旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具在塔河油田12區(qū)塊應(yīng)用效果分析

王利中，王鳳春

(中石化西南工程湖南鉆井分公司，湖南長沙410007)

鉆井提速一直都是鉆井人追求的目標，隨著技術(shù)的不斷進步，鉆井提速效果也越來越明顯，現(xiàn)在鉆井提速的技術(shù)呈現(xiàn)多樣化［1－8］，一方面是優(yōu)化鉆頭選型，優(yōu)化鉆具組合，優(yōu)化鉆井液性能，優(yōu)化鉆井參數(shù)，提高水馬力，另一方面是優(yōu)化工具，或者強化機械沖擊破巖［5－6］，或者強化水力脈沖破巖［1，5，7］，從而提高機械鉆速。旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具是在研究了各種鉆井提速方法的基礎(chǔ)上結(jié)合了機械沖擊和水力脈沖破巖的雙重優(yōu)點，研制的一種新型提速工具。本文將對旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具在塔河油田12區(qū)塊的使用情況進行介紹和分析。

1 旋沖提速工具簡介

1．1 旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具產(chǎn)品系列情況

旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具是中國石油大學(xué)(華東)與中國石化華北工程公司在分析了原有鉆井提速工具的基礎(chǔ)上結(jié)合了機械沖擊和水力脈沖破巖研制的一種新型鉆井提速工具。目前研制的旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具產(chǎn)品系列見表1?？煞謩e針對不同尺寸井眼進行使用。

表1 旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具產(chǎn)品系列

1．2 提速原理

所謂旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具就是自激振蕩式旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具，該工具是利用鉆井液高速流經(jīng)自激振蕩旋轉(zhuǎn)沖擊器而產(chǎn)生一種水力脈沖力直接作用于地層，從而加快破巖速度，提高機械鉆速的一種提速工具。

旋沖提速工具的提速原理主要表現(xiàn)為2個方面，一方面是機械沖擊，另一方面是水力脈沖破巖，其較以往其它提速工具的不同之處在于結(jié)合了兩方面的破巖能力。

機械沖擊:鉆井液高速流經(jīng)自激振蕩器，形成水力脈沖作用于沖擊傳遞桿，產(chǎn)生低幅高頻機械沖擊力傳遞至鉆頭，提高鉆頭破巖效果;

水力脈沖:鉆井液高速流經(jīng)自激振蕩器所產(chǎn)生的水力脈沖再向下傳遞，經(jīng)鉆頭水眼噴出，形成脈沖射流作用于井底，強化井底清洗，改善井底巖石的受力狀況，降低巖石破壞強度。圖1為旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具的原理圖。

圖1 旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具的原理圖

1．3 旋沖提速工具特點

(1)采用優(yōu)化的自激振蕩式水力元件將調(diào)制的水力脈動轉(zhuǎn)化為直接作用于鉆頭的機械沖擊力，能量利用效率高，工具壓力損耗小;

(2)由自激振蕩式水力元件產(chǎn)生的鉆頭沖擊力具有“小振幅、高頻率”的特點，對鉆頭和地層的適應(yīng)性強;

(3)工具近鉆頭安裝，不改變鉆井參數(shù)和鉆具結(jié)構(gòu)，適應(yīng)性強;

(4)穩(wěn)定可靠，可免維護使用200 h以上;

(5)經(jīng)濟效益明顯，節(jié)約鉆井周期，減少起下鉆次數(shù)，尤其適用于長裸眼井段。

2 旋沖提速工具的使用要點

旋沖提速工具由于安裝在近鉆頭位置，對鉆具組合以及鉆井參數(shù)與常規(guī)螺桿鉆具組合的參數(shù)基本一致，但要注意如下幾點。

(1)保證有足夠的鉆壓作用到鉆頭上。根據(jù)該工具鉆壓要求，鉆壓最小值應(yīng)達到:

式中:Wc——閉合鉆壓，kN;C——系數(shù)，ZJXC －178型工具取1.1634，ZJXC－203型工具取 1.4374，ZJXC －230 型工具取1.7143;ΔP——鉆頭壓降，MPa。

根據(jù)該式計算，鉆壓一般應(yīng)在60～100 kN之間，根據(jù)井深的變化而變化，具體情況視現(xiàn)場實際確定。

(2)排量的要求。排量一定要能夠滿足旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具工作的排量，按照工具設(shè)計要求，一般排量為:ZJXC－178型工具＞32 L/s，ZJXC－203型工具 ＞42 L/s，ZJXC －230 型工具 ＞50 L/s，所以對目前使用的203型工具而言，要求排量＞42 L/s，這點在深井施工很難滿足，一般在5500 m孔深以后排量只能滿足38 L/s，所以要保證該工具的正常施工，需要盡量使用大水眼鉆具，以保證足夠的排量。

