饒加富 張曉兵 陳雪峰 李 博 李明印

（中國(guó)石油集團(tuán)工程技術(shù)研究院有限公司，北京 102206）

塔里木盆地的油氣藏的埋深超過(guò)6000 米[1]，特別是庫(kù)車前陸盆地，埋深超過(guò)6500 米，高溫達(dá)到170℃，高壓達(dá)到115Mpa，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，巨厚復(fù)合鹽層和高壓鹽水層發(fā)育，蠕變性強(qiáng)，安全密度窗口窄，鉆井難度大，風(fēng)險(xiǎn)高。同時(shí)，鹽上巨厚礫石層發(fā)育，地層傾角大、研磨性強(qiáng)，可鉆性差、控斜難度大；鹽間分布低壓薄弱層，井筒穩(wěn)定性差，井漏問(wèn)題突出，導(dǎo)致機(jī)械鉆速度低，鉆井成本高[2-5]。博孜-大北區(qū)塊是庫(kù)車前陸盆地“兩帶三突”中克拉蘇-依奇克里克沖斷帶的一部分，是塔里木油田在超深層復(fù)雜天然氣開(kāi)發(fā)和上產(chǎn)的重要區(qū)塊[6]。

1 復(fù)雜地質(zhì)條件下鉆井提速技術(shù)難點(diǎn)

博孜區(qū)塊為克拉蘇構(gòu)造帶，位于塔里木盆地庫(kù)車坳陷北部，該構(gòu)造為連通性好，孔隙度高的砂巖儲(chǔ)層，具有鹽上層、鹽體、鹽下層“三位一體”構(gòu)造變形特征，博孜區(qū)段為超深、高溫、超高壓、構(gòu)造變形強(qiáng)的復(fù)雜構(gòu)造區(qū)，勘探程度低，是塔里木盆地天然氣增儲(chǔ)上產(chǎn)的最重要領(lǐng)域[2,3,7]。但由于地質(zhì)條件復(fù)雜，鉆完井過(guò)程中，存在著易失穩(wěn)垮塌、易漏失、難鉆進(jìn)的特點(diǎn)。博孜區(qū)塊的鉆井難點(diǎn)主要有：(1) 博孜1 片區(qū)位于木扎爾特河沉積扇扇中, 礫石含量高，壓實(shí)程度高，可鉆性差;(2) 博孜3 片區(qū)位于阿瓦特沉積扇, 成巖段礫石含量低，壓實(shí)程度低，可鉆性相對(duì)較好。(3) 博孜其他片區(qū)位于木扎爾特河沉積扇扇根/緣，受沉積扇范圍影響，砂泥巖夾層多,可鉆井相對(duì)較好?？傮w來(lái)講，地層可鉆性差，對(duì)鉆頭和井下工具要求高，井眼軌跡控制難度大，井壁穩(wěn)定性差易引發(fā)卡鉆事故，安全泥漿密度窗口窄，易誘發(fā)井內(nèi)惡性井漏。

2 提速工具組合及綜合配套工藝技術(shù)

2.1 鉆頭優(yōu)選

本文以博孜3 片區(qū)為例：

二開(kāi)層位為西域組、庫(kù)車組，巖性主要以礫石、砂礫巖為主，礫石層膠結(jié)較致密，可鉆性一般。總體表現(xiàn)非平面齒應(yīng)用效果較為突出，混合齒也體現(xiàn)出一定的優(yōu)勢(shì)，在應(yīng)用的實(shí)踐中，國(guó)產(chǎn)KPM1633DST 混合齒鉆頭使用6 只，單只進(jìn)尺631m，鉆頭平均機(jī)械鉆速達(dá)2.94m/h，單只最大鉆速達(dá)4.21m/h，博孜3 片區(qū)二開(kāi)各井的鉆井進(jìn)尺，如圖1 所示。

