劉占魁，楚恒智

（1.西部鉆探克拉瑪依鉆井公司，新疆 克拉瑪依 834009；2.新疆油田工程技術(shù)研究院，新疆 克拉瑪依 834000）

MY1井風(fēng)城組取得重大突破后，開辟了西北緣二疊系頁巖油勘探新領(lǐng)域。基于甜點(diǎn)預(yù)測技術(shù)，初步完成瑪北地區(qū)頁巖油“甜點(diǎn)”分布的預(yù)測，落實(shí)了有利面積和頁巖油資源潛力。為實(shí)現(xiàn)二疊系風(fēng)城組頁巖油領(lǐng)域整體突破，按照探索頁巖油新類型與水平井提產(chǎn)相結(jié)合的思路，部署風(fēng)險(xiǎn)探井MY1H井，加快落實(shí)頁巖油勘探潛力。MY1H井位于烏夏斷裂帶，東南鄰近瑪湖凹陷。三開井身結(jié)構(gòu)，三開斜井段及水平段為?215.9mm井眼。水平段鉆遇儲(chǔ)層為二疊系風(fēng)城組三段致密白云質(zhì)儲(chǔ)層，斜深4426m進(jìn)入風(fēng)三段，儲(chǔ)層垂深4557m左右。

1 導(dǎo)向渦輪應(yīng)用背景

風(fēng)三段主要為泥質(zhì)白云巖，夾云質(zhì)泥巖、粉砂質(zhì)泥巖。MY1H井現(xiàn)場X衍射全巖礦物分析顯示，水平段鉆進(jìn)過程中石英、斜長石、白云石三種礦物含量合計(jì)占比35.1%～64.8%，骨架密度平均值2.69g/cm3，壓實(shí)程度高、巖性致密。根據(jù)鄰井測井?dāng)?shù)據(jù)計(jì)算，風(fēng)三段—風(fēng)二段頂部，巖石抗壓強(qiáng)度91～160MPa，內(nèi)摩擦系數(shù)0.7～0.8。與直井鉆井不同，直井鉆井通過配合使用扭力沖擊器等，在一定程度上消減了粘滑效應(yīng)，通過實(shí)施低轉(zhuǎn)速大鉆壓鉆進(jìn)方式，有效降低了PDC鉆頭復(fù)合片先期損壞風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而提高了鉆井進(jìn)尺。MY1H井造斜段及部分水平段使用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)鉆進(jìn)，受造斜率及工具結(jié)構(gòu)限制，近鉆頭處不能配合使用扭力沖擊器等降粘滑的工器具，高抗壓強(qiáng)度及抗剪切強(qiáng)度條件下鉆頭選型及有效應(yīng)用遇到難題。MY1H井4461～4775m井段使用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)鉆進(jìn)，三趟鉆純鉆時(shí)間191.5h，平均機(jī)械鉆速1.64m/h。進(jìn)尺少的主要原因是PDC鉆頭崩齒。進(jìn)入水平段后使用的是雙排齒五刀翼鉆頭，進(jìn)尺22m、平均機(jī)械鉆速0.46m/h，鉆時(shí)慢起鉆、PDC復(fù)合片崩。針對(duì)兼顧水平井軌跡控制和提高速度的難題，本文提出并組織導(dǎo)向渦輪鉆進(jìn)。使用彎度為0.8°導(dǎo)向渦輪配型號(hào)為DD5560M孕鑲金剛石鉆頭鉆進(jìn)，鉆頭長度0.47m、刀翼數(shù)量16個(gè)、過流面積774.192mm2、冠部為淺錐部設(shè)計(jì)，對(duì)應(yīng)巖石可鉆級(jí)別8～11級(jí)。鉆具組合：?215.9mm鉆頭+?172mm渦輪(?212mm扶正器)+?159mm浮閥+?210mm扶正器+LWD+?127mm加重鉆桿3根+?127mm斜坡鉆桿+?139.7mm鉆桿。鉆壓50～60kN，轉(zhuǎn)速60r/min。排量29.5L/s，泵壓24.3MPa。白油基鉆井液密度1.39g/cm3，粘度75s，油水比84/16，破乳電壓800～1350V。上述組合鉆進(jìn)中表現(xiàn)出復(fù)合鉆進(jìn)時(shí)增井斜的現(xiàn)象，為此按照實(shí)鉆平均井眼曲率3.17°/30m的條件進(jìn)行計(jì)算。

