擴眼器+旋轉導向在克深X區塊膏鹽巖造斜段的應用及效果評價

李 杰，劉尊文，馬宗軍，諶佳業，龔珍如，張志強，閆懌良

（西部鉆探定向井技術服務公司，新疆 烏魯木齊 830026）

克深X區塊Y井位于塔里木盆地庫車坳陷克拉蘇構造帶，地理位置處于新疆阿克蘇地區。庫車坳陷位于塔里木盆地的北部，北面與南天山斷裂褶皺帶以逆沖斷層的方式相接，南側為塔北隆起，東起陽霞凹陷，西側至烏什凹陷，是一個以中新生代的沉積為主的疊合型盆地[1-2]。該坳陷的中部自北向南一般劃分為克拉蘇沖斷帶、拜城凹陷、秋里塔格沖斷帶。克拉蘇沖斷帶則是南天山南麓的第一排沖斷構造，該沖斷帶由北部的單斜帶和克拉蘇構造帶兩個次級構造單元組成。

膏鹽巖段在全區廣泛發育，厚度較穩定，克深X區塊Y 井在古近系的庫姆格列木群[3]，將鉆遇較厚膏鹽層、泥巖。膏、泥巖層蠕變縮徑卡鉆，壓力窗口窄是導致井下復雜的主要原因。

1 鉆井設計及造斜段地層特征

克深X 區塊Y 井為典型超深定向井，采用直、增、穩三段式軌道設計，設計造斜點5400m，設計井深6880.28m，垂深6342.34m，最大井斜角60°，具體軌道參數如表1所示。

表1 克深X區塊Y井設計軌跡參數表

由于鉆遇地層復雜，井身結構采用五開制設計[4-7]。四開需從5169m，采用?241.3mm（9-1/2″）鉆頭鉆至6389.42m，完成造斜施工，并準確進入穩斜段，井身結構如圖1所示。為保障固井質量和套管下放到位，需要采用隨鉆擴眼或單獨擴眼作業，將裸眼擴至10-1/2″井眼，最后下入?206.38mm技術套管后固井。

造斜段位于古近系庫姆格列木群，將鉆遇較厚鹽層、泥巖、膏鹽巖，并發育兩套高壓鹽水層。根據鄰井數據，預測深度分別為2950～3300m、4270～4510m。

膏鹽巖段普遍發育膏鹽巖和薄層泥質云巖，預測深度6212～6472m。預測地層孔隙壓力系數在上泥巖段升高為異常高壓，壓力系數1.24左右，至庫姆格列木群膏巖段，升至1.90左右。造斜井段維持井壁穩定的泥漿密度約1.90～1.94g/cm3，膏鹽巖段60°時為1.88g/cm3，下泥巖段60°時為1.85g/cm3。

因此，鉆遇地層復雜，縮徑卡鉆、壓力異常是主要井下風險，尤其斜井段施工，更是加大了施工難度。

2 擴眼及旋轉導向工具

2.1 Rhino XS 9250擴眼器

克深X區塊Y井隨鉆擴眼要求將四開9-1/2″井眼擴至10-1/2″，擴眼段達到1200 多米，經過反復論證，最終選擇了斯倫貝謝Rhino XS犀牛9250擴眼器，并搭配最新一代Predator 刀翼進行擴眼施工，擴眼器如圖2所示。

Rhino XS 9250 擴眼器為全機械式設計，抗拉抗扭能力高，壽命可以滿足常溫井井下循環200h一試，高溫井160h 以上的循環時間，可以適應多情況的復雜井。該工具的工作原理是：在下井之前，擴眼工具的切削塊處于關閉鎖緊的狀態，可以確保在出套管鞋前的開泵循環或出現井下復雜情況的時候，切削塊不張開[8-9]。下鉆到擴眼位置后，先投球作業，再開泵，鉆井液液力沖擊，實現推動鎖緊裝置下行到剪斷銷釘，此后切削塊便處于開啟的狀態。在開啟狀態下，鉆井液流經驅動活塞的時候，會產生一個向上推力，實現推動驅動活塞上行，再推動切削塊沿著驅動舌槽向外擴張，現場可以通過地面壓力表的變化來判斷切削塊是否已經全部張開。同時，鉆井液通過擴眼工具噴嘴后，會分流一部分，用以向上清除擴眼巖屑和冷卻切削塊；另一部分的鉆井液則通過擴眼工具內部水眼向下，經過鉆頭流出。停泵后，驅動活塞受彈簧推力下行，切削塊自動收回。

