自激振蕩式旋沖鉆具在塔河油田深井提速中的應(yīng)用

阿地力薩地爾

（中石化華北石油工程有限公司西部分公司生產(chǎn)技術(shù)管理部，新疆輪臺(tái)841600）

自激振蕩式旋沖鉆具在塔河油田深井提速中的應(yīng)用

阿地力薩地爾*

（中石化華北石油工程有限公司西部分公司生產(chǎn)技術(shù)管理部，新疆輪臺(tái)841600）

脈沖射流和軸向振動(dòng)沖擊可經(jīng)濟(jì)有效地提高深井硬地層鉆井機(jī)速。自激振蕩式旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具綜合二者優(yōu)勢(shì)，將高速流經(jīng)自激振蕩器的鉆井液調(diào)制生成水力脈沖，產(chǎn)生低幅高頻機(jī)械沖擊力，并通過(guò)沖擊傳遞桿作用于鉆頭。自激振蕩式旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具在塔河油田TH12272、S72-27X井深部地層進(jìn)行試驗(yàn)應(yīng)用，結(jié)果表明：可比條件下，使用旋沖工具可使機(jī)械鉆速提高40%以上；工具質(zhì)量可靠，能量利用率高，純鉆191h后仍能保持工作性能；旋沖工具可與螺桿配合使用，并能延長(zhǎng)鉆頭使用壽命；旋沖工具在2口試驗(yàn)井中均取得顯著的提速提效效果，適合進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

旋轉(zhuǎn)沖擊；脈沖射流；塔河油田；深井提速；現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

淺層油氣資源勘探開(kāi)發(fā)程度越來(lái)越高，深層油氣資源成為中國(guó)油氣資源戰(zhàn)略接替的重要領(lǐng)域。而深井、超深井硬地層鉆速慢，直接導(dǎo)致鉆井周期長(zhǎng)、井眼質(zhì)量差，甚至影響后期作業(yè)，使油氣田開(kāi)發(fā)成本顯著增高，進(jìn)而制約深部油氣藏的開(kāi)發(fā)[1]。自激振蕩式旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具綜合脈沖鉆井和沖擊振動(dòng)鉆井兩類(lèi)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)[2-4]，改善了井底巖石的受力狀態(tài)，強(qiáng)化清洗井底，可經(jīng)濟(jì)有效地提高深井硬地層機(jī)械鉆速[5]。華北石油工程有限公司西部分公司在承鉆的TH12272、S72-27X井試驗(yàn)應(yīng)用了自激振蕩式旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具，以期提高深部地層的鉆井效益。

1 自激振蕩式旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具提速原理

1.1 技術(shù)原理

自激振蕩式旋沖鉆井工具結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 自激振蕩式旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具示意圖

自激振蕩式旋沖鉆井工具的上、下轉(zhuǎn)換接頭可根據(jù)鉆鋌和鉆頭的螺紋型號(hào)進(jìn)行選配，工具的核心部件由兩級(jí)自激振蕩脈沖發(fā)生器組成。工作原理是：連續(xù)恒壓高速流體進(jìn)入脈沖發(fā)生器后，通過(guò)壓力的振蕩與反饋，轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢▔毫Σ▌?dòng)的流體并繼續(xù)下行；壓力波動(dòng)在缸套內(nèi)部進(jìn)一步調(diào)制放大，并直接作用于驅(qū)動(dòng)桿形成低幅高頻的周期性沖擊力。下轉(zhuǎn)換接頭與殼體之間無(wú)連接，可伸縮的驅(qū)動(dòng)桿將受到的沖擊力傳遞給鉆頭，從而使井底巖石面受到的恒定鉆壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹芷谛哉駝?dòng)沖擊載荷。與此同時(shí)，來(lái)流脈動(dòng)繼續(xù)向下傳播，通過(guò)鉆頭水眼噴出，形成脈沖射流，有助于強(qiáng)化井底清洗，改變巖石受力狀態(tài)，減弱壓持效應(yīng)，降低巖石破碎強(qiáng)度。

