高速導向渦輪鉆井技術(shù)在元陸H-1井的應用

董成林 徐泓 陶現(xiàn)林 母亞軍 蒲軍

（1.中國石化中原石油工程有限公司西南鉆井分公司，河南 濮陽 457001；2.中國石化中原石油工程有限公司海外工程公司，河南 濮陽 457001）

高速導向渦輪鉆井技術(shù)在元陸H-1井的應用

董成林1徐泓1陶現(xiàn)林1母亞軍1蒲軍2

（1.中國石化中原石油工程有限公司西南鉆井分公司，河南 濮陽 457001；2.中國石化中原石油工程有限公司海外工程公司，河南 濮陽 457001）

川東北元壩地區(qū)須家河組地層以泥巖、細砂巖、粉砂巖為主，存有礫石層，巖性致密，硬度高，可鉆性差。為有效解決常規(guī)鉆具在該地層機械鉆速慢的問題，在該地區(qū)直井中應用了高速渦輪配合孕鑲金剛石鉆頭鉆井技術(shù)，為研究水平井中高速渦輪鉆井的適用性，提高機械鉆速，元陸H-1水平井首次使用了高速導向渦輪鉆井技術(shù)。通過分析與研究，高速導向渦輪鉆井技術(shù)可以推廣應用到與須家河組相似地層的水平井鉆井中，能有效提高機械鉆速。

高速導向渦輪鉆具 孕鑲金剛石鉆頭 元陸H-1井 水平井 須家河組

0 引言

近年來，高速渦輪技術(shù)在國內(nèi)多個區(qū)塊進行了應用并取得了較好的成績，配套技術(shù)也趨于成熟與完善，但是極少應用在水平井中。元壩地區(qū)油氣鉆井中，高速渦輪鉆井技術(shù)在直井鉆探中取得了較好成績［1-3］，若能應用在水平井鉆井中，必將有效提高機械鉆速，大幅降低鉆井成本。鑒于此，中國石化中原石油工程有限公司西南鉆井分公司將高速導向渦輪鉆井技術(shù)應用到元陸H-1井第四次開鉆水平井段，獲得了極大成功。因此，有必要對此項技術(shù)進行深入研究，以供其他地區(qū)水平井鉆井借鑒。

1 元壩地區(qū)須家河組地層可鉆性分析

1.1 井身結(jié)構(gòu)

元陸H-1井位于川東北元壩九龍山南鼻狀構(gòu)造帶，設計井深為5839.70m，垂深4527.41m，全井位移1549.54m，靶前位移399.65m，水平段長1101.22m，為一口長水平段、中長半徑水平井。井眼軌跡定向段穿越自流井底部、須家河組五段、四段、三段、二段，水平段位于目的層須家河組致密砂巖氣層。設計井身結(jié)構(gòu)如表1所示。

表1 元陸H-1井井身結(jié)構(gòu)表

1.2 地層巖性特征及可鉆性分析

元壩地區(qū)為中國石化近年來重點開發(fā)的新區(qū)域，元壩H-1井勘探目的層為須家河組二段致密砂巖氣藏（根緣氣藏）［4-5］。在元陸H-1井鉆探中，須家河組地層及巖性特征有：①3989～4007m垂深為三疊系上統(tǒng)須五段，地層巖性為灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖夾粉砂巖。②4007～4083m垂深為三疊系上統(tǒng)須四段，地層巖性以灰色細砂巖、砂礫巖為主，夾深灰色泥巖。③4083～4340m垂深為三疊系上統(tǒng)須三段，地層巖性為深灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖與灰色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、細砂巖不等厚互層夾灰黑色碳質(zhì)泥巖、黑色煤。④4340～4550m垂深為

三疊系上統(tǒng)須二段，為目的層段，地層巖性以深灰色泥巖、灰黑色碳質(zhì)泥巖為主，夾灰色細砂巖、黑色煤。

須家河組地層巖性致密，硬度高，可鉆性差。元陸H-1井水平段長，起下鉆摩阻高，鉆井液性能要求高，在使用渦輪定向鉆進中，由于渦輪的高轉(zhuǎn)速和孕鑲金剛石鉆頭的破巖特性，產(chǎn)生的巖屑顆粒極細，進入鉆井液中易造成黏切升高，鉆井液性能維護費用高。