圖1 二開(kāi)博孜3 片區(qū)各井鉆進(jìn)情況

三開(kāi)井段大致在5000-6000m，層位以康村組、吉迪克組為主，巖性主要以含礫砂、泥巖、粉砂巖、含膏泥巖為主，總體以非平面齒PDC 鉆頭表現(xiàn)較好。如圖2 所示，博孜3 片區(qū)三開(kāi)各井的鉆井進(jìn)尺，在表現(xiàn)超過(guò)平均機(jī)速的五種鉆頭中，其中非平面齒鉆頭有四種表現(xiàn)好于區(qū)塊平均機(jī)速，另外一種GT55s 為常規(guī)PDC 鉆頭表現(xiàn)好于平均機(jī)械鉆速，達(dá)3.77m/h。

圖2 三開(kāi)博孜3 片區(qū)各井鉆進(jìn)情況

四開(kāi)鹽層鉆進(jìn)，進(jìn)尺較小，8 口井共用鉆頭22 只。四開(kāi)井段在6000-7000m，層位為庫(kù)姆格列木群，巖性主要以泥巖、鹽巖、膏鹽巖為主，本開(kāi)次平均進(jìn)尺235.3m，平均機(jī)速2.17m/h，博孜3片區(qū)四開(kāi)各井的鉆井進(jìn)尺，如圖3 所示。

圖3 四開(kāi)博孜3 片區(qū)各井鉆進(jìn)情況

五開(kāi)總進(jìn)尺2379.44m，平均進(jìn)尺297.43m，共用鉆頭27 只，單只進(jìn)尺88.13m，平均機(jī)速1.21m/h。五開(kāi)井段在6800-7400m左右，層位為巴什基奇克組、巴西改組，巖性主要以泥巖、細(xì)砂巖、粉砂巖為主。井深較深，溫度壓力系統(tǒng)處于極端，巖石的耐磨性、抗沖擊性較強(qiáng)，總體可鉆性較差。從統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，本區(qū)塊鉆進(jìn)以PDC 鉆頭為主，共用22 只，同時(shí)，博孜13 井使用了三只鉆頭，全部為非平面齒，本井段總體以常規(guī)PDC 鉆頭表現(xiàn)較好，博孜3 片區(qū)五開(kāi)各井的鉆井進(jìn)尺，如圖4 所示。

圖4 五開(kāi)博孜3 片區(qū)各井鉆進(jìn)情況

2.2 強(qiáng)化鉆井提速工具配套

博孜3 片區(qū)鉆進(jìn)提速工具主要有：牙輪+垂鉆、混合齒+垂鉆、牙輪+雙扶鉆具組合；三者占據(jù)了總進(jìn)尺的55%，如圖5 所示。由于本區(qū)塊礫石層的成巖性較差，巖石壓實(shí)程度、耐磨性等都稍微相對(duì)弱化些，未用到孕鑲+渦輪鉆具組合。為了提高礫石層的機(jī)械鉆速、優(yōu)化提速模板。本區(qū)塊以垂鉆提速為主，選配多維沖擊器和混合齒鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)提速，提速效果顯著。特別是混合齒鉆頭的使用，結(jié)合了牙輪的PDC 的優(yōu)點(diǎn)，盡量避免了各單類型的缺點(diǎn)，增加了博孜礫石層鉆頭的可選范圍，取得了一定的成效。

圖5 不同提速組合進(jìn)尺對(duì)比

2.3 鉆具組合配套研究

針對(duì)博孜區(qū)塊所用的鉆井提速工具進(jìn)行原理性和應(yīng)用型分析，試驗(yàn)獲得適合于各區(qū)塊特定的提速工具模板，提高提速工具的適應(yīng)性。博孜3 片區(qū)采用雙擺工具鉆具組合，如圖6 所示。雙擺提速工具基于陀螺特性原理，以鉆井泥漿為動(dòng)力帶動(dòng)陀螺高速旋轉(zhuǎn)，利用陀螺穩(wěn)定鉆頭穩(wěn)定鉆頭軸向和徑向的擺動(dòng)，有效克服鉆井過(guò)程中的鉆具渦動(dòng)效應(yīng)、減少鉆頭重復(fù)破碎，確保鉆頭有效、持續(xù)切削，達(dá)到鉆井提速目的[8]。

圖6 雙擺工具鉆具組合

單擺是在雙擺的基礎(chǔ)上改進(jìn)行程的提速工具，和雙擺工具配合使用巖石耐壓強(qiáng)度大、硬度高的鉆井提速問(wèn)題，確保鉆頭傳壓有效、持續(xù)切削，延長(zhǎng)壽命，達(dá)到斜井段鉆井提速目的。

