，均未達(dá)到防斜穩(wěn)斜的效果，因此只能采取輕壓吊打進(jìn)行防斜。

2003～2006年：試驗了空氣鉆井、充氣鉆井，可以在10～40kN的鉆壓下獲得數(shù)倍于常規(guī)鉆進(jìn)的機速，但由于空氣鉆井、充氣鉆井所鉆井眼井徑擴大率大，防斜效果也不好，并且由于地層出水，易發(fā)生復(fù)雜事故。窿9井在2970～3307.50m井段采用空氣、泡沫、霧化鉆井，機速為常規(guī)鉆進(jìn)的5倍以上，但由于井塌嚴(yán)重而終止，并且使用中井斜從4.29°增大至24.99°，無法正常使用。

2006～2007年：引進(jìn)斯倫貝謝的Power-V垂直鉆井技術(shù)，在推覆體地層井斜可控制在0.5°以內(nèi)，并且實現(xiàn)全壓鉆進(jìn)，提高機械鉆速。Q2-44井734.88～1502m使用Power-V垂直鉆井技術(shù)，平均機速達(dá)到5m/h，為該井常規(guī)鉆進(jìn)機速4.2倍。但由于Power-V工具費用昂貴，推廣應(yīng)用受到一定限制。

2013～2016年：為了在青西推覆體地層實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)有效地防斜打快，引入了預(yù)彎曲動力學(xué)防斜打快技術(shù)配合MWD無線隨鉆進(jìn)行井身質(zhì)量監(jiān)控，實現(xiàn)了在青西推覆體地層控制井身質(zhì)量和提高機械鉆速，并節(jié)約了鉆井費用。

預(yù)彎曲動力學(xué)防斜打快鉆井技術(shù)主要利用預(yù)彎曲動力學(xué)防斜打快鉆具組合在井眼中的渦動特征，在鉆頭上形成一個遠(yuǎn)大于鐘擺降斜力的防斜力，從而使井眼保持垂直。預(yù)彎曲動力學(xué)防斜打快鉆具組合是一種帶預(yù)彎曲結(jié)構(gòu)的特種鉆具組合，鉆進(jìn)時，其在井眼內(nèi)形成特定的渦動軌跡，引起鉆具組合以較大的不平衡幾率向下井壁方向振動，從而實現(xiàn)向下井壁的沖擊力。

現(xiàn)場應(yīng)用中，為了達(dá)到一套鉆具結(jié)構(gòu)防斜打快和糾斜的目的都能實現(xiàn)，一般通過鉆具結(jié)構(gòu)中加入彎螺桿來實現(xiàn)，既能在防斜打快中獲得較高的轉(zhuǎn)速提高機械鉆速，又能在發(fā)現(xiàn)井斜增大時進(jìn)行糾斜作業(yè)。現(xiàn)場常用的鉆具結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

圖1 預(yù)彎曲動力學(xué)防斜打快鉆具結(jié)構(gòu)

使用中可應(yīng)用專用的力學(xué)分析軟件進(jìn)行分析計算，合理選取彎螺桿的度數(shù)、扶正器的尺寸及扶正器的位置。

3 配套技術(shù)

3.1 鉆頭優(yōu)選

青西區(qū)塊推覆體地層以往鉆進(jìn)主要采用牙輪鉆頭。在志留系推覆體地層也進(jìn)行過PDC鉆頭試驗，鉆頭剛?cè)刖话憧梢匀〉幂^高的機速，但由于地層巖性多變，鉆頭異常損壞較嚴(yán)重，一般總進(jìn)尺不高；在白堊系推覆體地層由于鉆遇較少，未進(jìn)行過PDC鉆頭試驗，但該地層相對于志留系推覆體地層巖性變化少、均質(zhì)性好。

通過以上分析，鉆頭選型應(yīng)按以下原則：

（1）志留系推覆體地層由于地層巖性多變，應(yīng)主要采用牙輪鉆頭鉆進(jìn)。

（2）白堊系推覆體地層巖性變化相對較小，可進(jìn)行個性化PDC鉆頭的試驗，但仍以牙輪鉆頭為主。

3.2 提速工藝及參數(shù)優(yōu)化

通過已鉆井資料分析，推覆體地層的機速受井深影響明顯，隨井深的增加，機速逐步降低。上部地層對鉆壓敏感，加大鉆壓機速的提高較為明顯，轉(zhuǎn)速與機速基本成倍數(shù)關(guān)系，即轉(zhuǎn)速越高機速越快；下部地層隨井深增加對鉆壓的敏感性逐步降低，但轉(zhuǎn)速與機速仍成倍數(shù)關(guān)系；同時機速也受地層巖性的影響，一般石英巖機速最低其次為板巖，千枚巖機速較高。結(jié)合以上分析，對提速工藝及參數(shù)進(jìn)行如下優(yōu)化：

（1）鉆進(jìn)中上部地層可采用預(yù)彎曲動力學(xué)防斜技術(shù)，實現(xiàn)鉆壓、轉(zhuǎn)速同時強化，也可采用垂直鉆井技術(shù)，完全釋放鉆壓鉆進(jìn)。

