劉金龍，王春生，呂曉剛，申 彪，徐亞南，呂 策

(中國石油塔里木油田分公司勘探事業(yè)部)

巨厚礫石層發(fā)育是庫車山前前陸盆地地層的顯著特點，尤其在構(gòu)造帶西部的BZ地區(qū)，因沉積過程中持續(xù)的構(gòu)造抬升形成了持續(xù)的、多期次的沖積扇，經(jīng)過沉積壓實與膠結(jié)作用，形成的巨厚礫巖層橫向厚度變化快，各向異性突出[1-3]。

隨著構(gòu)造的不斷認(rèn)識與資源需要，BZ地區(qū)已經(jīng)成為現(xiàn)階段庫車山前油氣勘探的重點領(lǐng)域，鉆井提速儼然成為區(qū)域高效開發(fā)的迫切需要。依據(jù)地震資料，已經(jīng)具備精細(xì)刻畫提前預(yù)測礫巖縱橫向變化的能力，但巨厚礫石層段的高效鉆進(jìn)技術(shù)，依然是制約全井提速的瓶頸。

一、礫石層特點與鉆井難點

1.礫石層的發(fā)育特點

根據(jù)實鉆情況，庫車山前前陸礫石層主要發(fā)育在第四系與新近系庫車組、康村組、吉迪克組，礫石成分有變質(zhì)巖塊、石英及火成巖塊等，部分取心實測粒徑在1～45 mm，一般粒徑范圍為1～10 mm。礫石礦物成分分析表明，隨井深增加，以水敏性為代表的黏土礦物逐漸減少，以鈣質(zhì)為代表的黏土礦物逐漸增多。膠結(jié)物的碳酸鹽巖含量測定表明，地層縱向上鈣質(zhì)膠結(jié)呈遞增趨勢，泥質(zhì)膠結(jié)物含量呈遞減趨勢[4]。

以地層壓實膠結(jié)程度為標(biāo)準(zhǔn)，將BZ地區(qū)淺層礫巖劃分為未成巖段、準(zhǔn)成巖段和成巖段。隨著井深增加，礫石礦物與膠結(jié)中的鈣質(zhì)成分增多，礫巖整體強(qiáng)度增大，可鉆性變差，井壁穩(wěn)定性變好。

2.礫石層鉆井難點

2.1 可鉆性差，行程機(jī)械鉆速低

巨厚礫石層因其強(qiáng)非均質(zhì)特點，鉆進(jìn)過程中普遍蹩跳鉆嚴(yán)重，井底鉆頭工作不穩(wěn)定，強(qiáng)沖擊負(fù)荷限制常規(guī)PDC鉆頭使用，多使用高效牙輪鉆頭鉆進(jìn)，實鉆機(jī)械鉆速普遍較低[4-6]。以礫石層比較發(fā)育的上部?444.5 mm井眼尺寸為例，BZ-DB區(qū)塊因礫石含量及厚度較高，平均單趟鉆進(jìn)尺僅為KS及ZQ地區(qū)的50%左右，平均行程機(jī)械鉆速為后者的57%。

2.2 對鉆頭及井下工具非正常磨損

常規(guī)PDC鉆頭礫石層鉆進(jìn)極易因切削齒沖擊崩裂后自切，加快鉆頭的磨損，形成本體環(huán)形槽甚至磨掉整個冠部。

牙輪鉆頭應(yīng)對非均質(zhì)礫石具備一定抗沖擊效果，但仍需保證旋轉(zhuǎn)活動部位的可靠性，進(jìn)口?444.5 mm牙輪鉆頭礫石層的推薦使用總轉(zhuǎn)數(shù)在80～90萬轉(zhuǎn)內(nèi)，超出易導(dǎo)致牙輪巴掌失效脫落。

含礫地層鉆進(jìn)過程中，下部鉆具的強(qiáng)振動會導(dǎo)致井下提速與測量工具的元件損壞，以及鉆具特別是轉(zhuǎn)換接頭發(fā)生疲勞破壞。且礫石層的強(qiáng)研磨性會導(dǎo)致垂直鉆井工具的扶正塊磨損，影響使用效果。

