蒲克勇，杜松濤，郭曉明

（川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院，四川德陽618300）

隨著勘探開發(fā)的縱深發(fā)展，塔里木油田BZ-DB區(qū)塊萬億方大氣區(qū)正在逐步形成，預(yù)計到2025 年將實現(xiàn)BZ-DB 區(qū)塊 100×108m3產(chǎn)能建設(shè)目標(biāo)。BZ 區(qū)塊特別是BZ1井區(qū)地層發(fā)育著平均厚度達5000m的巨厚礫石層，采用常規(guī)泥漿鉆井方式，其機械鉆速低，鉆井周期長[1]，單只鉆頭進尺少，嚴(yán)重制約著該井區(qū)鉆井工程提速提效。前期在該井區(qū)試驗空氣鉆井技術(shù)，試驗效果較好，但在實施井段選擇、井斜控制以及井壁穩(wěn)定性、地層出水等方面還存在制約因素，需要從方案設(shè)計進行優(yōu)化，才能進一步確保空氣鉆井的成功實施。

1 空氣鉆井可行性分析

影響空氣鉆井成敗有兩大地層客觀因素，井壁穩(wěn)定性與水層分布，一旦井壁失穩(wěn)，就會影響到空氣鉆井井下安全，而地層出水會加劇井壁失穩(wěn)現(xiàn)象，特別是深井中這種現(xiàn)場更為明顯。

1.1 井壁穩(wěn)定性

按照地層壓實程度，地質(zhì)上將BZ1 井區(qū)巨厚礫石層劃分為未成巖段、準(zhǔn)成巖段和成巖段，未成巖段，地層松散，膠結(jié)程度低，可鉆性好；準(zhǔn)成巖段處于未壓實—壓實過渡段地層，可鉆性中等；而成巖段壓實程度變高，可鉆性變差。地質(zhì)預(yù)測BZ701井將鉆遇5600m的巨厚礫巖層，按壓實程度劃分如表1所示。

表1 BZ701井礫石層壓實程度劃分表

未成巖段礫巖地層欠壓實，在常規(guī)泥漿鉆井過程中易發(fā)生井漏、遇阻、掛卡、憋跳鉆、斷鉆具、垮塌等復(fù)雜情況；若采用空氣鉆井工藝，無液柱壓力支撐井壁，井壁將更容易發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象，BZ8 井200～256m 采用空氣/霧化鉆井方式，因井壁出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象而結(jié)束空氣鉆井，實踐證明巨厚礫巖未成巖段不適合開展空氣鉆井工藝。同時，未成巖段由于其可鉆性較好，從鉆井成本方面考慮，常規(guī)泥漿鉆井方式更適合。

準(zhǔn)成巖段—成巖段地層較未成巖地層壓實程度變好，隨著井深增加其井壁穩(wěn)定性越好，可鉆性變差，統(tǒng)計分析BZ701周邊三口鄰井BZ2、BZ8、BZ18空氣鉆井工藝試驗成果，如表2所示，三口鄰井在準(zhǔn)成巖段—成巖段地層實施空氣鉆井未出現(xiàn)井壁失穩(wěn)現(xiàn)象，井壁穩(wěn)定性較好，空氣鉆井工藝實施取得良好效果。

表2 BZ701井三口鄰井空氣鉆井試驗成果表

1.2 水層分布

礫石層屬于粘土膠結(jié)，水化作用明顯，容易出現(xiàn)井下垮塌，出水后地層坍塌現(xiàn)象和井眼擴大率也會明顯增大。收集分析BZ1 井區(qū)泥漿實鉆資料分析顯示，第四系—庫車組上部2100m 為水層集中分布段，庫車組中上部2100～2600m 分布有少量水層，庫車組2600m以下—康村組中下部不含水層。 BZ101、BZ102 上部地層可能水層分布如圖1所示。

圖1 BZ101、BZ102上部地層可能水層分布圖

三口鄰井BZ2、BZ8、BZ18 在空氣鉆井過程中，未見明顯水層分布，在BZ701井出水可能性較小。

2 空氣鉆井方案設(shè)計優(yōu)化

根據(jù)可行性與周邊鄰井分析，在BZ701 井準(zhǔn)成巖段2800m 以下，不含水層分布，井壁穩(wěn)定性相對較好，適合實施空氣鉆井工藝，方案設(shè)計中考慮在BZ701 井3000～5000m 井段實施空氣鉆井，在準(zhǔn)成巖地層，有效避開水層分布，有利于空氣鉆井工藝的實施，但還得綜合考慮沉砂清理、井斜控制與測量工藝。

2.1 沉砂清理

BZ701 井3000～5000m 井段存在礫石層準(zhǔn)成巖與成巖地層，準(zhǔn)成巖地層膠結(jié)較為疏松，經(jīng)過大排量空氣沖刷會形成不規(guī)則井眼，會造成沉砂不能完全帶出井筒現(xiàn)象，這種情況在成巖段同樣存在，預(yù)測BZ701井在空氣鉆井過程中，沉砂厚度最高可達30m 左右，因此，設(shè)計采用閥式連續(xù)循環(huán)鉆井工藝技術(shù)。

