青海英中地区∅311.2mm井段防斜打快关键技术

郑 锋，王建龙，谯世均，赵维超，雷 彪，李立华

（1.渤海钻探工程技术研究院，天津 300280；2.青海油田钻采工艺研究院，甘肃 敦煌 736200）

英中地区位于柴达木盆地英雄岭南缘中部南区，是西部坳陷区茫崖坳陷亚区上的一个二级构造带，是英雄岭地区地形条件最复杂的区域[1]，至目前为止已探明含油面积11.4km2，石油地质储量4388×104t，是青海油田增储上产的重要区块。区块地质条件复杂、断块发育，高温、高压、高含硫，为保证安全钻井，一般采用四开井身结构，其中，二开井段钻遇上油砂山组、下油砂山组、上干柴沟组三个层系，裸眼段长，钻遇地层倾角大、可钻性差，钻井机械钻速低，易发生井斜，且纠斜困难，二开防斜打快效果是影响整口井钻井周期的关键。为了解决二开井段易斜、纠斜困难，机械钻速低等问题，现场应用了钟摆钻具组合防斜技术、单弯螺杆钻具组合纠斜技术、导眼与扩眼组合钻井技术和垂直钻井技术，并分别从应用效果和经济性方面做出评价。

1 钻井技术难点

青海英中地区钻井二开∅311.2mm 井段裸眼段长、井眼尺寸大、钻遇地层复杂，具体表现如下：①钻遇地层上油砂山组、下油砂山组、上干柴沟组，地层岩性变化大；②地层倾角大，变化范围一般在15°～35°之间，防斜要求高；③地层可钻性差，特别是在上干柴沟组，可钻性级值7.09～8.26（图1）；④二开裸眼段长达2800m，占总井深的46%以上，该井段钻井时间对钻井周期影响大；⑤采用∅311.2mm 钻头钻井，井眼尺寸大，钻井提速、定向纠斜难度大。

图1 英中地区A井1000～3800m可钻性极值分析图

基于以上地质、工程条件，实钻中钻井问题突出表现为井斜控制困难、机械钻速低，钻井周期长。一是易斜，常规弯螺杆钻具组合钻井，地层自然造斜能力达2.5°/30m，为保证井身质量，需要频繁纠斜。二是纠斜困难，定向钻进托压严重、工具面稳定差，如B井，二开井段共纠斜44 次，定向钻进389m，定向需频繁活动钻具。三是机械钻速低，钻井周期长。如B井，∅311.2mm井眼平均机械钻速仅4.29m/h，二开钻井周期84d（图2）。

图2 英中地区B井∅311.2mm井眼钻时、井斜情况分析图

2 防斜打快关键技术

国内新疆、青海、四川等地区钻井面临地层倾角大、可钻性差等问题，经过多年研究与探索，发展出四种常用的防斜打快技术，分析了各技术的原理特点及其应用情况，为英中地区开展相应技术试验提供借鉴与参考。

2.1 钟摆钻具组合防斜技术

钟摆钻具组合是一种被动式防斜打直技术，在井斜发生时可降斜，主要原理是发生井斜时，利用钟摆力给钻头施加与井斜偏离方向相反的侧向力，达到降斜目的，大井斜下纠斜效果好于小井斜[2-3]。室内实验和钻井实践表明，钻具组合中稳定器的安放位置、尺寸，以及钻压、钻速，是影响钟摆钻具组合防斜效果的主要因素[4-6]。王保军[7]以BHA受力分析模型和钻进趋势预测模型为基础，提出一种优化的钟摆钻具组合防斜技术方案如下：下部钻具组合为∅311.2mm钻头+∅228.6mm 钻 铤×3 根+∅311mm 稳 定 器+∅203.2mm 钻铤×9 根，推荐钻压不超过80kN，钻速60r/min。新疆油田准格尔盆地西北缘地区风城011井中应用带水力加压器、直螺杆和PDC钻头的新型钟摆钻具组合防斜快钻技术，取得显著的技术经济效益[8]。

2.2 单弯螺杆钻具组合纠斜技术

随着地层自然造斜力增大，为保证井身质量、提高机械钻速，需要采用主动式防斜打直技术，其中最为常用的即为单弯螺杆钻具组合纠斜技术，通过监测井斜变化，发现井斜增大后利用动力钻具（弯螺杆）及时进行滑动钻进，进行井斜控制。单弯螺杆钻具组合与钟摆钻具组合相比，钻压大、转速高，纠斜能力强，适用地层广，机械钻速得到进一步提高[9]。渤海油田JX1-1-3井和JX1-1-4井应用该技术在井眼轨迹控制方面效果显著，并提高了机械钻速[10]。宣页1 井在589.19～805.61m使用该技术达到降斜目的[11]。