雙擺的鉆具組合從已經(jīng)完鉆的井來(lái)看，主要有鉆頭+雙擺、鉆頭+垂鉆+雙擺、鉆頭+多維沖擊器+雙擺。以非平面齒配合垂鉆工具，結(jié)合雙擺工具，既能增加鉆壓又能控制井斜，可以顯著提高機(jī)速，博孜6 井444.5mm 井眼單只非平面齒進(jìn)尺433m，機(jī)械鉆速達(dá)5.11m/h。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

如圖7 所示，單純的從鉆頭選型上進(jìn)行分析和從整體上考慮鉆頭和提速工具的配合兩者效果還是略有不同，盡管混合齒鉆頭的整體鉆進(jìn)效果不好，單從鉆具組合上來(lái)講混合齒+垂鉆以及混合齒+雙扶的效果還是可觀的，其中前者在博孜3 片區(qū)及其鄰區(qū)機(jī)械鉆速達(dá)4.07m/h，相比區(qū)塊平均機(jī)械鉆速要高29%，提速效果明顯。整體上來(lái)看，機(jī)械鉆速超過(guò)平均機(jī)械鉆速的組合還有：PDC 常規(guī)、PDC+垂鉆、PDC 非+垂鉆、PDC 非+螺桿，這7 種鉆具組合中以PDC 非+垂鉆工具進(jìn)尺最多，占整個(gè)區(qū)塊進(jìn)尺的41%，另外混合齒+垂鉆也占據(jù)整個(gè)區(qū)塊進(jìn)尺的20%，可見(jiàn)非平面齒PDC 鉆頭配合常規(guī)控斜工具確實(shí)承擔(dān)了提速的主力。同等條件下小批量應(yīng)用的混合齒+垂鉆提速效果要略好于PDC 非+垂鉆，后期可進(jìn)一步試驗(yàn)此種鉆具組合的鉆進(jìn)效果，豐富礫石層提速鉆具組合類型。如圖8 所示，非平面齒入井前后情況對(duì)比。

圖7 不同鉆具組合下的機(jī)械鉆速

圖8 非平面齒鉆頭入井前后對(duì)比圖

4 結(jié)論與建議

針對(duì)博孜區(qū)塊的地質(zhì)特點(diǎn)，開(kāi)展了針對(duì)性的研究，各個(gè)層段采用不同的鉆頭和鉆井提速工具配套，形成了超深氣井的個(gè)性化鉆井提速技術(shù)。

4.1 博孜區(qū)塊一開(kāi)為淺層疏松地層，井深較淺，以常規(guī)雙扶鉆具組合能夠達(dá)到鉆進(jìn)進(jìn)尺要求，同時(shí)井斜保持率較好。

4.2 博孜區(qū)塊二開(kāi)、三開(kāi)鉆進(jìn)，地層普遍含有礫石層，地層的研磨性強(qiáng)、可鉆性差，鉆遇該地層時(shí)極為困難，同時(shí)礫石層的分散特性使得鉆進(jìn)過(guò)程中極易造成跳鉆、井斜超標(biāo)。以垂直鉆井工具為主要提速工具的配套鉆具組合來(lái)糾斜和提速，在高含礫、高陡構(gòu)造地質(zhì)情況下提速顯著，針對(duì)跳鉆等現(xiàn)象，則采用垂鉆工具配合扭沖、多維等沖擊工具以消除鉆頭的粘滑現(xiàn)象，針對(duì)鉆頭易損，則試驗(yàn)了雙擺鉆具組合，或配套垂鉆+雙擺鉆具組合，能有效提高鉆頭單只進(jìn)尺。

4.3 在鉆頭優(yōu)選和提速工具配套方面，以進(jìn)一步加強(qiáng)非平面齒鉆頭的研究及商業(yè)化應(yīng)用，降低已成熟非平面齒的成本，進(jìn)一步加強(qiáng)礫石層提速工具的研究，形成螺桿鉆具、垂鉆、扭沖等集成化的提速工具組合。