塔里木盆地大北1401井目的層定向鉆完井關鍵技術

王九龍，李翔，董宇，楊斌號

（中國石油集團渤海鉆探工程有限公司庫爾勒分公司，新疆庫爾勒841000）

大北1401井位于新疆阿克蘇地區拜城縣境內，是克拉蘇構造帶克深斷裂帶大北14號構造西翼的一口評價井，原設計為直井，鉆進至井深6720m完鉆(鉆穿巴西改組進入舒善河組17m)，目的層無良好油氣顯示。庫車山前首次目的層回填側鉆。側鉆期間面臨地層研磨性強，地層高抗壓實，小井眼（168.3mm）定向困難，機速低。井眼規則擴大率小、套管間隙小、相容性低、套管順利下入難度大等難題，目前尚無該類型井施工先例可參考。開展致密砂巖目的層定向鉆完井技術研究，有效解決該井面臨的技術難題，從6305m開始定向增斜，增至6507m，井斜達到87°，后水平鉆進至井深6608m完鉆，水平段長101m，后下入4-1/2″+5-1/2″復合尾管成功完井，首創塔里木盆地庫車山前鹽下水平井，填補了該項技術空白，完井使用8mm油嘴求產，日產原油38.8m3,天然氣121284m3,為區塊產量最高井。通過該井的鉆井完井作業，初步形成了庫車山前鹽下水平井鉆完井技術，為塔里木油田該類型井的施工提供技術支撐，有一定的借鑒意義[2]。

1 概況及技術難點

1.1 井身結構設計

大北1401井是位于庫車坳陷克拉蘇構造帶大北14號構造高點西翼上的一口評價井，目的層為白堊系巴西改組，原設計井深6590m，設計采用五開井身結構。目的層巴什基奇克組，埋深6377~6540m，鉆厚163m。該井原設計五開井身結構（見圖1）：一開，采用?660.4mm鉆頭鉆至井深202m，?508mm表層套管下至井深202m，封固地表疏松層；二開，采用?444.5mm鉆頭鉆至井深2100m，?365.13mm套管下至井深2100m，封固易漏礫石層準成巖段；三開采用?333.4mm鉆頭鉆至膏鹽段頂部中完，下入?273.05mm+?293.45mm套管封固鹽上低壓層；四開采用?241.3mm鉆頭鉆至下泥巖段頂，下入?196.85mm+?206.38mm套管封固全部含鹽地層；五開采用?168.3mm鉆頭鉆至鉆揭巴西改組30m或見明顯水層完鉆，下入?145.6mm尾管封固目的層，裸眼完井，?196.85mm套管回接至井口。2個主要必封點分別是鹽頂和鹽底。后原井眼無油氣顯示，調整靶點，同時為鉆揭更多有效儲層段，將本井原井眼向南東向側鉆，側鉆點6305m，側鉆方位189.83°，完鉆斜深6608m/垂深6440m。井身結構變更為水平井，為庫車山前首次嘗試白堊系致密砂巖目的層造斜側鉆。

圖1 大北1401井設計井身結構

1.2 定向段鉆完井難點

大北14區塊白堊系巴什基奇克組地層壓力系數為1.58，屬于高壓系統，但低于上覆鹽層高壓—超高壓系統，易發生井漏、溢流及卡鉆等風險。油基鉆井液固井交界面脆弱，水泥膠結軟，硬度低，側鉆成功率難以保障，側鉆點離套管近有磁干擾易造成工具面不穩，造斜段(6305~6507m)/水平段(6507~6608m)。定向鉆進難度大，井眼軌跡控制困難，高溫高壓，對工具及MWD儀器影響較大，難以掌握地層造斜規律，為造斜工具優選帶來很大困難，從而影響井眼軌跡的控制，巖性致密，井壁擴大率小，狗腿度大，尾管環空間隙小，下尾管難度大，塔里木油田在該地層定向及水平段施工尚屬首次[3]，沒有相關施工經驗可借鑒。

2 鹽下水平井關鍵技術

針對其定向段鉆完井難點，開展了針對性技術攻關，確保了大北1401井順利完鉆。

2.1 鉆具結構優化技術

168.3 mm鉆頭開窗側鉆，所用鉆具均為小尺寸鉆具，受井眼和環空間隙較小的影響，施工中循環壓耗大，泵壓較高。因此，以降低循環壓耗和提高井口鉆具抗拉余量為原則，應用復合鉆具結構。鉆具為5″LDC+變扣接頭+4″WDP+4″DP+變扣接頭+5-7/8″DP組合。泵壓24MPa時，排量可達到18L/s，優化5-7/8″DP長度，井口鉆桿抗拉余量達到117t，大大提高了鉆具安全。完全能夠滿足小井眼側鉆安全施工的要求。

2.2 井眼軌跡控制技術

定向井采用抗高溫高壓抗油螺桿和APS-MWD抗高溫儀器施工，達到了良好的效果。由于井段較長，托壓嚴重，定向困難，施工過程中要時刻控制鉆井參數控制井斜方位。同時由于地層易漏，在特殊地層必須采用常規鉆具鉆進。

大北1401井設計6-5/8″井眼從井深6305m開始造斜，設計完鉆井深6608m，造斜點定在6305m處，造斜至6510m井斜增至87°，進入水平段鉆進，最大狗腿度（造斜率）達到14.45°/30m，屬短半徑水平井，剖面成增—穩—增—穩。