2.2 PowerDrive X6旋轉導向工具

由于該井施工難度高，常規螺桿鉆具難以實現軌道精確控制和快速鉆進，因此，選用了斯倫貝謝公司生產的PowerDrive X6 旋轉導向鉆井工具。該系統是最新一代的推靠式旋轉導向裝備。工具由控制部分和導向部分組成，控制部分的穩定平臺內部包括測量傳感器、井下CPU和控制電路[10-17]，這些裝置通過上下軸承懸掛于外筒內，依靠控制兩端的渦輪在鉆井液中的轉速，使該部分形成一個可以不隨鉆柱旋轉，且相對穩定的控制平臺。該系統的主要技術優點是：

（1）實現始終以旋轉鉆進的方式打鉆，可以減少摩阻，并有利于清潔井眼，使井眼軌跡平滑。

（2）采用連續鉆井液脈沖發生器，可以同步發送和接收MWD 和LWD 相關數據，一體化的系統，可以使其獲得的數據傳輸速度得到大幅度提高，傳輸質量也得到有效的改善。

（3）近鉆頭電阻率測量儀器，配合LWD，可以較快識別油氣層，以確保井眼軌跡在油氣層的最佳位置。還可以實時獲取地質模型，及時地與鄰井的地質錄井、測井剖面進行精確對比，保證準確命中油氣產層。

3 膏鹽巖造斜段現場應用

3.1 施工技術難點

（1）四開定向作業為9-1/2″井眼，由于地層不均質，含有石膏巖、泥膏巖、泥質鹽巖、泥灰巖、泥云巖，極易縮徑垮塌，鉆進過程中，井下摩阻高，鉆進效率低。

（2）擴眼地層是古近系的庫姆格列木群，井漏風險高，地層安全密度窗口窄，實際排量如果達不到工具理論設計的工作排量，擴眼效果很可能達不到理想效果，同時擴眼過程中容易出現井漏、井涌等復雜井下情況，存在一等程度的作業風險。

（3）定向及擴眼井段含有較多的泥巖夾層，地層可鉆性較差，擴眼速度受到限制。

3.2 采取的主要技術措施及效果

（1）造斜作業技術措施。5205～6082m 增斜段，鉆具組合采用：9-1/2″PDC鉆頭+PowerDrive X6（帶9-3/8″扶正器）+通訊短節+MWD 隨鉆測量工具+無磁加重鉆桿+浮閥+9.375″鉆具扶正器+短鉆鋌+擴眼器+7″鉆鋌3 根+5-7/8″加重鉆桿3 根+液壓式隨鉆震擊器+5-7/8″加重鉆桿12根+5-7/8″鉆桿。鉆壓8～12t，排量24～26 L/s，泵壓26～28MPa，平均機速6.96m/h。

6082～6389.42m 穩斜段，鉆具組合采用：9-1/2″PDC鉆頭+PowerDrive X6（帶9-3/8″扶正器）+UBHO坐鍵接頭+MWD 隨鉆測量工具+FSS 接頭+無磁加重鉆桿+浮閥+9.375″鉆具扶正器+短鉆鋌+擴眼器+7″鉆鋌3 根+5-7/8″加重鉆桿3 根+液壓式隨鉆震擊器+5-7/8″加重鉆桿12 根+5-7/8″鉆桿。鉆壓8～10t，排量22～25L/s，泵壓20～24 MPa，平均機速：6.96m/h。循環時間236.92h，純鉆時間127.5h，平均機械鉆速2.41m/h。

