Power-V在克深102井膏盐岩层中的应用

张锦虹宋 玥刘书勤丁 健唐世龙李站新

（1.中国石油西部钻探工程有限公司准东钻井公司，新疆库尔勒 841000；2.中国石化华东石油局，江苏南京 210019；3.中国石油塔里木石油勘探开发指挥部第一勘探公司，新疆库尔勒 841000）

Power-V在克深102井膏盐岩层中的应用

张锦虹1宋 玥2刘书勤2丁 健1唐世龙3李站新1

（1.中国石油西部钻探工程有限公司准东钻井公司，新疆库尔勒 841000；2.中国石化华东石油局，江苏南京 210019；3.中国石油塔里木石油勘探开发指挥部第一勘探公司，新疆库尔勒 841000）

引用格式：张锦虹，宋玥，刘书勤，等. Power-V在克深102井膏盐岩层中的应用［J］.石油钻采工艺，2015，37（6）：13-17.

库车坳陷克拉苏构造带富含古近系膏盐岩层，该岩层发育复杂，含有夹层，地层倾角大，易发生井斜、卡钻、井漏等事故，是中国陆上钻井难度最大、难题最集中的地层之一。因此，安全快速钻穿膏盐岩地层，揭示膏盐岩地层以下的储集层含油气情况，避免钻井周期延误、井眼报废的严重后果已成为亟需解决的问题。在克深102井钻进过程中，尝试在膏盐岩层中使用Power-V钻进方式，既有效地控制了井斜以保证井身质量，又大幅度提高了机械钻速。论述了Power-V在钻遇膏岩层时应使用的工程手段，以避免蠕变效应引起卡钻事故。

钻井；膏盐岩；库车克拉区块；Power-V；防斜

库车坳陷位于南天山山前，南接塔北隆起，面积约为3×104km2，是塔里木盆地油气资源最丰富，盐构造最发育的构造单元之一。库车坳陷主要分布古近-新近系膏盐层，该膏盐层属于盐层、膏岩和软泥岩等组成的复合岩层，埋深一般为1 230～7 948 m，厚度一般为1 200 m，最厚处可达4 137 m。

古近-新近系复合盐层是塔里木膏盐层中最复杂的盐层，主要特征为分布广泛、发育复杂；深度、厚度在纵向和横向上差异大；具有横向流动、异常加厚、盐刺穿等现象。

1　膏盐层钻井技术难点

（1）膏盐层盐底卡层难度大，膏盐层与下部白云岩层压力系数相差较大。如果目的层钻井液密度降不下去，可能造成阻卡和卡钻；打开盐底砂岩，可能出现井漏、卡钻等事故和复杂情况。

（2）膏盐层段长，盐间发育砂岩、白云岩，承压能力低，再加上盐间裂缝发育，容易发生井漏。

（3）盐间一般伴有膏盐盐水层，一旦发生井侵或溢流，对超高密度钻井液产生严重的污染。

（4）套管抗挤强度低于盐层外挤压力，套管挤毁风险大。

以上钻井技术难点是导致膏盐层钻井复杂事故频出、钻井周期长的主要因素之一。通过上述分析可知，钻遇膏盐层时需要进行防卡、防漏措施。

2　Power-V简介

斯伦贝谢公司研发的Power-V垂直钻井工具是由一套全自动化旋转导向垂直钻井工具，主要由电子控制部分和机械导向部分组成。在井下工作时，电子控制部分测量出井底的井斜和方位，当与设定的工具面（低边）不同时，机械导向部分自动调整偏置系统上的推力块（Pad）产生主动的侧向力，作用于上井壁（高边），改变钻头作用方向，切削下井壁（低边），使井眼轨迹快速返回铅垂方向，实现降斜的目的。此工具特别适合于自然造斜力强，针对地层倾角大于40°的地层，其优点主要有：自动化的主动防斜和纠斜，简单高效；彻底解放钻压和转速，在防斜同时有效提高钻速；钻出的井眼平滑，显著提高井身质量；所有部件都能随着钻具一起旋转，有效降低卡钻风险。

