王春生，鄧 柯, 劉殿琛, 盧俊安，王延民，劉厚彬, 遲 軍

(1中石油塔里木油田公司勘探事業(yè)部 2中石油川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院 3西南石油大學(xué)石油工程學(xué)院)

塔里木庫(kù)車(chē)山前BZ構(gòu)造油氣資源豐富，開(kāi)發(fā)潛力巨大，成為塔里木油田3 000×104t產(chǎn)能建設(shè)重點(diǎn)區(qū)塊。但該構(gòu)造上沉積的巨厚礫石層5 500～6 000 m[1]，采用常規(guī)鉆井機(jī)械鉆速低(<1.4m/h)、鉆井周期長(zhǎng)、鉆頭消耗嚴(yán)重、提速工具優(yōu)勢(shì)無(wú)法發(fā)揮等難題一直困擾該構(gòu)造的高效勘探與開(kāi)發(fā)，而空氣鉆井面臨沉砂量大及井壁失穩(wěn)和井斜的難題[2]，都制約BZ區(qū)塊勘探開(kāi)發(fā)進(jìn)程，為突破上部礫石層提速瓶頸，筆者利用專(zhuān)業(yè)軟件對(duì)BHA進(jìn)行模擬，提出了預(yù)彎+雙擺最佳鉆具組合[3-5]，依據(jù)最小攜巖動(dòng)能原理，優(yōu)化注氣量，充分發(fā)揮連續(xù)循環(huán)優(yōu)勢(shì)，采用控時(shí)鉆進(jìn)技術(shù)，避免了大量沉砂和井斜超標(biāo)等難題；通過(guò)在BZ18井三開(kāi)?311.2 mm井眼庫(kù)車(chē)組層段進(jìn)行了空氣連續(xù)循環(huán)鉆井提速應(yīng)用，取得了較好的應(yīng)用效果。

一、工藝參數(shù)確定與優(yōu)化

BZ18井位于新疆克拉蘇構(gòu)造帶克深區(qū)帶BZ段北部BZ18號(hào)構(gòu)造高點(diǎn)的一口預(yù)探井，井型直井，設(shè)計(jì)井深7 135 m，完鉆層位白堊系巴西改組。第四系～吉迪克組層段發(fā)育約5 750 m巨厚礫石層，其中未成巖段礫石厚2 100 m(0～2 100 m)，準(zhǔn)成巖段礫石厚650 m(井段2 100～2 750 m)，成巖段礫巖厚3 000 m(井段 2 750～5 750 m)。

設(shè)計(jì)在三開(kāi)?311.2 mm井眼井段2 836～4 500 m庫(kù)車(chē)組～康村組開(kāi)展空氣連續(xù)循環(huán)鉆井，以提高深部礫石層段機(jī)械鉆速，縮短鉆井周期。若出現(xiàn)井壁失穩(wěn)、井斜超標(biāo)且糾斜無(wú)效等情況，終止空氣鉆井作業(yè)，轉(zhuǎn)換成鉆井液鉆井。

1.預(yù)彎鐘擺鉆具防斜組合設(shè)計(jì)

利用專(zhuān)用軟件對(duì)三開(kāi)?311.2mm井眼空氣鉆井預(yù)彎鐘擺鉆具組合進(jìn)行仿真模擬[4]，鉆具組合：?311.2 mm牙輪鉆頭+α°預(yù)彎短節(jié)+止回閥+?228.6 mm無(wú)磁鉆鋌1根+?228.6 mm鉆鋌1根+?309.2 mm扶正器+?228.6 mm鉆鋌1根+?309.2 mm扶正器+?228.6 mm鉆鋌3根+?203.2 mm鉆鋌18根+?139.7 mm加重鉆桿15根+?139.7 mm斜坡鉆桿+頂驅(qū)。模擬條件：鉆壓60 kN，轉(zhuǎn)速60 r/min，井斜角2°，圖1表明動(dòng)態(tài)降斜力最大(1.39 kN)，運(yùn)動(dòng)較穩(wěn)定。

圖1 側(cè)向力相圖

2.鉆井參數(shù)設(shè)計(jì)

三開(kāi)?311.2 mm井眼空氣鉆井采用牙輪鉆頭，優(yōu)選強(qiáng)保徑、高抗沖擊、金屬密封優(yōu)質(zhì)牙輪鉆頭；鉆壓10～60 kN，注氣量300～400 m3/min，見(jiàn)表1，實(shí)際鉆進(jìn)期間根據(jù)井斜、井下沉砂情況調(diào)整鉆井參數(shù)。