閥式連續(xù)循環(huán)鉆井工藝預(yù)先將連續(xù)循環(huán)閥配在立柱（單根）頂端，鉆完上一個帶有連續(xù)循環(huán)閥的立柱（單根），連接側(cè)循環(huán)管線至連續(xù)循環(huán)閥側(cè)閥，進行側(cè)向循環(huán)通道切換，待立柱（單根）接卸完畢后再進行正向倒換，實現(xiàn)了在起下鉆、接立柱（單根）過程中循環(huán)介質(zhì)不中斷的鉆井工藝[2-5]，實現(xiàn)了沉砂的持續(xù)懸浮，為沉砂超過30m實現(xiàn)接立柱、鉆進創(chuàng)造了條件。

從理論分析角度出發(fā)，由于空氣鉆井主要靠極高的返速來帶出井底巖屑，舉升能力有限，然而，大排量又存在對井壁沖刷作用，形成不規(guī)則井眼，因此，深井空氣鉆井都存在沉砂現(xiàn)象，井壁穩(wěn)定性越好，沉砂會越少；同時，在清理井底沉砂時，通過適當(dāng)調(diào)整參數(shù)，可以有效減少井底沉砂。

2.2 井斜控制與測量工藝

空氣鉆井目前在BZ區(qū)塊防斜打直主要依靠鉆具組合的鐘擺力與控制鉆時相結(jié)合方式，其原理是延長鉆時，有效增加井眼低邊的重復(fù)切削次數(shù)，犧牲機械鉆速來達到降斜的目的，因此，需要鉆具組合具有更強的鐘擺力、更大的剛性。統(tǒng)計分析BZ區(qū)塊深井空氣鉆井鉆具組合使用效果發(fā)現(xiàn)相似規(guī)律，使用11寸鉆鋌非標(biāo)鉆具組合在17寸以下井眼，具有更強的鐘擺力、更大的剛性，相同參數(shù)條件下穩(wěn)斜降斜效果更好，如表3所示，BZ701井空氣鉆井方案設(shè)計鉆具組合為11寸雙扶與11寸塔式鉆具組合。

空氣鉆井目前還未有成熟的隨鉆測量與井下動力工具，無法實時監(jiān)測到井斜、方位等參數(shù)，特別是在實施井深超過3000m 的井中，目前試驗的隨鉆測量儀器都尚未成功傳輸數(shù)據(jù)，因此，超3000m以上深井空氣鉆井井斜測量只能依靠電纜測斜車測量。

表3 BZ區(qū)塊17寸以下井眼深井空氣鉆井鉆具組合使用效果表

BZ區(qū)塊空氣鉆井在有沉砂條件下，在測斜前須盡量帶出井筒沉砂，為井斜測量創(chuàng)造條件，其工藝流程為：鉆進至測斜井深—循環(huán)—連續(xù)循環(huán)起鉆—停氣—下鉆探沉砂面—甩單根—測斜。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

BZ701井空氣鉆井現(xiàn)場實施井段為3088～5000m，有效避開了未成巖段及水層的影響，進入準(zhǔn)成巖段300m以上，空氣鉆井進尺1912m，鉆井周期23d，兩趟鉆，平均機速為4.91m/h，較鄰井常規(guī)泥漿鉆井提高了3～4倍，節(jié)省了鉆井周期30d以上，節(jié)約了鉆頭費用超100萬元。

第一趟鉆具組合11寸雙扶由于使用9寸本體扶正器，扶正器發(fā)揮作用有限，井斜呈微增趨勢；第二趟鉆具組合采用11 寸塔式（井段4208～5000m），增加了11寸鉆鋌使用，增強了鉆具組合剛性與鐘擺力，達到了降斜的效果。

通過使用非標(biāo)鉆具組合，適時調(diào)整參數(shù)、延長循環(huán)時間等方式，沉砂厚度控制在20m以內(nèi)，如表4所示。

表4 BZ701井測斜沉砂厚度統(tǒng)計表

井斜控制如圖2 所示，對比BZ2 井使用預(yù)彎+9 寸雙扶，BZ701 井在庫車組下部4200～4720m 井段使用11 寸非標(biāo)鉆具組合降斜效果明顯，而BZ2 在庫車組下部4200～4530m 井段井斜處于增加趨勢；在康村組地層，BZ701井11寸非標(biāo)鉆具組合降斜效果更加明顯。

通過對比分析，也可以發(fā)現(xiàn)，BZ2與BZ701井在庫車組與庫村組有相同的井斜變化趨勢，庫車組地層增斜，康村組地層降斜。

4 結(jié)論與建議

（1）通過BZ區(qū)塊礫石層井壁穩(wěn)定性與水層分布統(tǒng)計分析，優(yōu)選出BZ701 井適合空氣鉆井3000～5000m井段，并針對沉砂情況設(shè)計了連續(xù)循環(huán)鉆井工藝，現(xiàn)場應(yīng)用效果較為理想；

（2）通過深井空氣鉆井鉆具組合使用效果分析，設(shè)計了剛性更強、鐘擺力更大的11寸非標(biāo)鉆具組合，達到了理想的井斜控制效果；

（3）通過現(xiàn)場應(yīng)用對比，發(fā)現(xiàn)在相同條件下庫車組地層增斜能力較強，而康村組降斜能力較強；

圖2 BZ701井、BZ2井空氣鉆井井斜對比圖

（4）地層為客觀不可改變因素，建議在地面針對地層出水，做好預(yù)案與準(zhǔn)備工作；同時加快隨鉆測量與井下動力工具的研制。