3　Power-V在克深102井的应用

克深102井是1口位于库车坳陷克深区带克深1-克深2号构造的评价井，海拔为1 709.98 m，设计井深为7 550 m，完钻层位为白垩系巴什基奇克组，该井的钻探目的是为了确定克深1-克深2气藏的含气规模；获取钻井地质资料，为该区地震速度场研究、圈闭精细描述提供参数和依据；搞清白垩系巴什基奇克组储层纵横向变化情况；搞清气水界面位置。

克深102井属于山前构造，地层复杂，含夹层、倾角大、上部地层尤其是吉迪克组地层可钻性差，钻井过程中易发生井斜，膏岩层易发生卡钻和井漏，施工难度大。该井分别在三开1 802～5 632 m井段与四开5 632～7 102 m井段使用Power-V垂钻系统。克深102井所处位置地层分层见表1，井身结构见表2。

表1　地层分层

表2　井身结构

3.1Power-V在克深102井三开的应用

3.1.1钻井参数 钻压120～200 kN，转速100～120 r/min，排量40～50 L/s，泵压22～24 MPa。

3.1.2钻具组合 Ø333.4 mmPDC+Power-V+631× NC61母+Ø333.4 mm扶正器+浮阀+621×630+无磁钻铤（MWD）+631×NC61母+Ø333.4 mm扶正器+NC61公×NC56母+Ø203.2 m螺旋钻铤+NC56公×520 + Ø139.7 mm加重斜坡钻杆+Ø139.7 mm斜坡钻杆。

图1　三开钻具组合

3.1.3效果分析 在克深102井三开中应用Power-V后，控斜状态良好，都保证在0.5°以内，见图1，方位除第1次使用时在偏西方向，以后都在偏东方向，没有太大的变化，这说明井底未发生螺旋扭曲等现象，为中完下套管提供了保障，表3为使用Power-V情况下井斜角变化情况，1 802～2 000 m采用单点测斜。

表3　井斜角变化情况

图2　不同深度下井斜角变化情况

在三开钻进过程中，由于三开的井段较长，包含的层位较多，所以为适应不同的岩性制定了不同的钻压，见表4，各项指标对比见表5。

表4　不同岩性钻压

从表5可以看出，在使用Power-V钻进后，避免了地层倾角造成的影响，井斜明显得到有效控制，井斜角一直保持在0.5°以内，机械钻速快，井身质量好。

三开钻进过程中钻遇吉迪克组，该组含有大量砾石层，可钻性差。这种情况下暴露出了Power-V的不足之处：（1）Power-V仪器中的机械部分Pad的制作材料，其硬度等级太低，对于硬地层，极易磨损，一旦磨损加剧，就起不到降斜的作用，反而成为增斜钻具，造成起下钻频繁，延长钻井周期和加大钻井成本，所以只有应用耐磨较好材料的Pad，才能发挥好的效率；（2）山前构造钻进扭矩较大，地层复杂，由于Power-V仪器没有涉及减震技术，使用Power-V后扭矩会进一步增大，限制钻进参数，也可能会导致钻具事故。

表5　克深102井三开各项指标对比

因此预测只要Power-V中的Pad无过度磨损，可以正常工作，就能确保井斜相对较小，井身质量较好。为此决定在膏盐层地层中使用Power-V，以得到快钻时和较好的井身质量。

3.2Power-V在克深102井四开的应用

3.2.1钻井参数 钻压30～50 kN，转速80～100 r/min，排量16 L/s，泵压25 MPa。

3.2.2钻具组合 Ø241.3 mmPDC+Power-V+ Ø239.3 mm扶正器+浮阀+ 411×411+ Ø177.8 mm无磁DC +411×410+Ø239.3 mm扶正器+Ø177.8 mm DC×18根+Ø127 mm HWDP×15+Ø127mm DP若干（见图3）。

图3　四开钻具组合

3.2.3效果分析 在克深102井四开钻进过程中，井深为5 644.57～5 991.00 m时采用钟摆钻进，井深为5 993.00～6 305.06 m时采用Power-V钻进，2种情况下井斜角变化情况见表6。图4为不同深度下井斜角变化情况。