1.2 技術(shù)特點(diǎn)

（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(dòng)轉(zhuǎn)化為直接作用于鉆頭的機(jī)械沖擊力，能量利用效率高，工具壓力損耗?。s0.5MPa）；

（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(diǎn)，對(duì)鉆頭和地層的適應(yīng)性強(qiáng)；

（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(qiáng)；

（4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定可靠，可免維護(hù)使用200h以上；

（5）有效防止PDC鉆頭粘滑振動(dòng)，減低鉆頭的沖擊破壞，有效保護(hù)鉆頭。

1.3 使用要求及規(guī)格型號(hào)

（1）鉆進(jìn)時(shí)要求送鉆均勻，當(dāng)發(fā)現(xiàn)井底憋跳較嚴(yán)重時(shí)，應(yīng)適當(dāng)減小鉆壓，待憋跳現(xiàn)象消除后再逐漸增大鉆壓。

（2）盡可能使用無(wú)固相或低固相、低粘度鉆井液。

（3）當(dāng)發(fā)現(xiàn)鉆開(kāi)地層中含有H2S等有害氣體可能會(huì)對(duì)井下工具損害時(shí)，在井控允許的情況下，及時(shí)把工具起至地面。

（4）如果使用牙輪鉆頭，推薦采用3個(gè)不等徑噴嘴，同時(shí)盡可能增大最大噴嘴和最小噴嘴直徑的差值，鉆頭水眼推薦按照?qǐng)D2排列。

（5）為滿足不同直徑井眼的鉆井提速需求，工具進(jìn)行序列化設(shè)計(jì)。自激振蕩式旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具結(jié)構(gòu)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 自激振蕩式旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具規(guī)格

圖2 牙輪鉆頭水眼排列方式

2 自激振蕩式旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2.1 TH12272井

TH12272井是塔河油田奧陶系12區(qū)一口三開(kāi)結(jié)構(gòu)制的開(kāi)發(fā)井，井型為直井，位于庫(kù)車(chē)縣境內(nèi)。2014年5月，ZJXC-203型自激振蕩式旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具在TH12272井5172～6318m井段（層位亞格列木組—東河塘組）進(jìn)行了鉆井提速試驗(yàn)。鉆具組合為：?250.88mmPDC鉆頭+自激振蕩式工具+?197mm螺桿+?203.2mmDC× 1根+631×410接頭+?248mm扶正器+411×630接頭+ ?203.2mmDC×1根+631×410接頭+?177.8mm無(wú)磁DC×1根+?177.8mmDC×8根+?165.1mmDC×9根+ ?127mmHWDP×15根+411×520+?139.7mmDP。采用常規(guī)鉆井參數(shù)，鉆壓：40～60kN，轉(zhuǎn)速：50r/min+螺桿，排量：34L/s，泵壓：21MPa，鉆井液密度：1.29～1.30g/cm3；巖層以侏羅系、三疊系、石炭系的砂泥巖互層為主，巖石可鉆性差。

自激振蕩式旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具入井時(shí)間共計(jì)261h，純鉆進(jìn)時(shí)間191.33h，出井后觀察工具整體結(jié)構(gòu)完整，未見(jiàn)損傷。使用PDC鉆頭進(jìn)尺1146m，平均機(jī)械鉆速5.99m/h，TH12272井與TH12423井、TH12527井位于同一區(qū)塊，具有較強(qiáng)的可比性。由表2可以看出，在相同井段，使用自激振蕩式旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具的TH12272井要比未使用的TH12423、TH12527井的機(jī)械鉆速提高70.66%、75.66%，提速提效效果顯著。

