田 輝，仇恒彬，董廣華

（1.中國石油大學(xué)<華東>，山東青島 266580；2.中石化勝利石油工程有限公司技術(shù)發(fā)展處，山東東營 257000；3.中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院，山東東營 257000）

KN1井是部署在塔里木盆地西北緣呈北東走向的多排斷裂構(gòu)造帶的南天山構(gòu)造域內(nèi)大型斷隆——柯坪斷隆的一口預(yù)探井?？缕簲嗦挥诎⒑掀嫱蛊鹬胁?，以發(fā)育東西—北東東向疊瓦逆沖推覆構(gòu)造為特征，區(qū)段內(nèi)發(fā)育了多排與山脈走向近于平行的沖斷推覆體，構(gòu)造樣式主要包括疊瓦斷沖構(gòu)造和褶皺構(gòu)造。古生界地層發(fā)育齊全，缺失中生界地層。自上而下將鉆遇的地層為古生界志留系、奧陶系、寒武系，元古界震旦系。缺失新生界古近系、新近系、第四系和中生界白堊系、侏羅系、三疊系。

在鉆井過程中存在高陡地層傾角大（地層傾角50°～70°）易井斜、地層古老含硅質(zhì)鉆速慢等技術(shù)難題。為了有效解決該井存在的這些技術(shù)難題：應(yīng)用VDS垂直導(dǎo)向工具和預(yù)彎曲鐘擺鉆具組合鉆進高陡地層，防斜打直效果明顯。順利地完成了高陡地層高效鉆進的施工，為柯坪斷隆構(gòu)造寒武系鹽下含油氣勘探提供了技術(shù)支撐。

高陡構(gòu)造地層的防斜打直一直是優(yōu)快鉆井技術(shù)的難題之一。目前國內(nèi)外的防斜打直鉆井技術(shù)可以分為兩大類：主動防斜打直技術(shù)和被動防斜打直技術(shù)。主動防斜打直技術(shù)例如貝克休斯的Verti-Trak 系統(tǒng)、斯倫貝謝的PowerV 垂直鉆井系統(tǒng)在現(xiàn)場有非常好的應(yīng)用效果，但是其技術(shù)服務(wù)費用較高，限制了使用范圍。被動防斜打直技術(shù)又分為靜力學(xué)和動力學(xué)防斜兩種。靜力學(xué)防斜組合是通過減少鉆具變形以靜力學(xué)分析實現(xiàn)防斜目的，在現(xiàn)場應(yīng)用最為廣泛，理論研究也較為成熟，例如滿眼鉆具組合和鐘擺鉆具組合。動力學(xué)防斜打直技術(shù)突破了對底部鉆具組合的變形限制，反過來利用其動力學(xué)行為來實現(xiàn)防斜。狄勤豐等[1-3]、高德利重點開展的預(yù)彎曲鉆具防斜打直技術(shù)及其受力動力學(xué)分析，對于高陡易斜地層應(yīng)用效果顯著[4]。預(yù)彎曲鉆具防斜打直技術(shù)利用預(yù)彎曲結(jié)構(gòu)引導(dǎo)鉆具組合的變形，從而產(chǎn)生較大的動態(tài)降斜力，在現(xiàn)場已經(jīng)有了很好的應(yīng)用[5-10]。

在KN1 井的鉆井過程中，使用了主動防斜打直技術(shù)和被動防斜打直技術(shù)，即斯倫貝謝的VDS垂直鉆井工具和預(yù)彎曲鐘擺鉆具組合，均取得了很好的應(yīng)用效果。不過在2400m 之后隨著地層變硬，由于斯倫貝謝的PowerV 垂直鉆井工具在鉆進時只有地面的頂驅(qū)系統(tǒng)提供動力，機械鉆速相較與預(yù)彎曲鐘擺鉆具組合慢。通過使用預(yù)彎曲鐘擺鉆具組合，達到了防斜打直、優(yōu)快鉆進的目的，順利地完成了高陡地層高效鉆進的施工，為柯坪斷隆構(gòu)造寒武系鹽下含油氣勘探提供了技術(shù)支撐。