（2）下部地層采用預(yù)彎曲動力學(xué)防斜技術(shù)，適當(dāng)釋放鉆壓，依靠復(fù)合鉆進(jìn)的高轉(zhuǎn)速提高機速。

（3）白堊系推覆體地層也可試驗個性化PDC鉆頭配合中低速螺桿進(jìn)行提速。

4 現(xiàn)場應(yīng)用

4.1 預(yù)彎曲技術(shù)應(yīng)用情況

4.1.1 ?375mm井眼預(yù)彎曲技術(shù)應(yīng)用

窿18井表層?375mm井眼，全部采用預(yù)彎曲技術(shù)進(jìn)行防斜打快，總進(jìn)尺755m，平均機速3.73m/h，鉆進(jìn)地層為志留系推覆體地層。鉆進(jìn)鉆具結(jié)構(gòu)為：?375mm鉆頭+?244.5mm彎螺桿+?228mm無磁+?245mmMWD+?228mm鉆鋌+扶正器+?228mm鉆鋌×1根+?203mm鉆鋌×6根+?178mm鉆鋌×3根+?127mm鉆桿。

4.1.2 ?241mm井眼預(yù)彎曲技術(shù)應(yīng)用

窿18井二開?241mm井眼預(yù)彎曲技術(shù)應(yīng)用總進(jìn)尺909m，平均機械鉆速為1.82m/h，鉆進(jìn)地層主要為下部白堊系推覆體地層。鉆進(jìn)鉆具結(jié)構(gòu)為：?241mm鉆頭+?197mm彎螺桿+扶正器+?165mm單流閥+?165mm MWD+?172mm無磁鉆鋌+?178mm鉆鋌×15根+?178mm隨鉆震擊器+?127mm加重鉆桿×3根+?127mm鉆桿。

4.2 垂直鉆井技術(shù)應(yīng)用情況

Power-V垂直鉆井技術(shù)在窿18井二開上部志留系推覆體地層應(yīng)用總進(jìn)尺1404m，平均機械鉆速1.92m/h，前期使用取得較好效果，2000m以后由于機速降低明顯，且工具頻繁故障而終止使用。

4.3 PDC鉆頭應(yīng)用情況

窿18井推覆體地層PDC鉆頭共使用4只，總進(jìn)尺640m，平均機械鉆速2.34m/h,各鉆頭使用情況見表1。前3只使用均不成功，應(yīng)用效果好的為22#鉆頭，該鉆頭在白堊系推覆體地層使用，2次入井總進(jìn)尺540m，平均機械鉆速2.78m/h。

4.4 井斜控制情況

表1 窿18井推覆體地層PDC鉆頭試驗情況

窿18井推覆體地層井斜控制上，預(yù)彎曲技術(shù)可以將井斜控制在2°以內(nèi)，并且井斜增大時可以采取滑動鉆進(jìn)進(jìn)行糾斜。Power-V垂直鉆井技術(shù)在工具正常時可以將井斜控制在0.5°以內(nèi)，但在本井的使用中，由于工具異常在2037m井斜達(dá)到4.6°；采用彎螺桿糾斜后，繼續(xù)使用Power-V垂直鉆井技術(shù)鉆至2149m，井斜達(dá)到2.6°；采用彎螺桿糾斜后，再次使用Power-V垂直鉆井技術(shù)鉆至2392m，井斜再次增至2.1°，再次采用彎螺桿進(jìn)行糾斜。窿18井推覆體地層實鉆井斜變化曲線見圖2。

4.5 整體應(yīng)用效果評價

圖2 窿18井推覆體地層井斜變化曲線

通過表2青西區(qū)塊4口鉆遇巨厚推覆體地層的井鉆井情況對比，窿18井推覆體地層鉆進(jìn)相比鄰井同井段平均機械鉆速提高120.41%，鉆進(jìn)周期節(jié)約55.46%，同比區(qū)塊最快的窿12井機械鉆速提高44%，鉆進(jìn)周期節(jié)約34.71%。另外，窿18井二開Power-V垂直鉆井工具使用后期，3次出現(xiàn)故障導(dǎo)致井斜增大，被迫采用彎螺桿進(jìn)行糾斜均對機速和周期造成了一定影響。

5 結(jié)論與建議

表2 玉門青西4口井巨厚推覆體地層相同井段機速周期對比

（1）青西巨厚推覆體地層鉆進(jìn)，建議上部地層使用預(yù)彎曲動力學(xué)防斜打快技術(shù)或垂直鉆井技術(shù)，下部地層使用預(yù)彎曲動力學(xué)防斜打快技術(shù)。

（2）垂直鉆井技術(shù)一旦出現(xiàn)異常，增斜速度較快，必須及時起鉆檢查，為減少起下鉆損失，結(jié)合該區(qū)塊特點建議在2000m以前井段使用。

（3）PDC鉆頭使用成功可以大幅度提高機速和單只鉆頭進(jìn)尺，建議在白堊系推覆體中下部地層繼續(xù)進(jìn)行試驗。