2 導(dǎo)向工具關(guān)鍵參數(shù)對(duì)軌跡控制的影響規(guī)律

當(dāng)用扶正器間距表示鉆柱扶正器位置，基于上述鉆具組合及鉆進(jìn)參數(shù)設(shè)定模擬分析條件，造斜及穩(wěn)斜效果隨扶正器間距變化規(guī)律見圖1。該條件下全力增斜能力、復(fù)合鉆進(jìn)井斜變化率均隨扶正器間距增大而增大，全力降斜能力隨扶正器間距增大而減小。對(duì)于上述鉆井實(shí)例，扶正器間距為9.05m，復(fù)合鉆進(jìn)增斜較快；渦輪鉆具長度確定時(shí)盡可能縮短渦輪鉆具自帶扶正器與鉆柱扶正器間距，有助于水平段復(fù)合鉆進(jìn)穩(wěn)斜。

本井使用的渦輪鉆具彎角0.8°，造斜及穩(wěn)斜效果隨彎角度數(shù)變化規(guī)律見圖2。計(jì)算條件下全力增斜能力、全力降斜能力、復(fù)合鉆進(jìn)井斜變化率均隨彎角增大而增大，復(fù)合鉆進(jìn)增斜很快；兼顧軌跡控制時(shí)滑動(dòng)鉆進(jìn)造斜率要求，渦輪鉆具彎角不能再小了，為提高水平段復(fù)合鉆進(jìn)穩(wěn)斜效果，需調(diào)整其它參數(shù)。

圖2 復(fù)合鉆進(jìn)穩(wěn)斜效果隨彎角度數(shù)變化規(guī)律

渦輪自帶扶正器直徑?212mm、鉆柱扶正器直徑?210mm，造斜及穩(wěn)斜效果隨扶正器直徑變化規(guī)律見圖3。計(jì)算條件下全力增斜能力、復(fù)合鉆進(jìn)井斜變化率均隨扶正器直徑增大而減小，全力降斜能力隨穩(wěn)定器直徑增大而增大。

圖3 復(fù)合鉆進(jìn)穩(wěn)斜效果隨扶正器直徑變化規(guī)律

渦輪鉆進(jìn)時(shí)鉆壓較小，造斜及穩(wěn)斜效果隨鉆壓變化規(guī)律見圖4。全力增斜能力隨鉆壓增大而增大，全力降斜能力隨鉆壓增大而減??；復(fù)合鉆進(jìn)條件下，鉆壓10kN時(shí)會(huì)降斜，鉆壓20kN時(shí)會(huì)緩慢增斜，鉆壓大于20kN后會(huì)快速增斜。對(duì)于上述計(jì)算實(shí)例，鉆壓50～60kN時(shí)復(fù)合鉆進(jìn)增斜很快。

圖4 復(fù)合鉆進(jìn)穩(wěn)斜效果隨鉆壓變化規(guī)律

鉆頭各向異性指數(shù)是指側(cè)向切削能力與軸向切削能力之比；取值范圍(0，1)，該值越大表明鉆頭側(cè)向切削能力越強(qiáng)。造斜及穩(wěn)斜效果隨鉆頭各向異性變化規(guī)律見圖5。該條件下全力增斜能力隨鉆頭各向異性指數(shù)增大而減小，全力降斜能力隨鉆頭各向異性指數(shù)增大而增大；復(fù)合鉆進(jìn)條件下，鉆頭各向異性指數(shù)小于0.05時(shí)會(huì)增斜，該值越小增斜能力越強(qiáng)；鉆頭各向異性指數(shù)大于0.05會(huì)降斜，該值越大降斜能力越強(qiáng)。對(duì)于上述計(jì)算實(shí)例，反算出孕鑲式金剛石鉆頭的鉆頭各向異性指數(shù)僅為0.01左右，水平段復(fù)合鉆進(jìn)增斜趨勢較強(qiáng)。

