YTJ型液力推進(jìn)器在塔河油田應(yīng)用及分析

劉希茂，范春英，段馬利，周 斌，高巧娟，張進(jìn)攀

（1.北京石油機(jī)械廠，北京 100083；2.中石化中原石油工程有限公司鉆井四公司，河南濮陽 457000）

YTJ型液力推進(jìn)器在塔河油田應(yīng)用及分析

劉希茂1，范春英1，段馬利1，周 斌2，高巧娟1，張進(jìn)攀2

（1.北京石油機(jī)械廠，北京 100083；2.中石化中原石油工程有限公司鉆井四公司，河南濮陽 457000）

塔河油田主要勘探區(qū)塊的成藏復(fù)雜、儲(chǔ)層埋藏深，下部地層多為泥巖、砂巖互層，易井斜，可鉆性差。為提高井眼質(zhì)量，保護(hù)鉆頭及鉆柱，降低井下事故發(fā)生率，TK915-4井在鉆進(jìn)施工過程中采用帶有YTJ型液力推進(jìn)器的“復(fù)合”鐘擺鉆具組合。2種型號(hào)YTJ型液力推進(jìn)器在TK915-4井3次入井使用，通過現(xiàn)場使用數(shù)據(jù)、甲方數(shù)據(jù)以及大量鄰井?dāng)?shù)據(jù)，分析了YTJ型液力推進(jìn)器的使用效果。結(jié)果表明：YTJ型液力推進(jìn)器可在防斜的同時(shí)，防止跳鉆的發(fā)生，有效提高機(jī)械鉆速，保護(hù)鉆具，降低井下事故幾率，減少非生產(chǎn)用時(shí)，從而提高經(jīng)濟(jì)效益。

液力推進(jìn)器；防斜打直；減震；機(jī)械鉆速

塔河油田是中石化西北分公司產(chǎn)量貢獻(xiàn)的主力產(chǎn)區(qū)，其中奧陶系油藏開發(fā)井所占比例較大。其上部地層膠結(jié)疏松，可鉆性較好，下部地層多為泥巖、砂巖互層，部分層段為砂礫巖與泥巖、砂質(zhì)泥巖的頻繁互層，傾角通常高于40°，最高達(dá)60°，易井斜，且受上部地層壓實(shí)作用，膠結(jié)好，可鉆性差。由于儲(chǔ)層埋藏深，鉆遇地層類型較多、巖性復(fù)雜，導(dǎo)致鉆井施工難度較大。某鄰井鉆井施工過程中井斜上升超過10°，嚴(yán)重超標(biāo)，填井重鉆后恢復(fù)正常，嚴(yán)重影響了鉆井施工進(jìn)度。為減少類似事故發(fā)生機(jī)率，施工方?jīng)Q定在TK915-4井鉆進(jìn)過程中采用帶有YTJ型液力推進(jìn)器的“復(fù)合”鐘擺鉆具組合，以期在防斜的同時(shí)，減輕跳鉆，保護(hù)鉆頭，提高機(jī)械鉆速。

1 YTJ型液力推進(jìn)器簡介

YTJ型液力推進(jìn)器采用液力加壓的方式，實(shí)現(xiàn)了給鉆頭準(zhǔn)確加壓及均勻送鉆。YTJ型液力推進(jìn)器不僅能夠解決定向井、大位移井、水平井和小井眼難以向鉆頭施加鉆壓的問題，而且有效地減小了扶正器以下鉆鋌的彎曲程度，使鉆頭偏角減小，有效地控制井斜，是1種新的防斜打直工具；在海洋鉆井中使用可起到升沉補(bǔ)償器的作用；減震效果顯著，尤其適用于特殊地層（例如礫石層）鉆進(jìn)，可有效防止跳鉆，提高機(jī)械鉆速。

1.1 結(jié)構(gòu)及工作原理

YTJ型液力推進(jìn)器主要由上接頭、筒體、壓力心軸、密封、花鍵心軸等部件組成，上接頭與鉆鋌相連，下連筒體，如圖1所示。壓力心軸在筒體內(nèi)，轉(zhuǎn)矩通過筒體傳遞給心軸并驅(qū)動(dòng)下部鉆具組合及鉆頭。

工作原理是：利用鉆井液流過YTJ型液力推進(jìn)器以下鉆具（例如螺桿、鉆頭）的壓降作用在其活塞面產(chǎn)生鉆壓。設(shè)活塞面積為S，壓力降Δp，則YTJ型液力推進(jìn)器產(chǎn)生的鉆壓為F＝Δp·S。因此，它產(chǎn)生鉆壓的大小與活塞面積和壓力降有關(guān)，活塞的面積一定，可通過適當(dāng)調(diào)整鉆井參數(shù)，改變壓力降，從而得到合適的鉆壓［2］。