1 概況

KN1井位于新疆維吾爾自治區(qū)阿克蘇地區(qū)柯坪縣境內(nèi)，位于塔里木盆地西北緣柯坪斷隆阿合奇凸起構(gòu)造，設(shè)計井深5600m，完鉆層位為震旦系。該井設(shè)計為五開制井眼，具體數(shù)據(jù)見圖1。

井身質(zhì)量要滿足地質(zhì)設(shè)計對井身質(zhì)量的要求，具體數(shù)據(jù)按照表1執(zhí)行。

表1 井身質(zhì)量要求

難點分析：（1）古生界地層機械鉆速低。上部地層古老，巖石抗壓強度高，較為致密、可鉆性差，且志留系、奧陶系印干組發(fā)育大段泥巖、頁巖，易水化膨脹，實鉆過程中憋、跳鉆嚴(yán)重易發(fā)生復(fù)雜情況。

（2）淺、深部地層易井斜。該井上部地層2000m之前傾角大（50°～70°），下部相對平緩，志留系、奧陶系深部地層存在易井斜的情況，如圖2三維南北向深度偏移剖面所示。

本井二開設(shè)計井段為300～3001m，井眼尺寸?444.5mm。存在井眼尺寸大、地層硬、機械鉆速慢、地層易斜、可使用的防斜打直工具少等難點。通過優(yōu)化施工方案，為了達到設(shè)計井身質(zhì)量的要求和提速提效的目的，計劃應(yīng)用垂直鉆井工具進行防斜打直鉆進。

在實際施工過程中，在315～1846m井段使用了斯倫貝謝的垂直鉆井工具，防斜打直效果很好。在2054～2469m 井段使用了國產(chǎn)的垂直鉆井工具，雖然在使用過程中出現(xiàn)了一些問題，但也能夠達到防斜打直的效果。但是隨著井深增加，地層越來越硬，機械轉(zhuǎn)速變慢。垂直鉆井工具雖然能夠達到防斜打直的效果，但是受限于本身工具設(shè)計原理，無法達到提速提效的目的。為了能夠?qū)崿F(xiàn)防斜打直和提速提效的目的，在井深2830m之后應(yīng)用了預(yù)彎曲鐘擺鉆具組合。

預(yù)彎曲防斜打直鉆井技術(shù)主要利用預(yù)彎曲動力學(xué)防斜打直鉆具組合在井眼中的渦動特征，在鉆頭上形成一個遠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)防斜打直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，為了能夠使一套鉆具結(jié)構(gòu)達到防斜打快又同時能夠糾斜的目的，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，又能在出現(xiàn)井斜增大時進行糾斜作業(yè)?，F(xiàn)場常用的鉆具結(jié)構(gòu)示意圖見圖3。

2 應(yīng)用情況

該井自二開開鉆開始下入斯倫貝謝的PowerV垂直鉆井工具，鉆具組合為：?444.5mm 鉆頭+POWER-V+?441mm扶正器+?228.8mm浮閥+?232mm鉆鋌+731*NC610+?430mm 扶正器+?228.6mmDC×3 根 +NC611*NC560+?203.2mmDC×12 根 +NC561×520+?139.7mmHWDP×9 根+521*DS550+?139.7mmDP。PowerV 垂直鉆井工具的防斜打直非常好，井斜角控制在1°以內(nèi)。期間由于發(fā)生井漏，堵漏成功后采用常規(guī)鉆具進行試鉆進，導(dǎo)致井斜角增加到1°以上。然后通過下入PowerV垂直鉆井工具，很快就能夠把井斜角降到1°以內(nèi)，防斜打直的效果非常好。鉆進至1846m 后鉆時慢，同時發(fā)生井漏，起出PowerV垂直鉆井工具進行堵漏作業(yè)。由于上部地層相對較軟，平均機械鉆速較高，達到1.89m/h，最高達到3.23m/h。

