吐哈盆地台北凹陷柯柯亚区块几种防斜打快方法分析

孙钰杰 （西部钻探工程有限公司吐哈钻井工艺研究院，新疆 鄯善838200）

张 磊 （长江大学地球化学系，湖北 荆州434023）

席梅卿 （西部钻探工程有限公司吐哈钻井工艺研究院，新疆 鄯善838200）

柯柯亚构造位于丘陵构造带西段，为南北向强烈挤压应力形成的高陡断背斜，圈闭自侏罗系至三叠系均有发育，并且随着构造层加深，圈闭由背斜向半背斜、断鼻过渡，从而造成柯柯亚区块地层应力相对集中，煤层发育，具有易垮塌的特点。煤层以上 （2500m以上）钻井过程中易发生井斜，井身质量控制难度大[1]。煤系地层 （2500～3300m）主要分布在西山窑组J2x、三工河组J1s、八道湾组J1b这3个层内，分布段长，西山窑组J2x地层煤层与泥岩交互，且煤层段厚、多，泥岩段薄，先期钻遇的煤层垮塌不能支撑大块碳质泥岩，脱落易造成遇阻、井塌卡钻等复杂情况、事故多。煤层段下部地层（3300m完钻）为碳质泥岩、致密砂岩，可钻性差 （7～8级），属硬地层，导致速度慢、周期长，钻头选型难度较大。下面，笔者简述几种主要防斜打快技术的使用情况和特点，并对部分钻具组合的力学特性进行计算分析。

1 低速螺杆＋MWD防斜打快技术及使用效果

低速螺杆＋MWD防斜打快技术是低速螺杆配合MWD仪器一起使用，可以及时掌握井眼轨迹参数，及时地做出调整，并且只要钻头寿命允许，基本上可以满足单只钻头钻完起钻，设计配备多种大扭矩弯螺杆，这样可以根据钻井过程中井斜变化情况，及时增大扭矩并且提高机械钻速，虽然会增加一定的成本，但是降低了起下钻次数、工时延长等引发的钻井成本。

在柯柯亚区块使用低速螺杆＋MWD防斜打快技术的井共有4口井，分别为柯27、柯21-1、柯241和柯21-3井，其中柯27和柯21-3井为∅241mm井眼，其他井均为∅216mm井眼。低速螺杆钻具具有如下特点：①提高钻压 （165mm螺杆可达180kN），提高机械钻速；②提高钻头使用寿命，减少起下钻次数；③提高螺杆钻具的扭矩，加强划眼效果，防止遇阻、卡钻；④能适应更大的钻井液排量（165mm螺杆排量可达38L／s），强化钻井参数，提高钻头水功率。通过这种防斜技术的使用，4口井的井身质量都得到了保证，完全达到了设计的要求，同时机械钻速也得到了很大的提高 （表1）。

在三间房组J2s地层，采用防斜打快复合钻井技术单只钻头进尺平均302m，比常规提高50%；机械钻速平均4.75m／h，比常规提高24%；在西山窑组J2x地层，防斜打快复合钻井技术单只钻头进尺平均135m，比常规提高16%；机械钻速平均2.26m／h，比常规钻井提高16%。

表1 低速螺杆＋MWD防斜打快技术使用效果

2 Power-V垂直钻井技术及使用效果

Power-V是一套全自动化旋转导向的垂直钻井系统。Power-V采用可靠的旋转导向技术在旋转钻进时进行连续性的井斜控制，从而使钻井参数得到完全解放，确保所钻井眼垂直和最大限度地提高钻速。Power-V综合了井下密封系统及PowerDrive技术和高精度井斜方位测量仪器等技术，在旋转钻进时进行连续性的近钻头井斜测量，根据井斜的变化，Power-V会自动调整促动仪器，依靠促动仪器所发动的侧力以及侧力的方向使斜井段快速返回垂直，适用于自然造斜力特别强的地层[2]。

Power-V垂直钻井系统在柯21-5井、柯28井进行了成功试验。柯21-5井在826～2765m进行现场试验，井段累计总进尺1939m，总纯钻时间333h，平均机械钻速5.82m／h；全程共使用2只PDC和3只牙轮钻头，累计5趟钻；井斜控制在1°以内，井身质量得到有效控制。

