水力脈沖空化射流在江蘇油田鉆井提速中的應(yīng)用

摘 要：水力脈沖空化射流鉆進(jìn)是將水力脈沖與空化射流耦合的一種新型鉆進(jìn)方式。江蘇油田通過開展水力脈沖空化射流鉆井提速試驗，優(yōu)選試驗方案和鉆井參數(shù)；累計進(jìn)行了10次下井試驗，累計進(jìn)尺6238.4m，與同區(qū)塊相似井深對比，試驗井的機(jī)械鉆速平均提高15.28%，提速效果顯著。

關(guān)鍵詞：水力脈沖空化射流 提速 江蘇油田

中圖分類號：TE242 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-3973（2013）010-042-02

1 水力脈沖空化射流器工作原理

水力脈沖空化射流鉆井技術(shù)是通過將水力脈沖空化射流工具安裝在鉆頭上部，以便將井底鉆頭附近的連續(xù)穩(wěn)定液流變成脈動液流，一方面在鉆頭噴嘴出口形成脈沖空化射流，提高射流清巖破巖能力；另一方面由于水力脈沖裝置產(chǎn)生壓力脈動，可以在鉆頭附近形成低壓區(qū)，能夠減少環(huán)空液柱壓力對井底巖石的壓持效應(yīng)，其機(jī)理相當(dāng)于欠平衡鉆井，可以大幅提高鉆井速度，但該方法得到的低壓僅局限在井底鉆頭附近區(qū)域，整個環(huán)空仍為平衡或過平衡，比欠平衡鉆井方法能更好地保證井壁穩(wěn)定性。

江蘇油田開展水力脈沖空化射流鉆井提速試驗，累計進(jìn)行了10次下井試驗，累計進(jìn)尺超過6km，試驗井的機(jī)械鉆速平均提高15.28%，提速效果顯著。此外，該水力脈沖發(fā)生器工作可靠。在近500h、2600m進(jìn)尺工作狀況下，所有脈沖發(fā)生器均工作正常，能夠滿足現(xiàn)場要求。

2 現(xiàn)場試驗

江蘇油田地層主力層段為鹽城組、戴南組、阜寧組等，巖性以各色泥巖為主，夾雜細(xì)砂巖；試驗區(qū)塊為江蘇油田老區(qū)，地層為軟到中等硬度地層，試用水力脈沖空化射流器主要目的就是提高機(jī)械鉆速，提高鉆井效益。

2.1 富71-4井試驗情況

富71-4井是富民油田新布的一口直井，二開井眼直徑為 215.9mm，完鉆井深3214.00m。

178mm水力脈沖空化射流工具，從井深919.31m下入，至完鉆，共14天9h，共入井3次，總使用時間超過280h。

根據(jù)測井資料對富民地區(qū)地層可鉆性進(jìn)行分析，結(jié)果顯示：富民地區(qū)3000m以上井段地層可鉆性級值在2～4之間，3000m以下井段地層可鉆性級值在3～5之間，屬于軟到中等硬度地層，地層可鉆性較好。

2.1.1 試驗情況

第一次入井，從919.31m開始下入 178mm水力脈沖空化射流工具。

鉆具組合： 215.9mmPDC+ 178mm水力脈沖空化工射流器+托盤接頭+ 178mm無磁鉆鋌 177.8mm鉆鋌+ 214mm穩(wěn)定器+ 159mm螺旋鉆鋌+ 214mm穩(wěn)定器+ 159mm螺旋鉆鋌轉(zhuǎn)換接頭+ 127mm加重鉆桿。

鉆進(jìn)參數(shù)為：鉆壓 30-40KN，泵壓8MPa，轉(zhuǎn)速90rpm，鉆井液密度1.10g/cm3， 鉆井液粘度48s。

鉆進(jìn)至1215m，共鉆進(jìn)295.69m，純鉆時間30.97小時，平均機(jī)械鉆速9.56m/h。由于鉆井速度相比較慢而起鉆，分析認(rèn)為是鉆頭型號與此井段地層不適應(yīng)。

第二次入井，從1215.00m開始，水力脈沖空化射流器第二次入井。更換一只新PDC鉆頭，并在鉆具組合中增加了直螺桿。

鉆進(jìn)參數(shù)：鉆壓 20-40KN，泵壓 11-13MPa，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速55rpm，鉆頭轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速加上直螺桿轉(zhuǎn)速，鉆井液密度1.13-1.17g/cm3，鉆井液粘度40-48s。