表1 空氣鉆井參數(shù)設(shè)計(jì)

3.連續(xù)循環(huán)鉆井設(shè)計(jì)

BZ18井三開(kāi)?311.2 mm井眼實(shí)施空氣連續(xù)循環(huán)鉆井工藝[5-6]，實(shí)現(xiàn)在接立柱、起下鉆作業(yè)期間的空氣介質(zhì)連續(xù)循環(huán)，持續(xù)清潔井底，防止沉砂卡鉆，延長(zhǎng)空氣鉆井進(jìn)尺，提高空氣鉆井作業(yè)安全性。

空氣連續(xù)循環(huán)接立柱/下鉆流程見(jiàn)圖2。

圖2 空氣連續(xù)循環(huán)接立柱流程圖

空氣連續(xù)循環(huán)起鉆流程見(jiàn)圖3。

圖3 空氣連續(xù)循環(huán)起鉆流程圖

二、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

BZ18井三開(kāi)?311.2 mm井眼空氣連續(xù)循環(huán)鉆井井段2 836.50～4 111.50 m，進(jìn)尺1 275.00 m，平均機(jī)械鉆速6.40 m/h，用時(shí)15.5 d，平均行程鉆速82.26 m/d。通過(guò)“預(yù)彎鐘擺鉆具組合+控時(shí)鉆進(jìn)”防斜，空氣鉆井井段井斜范圍1.10°～3.94°，最大井斜僅3.94°/3 537.50 m，確保較好井身質(zhì)量，滿(mǎn)足工程要求。

1.鉆進(jìn)

BZ18井三開(kāi)?311.2 mm井眼空氣連續(xù)循環(huán)鉆井共進(jìn)行三趟鉆作業(yè)，第一趟鉆氣舉、空氣鉆進(jìn)領(lǐng)眼，作業(yè)井段2 836.50～2 874.00 m，進(jìn)尺37.5 m，鉆具組合：? 311.2 mm HJT517GK+接頭(630×NC610)+?228.6 mm鉆鋌×6根+接頭(NC611×NC560)+?203.2 mm鉆鋌×15根+接頭(NC561×520)+?139.7 mm加重鉆桿×15根+?139.7 mm鉆桿，施工參數(shù)：鉆壓0～10 kN，轉(zhuǎn)速60～70 r/min，注氣量180～210 m3/min，泵壓1.0～2.0 MPa。

第二趟鉆作業(yè)井段2 874.00～3 528.67 m，進(jìn)尺654.67 m，平均鉆速7.23 m/h。鉆具組合：?311.2 mm JT537GK+接頭(630×NC610)+α°預(yù)彎短節(jié)+?228.6 mm 浮閥+?228.6 mm鉆鋌×2根+?303 mm扶正器+?228.6 mm鉆鋌×1根+?304 mm扶正器+?228.6 mm鉆鋌×3根+接頭(NC611×NC560)+?203.2 mm鉆鋌×9根+接頭(NC561×520)+?139.7 mm加重鉆桿×15根+?139.7 mm鉆桿。施工參數(shù)：鉆壓0～20 kN，轉(zhuǎn)速60～70 r/min，注氣量210～300 m3/min，泵壓1.4～2.9 MPa。

第三趟鉆作業(yè)井段3 528.67～4 111.50 m，進(jìn)尺582.83 m，平均鉆速5.80 m/h。鉆具組合：?311.2 mm JT537GK+接頭(630×NC610)+α°預(yù)彎短節(jié)+?228.6 mm浮閥+?228.6 mm鉆鋌×2根+?303 mm扶正器+?228.6 mm鉆鋌×1根+?308 mm扶正器+?228.6 mm鉆鋌×3根+接頭(NC611×NC560)+?203.2 mm鉆鋌×9根+接頭(NC561×520)+?139.7 mm加重鉆桿×15根+?139.7 mm鉆桿。施工參數(shù)：鉆壓0～20 kN，轉(zhuǎn)速60～70 r/min，注氣量300～360 m3/min，泵壓2.0～3.2 MPa。

本開(kāi)空氣鉆井期間接立柱、起下鉆作業(yè)全過(guò)程應(yīng)用連續(xù)循環(huán)鉆井技術(shù)，表2為BZ18井連續(xù)循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，累計(jì)入井連續(xù)循環(huán)閥30只，地面控制裝置運(yùn)行時(shí)間312 h，作業(yè)期間連續(xù)循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常；三開(kāi)空氣鉆井井底沉砂3～84 m，尤其鉆進(jìn)至井深3 058.82 m沉砂已達(dá)26 m，連續(xù)循環(huán)鉆井技術(shù)的應(yīng)用不僅延長(zhǎng)了空氣鉆井進(jìn)尺1 052.68 m，同時(shí)避免了沉砂卡鉆，提升氣體鉆井安全性。