圖1 YTJ型液力推進(jìn)器結(jié)構(gòu)

1.2 典型鉆具組合

安裝液力推進(jìn)器時(shí)，應(yīng)保持心軸端向下。須結(jié)合鉆井設(shè)計(jì)及鉆壓要求組合鉆具，以保證其實(shí)現(xiàn)液力加壓的同時(shí)，有效地發(fā)揮其減震及保護(hù)作用。通常情況下，液力推進(jìn)器組合方式主要有2種［1-3］：

1） 頂驅(qū)或常規(guī)轉(zhuǎn)盤鉆井作業(yè)中，可直接接在鉆頭上。典型鉆具組合1：

鉆頭＋YTJ型液力推進(jìn)器＋防斜鉆具組合或定向鉆具組合＋鉆鋌＋鉆桿。

2） 使用井下動(dòng)力鉆具鉆井時(shí)，可將液力推進(jìn)器接在動(dòng)力鉆具上。典型鉆具組合2：

鉆頭＋馬達(dá)＋YTJ型液力推進(jìn)器＋定向或造斜鉆具組合＋鉆鋌＋鉆桿。

1.3 主要技術(shù)特點(diǎn)

1） 液力推進(jìn)器采用液力柔性加壓，為鉆頭提供穩(wěn)定鉆壓。

2） 改善了鉆具的受力狀態(tài)，降低了底部鉆具組合的中和點(diǎn)高度，鉆具穩(wěn)定和導(dǎo)向性好，在大鉆壓、高轉(zhuǎn)速下工作仍具有吊打功效，能有效控制井斜。

3） 減震效果明顯，可延長鉆頭、鉆具使用壽命，降低鉆井成本，減少井下事故的發(fā)生，相應(yīng)提高鉆井綜合效益。

4） 具有行程范圍內(nèi)自動(dòng)送鉆功能，提高了井眼軌跡質(zhì)量，并且相對(duì)減輕司鉆的勞動(dòng)強(qiáng)度。

5） 定長的工作行程補(bǔ)償了失控滑動(dòng)鉆進(jìn)，防止溜鉆事故的發(fā)生。

6） 改變水力因素調(diào)節(jié)鉆壓大小，可節(jié)省鉆鋌、減輕鉆機(jī)負(fù)荷［1］。

2 在TK915-4井的應(yīng)用效果分析

TK915-4井位于輪臺(tái)縣境內(nèi)、塔河油田九區(qū)，是1口開發(fā)評(píng)價(jià)井，于2013-01開鉆，距離同時(shí)期開鉆的TK915-2井、TK915-3井的水平距離分別為500 m和1 500 m。主要鉆遇新生代第四系、新近系、古近系、中生代白堊系、侏羅系、三疊系及古生代石炭系等地層，目的層為古生代奧陶系中－下統(tǒng)鷹山組（O1-2y）。

2.1 鉆具組合

TK915-4井分別在一開、二開鉆進(jìn)過程中使用了2種不同型號(hào)的YTJ型液力推進(jìn)器，配合2種鉆具組合形式：一開鉆進(jìn)使用了PDC鉆頭直接與液力推進(jìn)器連接的組合方式，二開鉆進(jìn)使用了PDC鉆頭＋螺桿＋YTJ型液力推進(jìn)器的組合方式，具體鉆具組合參數(shù)如下：

1） 一開鉆具組合 346.1 mm牙輪鉆頭／346.1 mm PDC鉆頭＋229 mm YTJ型液力推進(jìn)器＋228.6 mm鉆鋌×2根＋345 mm扶正器＋203.2 mm鉆鋌×3根＋177.8mm鉆鋌×9根＋139.7mm加重鉆桿×3根＋139.7 mm鉆桿；

2） 二開鉆具組合 241.3 mm PDC鉆頭＋5LZ185×7.0螺桿＋178 mm YTJ型液力推進(jìn)器＋177.8 mm鉆鋌×1根＋238 mm扶正器＋177.8 mm鉆鋌×11根＋139.7 mm鉆桿。

2.2 鉆井參數(shù)

TK915-4井分別在148～2 610 m、2 610～4 797 m、5 220～5 693 m使用了2種型號(hào)的YTJ型液力推進(jìn)器。根據(jù)實(shí)際鉆壓要求，結(jié)合現(xiàn)場情況及鉆井設(shè)計(jì)要求，確定鉆井參數(shù)如表1所示。