鉆進(jìn)井段 1215.00-2677.51m，進(jìn)尺1462m，純鉆時間102.78h，平均機(jī)械鉆速14.22m/h。

第三次入井，從井深2677.51m開始，水力脈沖工具第三次入井。換下了一只新的PDC鉆頭，采用 178mm鉆鋌的鐘擺鉆具。鉆具組合與第一次相同。

鉆進(jìn)參數(shù)：鉆壓30-80KN，泵壓12-14MPa，轉(zhuǎn)速90rpm，鉆井液密度1.18-1.20g/cm3，鉆井液粘度44-46s。

鉆進(jìn)井段，2677.51-3214.00m，進(jìn)尺537m，純鉆進(jìn)間100.32h，平均機(jī)械鉆速5.35m/h。本趟鉆是由于鉆達(dá)完鉆井深而起鉆。

2.1.2 試驗數(shù)據(jù)分析與對比

（1）與富126-1井對比。

富126-1井為一口直井評價井，富126-1井的地層及地層巖性與富71-4井相同，只是地層界面深度有差別。

在1358.00-2309.61m井段，鉆具組合為直螺桿帶PDC鉆頭。鉆進(jìn)參數(shù)：鉆壓30KN，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速70rpm，鉆頭轉(zhuǎn)速為70rpm+直螺桿轉(zhuǎn)速，泵壓12MPa ，鉆井液密度 1.12-1.15 g/cm3，鉆井液粘度45s。

本井段進(jìn)尺951m，純鉆時間56.58h，平均機(jī)械鉆速16.81m/h。

在2431.41-2933.81m井段，鉆具組合與上同。鉆進(jìn)參數(shù)：鉆壓30-50KN，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速70rpm，鉆頭轉(zhuǎn)速為70rpm+直螺桿轉(zhuǎn)速，泵壓15MPa，鉆井液密度1.21-1.22 g/cm3，鉆井液粘度 47s。

本井段進(jìn)尺502.4m，純鉆時間128.62h，平均機(jī)械鉆速3.91m/h。

在2933.81-3285.94m井段，鉆具組合為PDC鉆頭配合剛性穩(wěn)斜鉆具。

鉆進(jìn)參數(shù)為：鉆壓70-80KN，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速70rpm，泵壓15MPa，鉆井液密度1.24 g/cm3，鉆井液粘度 49s。

本井段進(jìn)尺352.13m，純鉆時間89.72h，平均機(jī)械鉆速3.92m/h。

選取相同井深的井段進(jìn)行對比，使用水力脈沖工具的富71-4井，相比于富126-1井，平均機(jī)械鉆速均有提高，提高幅度11.57%-56.76%。總進(jìn)尺1476.00m，平均機(jī)械鉆速提高37.86%。

（2）與富135井對比。

富135井于2009年11月3日開鉆，12月22日完井，完鉆井深3546m。2599-3263m井段為戴二段地層。

在2829.46-3164m井段，為PDC鉆頭+穩(wěn)斜鉆具。鉆進(jìn)參數(shù)為：鉆壓80KN，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速70rpm，排量32L/s，泵壓11MPa，鉆井液密度1.18g/cm3，鉆井液粘度52s。

本井段進(jìn)尺334.54m，純鉆進(jìn)間77.63h，平均機(jī)械鉆速4.30m/h。

選取相同井深的井段進(jìn)行對比，使用水力脈沖空化工具的富71-4井的平均機(jī)械相比富135井，提高了29.53%。

2.2 富142井試驗情況

富142井是富民油田一口小位移的定向井。水力脈沖空化射流器從井深1042.11m下入直至完鉆，共入井2次。為確保試驗具有很好的可對比性，選擇在鹽城組～垛二段不同直井段進(jìn)行提速對比試驗。該地層可鉆性變化不大，可鉆性級值小于3級，屬于易鉆地層。

在井深1042.11-1398.34 m試驗井段，地層為鹽一段～垛二段，棕色砂泥巖、棕紅色泥巖為主。鉆具組合為PDC配合水力脈沖射流器的穩(wěn)斜鉆具。

對比井段井深293.00-1042.11 m，地層為鹽二段、鹽一段，流砂層、棕色粉砂質(zhì)泥巖。鉆具組合相同，只少下入水力脈沖射流器。

通過對不同井段的對比分析結(jié)果來看，采用脈沖水射流鉆井技術(shù)的井段機(jī)械鉆速有了較大的提高，同對比井段相比，使用相同的鉆具組合和鉆頭，鉆進(jìn)參數(shù)相當(dāng)，試驗井段機(jī)械鉆速提高了15.05%。