表2 BZ18井三開(kāi)空氣連續(xù)循環(huán)鉆井?dāng)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

2.鉆井液轉(zhuǎn)換

三開(kāi)空氣鉆井作業(yè)完后，鉆井液轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵技術(shù)是預(yù)防井壁失穩(wěn)、井漏等井下復(fù)雜[7]，施工期間，采用光鉆具組合下鉆至井深4 081 m(距離井底30.50 m)進(jìn)行替漿作業(yè)，依次替入48 m3潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)劑、60 m3隨鉆堵漏鉆井液及密度1.53 g/cm3KCl-聚磺鉆井液267 m3,出口見(jiàn)返，其性能見(jiàn)表3。下鉆到底循環(huán)，起鉆更換鉆井液鉆進(jìn)鉆具組合恢復(fù)鉆進(jìn)，從空氣鉆井作業(yè)結(jié)束至恢復(fù)鉆井液鉆進(jìn)用時(shí)僅3 d，氣液介質(zhì)轉(zhuǎn)換作業(yè)得以安全順利完成。

表3 轉(zhuǎn)換KCl-聚磺鉆井液性能

三、效果分析

1.提速效果顯著

BZ18井三開(kāi)?311.2 mm井眼空氣鉆井平均機(jī)械鉆速6.40 m/h，作業(yè)周期15.5 d，行程鉆速82.26 m/d。同比鄰井BZ103、BZ104等鉆井液鉆井,鉆速提高4.1～6.0倍，行程鉆速較鉆井液鉆井提高3.2倍以上，節(jié)約鉆井周期33.5 d以上,見(jiàn)表4。

表4 BZ18井空氣鉆井與鄰井鉆井液鉆速對(duì)比

2.延長(zhǎng)單只鉆頭進(jìn)尺節(jié)省鉆頭消耗

BZ18井三開(kāi)?311.2 mm井眼空氣鉆井井段2 836.50～4 111.50 m，進(jìn)尺1 275.00 m，共用3只鉆頭，平均鉆頭進(jìn)尺425 m，同比鉆井液鉆井節(jié)省鉆頭5～10只，提高單只鉆頭進(jìn)尺2.6～4.3倍,見(jiàn)表5。

表5 BZ18井空氣鉆井與鄰井鉆井液鉆頭對(duì)比

3.井斜控制效果較好

BZ18井三開(kāi)?311.2 mm井眼空氣鉆井期間采用“預(yù)彎短節(jié)+雙扶正器鐘擺”鉆具組合，控制鉆時(shí)在xmin/m鉆進(jìn)，防斜效果較好，井斜范圍1.10°～3.94°，最大井斜僅3.94°/3 537.50 m,井斜曲線(xiàn)見(jiàn)圖4。

圖4 BZ18井空氣鉆井井斜曲線(xiàn)

四、結(jié)論

(1)BZ18井空氣鉆井作業(yè)期間，地層不出水，井壁穩(wěn)定性較好，證明了BZ構(gòu)造庫(kù)車(chē)組中下部～康村組層段空氣鉆井地質(zhì)適應(yīng)性好，適合在該層段推廣實(shí)施空氣鉆井，以提高BZ構(gòu)造深部礫石層機(jī)械鉆速。

(2)BZ18井庫(kù)車(chē)組～康村組礫石層空氣連續(xù)循環(huán)鉆井進(jìn)尺1 275 m，開(kāi)展連續(xù)循環(huán)接立柱43次、連續(xù)循環(huán)起下鉆10趟，累計(jì)入井連續(xù)循環(huán)閥30只，連續(xù)循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間達(dá)312 h，延長(zhǎng)了空氣鉆井進(jìn)尺1 052.68 m，避免了沉砂卡鉆，提升氣體鉆井安全性。

(3)與鉆井液鉆井相比，空氣鉆井提速效果明顯，鉆速提高4.1～6.0倍，行程鉆速提高3.2倍以上，鉆井周期節(jié)約33.5 d以上。

(4)采用“預(yù)彎短節(jié)+雙扶正器鐘擺”鉆具組合，控時(shí)鉆進(jìn)，能夠較好控制井斜，確保井身質(zhì)量。