柯28井试验井段537.88～2425m，累计总进尺1887.12m，总纯钻时间216.58h，平均机械钻速8.71m／h；全程共使用钻头3只，起下5趟钻 （钻塞1趟、PDC钻头使用2趟钻）；柯28井垂直钻井试验井段井斜控制在0.3°以内，甚至局部井段达到0°[3-4]。柯28井垂直钻井试验井段井斜、方位数据如表2所示。

表2 柯28井垂直钻井试验井段井斜、方位数据

3 充氮气欠平衡钻井技术及使用效果

充氮气欠平衡压力钻井是在钻井过程中，向钻井液中充入氮气，使钻井液液柱压力低于产层地层压力，通过地面设备有效控制，将流入井眼内的产层流体循环到地面，并进行有效分离。该技术适用于地层压力系数低的地层，在低压、低渗透、低压易漏、裂缝油气藏以及过度开采衰竭油藏的开发中具有其他钻井技术不可比拟的优越性[5]。

为了加快柯柯亚区块的侏罗系齐古组J3q、七克台组J2q、三间房组J2s、西山窑组J2x的钻井速度，以及对上部浅气层的发现和保护，提高井身质量并解决部分钻井难题，在柯柯亚区块柯19-3井上部井段 （805.00～2331.72m）采用充氮气欠平衡钻进，钻头尺寸∅216mm，总进尺1526.72m，纯钻286.62h，平均机械钻速5.33m／h，与同区块同井段相比，机械钻速同比提高46.8%。在充氮气欠平衡钻进期间多次点火成功，火焰高达10～12m，而邻井相同井段从未有过较好油气显示。充分体现了充氮气钻井在发现和保护油气层方面的巨大优势，对提高勘探开发综合效益具有重大意义。

在柯21-2井三开储层段 （3612～3696m）采用充氮气欠平衡钻井技术，平均机械钻速度1.73m／s，是常规钻井的1～2倍，整个施工过程中共计点火成功21次，共燃烧时长达113h，单次火焰燃烧最长时长达19.4h，火焰最高20m，该井采用冻胶阀欠平衡完井方法进行完井，进行气举返排，返排完成后点火一次成功，火焰高达14～16m，经测试柯21-2井日产气量是邻井的2倍。

4 认识与结论

1）柯柯亚区块煤层发育，钻井过程中煤层上部地层实施 “低速螺杆＋MWD防斜打快钻井技术”后，井斜控制在3°以内，保证了井身质量，机械钻速得到较为明显的提高。同时通过应用特殊螺杆和优化钻井参数，大幅度提高了钻头的使用寿命，减少了起下钻次数，提高钻速，节约钻井周期。

2）Power-V垂直钻井技术在柯柯亚区块煤层以上井段井身质量控制技术获得突破，可有效控制井身质量，井斜控制在0.3°以内，水平位移控制在10m以内。

3）欠平衡钻井方式可以大幅提高柯柯亚区块平均机械钻速、节约钻井周期，应加大应用力度，加快上部井段钻井速度。

4）依据地层特点，结合前期钻井新技术提速试验情况，二开煤层以上井段以防斜打快为主，煤层井段以安全钻井为主，煤层以下井段以快速钻井为主，首先将前期试验效果较好的技术进行有机结合和集成，同时继续进行新技术、新工具、新工艺的研究与试验。

[1]周俊昌，余雄鹰，罗勇，等.复合钻井防斜打快技术研究与应用[J].中国海上油气，2007，19（3）：188-189.

[2]王春生，魏善国，殷泽新，等.PowerV垂直钻井技术在克拉2气田的应用[J].石油钻采工艺，2004，26（6）：4-6.

[3]狄勤丰.滑动式导向钻具组合复合钻井时导向力计算分析[J].石油钻采工艺，2000，22（1）：14-16.

[4]高德利，刘希圣，徐秉业.井眼轨迹控制[M].东营：石油大学出版社，1994.

[5]刘全江，李佩武，张卫东，等.胜利油田充氮欠平衡压力钻井技术[J].石油钻探技术，2003，31（4）：17-18.