2.3 邵X20井試驗情況

邵X20井是一口預(yù)探井，二開井眼直徑為 311.1mm，完鉆井深3860.00m。 228mm水力脈沖空化射流工具，于2011年5月11日20：00從井深111m下入，至2011年6月4日14：00打完二開井深完鉆，共22天18小時，工具入井3次，累計入井時間超過250h。

邵X20井試驗井段為621.64-1495.62m。地層為鹽一段～垛二段，巖性為不等粒砂巖、泥質(zhì)粉砂巖與棕色泥巖、砂質(zhì)泥巖呈不等厚互層。

鉆具組合： 311牙輪鉆頭+水力脈沖空化射流器+ 197鉆鋌+ 310穩(wěn)定器+ 197螺旋鉆鋌+ 310穩(wěn)定器+ 178螺旋鉆鋌+ 159螺旋鉆鋌+ 159螺旋鉆鋌+保護(hù)接頭+ 127加重鉆桿*21+ 127鉆桿。

邵深1井對比井段（740.43-1605m），地層：鹽一段～垛二段，不等粒砂巖，砂礫巖、粉砂巖和棕色泥巖成不等厚互層。

鉆具組合： 311牙輪鉆頭+ 197鉆鋌+ 310穩(wěn)定器+ 197鉆鋌+ 310穩(wěn)定器+ 178鉆鋌+ 159鉆鋌+ 127加重鉆桿+ 127鉆桿。

在相似井段和進(jìn)尺情況下，機(jī)械鉆速提高13.36%。

2.4 永X41井試驗情況

永X41井同樣是一口預(yù)探井，水力脈沖空化射流工具從井深1070.21m下入，至二開完鉆起出，共入井2次，累計入井時間超過241.08h。對比井永38井是比永X41井提前一年完成的開發(fā)井，兩口井均由同一支鉆井隊承鉆。

永安地區(qū)地層可鉆性較好，地層可鉆性級值在2～4之間，屬于軟到中等硬度地層，地層可鉆性較好。

永X41井試驗井段為1070.21～2192.87m，地層：鹽一段～垛二段，砂巖與泥巖、砂質(zhì)泥巖呈不等厚互層。

鉆具組合： 311牙輪鉆頭+水力脈沖空化射流器+ 197鉆鋌+ 310穩(wěn)定器+ 197鉆鋌+ 310穩(wěn)定器+ 178鉆鋌+ 159鉆鋌+ 127加重鉆桿+ 127鉆桿。

永38井對比井段（1204.75～1798.99m），地層：鹽一段～垛二段，不等粒砂巖、粉砂巖為主，夾薄層棕紅色泥巖。

鉆具組合： 311牙輪鉆頭+ 197鉆鋌+ 310穩(wěn)定器+ 197鉆鋌+ 310穩(wěn)定器+ 178鉆鋌+ 159鉆鋌+ 127加重鉆桿+ 127鉆桿。

在相似井段進(jìn)行對比，機(jī)械鉆速提高22.38%。

3 總體對比情況

通過對5口井的試驗情況作總體對比分析，累計試驗進(jìn)尺6238.4m，平均機(jī)械鉆速7.62m/h，與采用常規(guī)鉆井技術(shù)對比井段平均機(jī)械鉆速為6.61m/h相比（統(tǒng)計對比數(shù)據(jù)），機(jī)械鉆速平均提高15.28%，提速效果顯著。

4 結(jié)論及建議

（1）水力脈沖空化射流鉆井技術(shù)是一種簡單、實用的提速技術(shù)。

通過5口井10次下井試驗，累計進(jìn)尺超過6km，機(jī)械鉆速平均提高15.28%，提速效果明顯，初步形成一套適合江蘇油田軟中硬地層安全高效鉆井新技術(shù)。

（2）水力脈沖發(fā)生器工作可靠，使用壽命長，可以滿足現(xiàn)場要求。

在富71-4井總使用時間超過280h，總進(jìn)尺2300m；邵X20井總純鉆進(jìn)時間485.68h，總進(jìn)尺2600m，其他脈沖發(fā)生器均工作正常，能夠滿足現(xiàn)場要求。

參考文獻(xiàn)：

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