2.3 防斜打直難度大

圖1為BZ103井巨厚礫石層段鉆進(jìn)井斜變化情況，井斜控制效果差，不利于強(qiáng)化鉆壓鉆進(jìn)參數(shù)提速、中完期間的電測及大尺寸套管的下入。

圖1 BZ103井巨厚礫石層段鉆進(jìn)井斜變化情況

2.4 井漏與溢流頻發(fā)

BZ1井未成巖段鉆進(jìn)過程中累計漏失相對密度1.04～1.14 g/cm3的鉆井液2 312 m3，BZ101井在未成巖段鉆進(jìn)過程中累計漏失相對密度1.05～1.08 g/cm3的鉆井液785 m3。BZ1井和BZ101井在淺層共有三處發(fā)生溢流和鹽水侵。

二、巨厚礫石層鉆井提速技術(shù)

1.垂直鉆井系統(tǒng)

目前在庫車山前成熟應(yīng)用的有斯倫貝謝的Power-V垂直鉆井系統(tǒng)與國產(chǎn)的BH-VDT、VDS垂直鉆井系統(tǒng)。

在巨厚礫石比較突出的BZ地區(qū)，垂直鉆井系統(tǒng)的進(jìn)尺比例由相鄰區(qū)域的80%左右降至59%,因井下儀器無信號、井斜增大等工具原因起鉆的比例占到43.3%，遠(yuǎn)高于其他區(qū)塊的平均27.0%。

2.空氣鉆井

空氣鉆井利用連續(xù)循環(huán)鉆井技術(shù)可以有效解決鉆具不能活動期間的環(huán)空沉砂問題。其應(yīng)用前必須開展以井眼清潔、井壁穩(wěn)定、地層流體產(chǎn)出等核心問題的適應(yīng)性評價[5]。

庫車山前巨厚礫石層開展空氣鉆井的有BZ101、BZ102、BZ8與BZ18井，各井應(yīng)用情況如表1。其中BZ8井創(chuàng)塔里木油田氣體鉆井單開次最長進(jìn)尺紀(jì)錄，平均機(jī)械鉆速創(chuàng)區(qū)塊最快紀(jì)錄。

表1 BZ101、BZ102、BZ8與BZ18井空氣鉆井實鉆情況

3.渦輪+孕鑲鉆頭

圖2為BZ7井礫石層段3 465～4 813 m使用渦輪+孕鑲鉆頭與常規(guī)鐘擺鉆具的機(jī)械鉆速對比，該段鉆進(jìn)共使用10趟鉆，其中7趟鉆使用渦輪+孕鑲鉆頭，進(jìn)尺占比84%。使用渦輪+孕鑲鉆頭的平均單趟鉆進(jìn)尺161.7 m，相比常規(guī)鐘擺鉆具提升125%；平均機(jī)械鉆速1.5 m/h，相比常規(guī)鐘擺鉆具提速124%。

圖2 BZ7井礫石層段.465～.813 m使用渦輪+孕鑲鉆頭與常規(guī)鐘擺鉆具的機(jī)械鉆速對比

4.雙擺工具

雙擺工具以鉆井液液力能量為動力，驅(qū)動工具中的陀螺儀轉(zhuǎn)動，利用陀螺儀的自穩(wěn)性與進(jìn)動性特征主動抑制底部鉆具組合產(chǎn)生的振動與渦動，提高鉆頭的有效破巖效率，同時具備一定的井斜控制能力[6]。

圖3為BZ22井二開?444.5 mm井眼井段1 606～3 152 m使用雙擺鉆具與常規(guī)鐘擺鉆具的機(jī)械鉆具及井斜對比。該段鉆進(jìn)共使用7趟鉆，其中2趟鉆使用雙擺鉆具。使用雙擺鉆具的單趟鉆進(jìn)尺305 m，相比常規(guī)鐘擺鉆具提升30%；平均機(jī)械鉆速1.6 m/h，相比常規(guī)鐘擺鉆具提速23%。