圖5 復(fù)合鉆進(jìn)穩(wěn)斜效果隨鉆頭各向異性指數(shù)變化規(guī)律

通過計(jì)算分析顯示，上述鉆具組合水平段復(fù)合鉆進(jìn)增斜趨勢較強(qiáng)，增斜段中滑動(dòng)鉆進(jìn)降斜能力弱，需采用全力降斜模式連續(xù)鉆進(jìn)一定進(jìn)尺后才會(huì)出現(xiàn)降斜效果。為此，調(diào)整渦輪近鉆頭扶正器為?210mm、鉆具扶正器?212mm。此外，改變鉆具組合中浮閥與扶正器位置，減少扶正器之間的間距，降低復(fù)合鉆進(jìn)時(shí)增斜趨勢。計(jì)算見圖6。與之前的鉆具組合相比，鉆壓較大時(shí)該組合的復(fù)合鉆進(jìn)增斜趨勢有所減弱；鉆壓較小時(shí)降斜趨勢有所增強(qiáng)。

圖6 復(fù)合鉆進(jìn)穩(wěn)斜效果隨扶正器直徑調(diào)整后變化規(guī)律

3 應(yīng)用效果分析

與水平段普遍使用螺桿鉆具相比，渦輪鉆水平井反扭角小且穩(wěn)定、工具面穩(wěn)定，軌跡容易控制。本井水平段大部分井段采用滑動(dòng)鉆進(jìn)，渦輪轉(zhuǎn)速高，滑動(dòng)鉆進(jìn)機(jī)械鉆速與復(fù)合鉆進(jìn)相當(dāng)，節(jié)約導(dǎo)向時(shí)間。渦輪運(yùn)行時(shí)振動(dòng)小，有利于保護(hù)井下儀器。渦輪鉆進(jìn)形成的井眼平滑，降低螺旋和屈曲，有效降低了滑動(dòng)鉆進(jìn)摩阻，為后期完井下套管等作業(yè)奠定了基礎(chǔ)。與傳統(tǒng)的渦輪鉆具由裝有葉片的動(dòng)力端及裝有止推軸承的軸承端兩部分組成不同，本井使用的渦輪鉆具將動(dòng)力端與軸承端合二為一，顯著縮短了工具長度，減少接頭數(shù)量，剛性長度減小，可下入性增強(qiáng)，降低了長渦輪普遍存在的劃眼、通井時(shí)間。

本井水平段使用導(dǎo)向渦輪鉆進(jìn)兩趟鉆。第一趟鉆鉆進(jìn)井段4775～5120m，進(jìn)尺345m，純鉆時(shí)間182h，渦輪井下工作時(shí)間260h，機(jī)械鉆速1.89m/h。水平段機(jī)械鉆速較旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向+PDC鉆頭提高2.8倍，單趟鉆進(jìn)尺提高14.68倍，應(yīng)用效果較好。第二趟鉆優(yōu)化了扶正器外徑以及扶正器間距，復(fù)合鉆進(jìn)穩(wěn)斜效果得到改善，鉆進(jìn)井段5120～5173m，進(jìn)尺53m，純鉆時(shí)間40h，機(jī)械鉆速1.33m/h。

4 結(jié)論

（1）導(dǎo)向渦輪配孕鑲金剛石鉆頭鉆進(jìn)，能大幅度提高深井綜合鉆井速度，是云質(zhì)類儲(chǔ)層鉆井軌跡控制的有效技術(shù)手段。

（2）孕鑲金剛石鉆頭選型及導(dǎo)向渦輪井下工作狀態(tài)的識(shí)別判斷尚有待進(jìn)一步研究。