表1 TK915-4井YTJ型液力推進(jìn)器鉆井參數(shù)

2.3 使用效果分析

TK915-4井及其鄰井現(xiàn)場使用數(shù)據(jù)的對(duì)比分析包括：TK915-4井使用及未使用液力推進(jìn)器井段數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，同時(shí)開鉆鄰井同井段數(shù)據(jù)的對(duì)比分析。分別從減震、保護(hù)鉆頭及鉆柱效果、防斜打直效果以及提速效果3方面進(jìn)行對(duì)比分析。

2.3.1 減震及保護(hù)鉆頭和鉆柱效果

該井使用了2種型號(hào)YTJ型液力推進(jìn)器，累計(jì)3次入井，總?cè)刖畷r(shí)長約493.2 h，純鉆約318.8 h。4 797～5 220 m井段未使用液力推進(jìn)器，期間跳鉆嚴(yán)重，如圖2所示。重新組合使用液力推進(jìn)器后跳鉆消除。其他使用液力推進(jìn)器井段亦未出現(xiàn)跳鉆現(xiàn)象，如圖3所示。液力推進(jìn)器使用過程中，有效抑制了震動(dòng)，保護(hù)了鉆頭和鉆柱。

圖2 未使用液力推進(jìn)器井段鉆壓及轉(zhuǎn)矩曲線

圖3 使用液力推進(jìn)器后鉆壓及轉(zhuǎn)矩曲線

1） 148～2 610 m井段 TK915-4井一開鉆進(jìn)過程中，使用PDC鉆頭配合YTJ型液力推進(jìn)器進(jìn)行了148～2 610 m井段的鉆進(jìn)，較牙輪鉆頭效果好，鉆頭出井后基本無磨損，新度達(dá)90%，如圖4所示。臨井TK915-3及TK915-2使用牙輪鉆頭，均為兩趟鉆完成。

圖4 應(yīng)用液力推進(jìn)器完成一開鉆進(jìn)后鉆頭狀況

圖5 應(yīng)用液力推進(jìn)器完成2 610～4 797 m進(jìn)尺后鉆頭各刀翼狀況

2） 2 610～4 797 m井段 TK915-4井二開鉆進(jìn)過程中，首先使用PDC鉆頭＋螺桿＋YTJ型液力推進(jìn)器的組合方式完成了2 610～4 797 m井段的鉆進(jìn)，PDC鉆頭如圖5所示。

該井段鉆遇吉迪克組、蘇維依組、庫姆格列木群、巴什基奇克組、卡普沙良群、侏羅系下統(tǒng)、哈拉哈塘組、阿克庫勒組、柯吐爾組等，地層較多，巖性變化大。上部吉迪克組，遇長段泥巖，哈拉哈塘出現(xiàn)礫巖，阿克庫勒及柯吐爾互層頻繁，柯吐爾后泥巖為主。預(yù)計(jì)在阿克庫勒組底部鉆頭開始磨損，進(jìn)入柯吐爾組后泥巖磨損鉆頭較嚴(yán)重。該井段使用YTJ型液力推進(jìn)器鉆進(jìn)過程中無跳鉆現(xiàn)象。鉆頭出井后，主切削齒有不同程度磨損，1顆崩落，新度60%。

鄰井TK915-2井4 620～4 650 m井段鉆進(jìn)過程中未使用YTJ型液力推進(jìn)器或其他減震工具，期間跳鉆嚴(yán)重，起鉆后發(fā)現(xiàn)剛下入的全新鉆頭被嚴(yán)重磨損。如圖6所示。

圖6 TK915-2井4 620～4 650 m井段鉆頭狀況

3） 5 220～5 693 m井段 TK915-4井二開5 220～5 693 m井段再次使用了PDC鉆頭＋螺桿＋YTJ型液力推進(jìn)器的組合方式，完成進(jìn)尺后，PDC鉆頭狀況如圖7所示。

圖7 使用液力推進(jìn)器完成5 220～5 693 m進(jìn)尺后鉆頭各刀翼狀況

該鉆頭自取芯后入井，完成了二開5 220～5 693 m的進(jìn)尺，使用螺桿及YTJ型液力推進(jìn)器組合，鉆壓控制在80 k N以內(nèi)，防止了鉆頭的異常磨損，保護(hù)了鉆頭。該井段未出現(xiàn)跳鉆。鉆頭出井后，有16個(gè)齒有輕微磨損，仍有修復(fù)價(jià)值，可重復(fù)使用。