2.2 S72-27X井

S72-27X井是塔河油田奧陶系S77井區(qū)的一口三開(kāi)結(jié)構(gòu)制的開(kāi)發(fā)井，井型為直井，位于輪臺(tái)縣境內(nèi)。2014年8月，S72-27X井2520～4575.60m井段使用ZJXC-203型自激振蕩式旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具進(jìn)行提速試驗(yàn)。鉆具結(jié)構(gòu)為：?250.88mmPDC鉆頭+自激振蕩式旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具+?197mm螺桿+?203.2mmDC× 1根+631×410接頭+?248mm扶正器+?177.8mmDC× 9根+?165.1mmDC×9根+?127mmHWDP×15根+ 411×520+?139.7mmDP。采用常規(guī)鉆井參數(shù)，鉆壓：20～60kN，轉(zhuǎn)速：60r/min+螺桿，排量：40～60L/s，泵壓：22MPa，鉆井液密度：1.15～1.28g/cm3；鉆遇巖層以康村組、吉迪克組、蘇維依組、庫(kù)姆格列木群、巴什基奇克組、巴西蓋組、舒善河組、亞格列木組、侏羅系下統(tǒng)、哈拉哈塘組、阿克庫(kù)勒組的砂泥巖互層為主，巖石可鉆性差。

自激振蕩式旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具入井時(shí)間共計(jì)156h，純鉆進(jìn)時(shí)間109h，出井后觀察工具整體結(jié)構(gòu)完整，未見(jiàn)損傷。使用PDC鉆頭進(jìn)尺2055.60m，平均機(jī)械鉆速18.86m/h，S72-27X井與S72-17井、S72-24井位于同一區(qū)塊，地層完全相同，且2口井均未使用自激振蕩式旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具，具有較強(qiáng)的可比性。S72-17、S72-24井鉆井?dāng)?shù)據(jù)見(jiàn)表3，由此可以看出，S72-27X井使用自激振蕩鉆井工具井段平均機(jī)械鉆速比S72-17、S72-24井提高43.75%以上，提速提效效果顯著。

表2 TH12272井與TH12423、TH12527井對(duì)比分析結(jié)果

表3 S72-27X井與S72-17、S72-24井對(duì)比分析結(jié)果

3 結(jié)論及建議

自激振蕩式旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具提速效果明顯，且工具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作安全可靠，安裝使用方便，不影響現(xiàn)有的鉆具結(jié)構(gòu)，不會(huì)對(duì)鉆井施工形成負(fù)面影響；可與螺桿配合使用，進(jìn)行深井硬地層鉆井提速；建議在多區(qū)塊、多層位鉆井中進(jìn)行大量的試驗(yàn)與推廣，更好地在深井硬地層中發(fā)揮提速效果。

[1]韓來(lái)聚,周延軍,唐志軍.勝利油田非常規(guī)油氣優(yōu)快鉆井技術(shù)[J].石油鉆采工藝,2012,3(43):11-15.

[2]呂曉平,李國(guó)興,王震宇，等.扭力沖擊器在鴨深1井志留系地層的試驗(yàn)應(yīng)用[J].石油鉆采工藝,2012,34(2):99-101.

[3]王瑞和,倪紅堅(jiān).高壓水射流破巖鉆孔過(guò)程的理論研究[J].石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2003,27(4):44-46.

[4]倪紅堅(jiān),韓來(lái)聚,馬清明.水力脈沖誘發(fā)井下振動(dòng)鉆井工具研究[J].石油鉆采工藝,2006,28(2):15-17.

[5]雷鵬,倪紅堅(jiān),王瑞和,等.自激振蕩式旋沖工具在深井超深井中的試驗(yàn)應(yīng)用[J].石油鉆探技術(shù),2013,41(6):40-43.

TE921

B

1004-5716(2015)12-0058-03

2015-07-03

2015-08-13

阿地力薩地爾（1976-），男（維吾爾族），新疆喀什人，工程師，現(xiàn)從事生產(chǎn)技術(shù)管理技術(shù)工作。