圖3 BZ22井礫石層段.606～.152 m使用雙擺鉆具與常規(guī)鐘擺鉆具的機(jī)械鉆速對比

三、應(yīng)用實例

1.BZ7井

BZ7井鉆前預(yù)測將鉆遇約5 140 m的巨厚礫巖，其中未成巖段0～2 650 m、準(zhǔn)成巖段2 650～3 150 m、成巖段3 150～5 140 m。實鉆鉆遇礫石層段0～5 844 m，其中一開?660.4 mm鉆頭鉆揭0～202 m、二開?444.5 mm鉆頭鉆揭202～3 420 m、?311.2 mm鉆頭鉆揭3 420～5 844 m。圖4為BZ7井巨厚礫石層段不同鉆進(jìn)工具下機(jī)械鉆速對比情況，隨著井深的加深進(jìn)入準(zhǔn)成巖段，地層的可鉆性變差，牙輪+鐘擺鉆具組合鉆進(jìn)機(jī)械鉆速逐漸降低，單只牙輪鉆頭進(jìn)尺由400 m以上降低至150 m左右，井下強(qiáng)振動不具備使用PDC鉆頭條件，此時使用渦輪+孕鑲鉆頭具有較好的綜合提速效果。進(jìn)入成巖段下部以后，礫石含量逐漸降低、粒徑逐漸減小，下部鉆具的振動逐漸減弱，此時下入PDC鉆頭配合垂鉆系統(tǒng)、大扭矩螺桿具有較好的綜合提速效果。

圖4 BZ7井巨厚礫石層段不同鉆進(jìn)工具機(jī)械鉆速對比情況

2.BZ18井

BZ18井鉆前預(yù)測將鉆遇約5 750 m的巨厚礫巖，其中未成巖段0～2 100 m、準(zhǔn)成巖段2 100～2 750 m、成巖段2 750～5 750 m。實鉆鉆遇礫石層段0～5 334 m，其中一開?660.4 mm鉆頭鉆揭0～246 m、二開?444.5 mm鉆頭鉆揭202～2 836 m、?311.2 mm鉆頭鉆揭3 420～5 334 m。

圖5為BZ18井巨厚礫石層段不同鉆進(jìn)工具機(jī)械鉆速對比情況，對比牙輪+鐘擺鉆具組合，使用垂直鉆井系統(tǒng)可通過強(qiáng)化參數(shù)達(dá)到提升機(jī)械鉆速與單趟鉆行程的目的，但幅度有限。空氣鉆井能最大程度降低井底巖石破碎圍壓，實現(xiàn)機(jī)械鉆速相比牙輪+鐘擺鉆具組合提升約3倍，平均單趟鉆進(jìn)尺提升2倍以上，取得巨厚礫石層鉆井提速重大突破。

圖5 BZ18井巨厚礫石層段不同鉆進(jìn)工具機(jī)械鉆速對比情況

四、結(jié)論

(1)垂直鉆井系統(tǒng)已發(fā)展成為庫車山前鹽上及鹽層鉆進(jìn)不可缺的提速利器，但在巨厚礫石層鉆進(jìn)過程中，特別在未成巖與準(zhǔn)成巖段，垂直鉆井系統(tǒng)的應(yīng)用受到推靠模塊耐磨性不適應(yīng)、內(nèi)部元件抗振不適應(yīng)、井斜控制效果差、測量信號接收失效高等新的問題制約，相關(guān)技術(shù)仍需進(jìn)一步升級。實踐證明將垂直鉆井系統(tǒng)與雙擺工具結(jié)合，利用后者在抑制底部鉆具組合振動與渦動方面優(yōu)勢，可起到保護(hù)垂鉆工具與強(qiáng)化參數(shù)提速的效果。

(2)渦輪+孕鑲鉆頭較強(qiáng)適應(yīng)于不同成巖段的巨厚礫石地層，但其仍面臨山前高陡構(gòu)造鉆進(jìn)易斜的問題，應(yīng)用時需控制鉆井參數(shù)，加強(qiáng)井眼軌跡監(jiān)測。

(3)空氣鉆井技術(shù)在庫車山前巨厚礫石層鉆進(jìn)提速效果最為顯著，利用連續(xù)循環(huán)鉆井技術(shù)有效解決了鉆具活動期間的環(huán)空沉砂問題，目前在BZ地區(qū)的應(yīng)用成功率達(dá)到50%。但空氣鉆井技術(shù)受地層出水及井眼清潔、井壁穩(wěn)定、井斜控制等問題的限制，應(yīng)用前需開展系統(tǒng)的適應(yīng)性評價。