连续循环空气钻井技术在BZ18井的应用

2020-08-27王春生刘殿琛卢俊安王延民刘厚彬

钻采工艺 2020年3期

王春生，邓柯, 刘殿琛, 卢俊安，王延民，刘厚彬, 迟军

(1中石油塔里木油田公司勘探事业部 2中石油川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院 3西南石油大学石油工程学院)

塔里木库车山前BZ构造油气资源丰富，开发潜力巨大，成为塔里木油田3 000×104t产能建设重点区块。但该构造上沉积的巨厚砾石层5 500～6 000 m[1]，采用常规钻井机械钻速低(<1.4m/h)、钻井周期长、钻头消耗严重、提速工具优势无法发挥等难题一直困扰该构造的高效勘探与开发，而空气钻井面临沉砂量大及井壁失稳和井斜的难题[2]，都制约BZ区块勘探开发进程，为突破上部砾石层提速瓶颈，笔者利用专业软件对BHA进行模拟，提出了预弯+双摆最佳钻具组合[3-5]，依据最小携岩动能原理，优化注气量，充分发挥连续循环优势，采用控时钻进技术，避免了大量沉砂和井斜超标等难题；通过在BZ18井三开Ø311.2 mm井眼库车组层段进行了空气连续循环钻井提速应用，取得了较好的应用效果。

一、工艺参数确定与优化

BZ18井位于新疆克拉苏构造带克深区带BZ段北部BZ18号构造高点的一口预探井，井型直井，设计井深7 135 m，完钻层位白垩系巴西改组。第四系～吉迪克组层段发育约5 750 m巨厚砾石层，其中未成岩段砾石厚2 100 m(0～2 100 m)，准成岩段砾石厚650 m(井段2 100～2 750 m)，成岩段砾岩厚3 000 m(井段 2 750～5 750 m)。

设计在三开Ø311.2 mm井眼井段2 836～4 500 m库车组～康村组开展空气连续循环钻井，以提高深部砾石层段机械钻速，缩短钻井周期。若出现井壁失稳、井斜超标且纠斜无效等情况，终止空气钻井作业，转换成钻井液钻井。

1.预弯钟摆钻具防斜组合设计

利用专用软件对三开Ø311.2mm井眼空气钻井预弯钟摆钻具组合进行仿真模拟[4]，钻具组合：Ø311.2 mm牙轮钻头+α°预弯短节+止回阀+Ø228.6 mm无磁钻铤1根+Ø228.6 mm钻铤1根+Ø309.2 mm扶正器+Ø228.6 mm钻铤1根+Ø309.2 mm扶正器+Ø228.6 mm钻铤3根+Ø203.2 mm钻铤18根+Ø139.7 mm加重钻杆15根+Ø139.7 mm斜坡钻杆+顶驱。模拟条件：钻压60 kN，转速60 r/min，井斜角2°，图1表明动态降斜力最大(1.39 kN)，运动较稳定。

图1 侧向力相图

2.钻井参数设计

三开Ø311.2 mm井眼空气钻井采用牙轮钻头，优选强保径、高抗冲击、金属密封优质牙轮钻头；钻压10～60 kN，注气量300～400 m3/min，见表1，实际钻进期间根据井斜、井下沉砂情况调整钻井参数。

表1 空气钻井参数设计

3.连续循环钻井设计

BZ18井三开Ø311.2 mm井眼实施空气连续循环钻井工艺[5-6]，实现在接立柱、起下钻作业期间的空气介质连续循环，持续清洁井底，防止沉砂卡钻，延长空气钻井进尺，提高空气钻井作业安全性。

空气连续循环接立柱/下钻流程见图2。

图2 空气连续循环接立柱流程图

空气连续循环起钻流程见图3。

图3 空气连续循环起钻流程图

二、现场应用

BZ18井三开Ø311.2 mm井眼空气连续循环钻井井段2 836.50～4 111.50 m，进尺1 275.00 m，平均机械钻速6.40 m/h，用时15.5 d，平均行程钻速82.26 m/d。通过“预弯钟摆钻具组合+控时钻进”防斜，空气钻井井段井斜范围1.10°～3.94°，最大井斜仅3.94°/3 537.50 m，确保较好井身质量，满足工程要求。

1.钻进

BZ18井三开Ø311.2 mm井眼空气连续循环钻井共进行三趟钻作业，第一趟钻气举、空气钻进领眼，作业井段2 836.50～2 874.00 m，进尺37.5 m，钻具组合：Ø 311.2 mm HJT517GK+接头(630×NC610)+Ø228.6 mm钻铤×6根+接头(NC611×NC560)+Ø203.2 mm钻铤×15根+接头(NC561×520)+Ø139.7 mm加重钻杆×15根+Ø139.7 mm钻杆，施工参数：钻压0～10 kN，转速60～70 r/min，注气量180～210 m3/min，泵压1.0～2.0 MPa。

第二趟钻作业井段2 874.00～3 528.67 m，进尺654.67 m，平均钻速7.23 m/h。钻具组合：Ø311.2 mm JT537GK+接头(630×NC610)+α°预弯短节+Ø228.6 mm 浮阀+Ø228.6 mm钻铤×2根+Ø303 mm扶正器+Ø228.6 mm钻铤×1根+Ø304 mm扶正器+Ø228.6 mm钻铤×3根+接头(NC611×NC560)+Ø203.2 mm钻铤×9根+接头(NC561×520)+Ø139.7 mm加重钻杆×15根+Ø139.7 mm钻杆。施工参数：钻压0～20 kN，转速60～70 r/min，注气量210～300 m3/min，泵压1.4～2.9 MPa。

第三趟钻作业井段3 528.67～4 111.50 m，进尺582.83 m，平均钻速5.80 m/h。钻具组合：Ø311.2 mm JT537GK+接头(630×NC610)+α°预弯短节+Ø228.6 mm浮阀+Ø228.6 mm钻铤×2根+Ø303 mm扶正器+Ø228.6 mm钻铤×1根+Ø308 mm扶正器+Ø228.6 mm钻铤×3根+接头(NC611×NC560)+Ø203.2 mm钻铤×9根+接头(NC561×520)+Ø139.7 mm加重钻杆×15根+Ø139.7 mm钻杆。施工参数：钻压0～20 kN，转速60～70 r/min，注气量300～360 m3/min，泵压2.0～3.2 MPa。

本开空气钻井期间接立柱、起下钻作业全过程应用连续循环钻井技术，表2为BZ18井连续循环系统运转数据，累计入井连续循环阀30只，地面控制装置运行时间312 h，作业期间连续循环系统运转正常；三开空气钻井井底沉砂3～84 m，尤其钻进至井深3 058.82 m沉砂已达26 m，连续循环钻井技术的应用不仅延长了空气钻井进尺1 052.68 m，同时避免了沉砂卡钻，提升气体钻井安全性。

表2 BZ18井三开空气连续循环钻井数据统计

2.钻井液转换

三开空气钻井作业完后，钻井液转换的关键技术是预防井壁失稳、井漏等井下复杂[7]，施工期间，采用光钻具组合下钻至井深4 081 m(距离井底30.50 m)进行替浆作业，依次替入48 m3润湿反转剂、60 m3随钻堵漏钻井液及密度1.53 g/cm3KCl-聚磺钻井液267 m3,出口见返，其性能见表3。下钻到底循环，起钻更换钻井液钻进钻具组合恢复钻进，从空气钻井作业结束至恢复钻井液钻进用时仅3 d，气液介质转换作业得以安全顺利完成。