表6　井斜角变化情况

图4　不同深度下井斜角变化情况

从图4可以看出，在四开前期使用钟摆钻进时，未能避免地层倾角所造成的影响，井斜从最初的1.79°增大为3.85°，方位一直都在偏东方向，可以说明地层倾角西高东低，也就是说明地层的总体布局导致地层倾角较大；在使用Power-V钻进后，井斜明显得到有效控制，方位也同样证实了地层倾角为西高东低。

四开钻进时，岩性以膏盐层为主，可钻性好。钻进前期，使用双钟摆纠斜的作用不明显，在倾角大的地层中无法释放钻压，导致机械钻速低；四开钻进后期，钻具组合中加入Power-V，从图4可以明显看出井斜直接从3.51°降至1°以下，这说明Power-V可在膏盐层中正常工作。

使用Power-V后，井斜角迅速在30 m内从3.51°降至1°以下，降斜速度过快，这是由于当时未调整PDC钻头压降所致，要想达到缓慢降斜的作用，应该将钻头压降降为Power-V的临界压降，造成Power-V “似工作非工作”的状态。四开钻进各项指标对比见表7。

表7　克深102井四开各项指标对比

从表7中可以看出，在膏盐层中应用Power-V钻井是可行的，既可以减小Power-V仪器中的机械部分Pad的磨损，避免因使用不当造成的成本浪费，又可以较好地控制井斜，获得较快的机械钻速，缩短钻井周期，取得更高的经济效益。

4　膏盐层工程手段

膏盐层的蠕变效应会引起卡钻事故，造成Power-V落入井底无法打捞，但是可通过工程手段进行弥补。

（1）开始钻进膏盐层时，钻时在20 min以上，每钻进1 m，划眼1次，最大的倒划眼距离为顶驱能上提的最大距离，划通畅后才能继续钻进。摸索出规律后可以放宽划眼的间隔距离。如果钻进时扭矩突然增大，就应立即倒划眼，待扭矩正常后再继续钻进，上提钻具时可以憋足扭矩上提。

（2）每钻完1个立柱根后必须倒划正划眼各1次，井眼无阻卡后再干通1次，无阻卡才可以卸掉1根钻杆，接立柱钻进。

（3）在复合膏盐层钻进，应随时防备钻遇“软泥岩”，特别在石膏、膏泥岩以下发现钻时明显加快时，应密切注意扭矩、泵压变化和返出岩屑的变化。首次钻入“软泥眼”地层，不允许超过0.5 m/min机械钻速，防止“软泥岩”地层的快速蠕变缩径导致卡钻。同时应加强地层对比，卡准地质层位，随时注意听取地质监督的地层通报状况，防止井漏、溢流等复杂情况的发生。

在盐层、“软泥岩”钻进时控制钻压、钻速、每米钻时不低于10 min，钻遇盐层、“软泥岩”等低钻时井段，每次钻进不超过0.5 m，就应该上提划眼，证实无阻卡、无憋泵后方可恢复钻进。打完1根立柱，倒划出整个立柱，破坏盐层或“软泥眼”层的蠕变，划眼修正井壁至井底，确认无阻卡后方可接立柱。

（4）原则上坚持每钻进30 m短起下钻1次检查井眼通畅情况，如果井眼通畅可以延长到每50 m短起1次或更长井段短起下钻1次。在复合盐层或“软泥岩”井段起下钻应控制好起下钻速度，下钻遇阻不得超过50 kN，上提遇卡不得超过100 kN，否则必须划眼通过，不得强提硬压。

（5）钻进过程中，井下出现复杂情况不能停泵、停顶驱，要继续转动、循环，判断、分析原因，待情况好转以后上提钻具划眼，再继续钻进和接单根，防止钻具静止卡钻；机械钻速明显降低、泵压、扭矩增大，应立即上提钻具进行划眼，待井下恢复正常以后方可继续钻进；井下不正常（泵压、扭矩不正常），不得强行接单根。

如果遵循以上的工程手段、既能避免蠕变效应引起的卡钻事故，又能取得较高的机械钻速，最终会取得较大的经济效益。

5　结论与建议

（1） 在克深102井使用Power-V工具后，三开钻进时井斜可以控制在0.5°以内；四开钻遇膏盐层时，井斜可以控制在1°以内。

（2） Power-V钻井方式可以大幅提高平均机械钻速、节约钻井周期。

（3） 在使用Power-V工具时，必须用好固控设备，特别是加大离心机使用力度，充分清除劣质固相，控制含砂量，保证钻井液好的流变性及润滑、造壁性能，避免有害固相对Pad密封件的磨损。

（4） Power-V钻遇膏岩层时，应注意使用相应的工程手段，避免蠕变效应引起的卡钻事故。

［1］王春生，魏善国，殷泽新. Power-V垂直钻井技术在克拉2气田的应用［J］.石油钻采工艺，2004，26（6）：5-8.