2.3 导眼与扩眼组合钻井技术

相同条件下小井眼比大井眼更易获得高造斜率，在轨迹控制困难的定向井中，采用先钻一个小尺寸导眼，再扩眼到设计尺寸的组合钻进模式，有利于降低作业成本，缩短钻井周期。现场使用中，首先用∅215.9mm PDC 钻头带弯螺杆打出导眼，到预定井深后，再使用∅311.2mmPDC钻头沿导眼轨迹钻进。在X井中的应用表明，∅215.9mm 井眼滑动钻进造斜率明显比∅311.2mm井眼好，总体钻进速度不受影响[12]。

2.4 垂直钻井技术

垂直钻井系统由电子控制单元和机械偏置单元组成，钻井过程中，测斜仪监测到井斜以后，将信号传输到电子控制单元，电子控制单元将激发导向液缸产生动作，将相应位置的导向块推出，这些导向块便牢牢地支撑在井壁上，并防止工具本体旋转，给钻头一个侧向力，使钻头回到垂直方向。垂直钻井技术解放了钻压，机械钻速提高明显，钻出的井眼平滑，井身质量好，但是工具使用费用高[13-14]。准噶尔盆地南缘QG1井应用该技术，井斜控制在1°以内，机械钻速提高52%[15]。吐哈盆地台北凹陷柯21-5 井、柯28 井使用该技术，井斜分别在1°、0.3°以内，井身质量得到有效控制[16]。

3 适用性评价

对比分析不同技术在英中地区的应用效果，并针对不同型号钻机，从降低勘探开发成本方面考虑，评价了不同技术的经济性。

3.1 防斜打快效果评价

英中地区实施的A-E 井二开钻井中，A 井使用了单弯螺杆钻具组合纠斜技术，B 井、C 井使用单弯螺杆钻具组合纠斜技术和导眼与扩眼组合钻井技术，D 井使用钟摆钻具组合防斜技术和单弯螺杆钻具组合纠斜技术，E井使用单弯螺杆钻具组合纠斜技术和垂直钻井技术。

由表1 可见，钟摆钻具组合防斜技术在D、E 井使用，平均井斜大于入井时井斜，纠斜效果不明显，用于2000m以上井深钻井，平均机械钻速低；单弯螺杆钻具组合纠斜技术在A-E井均进行应用，井斜平均控制在3.50°以内，在3000m 上井深钻井，平均机械钻速较低；导眼与扩眼组合钻井技术在B、C 井中应用，井斜控制好，平均井斜分别为1.28°、1.64°，但是机械钻速非常低；垂直钻井技术在E 井进行应用，一般井斜控制在0.65°左右，平均机械钻速高，达8.45m/h。

表1 不同技术应用井段及效果

具体而言，在防斜纠斜方面，不同技术的应用效果排序为：垂直钻井技术＞导眼与扩眼组合钻井技术＞单弯螺杆钻具组合纠斜技术＞钟摆钻具组合防斜技术。在提高机械钻速方面，不同技术的应用效果排序为：垂直钻井技术＞单弯螺杆钻具组合纠斜技术＞钟摆钻具组合防斜技术＞导眼与扩眼组合钻井技术。

3.2 经济性评价

分析了采用一种技术完成二开全井段钻进的成本，采用评价方法为：总钻进成本＝（钻机+提速工具）日费×纯钻时间。

不同技术的平均机械钻速设定如下，钟摆钻具组合防斜技术：3.14m/h，单弯螺杆钻具组合纠斜技术：4.01m/h，导眼与扩眼组合钻井技术：2.22m/h，垂直钻井技术：8.45m/h。按照以上基础条件，完成二开井段2800m进尺钻进的成本如表2所示，对于50型钻机，使用单弯螺杆钻具组合纠斜技术的成本最低，对于70型钻机，使用垂直钻井系统完成全部进尺费用最低。

表2 不同钻井技术费用计算结果

4 结论与建议

英中地区二开∅311.2mm 井段钻井中，试验了四种不同防斜打快技术，在应用效果方面，垂直钻井技术防斜打快效果最优，而导眼与扩眼组合钻井技术提速提效指标最差。综合考虑经济性，50 型钻机推荐使用单弯螺杆钻具组合纠斜技术，70 型钻机使用垂直钻井技术经济性好。现场试验还表明，钟摆钻具组合防斜技术在2000m以上井深钻井，机械钻速较低，且该技术无法纠斜，仅适合在上部相对较软地层使用。

建议在英中地区二开井段开展随钻扩眼钻井技术、水力振荡器钻井技术等新技术的研究与应用，进一步缩短钻井周期，降低作业成本。