2 應用情況

2.1 元壩地區(qū)高速渦輪使用情況

為有效解決元壩地區(qū)硬地層牙輪鉆頭使用壽命短、機械鉆速低的問題，在早期的元壩123井、元壩10井、元壩121井等都試驗使用了高速渦輪鉆井技術(shù)，機械鉆速顯著提高［6］。在元壩123井高速渦輪試驗中，平均機械鉆速達到了1.69m／h，與常規(guī)鉆井（0.86m／h）相比提高了95.4%?？梢钥闯?，高速渦輪鉆井技術(shù)在元壩地區(qū)的鉆井中已趨于成熟。

2.2 元陸H-1井施工概況

元陸H-1井上部的鉆進中，第一次開鉆使用牙輪鉆頭鉆進至設計井深；第二次開鉆702～1843m井段，符合氣體鉆井條件，使用氣體鉆井，之后使用牙輪鉆頭鉆進至設計井深；第三次開鉆使用牙輪鉆頭鉆進至3952m處，開始定向，先使用單彎螺桿常規(guī)定向至井深4040.28m，之后使用貝克休斯旋轉(zhuǎn)導向定向鉆進至4401.95m（井斜46°），最后使用單彎螺桿定向至井深4489m（垂深4407.33m）中完；第四次開鉆鉆進中，先采取常規(guī)鉆具鉆進至4503m，之后下入斯倫貝謝導向渦輪＋斯密斯孕鑲金剛石鉆具組合定向施工，鉆至設計井深。使用導向渦輪鉆進總進尺為1292m，平均機械鉆速為2.76m／h。

2.3 高速導向渦輪高效鉆井技術(shù)使用效果探析

與轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)鉆進組合或螺桿鉆具組合相比，渦輪鉆井通常要求的鉆壓都比較低，所以井下鉆具組合的長度可能會因為少用鉆鋌或加重鉆桿而有所減??；這種對大鉆壓不做過分需求的組合特性允許優(yōu)化的鉆具組合設計，以盡可能地減少鉆具組合內(nèi)部寄生壓力損失為目標，從而最大程度地提高渦輪鉆具自身的壓降，以達到最大限度發(fā)揮渦輪鉆具效率的目的。為此，本井渦輪鉆井的井下鉆具組合為：?215.9mm孕鑲金剛石鉆頭×0.42m＋?168.28 mmNeyrfor1.25°導向渦輪鉆具（加長動力組合，本體帶兩個263.5mm扶正器）×11.99m＋雙公431×411× 0.40m＋浮閥430×410×0.54m＋MWD短節(jié)×0.63 m＋無磁承壓鉆桿×9.13m＋無磁接頭410×411× 0.87m＋?127mmDP×28.85m＋旁通閥410×411× 0.48m＋?127mmDP×229.99m＋變扣411×520× 0.48m＋?139.7mm加重鉆桿×360.94m＋?139.7 mmDP＋下旋塞520×521×0.45m＋頂驅(qū)。

導向渦輪鉆具使用過程中，定向鉆井段參數(shù)為：鉆壓30～120kN，排量26～28L／s，泵壓25～27MPa，密度為1.97g／cm3；復合鉆井段參數(shù)為：鉆壓30～70kN，排量26～28L／s，泵壓25～27MPa，密度為1.98g／cm3。導向渦輪鉆進4503～5795m井段，進尺為1292m，純鉆468h，平均機械鉆速2.76 m／h。其中，定向造斜段為4503～4729.18m，耗時10d，進尺226.18m，純鉆131h，平均機械鉆速1.73m／h；定向水平段為4729.18～5795m，耗時22.29d，進尺為1065.82m，純鉆337h，平均機械鉆速3.16m／h。

1）機械鉆速對比分析。通過對比分析H-1井不同井段機械鉆速（表2）可以看出，在硬度較高的含砂礫巖地層中，常規(guī)牙輪鉆頭在常規(guī)井段平均機械鉆速為0.71～0.82m／h，在定向井段僅為0.49m／h，旋轉(zhuǎn)導向鉆井在定向井段平均機械鉆速為0.52m／h，而在定向井段使用導向渦輪鉆井平均機械鉆速達到了2.76m／h，相比旋轉(zhuǎn)導向鉆井方式機械鉆速提高了4.3倍?？梢钥闯?，采取導向渦輪＋孕鑲金剛石先進技術(shù)可以在類似地層中大幅提高機械鉆速。