［2］刘峰. POWER-V和PD-XCEED垂直导向钻井技术在渤海油田的应用［J］.石油钻采工艺，2009，31（5）：25-32.

［3］许京国，郑淑杰，陶瑞东，等.高陡构造克深206井钻井提速配套技术［J］.石油钻采工艺，2013，35（5）：29-32.

［4］邓晓玉.新深1井深层膏盐岩地层钻井技术难点及对策［J］.承德石油高等专科学校学报，2012，14（3）：31-34.

［5］刘磊，刘志坤，高晓荣，等.垂直钻井系统在塔里木油田应用效果及对比分析［J］.西安石油大学学报：自然科学版，2007，22（1）：79-81.

［6］张建平，肖华，石丽娟，等.垂直钻井系统在吐哈盆地山前高陡构造的应用［J］.石油天然气学报，2011，33（10）：158-162.

［7］张水昌，张宝民，李本亮，等.中国海相盆地跨重大构造期油气成藏历史：以塔里木盒地为例［J］.石油勘探与开发，2011，38（1）：1-15.

［8］贾承造，周新源，王招明，等.克拉2气田的发现及勘探技术［J］.中国石油勘探，2002，7（1）：79-88.

［9］周新源，王清华，杨文静，等.塔里木盆地天然气资源及勘探方向［J］.天然气地球科学，2005，16（1）：7-11.

［10］吕修祥，金之钧，周新源，等.塔里木盆地库车坳陷与膏盐岩相关的油气聚集［J］.石油勘探与开发，2000，27（4）：20-21.

（修改稿收到日期 2015-10-23）

〔编辑 薛改珍〕

Application of Power-V in gypsum-salt rock

ZHANG Jinhong1，SONG Yue2，LIU Shuqin2，DING Jian1，TANG Shilong3，LI Zhanxin1
（1. Zhundong Drilling Company，Xibu Drilling Engineering Company Limited，CNPC，Korla 841000，China；2. East China Branch and Petroleum Bureau，CNPC，Nanjing 210019，China；3. No.1 Exploration Company of Tarim Petroleum E&D Headquarter，CNPC，korla 841000，China）

Kelasu tectonic zone in Kuqa depression contains the gypsum-salt rock of paleogene system. This rock stratum has gone through complicated development，contains interlayer and large inclination angle，is vulnerable to accidents such as hole deviation，bit jamming and well leakage，and is one of the formations with the highest drilling difficulty and the most problems in China. Therefore，to safely and quickly drill through the gypsum-salt rock，discover the oil/gas bearing situation in reservoir under gypsum-salt rock，and avoid the serious consequences such as delay of drilling cycle and borehole scrap has become the issue to be settled，In the course of drilling operation of Well Keshen 102，the Power-V drilling method has been applied in the gypsum-salt rock. It has been proven that it is feasible to use the Power-V drilling method in gypsum-salt rock，which can not only effectively control the hole deviation so as to guarantee the wellbore quality，but also greatly increase the mechanical drilling speed. The engineering approach should be used when the gypsum-salt rock is encountered in the course of Power-v drilling operation，so as to avoid the jamming accident caused by creep effect.

dirlling； gypsum-salt rock； Kuqa Kela Block； Power-V； inclining prevention

TE24

B

1000-7393（ 2015 ） 06-0013-05 doi:10.13639/j.odpt.2015.06.004

张锦虹，1986年生。2011年毕业于东北石油大学石油工程专业，现主要从事山前井、三高井钻井研究，平台经理。电话：13709961039。E-mail：zjhong611@126.com。