特殊的鉆井技術環境

　　川西新場須二氣藏是全國第一個致密碎屑巖超深、超高壓、超致密復雜氣藏，探明儲量達1211億方，主要目的層須家河組二段埋深超過4500m，由于高溫、高壓、巖性致密，勘探開發難度較大。目前深層須二段主要采用常規鉆井技術，平均機械鉆速僅0.9m/h左右。通過在須二段試驗渦輪鉆井技術，使機械鉆速得到顯著提高，成為提高深層鉆速的有效途徑。

　　川西新場地區須二段主要巖性是泥巖和砂巖層，地層抗壓強度波動范圍大，地層巖性變化大(砂泥巖互層)且變化頻率快;內摩擦角在46°左右，最高可達 57°，非限制加壓強度在5000～26000psi之間，平均值大約20000psi。可鉆性級值達6~7.5級，屬高硬度、高研磨性地層。

　　根據對新場地區2007~2009年完鉆的10口深井的統計結果，在須二段地層總計使用112只鉆頭，平均機械鉆速0.93m/h。其中牙輪鉆頭109 個，占97.32%，PDC鉆頭和孕鑲金剛石3只，占2.68%，牙輪鉆頭使用占絕對多數，進口牙輪鉆頭在進尺和機械鉆速方面都優于國產鉆頭，詳見表1。由于地層的高研磨性，PDC鉆頭無法得到有效的應用，無法應用在上部地層取得良好提速效果的“高效PDC鉆頭+螺桿”的復合鉆井方式，僅靠常規鉆井難以有效提高機械鉆速，探索新的鉆井方式就顯得尤為必要。

　　渦輪鉆井技術在川西提速

　　自前蘇聯在1924年成功將渦輪鉆具應用到鉆井中開始，渦輪鉆具得到了不斷發展，目前可用于直井及定向井鉆井作業。在歐美各油田，多采用PDC鉆頭配合渦輪鉆具鉆進，機械鉆速大大提高。

　　渦輪鉆井技術優點 可以提高機械鉆速，大幅度縮短鉆井周期;提高鉆具穩定性能，保護鉆具及井下工具;配合孕鑲金剛石鉆頭，提高單只鉆頭壽命及進尺，減少起下鉆時間。與牙輪鉆進相比較，渦輪鉆井單趟鉆進平均可節約5～8 次起下鉆;減少鉆井液對儲層的浸泡時間，有利于保護和發現油氣層;可提供良好的井眼條件，有利于提高固井和完井質量。

　　實施渦輪鉆井的條件 渦輪鉆具需要一定的壓力損耗以提供足夠的能量輸出，要求鉆井泵具有足夠的功率，以保障渦輪鉆具需要的水力能量;渦輪鉆具特性需要足夠的穩定性，長保徑鉆頭及扶正器的使用要求具備良好的井眼條件，鉆井液具有良好的攜巖能力及護壁性能，提高井壁穩定性，減少井下掉塊，以避免蹩跳等現象的發生。

　　渦輪鉆具選擇 根據地層巖性及井眼尺寸，選擇使用Smith Neyrfor 4 3/4″T1MK2直渦輪，總長11.22m，渦輪輪級為99級，轉速700~1400rpm，適合鉆頭尺寸5 5/8~6 3/4

　　鉆頭選型 針對于須家河組地層石英含量高、研磨性強、可鉆性差，且存在泥頁巖夾層的情況，選擇K507/K503孕鑲金剛石鉆頭，均為12刀翼，適合鉆壓 2~9t。該型鉆頭針對較硬的研磨性地層，采用GHI孕鑲方式和長保徑結構，增強了鉆頭的抗磨能力。目的是以渦輪鉆具的高轉速結合孕鑲金剛石鉆頭的抗研磨及自銳性能，實現機械鉆速的提高。

　　鉆井參數設計 渦輪鉆具參數設計。

　　自2009年以來，累計在XC8井和X501井進行了渦輪鉆井試驗，渦輪鉆井鉆具組合：Φ165.1mm

　　K507/K503鉆頭+Φ120.6mmT1XLMK2渦輪鉆具+Φ158.8mm球形扶正器+浮閥+Φ120.6mm鉆鋌9根+Φ120.6mm隨鉆震擊器+旁通閥+Φ88.9mm加重鉆桿15根+Φ101.6mm鉆桿。

　　鉆井指標分析 XC8井渦輪鉆進井段4828.00~4966.43m，純鉆時間96.75h，進尺138.43m，平均機械鉆速1.43m/h，此次渦輪鉆井在川西地區為首次成功應用。