(3)使用時間。一般要求該工具在井下運行應(yīng)控制在200 h以內(nèi)，超過200 h后，如還能正常使用，要時刻注意井下情況，確保工具施工的安全，同時使用超過200 h的工具要求返廠維護，更換易損件，以備下次使用時能夠安全運行，同時對于再次入井工具，一定要控制好使用時間。如果鉆井液的密度相對較高，一般超過1.45 g/cm3，或加重劑為鐵礦粉等，井下工作時間要相應(yīng)減少，時刻觀察井下情況，一旦發(fā)現(xiàn)泵壓和鉆時出現(xiàn)異常要及時提鉆。

3 旋沖提速工具在塔河油田的應(yīng)用分析與對比

3．1 與12區(qū)塊鄰井應(yīng)用效果對比

目前該工具已經(jīng)在塔河油田多口井使用，都取得了明顯的效果。其中在塔河油田12區(qū)塊使用了多口井，都得到了明顯的提速效果，最低提速為21%，最高提速超過了45%，下面針對12區(qū)塊試驗井提速情況進行具體分析。

3．1．1 試驗井TH12273井使用情況

TH12273井位于TH12248井、TH12250井以及TH12257井附近，該井在二開5060～6039 m井段使用了旋沖提速工具，鄰井沒有使用該工具，為分析其提速效果，將該井工具使用情況的鉆速與鄰井進行對照比較，可以看出機械鉆速提高明顯，達到了預(yù)期的效果。表2為TH12273井試驗井段鉆速與鄰井同井段鉆速對照表。

從表2可看出，試驗井TH12273井使用該工具后鉆速提高明顯，最低提高了近30%，最高超過了40%，平均超過了35%，說明該工具在該井段提速效果能滿足預(yù)期的效果，可以在該區(qū)域推廣應(yīng)用。

表2 TH12273井與鄰井鉆速對照

3．1．2 試驗井TH12272井使用情況

TH12272井位于TH12256井、TH12266X井附近，該井在二開5172～6318 m井段使用了旋沖提速工具，鄰井沒有使用該工具，對該井使用情況與鄰井對照比較，可以看出機械鉆速提高明顯，達到了預(yù)期的效果。表3為TH12272井試驗井段鉆速對照表。

表3 試驗井TH12272井與鄰井機械鉆速對比

從表3可看出，該工具在該井段實現(xiàn)了提速的目的，提速效果非常明顯，提速高達45%，實現(xiàn)了提速提效的目的，滿足提速要求。

3．1．3 試驗井TH12370井使用情況

TH12370井位于 TH12348井、TH12349井附近，該井在二開5585～5864 m井段使用了旋沖提速工具，主要地層為卡拉沙依組，巖性為淺灰色礫質(zhì)中細砂巖、褐色泥巖。鄰井沒有使用該工具，從使用情況與鄰井對照比較，可以看出機械鉆速提高明顯，達到了預(yù)期的效果。表4為TH12370井試驗井段鉆速對照表。

表4 TH12370井與鄰井鉆速對照

表3顯示，使用旋沖提速工具后鉆速提高也是非常明顯，最低提高了17.5%，平均超過了25%。

3．1．4 小結(jié)

從這3口井的使用效果分析看出，盡管各井所處地層的可鉆性不一致，但總體使用工具后都實現(xiàn)了提速的目的，而且提速效果非常明顯，最低提速超過了25%，最高達到了45%，說明旋沖提速工具完全適合在該區(qū)塊使用。

3．2 分地層使用效果對比分析

為更好地說明工具試驗的提速效果，針對試驗井TH12273井分地層進行使用效果分析，能更清楚地看到該工具的提速情況。表5為TH12273井的使用該工具的地層以及巖性情況。

表5 TH12273井試驗井段地層及巖性

該井段地層特點為:三疊系哈拉哈塘組地層以砂巖為主夾少量泥巖，相比較而言可鉆性較好，阿克庫勒組地層為三疊系的二、三砂組，地層巖性也是以砂巖為主，中間夾泥巖，可鉆性也較好，但泥巖鉆時相對較慢，卡拉沙依組地層以泥巖為主，可鉆性相比較而言要差，鉆速相對較慢，且井段相對較長，該井該地層有300余米，因此該井段一般耗時較長，巴楚組地層含有礫石注意對鉆頭的磨損，但可鉆性較卡拉沙依組地層要好，東河塘地層砂巖相對較多，可鉆性較好，但含有石英砂巖，對鉆頭易磨損注意鉆壓的控制。