（2）擴眼作業技術措施。結合鄰井存在的施工難點，在確保工具工作穩定性、鉆柱安全、巖屑的懸浮與有效攜帶的前提下，適當提高鉆井液的初、終切力。采用低鉆壓、低轉速，擴眼作業扭矩要小于鉆具空轉扭矩的200%為宜，避免井漏、井涌等復雜情況的發生。隨鉆擴眼作業配合旋轉導向和MWD 儀器，擴眼器分流后的排量應滿足旋轉導向及MWD 工作要求，為保證擴眼器刀翼張開完全并且張力足夠大，擴眼器以下鉆具總壓降需大于800psi，擴眼器水眼和鉆頭水眼搭配后，將使用地面1600L/min 的排量進行隨鉆擴眼。擴眼器下部放置扶正器，以減少鉆具震動，增加鉆具穩定性；擴眼器與扶正器之間放置一根鉆鋌，避免應力集中在兩者接扣處，盡可能減少鉆具疲勞，同時降低鉆具組合的剛性。

（3）現場應用效果及認識。定向作業，實現從5205～6389.42m，總計1184.42m 進尺，井斜從0°增至60°，純鉆時間299.29h，平均機械鉆速3.96m/h。造斜段平均狗腿度3.02°/30m，最大狗腿度僅4.04°/30m，軌跡圓滑，與設計符合率達到95%以上。

擴眼作業，從3月14日開始，到5月19日總共入井7趟，其中3趟隨鉆擴眼作業，1趟單擴作業，3趟復擴劃眼作業。累計施工進尺1324m，擴眼器工作無異常，無井下事故。其中單條工具最大井下使用時間16d，進尺865m。成功將9-1/2″的井眼擴大至10-1/2″。純鉆時間332h，平均機械鉆速3.98m/h，在泥巖及膏巖井段，擴眼器配合旋轉導向使用效果良好，達到了預期效果。

鄰井Ks-10井、Ks1002、Ks1003井四開鉆進時，地層層位和巖性與本井基本一致，3口鄰井在多次起下鉆期間不順暢，發生阻卡，最終劃眼通過阻卡井段。而本井采用隨鉆擴眼器配合旋轉導向鉆進，擴眼器擴過的井段起下鉆順利，無明顯阻卡現象，保證了套管的順利到位。

含膏泥巖或灰質泥巖，鉆速稍慢，大概2～3m/h，扭矩波動大，鉆進期間注意隔段時間上提鉆具釋放扭矩和應力；鹽巖段鉆速較快，扭矩波動較小，鉆進期間應注意及時上提鉆具劃眼，保證井眼質量，有利于后續順利起下鉆。

4 結論

（1）克深區域鉆遇古近系庫姆格列木群時，膏泥巖、膏鹽、泥巖層蠕變縮徑卡鉆風險高，由于地層不均質，常規鉆井工具造斜能力不足，鉆井效率低，軌跡控制難度大。

（2）旋轉導向鉆井工具可以實現始終以旋轉鉆進方式鉆進，相比常規單彎鉆具，可以大幅減少摩阻，降低鉆具粘卡風險，使井眼軌跡更加平滑，符合率高。配合采用連續鉆井液脈沖發生器可同步發送和接收MWD、LWD 數據，可以實現軌跡實時優化調整，大幅提高鉆井效率，降低事故風險。

（3）Rhino XS 9250 擴眼器現場使用簡單可靠、性能穩定，完全能夠滿足超深井作業要求。采用隨鉆擴眼器配合旋轉導向鉆進，擴眼器擴過的井段起下鉆順利，無明顯阻卡現象，保證了后續作業安全，實現技術套管順利下放到位。

（4）在超深井擴眼作業中，現場施工必須充分考慮工具、鉆柱、地層極限許可使用條件，鉆進期間應注意及時上提鉆具劃眼，保證井眼質量，有利于后續順利起下鉆。