考慮巖性可鉆性差，側鉆困難，第一趟鉆使用牙輪鉆頭+120mm直螺桿+2.5°彎接頭組合，配合APS測斜工具，加密巖屑對比，側鉆井段：6305~6317m，進尺12m，井斜角2.29°↗5.12°，確認進入新地層后，起鉆更換彎螺桿定向鉆進。

增斜段，考慮深井小井眼，井底溫度及井底壓力大，造斜困難，狗腿度大，進口旋轉導向工具難以滿足施工需要，加上工具面難擺等問題，使用牙輪鉆頭/復合鉆頭+彎螺桿進行定向鉆進。其中第四趟鉆大狗腿段定向，狗腿度達到14.45°/30m，為了提高定向效率，并兼顧一定的機械鉆速，選用國產混合鉆頭進行造斜段鉆進使用國產復合鉆頭（型號KPM1342ART）[2，4]+2°彎螺桿7/8″DP，鉆進井段：6396~6476m，進尺80m。井斜角37.06°↗76.14°，成功鉆至靶點A。后使用牙輪鉆頭+1.5°彎螺桿順利完成定向段鉆進，全程井下安全無事故復雜。

復合鉆頭是一種結合PDC和牙輪鉆頭破巖原理的新型鉆頭。集合了PDC鉆頭剪切破巖和牙輪鉆頭沖擊破巖的技術特點，具有對地層適應性強、導向性好等優點，適用于在軟硬交替、含礫夾層等復雜地層和定向井段中高效鉆進。鉆井時，牙輪切削齒對巖石產生預破碎，降低了PDC切削齒的切削載荷，PDC切削齒能對地層形成有效切削，提高了切削效率，降低了PDC切削齒的切向載荷變化幅度，減輕鉆頭產生的振動，PDC切削齒不易破裂。因此，在復合鉆進時，混合鉆頭機械鉆速高、進尺長。同時有效降低鉆進震動和扭矩波動，導向工具面穩定，靶點命中率高，特別適合導向鉆進作業。

KPM1342ART型混合鉆頭主要由4個PDC刀翼和2個牙輪構成（如圖2所示），在鉆進硬地層時，牙輪齒高于PDC切削齒，會對巖石產生沖擊破碎，形成不連續的齒坑；而PDC切削齒則通過剪切破壞將不連續齒坑連通，從而形成完整破巖。其中，PDC刀翼為螺旋刀翼，并鑲嵌?13mm切削齒，可提高鉆頭在中硬地層的吃入能力和耐磨性；牙輪為鑲齒型，鑲嵌楔形齒，具有切削效率高和抗破碎能力強等特點，可提高鉆頭在中硬地層的機械鉆速和延長鉆頭的使用壽命。

圖2 KPM1342ART復合鉆頭

2.3 完井方案優化技術

為了將4-1/2″+5-1/2″有接箍復合套管順利下到位，在完鉆后，加入劃眼扶正器（見圖3）使用不同鉆具組合逐漸增加鉆柱剛性的方式進行通井，斜井段遇阻點反復定向劃眼，消除了井眼較大拐點處的臺階，提高井眼質量，通井鉆具組合分別為：

圖3 劃眼扶正器

6-5/8″鉆頭+變扣接頭+160mm劃眼扶正器+5″LDC×3根+311×HT40母+4″WDP×15根+4″DP+HT40公×520+5-7/8″DP+旋塞+浮閥+方保+5-7/8″DP。

6-5/8″鉆頭+變扣接頭+160mm扶正器+5″LDC×2根+165mm劃眼扶正器+5″LDC×1根+311×HT40母+4″WDP×15根+4″DP+HT40公×520+5-7/8″DP+旋塞+浮閥+方保+5-7/8″DP。

6-5/8″鉆頭+變扣接頭+3-1/2″浮閥+?165mm扶正器+5″LDC×2根+?165mm劃眼扶正器+5″LDC×1根+311×HT40母+4″WDP×15根+4″DP×444根+HT40公×520+5-7/8″DP+旋塞+5-1/2″浮閥+方保+5-7/8″DP。

最終成功下入4-1/2″及5-1/2″復合尾管完井，在施工中克服諸多困難，成功完井，該井是塔里木盆地庫車山前首口鹽下水平井[5]，填補了該項空白。

3 結論與建議

（1）針對大北1401井存在的鉆井技術難點，研究應用了鉆具組合優化技術、井眼軌跡控制技術、完井優化技術，確保了該井順利完鉆，并獲得高產工業油氣流，初步形成了庫車山前鹽下水平井鉆完井技術，為塔里木油田該類型井的施工提供技術支撐，有一定的借鑒意義。

（2）庫車山前鹽層大斜度井通井，使用劃眼齒扶正器大排量高轉速正倒劃眼，合理調整通井扶正器數量和位置，分階段增加通井組合剛性，有效解決了頻繁阻卡問題，提高井眼質量，若純鹽段較長，蠕變速率快，則可以使用液壓擴眼器進行針對性擴眼。

（3）該井定向—水平段的順利實施為區塊增儲上產打開了新的思路，并提供了寶貴的施工經驗，建議持續推行工程—地質一體化相關研究，完善區塊定向井、大位移井的配套的工具、工藝，形成完善的庫車山前鉆井完井技術體系，實現塔里木油田深層油氣的高效勘探開發。