　　X501井第一趟渦輪鉆進井段為4815.55~5040.21m，進尺224.66m，純鉆時間110.75h，平均機械鉆速2.03m/h。第二趟鉆進井段為5040.21~5245.49m，進尺205.28m，純鉆時間102.25h，平均機械鉆速2.01m/h。該井用兩趟鉆實現須二段總進尺 429.94m，純鉆時間213.00h，平均機械鉆速達到2.02m/h，創川西地區須二段鉆井新紀錄。

　　由圖3和圖4可以看出，兩口井采用渦輪鉆井分別提高機械鉆速55.43%和119.56%，進尺增加3~5倍。且渦輪鉆井純鉆率高達50.92%，在保證相對較高的機械鉆速前提下，可以有效地節約鉆井時間，提高鉆井效率，通過與鄰井對比發現，可節約鉆井時間20d以上，有效縮短了鉆井周期。

　　鉆頭應用效果 通過對兩只鉆頭分析，K507 及K503 型孕鑲金剛石鉆頭與須二段高石英含量砂巖地層配合性均較好，鉆頭磨損均勻，在正常的范圍內。孕鑲金剛石鉆頭的自銳能力在使用中得到了良好的驗證，其GHI 齒的磨損及胎體表面金剛石的良好暴露，在高速條件下可以通過對地層的磨削獲得較高的機械鉆速。鉆頭在砂巖、碳質頁巖、石英砂巖、砂礫巖地層均能夠獲得良好的機械鉆速，但在高抗壓實強度、高硬度頁巖地層，機械鉆速有所降低。

　　其中，K507鉆頭在XC8井及X501井兩次入井總純鉆時間達到207.5h，總進尺達到383.09m，是川西地區須二段地層進尺和純鉆時間最長的鉆頭。K507鉆頭出井情況。

　　使用要點 渦輪鉆具入井前在井口以小排量(正常鉆進排量的60%，Q=8～10L/s)進行空運轉試驗，檢查渦輪鉆具是否容易啟動和螺紋處有無滲漏，并記錄立管壓力和排量。地面流量測試最大壓力不能超過7MPa。

　　開泵須使用鉆桿濾清器，以防渦輪鉆具和鉆頭水眼堵塞(接單根前應及時取出濾清器)。

　　下鉆遇阻不超過50kN，上下活動鉆具無效時，應開單泵循環，慢慢劃眼通過，不得強下;盡量避免用鉆頭劃眼，如果劃眼，一定要試著用小排量，不超過正常鉆進2/3 的排量。

　　鉆頭距井底5.0～9.0m 時先開單泵循環，井口有鉆井液返出時緩慢下放鉆具，清洗井底，以小鉆壓(10～20kN)進行井底造型0.3～0.5m，逐漸將排量開到設計值，將鉆壓增加至設計值，司鉆可根據鉆時及扭矩變化在一定范圍內調整鉆壓，使機械鉆速達到最高。

　　正常鉆進時鉆壓控制在30～70kN 左右，送鉆要均勻，嚴防溜鉆，及時變換參數，注意鉆壓、泵壓、鉆時及扭矩的變化情況，準確判斷鉆頭工作情況。因渦輪鉆進所需要鉆壓較小，司鉆應結合鉆進速度，及時校正司鉆控制臺相關儀表。鉆進中需停泵時，應先上提鉆具不少于6m，以防巖屑下沉而卡住鉆頭或渦輪鉆具。

　　如發生井漏，應認真分析漏層特性，并立即組織人員和材料及向甲方有關部門申報，決定下步施工方案。如果堵漏，須要參照Smith 堵漏材料表進行堵漏材料選擇。否則起出渦輪鉆具，再進行堵漏。

　　當需換鉆頭、鉆達設計井深或者其他原因的起鉆，如果在裸眼段起鉆遇阻，應該馬上下放，然后再慢慢上提。如果遇阻上提拉力仍增加，應再次慢慢下放鉆具，并接上方鉆桿或者頂驅開泵慢慢倒劃眼。

　　川西深層須二段地層應用渦輪鉆井技術，可以提高機械鉆速1倍以上，進尺增加3~5倍，且井下工作時間長，有效縮短了鉆井時間。

　　高速渦輪鉆具配合孕鑲金剛石鉆頭在川西深層的成功應用，驗證了渦輪鉆具在高研磨性砂巖井段的適應能力，是提高深層鉆速的有效途徑，建議在該地區廣泛推廣應用。