為能直觀地認識各地層鉆速的變化，對試驗井TH12273井和鄰井各地層鉆速進行了統(tǒng)計對比，具體結(jié)果見表6。表6可以直觀地看出，該工具對各地層的適應(yīng)性。同時為便于分析，對TH12273井以及鄰井的鉆時進行了統(tǒng)計，具體見圖2。

從上面分析可以看出，旋沖提速工具對各地層都具有較好的適應(yīng)性，但對于不同的地層提速效果表現(xiàn)各不相同，主要表現(xiàn)在以下幾方面。

表6 TH12273井各地層鉆速與鄰井鉆速對照

圖2 TH12273井與鄰井鉆時曲線

(1)對于12區(qū)塊哈拉哈塘組地層而言，提速效果不很理想，基本沒有提速或者提速效果不明顯。

(2)對于使用常規(guī)“PDC+螺桿”鉆具組合可鉆性較差、機械鉆速不高的井段和地層鉆速提高明顯，在試驗井段可以看出，原來鉆速較低的井段，提高的速度較快，比如卡拉沙依組和東河塘組地層鉆速提高明顯，最高達到60%以上，一般也在30%以上。

(3)從圖2可看出，使用該提速工具后，鉆時變得逐步均勻，每米鉆時趨于平均。從圖2不難看出，試驗井TH12273井的每米鉆時沒有超過60 min的，但對于常規(guī)井，最高的每米鉆時有超過150 min的，最少的也有超過90 min的，說明使用該工具后，鉆頭的破巖能力均向化，對地層的切削能力趨于均勻。

4 結(jié)論和建議

4．1 結(jié)論

從上面分析可以得出，該工具在塔河油田12區(qū)塊使用具有良好的提速效果，主要表現(xiàn)在:

(1)該工具適用于12區(qū)塊各試驗地層，具有較好的提速效果，而且對于可鉆性較差的地層提速效果更明顯;

(2)該工具使用后能夠有效均衡鉆頭受力狀況，保證鉆頭破巖能力均衡化，鉆速趨于平均;

(3)該工具的使用較方便，沒有特別的要求，基本可以按照常規(guī)鉆具使用要求進行。

4．2 建議

(1)進一步保證工具的使用時間，目前在塔河油田螺桿鉆具和PDC鉆頭使用中，相對時間都在250 h以上，該工具使用時間只控制在200 h左右，不能同螺桿鉆具與PDC鉆頭組合同步，將會影響鉆井時效，要實現(xiàn)該工具與螺桿鉆具+PDC鉆頭鉆具組合的同步。

(2)進一步加強該工具與軟地層或者可鉆性好的地層的配伍性，使其在可鉆性強的地層上鉆速提高，實現(xiàn)全井段提速提效的目的。

［1］ 鄢松意，陶瑞東，陳建華，等．自激振蕩式旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具在大港板深19－64井的應(yīng)用［J］．石油鉆采工藝，2012，(6):114－116．

［2］ 崔龍連，汪海閣，張富成，等．頻率可調(diào)脈沖提速工具深井提速現(xiàn)場試驗研究［J］．石油機械，2013，41(12):34 －37．

［3］ 許杰．關(guān)于對鉆井提速新技術(shù)的研究與探討［J］．中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2014，(13):124．

［4］ 顧洪成，吳琪，徐依潔，等．新型井下固液水力旋流分離器及其鉆井提速技術(shù)［J］．鉆采工藝，2014，37(4):33－35，2 －3．

［5］ 陳然，周智．關(guān)于石油鉆井提速技術(shù)發(fā)展的研究［J］．工業(yè)技術(shù)，2012，(5):7．

［6］ 張海山，葛俊瑞，楊進，等．扭力沖擊器在海上深部地層的提速效果評價［J］．斷塊油氣田，2014，21(2):249 －251．

［7］ 左凱，馬認奇，李寧，等．水力脈沖提速工具作業(yè)性能分析［J］．石油礦場機械，2014，43(3):19 －22．

［8］ 劉天科．自激振蕩式旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具在勝利油田的應(yīng)用［J］．石油鉆采工藝，2012，(4):54 －56．

［9］ 許京國，尤軍，陶瑞東，等．自激振蕩式?jīng)_擊鉆井工具在大港油田的應(yīng)用［J］．石油鉆探技術(shù)，2013，(4):116 －119．