2.3.2 防斜打直效果

甲方電測(cè)數(shù)據(jù)顯示：TK915-4井4 797～5 220m井段未使用YTJ型液力推進(jìn)器，井斜上升，最大升至1.26°（于4 946.2 m處），如圖8及表2所示，其他使用YTJ型液力推進(jìn)器井段井斜控制平穩(wěn)，最大為1.01°（于3 219.2 m處）。

圖8 TK915-4井及其鄰井井斜數(shù)據(jù)

如圖8所示，相比鄰井，TK915-2井最大井斜為2.35°，同井段井斜均高于TK915-4井，TK915-3井鉆井過程中出現(xiàn)井斜偏大甚至超出鉆井設(shè)計(jì)要求。同時(shí)開鉆鄰井DK25-1井，水平距離約2 000 m，在井深4 690 m測(cè)多點(diǎn)井斜數(shù)據(jù)如圖8所示，井斜均高于TK915-4井，最大2.17°。

表2 TK915-4井4 797～5 220 m未使用液力推進(jìn)器井段井斜數(shù)據(jù)

2.3.3 提速效果

根據(jù)甲方統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)：TK915-4井一開鉆進(jìn)使用PDC鉆頭＋YTJ型液力推進(jìn)器組合方式，二開采用螺桿＋YTJ型液力推進(jìn)器鉆具組合方式，在使用過程中均起到了防斜打直、提高機(jī)械鉆速的目的，鉆井周期縮短率達(dá)33%。如表3所示，相比同時(shí)期開鉆的TK915-2井、TK915-3井，相同井眼直徑的同井段，使用YTJ型液力推進(jìn)器后機(jī)械鉆速最高提高了121.4%。如表3。

表3 TK915-4井使用液力推進(jìn)器后提速效果數(shù)據(jù)

3 結(jié)論

1） 綜合對(duì)比TK915-4井不同井段電測(cè)數(shù)據(jù)及鄰井測(cè)斜數(shù)據(jù)，可見YTJ型液力推進(jìn)器可有效起到防斜打直效果，保證鉆井施工進(jìn)度的同時(shí)有效提高了井眼質(zhì)量。

2） YTJ型液力推進(jìn)器具有600 mm長自由行程段，配合其柔性加壓特性，可在鉆井施工過程中有效降低甚至消除跳鉆危害。從出井鉆頭狀況及鄰井對(duì)比數(shù)據(jù)可見，YTJ型液力推進(jìn)器可在減震的同時(shí)有效保護(hù)鉆頭及鉆柱，降低鉆井事故發(fā)生率及鉆頭使用成本。

3） TK915-4井與鄰井起下鉆次數(shù)的對(duì)比數(shù)據(jù)及甲方所統(tǒng)計(jì)的同開鉆鄰井機(jī)械鉆速對(duì)比數(shù)據(jù)顯示，YTJ型液力推進(jìn)器可有效減少起下鉆次數(shù)，提高機(jī)械鉆速，從而大幅減少非鉆進(jìn)用時(shí)，降低鉆井成本，有效提高鉆井效率及經(jīng)濟(jì)效益。

［1］ 北京石油機(jī)械廠.YTJ型液力推進(jìn)器使用說明書［Z］.2013.

［2］ 蘇義腦，竇修榮.鉆壓推加器及其應(yīng)用［J］.石油鉆采工藝，2005，27（3）：79-81.

［3］ 馬澤永，姜東哲，楚合川，等.液力加壓器使用中的相關(guān)問題探討［J］.石油礦場機(jī)械，2010，39（6）：79-81.

Effectiveness Analysis of YTJ Thrusters in Tarim River Oilfield

Reservoirs of the Tarim River oilfield are deeply buried.It is hard and easily inclined in the lower strata where mostly mudstone，sandstone interbedded.To improve ROP and reduce the incidence of drilling accidents in the drilling process of the TK915-4，pendulum BHA with YTJ type hydraulic thrusters was used.Two models YTJ thrusters were used in TK915-4 wells for three times.The application data，as well as a large number of data of adjacent wells，show that，YTJ thrusters can effectively improve ROP，prevent the occurrence of jumping and deviating while drilling，thus reduce downhole accident probability，reducing non-productive time，enhancing economic efficiency.

thrusters；borehole deviation；absorption of shock；rate of penetration

TE921.207

A

10.3969／j.issn.1001-3482.2014.10.018

1001-3482（2014）10-0076-06

2014-03-30

國家科技重大專項(xiàng)“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”子課題“煤層氣水平井、多分支水平井鉆技術(shù)”（2011ZX05036－002）

劉希茂（1985-），男，河北東光人，工程師，碩士，主要從事井下工具的技術(shù)研究。