2）周期對比分析。根據(jù)鄰井實鉆資料，215.9mm井眼須家河組直井段平均機械鉆速為0.81m／h，單只鉆頭平均進尺為53m，純鉆時效為45%，以此估算，元陸H-1井4503～5795m段使用常規(guī)鉆具鉆井周期為147.69d。使用導向渦輪鉆井后，機械鉆速為2.76m／h，純鉆時效達到了60.40%，周期為32.29d（表3）?？梢钥闯觯褂脤驕u輪＋孕鑲金剛石鉆頭快鉆技術(shù)后，平均機械鉆速增加了1.95m／h，純鉆時效提高了15.4%，周期節(jié)約了115.40d，提速提效效果顯著。

3）在H-1井應用中所創(chuàng)記錄情況。元陸H-1井水平段為4729.18～5795m，段長達1066m，創(chuàng)該地區(qū)陸相水平井?215.9mm井眼水平段最長記錄。在導向渦輪鉆井4503～5795m井段，耗時32.29d，進尺1292m，純鉆468h，平均機械鉆速2.76m／h，純鉆時效60.4%，創(chuàng)元壩區(qū)塊渦輪鉆井機械鉆速和純鉆時效最高記錄。同時，所用的孕鑲金剛石鉆頭進尺高達1292m，創(chuàng)須家河陸相地層單只?215.9mm鉆頭最高進尺記錄。

表2 元陸H-1井不同井段機械鉆速對比表

表3 常規(guī)鉆井與導向渦輪鉆具鉆井第四次開鉆定向段的周期對比表

3 高速導向渦輪鉆井技術(shù)在水平井鉆井中的注意事項

與常規(guī)鉆具相比，高速導向渦輪在鉆井過程中，工作壓力比常規(guī)鉆具要高很多，且產(chǎn)生的巖屑顆粒更細，所以在鉆井液循環(huán)和固控系統(tǒng)方面對設備要求更高。在水平井鉆井中，需要注意以下問題：①強化設備配套。在設備配套中，循環(huán)管線、水龍帶、沖管等要求具備更高的耐壓性能，固控設備也需要提高性能，以保證鉆井液性能符合鉆井要求。②高速導向渦輪鉆具鉆進過程中，受泵壓影響極大，在操作中需要穩(wěn)定的泵壓，忌諱頻繁開停泵。③在鉆井過程中，注意控制鉆壓。鉆壓過大，高速導向渦輪切削阻力矩增大，導致鉆速降低，有可能導致渦輪制動；鉆壓過小會降低渦輪鉆井效果。

4 結(jié)論與認識

高速導向渦輪配合孕鑲金剛石鉆頭鉆井技術(shù)在元壩地區(qū)的應用日漸成熟，在H-1水平探井的應用中，機械鉆速達2.76m／h，創(chuàng)造該地區(qū)高速渦輪鉆井機械鉆速最高紀錄。高速導向渦輪鉆具技術(shù)在H-1井須家河組地層中的應用取得良好效果，可以在元壩地區(qū)須家河組地層鉆井中推廣應用。目前，租用貝克休斯公司高速導向渦輪鉆具費用較高，國內(nèi)高速渦輪技術(shù)試用效果還不甚理想，建議加大高速渦輪鉆具和孕鑲金剛石鉆頭的研究力度，盡快趕上國外技術(shù)水平。

［1］董明鍵，肖新磊，邊培明.復合鉆井技術(shù)在元壩地區(qū)陸相地層中的應用［J］.石油鉆探技術(shù)，2010，38（4）：38-40.

［2］全家正，李霜，趙明敏，等.渦輪鉆井技術(shù)在川西地區(qū)的應用［J］.天然氣勘探與開發(fā)，2011，34（4）：78-80.

［3］解蘭宏，張金成，張東，等.渦輪鉆井技術(shù)在元壩等重點區(qū)塊的應用［J］.石油鉆探技術(shù)，2011，39（6）：15-18.

［4］張金川，劉麗芳，唐玄，等.川西坳陷根緣氣藏異常地層壓力［J］.地學前緣，2008，15（2）：147-155.

［5］蒲軍，張金川，王志欣，等.川西坳陷深盆氣研究進展與問題討論［J］.地球科學與環(huán)境學報，2004，26（2）：34-37.

［6］董明鍵.元壩124井超深井鉆井提速配套技術(shù)［J］.石油鉆探技術(shù)，2011，39（6）：23-26.

（編輯：李臻）

B

2095-1132（2014）05-0031-03

10.3969／j.issn.2095-1132.2014.05.009

修訂回稿日期：2014－08－26

國家自然科學基金項目（41102088）資助。

董成林（1991－），工程師，從事鉆井工程管理工作。E-mail：zj03dcl@126.com。