堵漏成功后，采用常規(guī)鉆具鉆進至2054m，鉆穿此段漏層后更換為國產(chǎn)垂鉆工具進行防斜打直鉆進。鉆具組合為：?444.5mm鉆頭+垂鉆工具+731*NC610+?441mm扶正器+浮閥+?228.6mmNMDC×1根+MWD懸掛短節(jié)+?228.6mmDC×2根+NC611*NC560+?203.2mmDC×12根+NC561*520+?139.7mmHWDP×9根+521×DS550+?139.7mmDP。該垂鉆工具在使用過程中，降斜效果稍差。在井段2054～2321m 的井段內(nèi)，井斜角一直在1.8°～2.3°之間變化。雖然井斜角沒有降到1°以內(nèi)，但也能夠控制井斜角不超過2.5°。后來繼續(xù)鉆進至井深2350m，井斜角降到1.5°，然后一直鉆進至2469m，井斜角一直控制在1°左右鉆進，也達到了防斜打直的效果。因為再次發(fā)生井漏，起鉆進行堵漏施工。該國產(chǎn)垂直鉆井工具整體防斜打直的效果還可以，能夠控制井斜角在1°～2°之間。由于進入志留系，地層變硬，鉆時變慢，平均機械鉆速為1.16m/h。

為了能夠在下部古老地層中同時達到防斜打直和提速提效鉆進的目的，在本次堵漏成功后，自井深2830m 使用預(yù)彎曲鐘擺鉆具組合.具體鉆具組合為：?444.5mm 鉆頭+?286mm螺桿（0.75°）+731*NC770+NC771*NC610+?228.6mm浮閥+NC611*730+?228.6mmNMDC×1+?228.6mm無磁懸掛短節(jié)×1+731*NC610+?436mm扶正器+?228.6mmDC×2+NC611*NC560+?203.2mmDC×7根+NC561*520+?139.7mmHWDP × 9 根+521*DS550+?139.7mmDP。預(yù)彎曲鐘擺鉆具組合下鉆到底后先控制在80～100kN 之間鉆進，鉆時在30～50min/m（見圖5），井斜角變化降斜趨勢較小，降斜率為0.2°/30m。后加壓到12～15t，鉆時在20min/m 左右，井斜角降斜趨勢增大，降斜率達到0.7°/30m。鉆進至3064m 時，井斜角降到最小0.6°，后面一直鉆進至3360m，控制井斜角在1°左右（見圖4）。預(yù)彎曲鐘擺鉆具組合在這個井段，平均機械鉆速比國產(chǎn)垂直鉆井工具提速效果達到59%（見表2），提速效果非常明顯，達到了高陡構(gòu)造地層防斜打直和提速提效的目的。

表2 不同鉆進工藝的防斜打直效果表

3 總結(jié)

（1）通過在KN1 井應(yīng)用斯倫貝謝的PowerV 垂直鉆井工具，再次印證了該工具在高陡構(gòu)造地層中防斜打直的良好效果非常好。

（2）國產(chǎn)垂直鉆井工具通過最近十幾年的研究和應(yīng)用，在高陡地層中的防斜打直效果也是有效果的，不過還是需要繼續(xù)改進其工具的穩(wěn)定性和高效性，為后續(xù)的大規(guī)模應(yīng)用打好基礎(chǔ)。

（3）在進入中下部的硬地層后，預(yù)彎曲鐘擺鉆具組合不但能夠滿足防斜打直的要求，同時提速提效的效果明顯，能夠達到了高陡構(gòu)造地層防斜打直和提速提效的目的，為柯坪斷隆構(gòu)造油氣勘探提供了有利的技術(shù)支撐。

4 建議

建議在柯坪斷隆推覆體構(gòu)造地層鉆進時，建議上部地層使用預(yù)彎曲鐘擺防斜打直技術(shù)或垂直鉆井技術(shù)，下部硬地層使用預(yù)彎曲鐘擺防斜打直技術(shù)，能夠達到了高陡構(gòu)造地層防斜打直和提速提效的目的。