BZ701空氣鉆井方案設計優化與現場應用

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研究院，四川德陽618300）

隨著勘探開發的縱深發展，塔里木油田BZ-DB區塊萬億方大氣區正在逐步形成，預計到2025 年將實現BZ-DB 區塊 100×108m3產能建設目標。BZ 區塊特別是BZ1井區地層發育著平均厚度達5000m的巨厚礫石層，采用常規泥漿鉆井方式，其機械鉆速低，鉆井周期長[1]，單只鉆頭進尺少，嚴重制約著該井區鉆井工程提速提效。前期在該井區試驗空氣鉆井技術，試驗效果較好，但在實施井段選擇、井斜控制以及井壁穩定性、地層出水等方面還存在制約因素，需要從方案設計進行優化，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，井壁穩定性與水層分布，一旦井壁失穩，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現象，特別是深井中這種現場更為明顯。

1.1 井壁穩定性

按照地層壓實程度，地質上將BZ1 井區巨厚礫石層劃分為未成巖段、準成巖段和成巖段，未成巖段，地層松散，膠結程度低，可鉆性好；準成巖段處于未壓實—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。地質預測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，在常規泥漿鉆井過程中易發生井漏、遇阻、掛卡、憋跳鉆、斷鉆具、垮塌等復雜情況；若采用空氣鉆井工藝，無液柱壓力支撐井壁，井壁將更容易發生失穩現象，BZ8 井200～256m 采用空氣/霧化鉆井方式，因井壁出現失穩現象而結束空氣鉆井，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，常規泥漿鉆井方式更適合。

準成巖段—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定性越好，可鉆性變差，統計分析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，三口鄰井在準成巖段—成巖段地層實施空氣鉆井未出現井壁失穩現象，井壁穩定性較好，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，水化作用明顯，容易出現井下垮塌，出水后地層坍塌現象和井眼擴大率也會明顯增大。收集分析BZ1 井區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 空氣鉆井方案設計優化

根據可行性與周邊鄰井分析，在BZ701 井準成巖段2800m 以下，不含水層分布，井壁穩定性相對較好，適合實施空氣鉆井工藝，方案設計中考慮在BZ701 井3000～5000m 井段實施空氣鉆井，在準成巖地層，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 井段存在礫石層準成巖與成巖地層，準成巖地層膠結較為疏松，經過大排量空氣沖刷會形成不規則井眼，會造成沉砂不能完全帶出井筒現象，這種情況在成巖段同樣存在，預測BZ701井在空氣鉆井過程中，沉砂厚度最高可達30m 左右，因此，設計采用閥式連續循環鉆井工藝技術。

閥式連續循環鉆井工藝預先將連續循環閥配在立柱（單根）頂端，鉆完上一個帶有連續循環閥的立柱（單根），連接側循環管線至連續循環閥側閥，進行側向循環通道切換，待立柱（單根）接卸完畢后再進行正向倒換，實現了在起下鉆、接立柱（單根）過程中循環介質不中斷的鉆井工藝[2-5]，實現了沉砂的持續懸浮，為沉砂超過30m實現接立柱、鉆進創造了條件。

從理論分析角度出發，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，形成不規則井眼，因此，深井空氣鉆井都存在沉砂現象，井壁穩定性越好，沉砂會越少；同時，在清理井底沉砂時，通過適當調整參數，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區塊防斜打直主要依靠鉆具組合的鐘擺力與控制鉆時相結合方式，其原理是延長鉆時，有效增加井眼低邊的重復切削次數，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。統計分析BZ區塊深井空氣鉆井鉆具組合使用效果發現相似規律，使用11寸鉆鋌非標鉆具組合在17寸以下井眼，具有更強的鐘擺力、更大的剛性，相同參數條件下穩斜降斜效果更好，如表3所示，BZ701井空氣鉆井方案設計鉆具組合為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，無法實時監測到井斜、方位等參數，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據，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區塊17寸以下井眼深井空氣鉆井鉆具組合使用效果表

BZ區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，為井斜測量創造條件，其工藝流程為：鉆進至測斜井深—循環—連續循環起鉆—停氣—下鉆探沉砂面—甩單根—測斜。

3 現場應用

BZ701井空氣鉆井現場實施井段為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，較鄰井常規泥漿鉆井提高了3～4倍，節省了鉆井周期30d以上，節約了鉆頭費用超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。

通過使用非標鉆具組合，適時調整參數、延長循環時間等方式，沉砂厚度控制在20m以內，如表4所示。

表4 BZ701井測斜沉砂厚度統計表

井斜控制如圖2 所示，對比BZ2 井使用預彎+9 寸雙扶，BZ701 井在庫車組下部4200～4720m 井段使用11 寸非標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寸非標鉆具組合降斜效果更加明顯。

通過對比分析，也可以發現，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 結論與建議

（1）通過BZ區塊礫石層井壁穩定性與水層分布統計分析，優選出BZ701 井適合空氣鉆井3000～5000m井段，并針對沉砂情況設計了連續循環鉆井工藝，現場應用效果較為理想；

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

（3）通過現場應用對比，發現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，做好預案與準備工作；同時加快隨鉆測量與井下動力工具的研制。