扭力沖擊器在塔河油田托普臺(tái)的鉆井提速試驗(yàn)應(yīng)用

張海軍，彭　勇

（中石化西南石油工程有限公司重慶鉆井分公司新疆指揮部，新疆輪臺(tái)841600）

扭力沖擊器在塔河油田托普臺(tái)的鉆井提速試驗(yàn)應(yīng)用

張海軍*，彭勇

（中石化西南石油工程有限公司重慶鉆井分公司新疆指揮部，新疆輪臺(tái)841600）

扭力沖擊器和PDC鉆頭配合使用，目的是提高機(jī)械鉆速，達(dá)到提速提效的作用。扭力沖擊器給PDC鉆頭提供扭向上的沖擊破碎為主，加以旋轉(zhuǎn)剪切巖層，它巧妙地將泥漿的流體能量轉(zhuǎn)換成扭向的、高頻的、均勻穩(wěn)定的機(jī)械沖擊能量并直接傳遞給PDC鉆頭，提供的這種額外的扭向沖擊力完全改變了PDC鉆頭的運(yùn)作，它是一種每分鐘750～1500次高頻的穩(wěn)定的力，就相當(dāng)于每分鐘750～1500次切削地層，使鉆頭和井底始終保持連續(xù)性切削。這時(shí)候PDC鉆頭上有2個(gè)力在切削地層：一個(gè)是轉(zhuǎn)盤提供的扭力，一個(gè)是扭力沖擊器提供的力，這時(shí)侯鉆桿的扭矩基本是穩(wěn)定的，鉆桿傳達(dá)的扭矩可以完全用于切削地層，而不會(huì)浪費(fèi)。

扭力沖擊器；塔河油田；托普臺(tái)；鉆井技術(shù)；提速提效

1　扭力沖擊器

扭力沖擊器是加拿大聯(lián)合金剛石公司（United Diamond）和阿特拉公司（Ulterra）合作研發(fā)的一種新型工具，主要用于PDC鉆頭的輔助破巖。

1.1扭力沖擊器的發(fā)展背景

在以往的鉆進(jìn)過程中，井下PDC鉆頭的運(yùn)動(dòng)是極其無序的，包括橫向、縱向和扭向的振動(dòng)及這幾種振動(dòng)的組合。這種振動(dòng)帶來的后果就是損壞PDC鉆頭切削齒，從而影響鉆頭壽命，同時(shí)無序的振動(dòng)亦會(huì)導(dǎo)致井眼軌跡的不確定性，影響井身質(zhì)量。為了減小鉆頭在井下有害振動(dòng)，消除鉆頭粘滑現(xiàn)象，以此為契機(jī)研究開發(fā)扭力沖擊器工具。

1.2扭力沖擊沖擊器的作用原理

扭力沖擊器配合PDC鉆頭一起使用，是以扭向上的沖擊破碎為主，加以旋轉(zhuǎn)剪切巖層，主要作用是在保證井身質(zhì)量的同時(shí)提高機(jī)械鉆速。它巧妙地將泥漿的流體能量轉(zhuǎn)換成扭向的、高頻的、均勻穩(wěn)定的機(jī)械沖擊能量并直接傳遞給PDC鉆頭，使鉆頭和井底始終保持連續(xù)性。提供的這種額外的扭向沖擊力完全改變了PDC鉆頭的運(yùn)作。它是一種每分鐘750～1500次高頻的穩(wěn)定的力，就相當(dāng)于每分鐘750～1500次切削地層，使鉆頭不需要等待扭力積蓄足夠的能量就可以切削地層。扭力沖擊器能有效減少橫向、縱向和扭向或幾種組合的有害振動(dòng)對(duì)鉆頭的損傷，使鉆頭工作更平穩(wěn)延長鉆頭的使用時(shí)間，同時(shí)鉆桿的傳送的扭矩更穩(wěn)定的。這時(shí)候PDC鉆頭上有2個(gè)力在切削地層：一個(gè)是轉(zhuǎn)盤提供的扭力，一個(gè)是扭力沖擊器提供的力，并直接給到鉆頭本體上。

1.3扭力沖擊器的優(yōu)缺點(diǎn)

消除了對(duì)鉆井有危害的井下振動(dòng)，粘滑、彈跳及回轉(zhuǎn)，有效減少反沖扭力，降低鉆柱上的扭力振蕩，并提供額外的高頻的扭向上的沖擊力，真正的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)PDC鉆頭剪切破巖，提高機(jī)械鉆速。同時(shí)延長PDC鉆頭的工作壽命，減少下部鉆具組合疲勞有效保護(hù)鉆具，讓使用PDC鉆頭鉆進(jìn)更堅(jiān)硬的巖層變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，突破了傳統(tǒng)牙輪鉆頭和PDC鉆頭常規(guī)鉆井的瓶頸，減少起下鉆次數(shù)，有效縮短鉆井周期。該工具是純機(jī)械構(gòu)造，無橡膠元件，無電子元件，即使工具失效仍然可以按常規(guī)方式鉆進(jìn)。該工具的缺點(diǎn)是其安全時(shí)限僅有200h，連續(xù)工作時(shí)間短。

2　提速地層簡況

新疆塔河油田托普臺(tái)區(qū)域卡拉沙依組、巴楚組、東河塘組、塔塔埃爾塔格組等地層泥巖段可鉆性低，特別是卡拉沙依組上泥巖、巴楚組下泥使用常規(guī)PDC+螺桿復(fù)合鉆進(jìn)機(jī)械鉆速偏低，平均鉆速僅機(jī)械2.68m/h，鉆進(jìn)周期較長，平均為48.5d，約占全井鉆井周期的53%。因此該區(qū)域提高三開井段的機(jī)械鉆速是縮短鉆井周期、實(shí)現(xiàn)提速提效關(guān)鍵。

3　扭力沖擊器在托普臺(tái)區(qū)域提速試驗(yàn)應(yīng)用

3.1托普臺(tái)二區(qū)TP234X井試驗(yàn)應(yīng)用情況

2011年2月在TP234X井試驗(yàn)應(yīng)用提速效果顯著，?215.9mm井眼鉆進(jìn)井段5178.36～6167.84m，使用扭力沖擊器機(jī)械鉆速高達(dá)7.7m/h，機(jī)械鉆速比常規(guī)螺桿鉆具提高一倍。

表1　托普臺(tái)二區(qū)扭力沖擊器與常規(guī)螺桿工具機(jī)械鉆速對(duì)比表

3.2托普臺(tái)三區(qū)TP337X井試驗(yàn)應(yīng)用情況

TP337X井位于塔河油田阿克庫勒凸起西南斜坡部位托普臺(tái)三區(qū)沙雅縣境內(nèi)，該區(qū)域深部地層卡拉沙依組上泥巖、巴楚組下泥使用常規(guī)PDC+螺桿復(fù)合鉆進(jìn)機(jī)械鉆速偏低，平均鉆速僅機(jī)械2.68m/h。因此TP337X井三開215.9mm井段選擇扭力沖擊器進(jìn)行鉆井提速實(shí)驗(yàn)，于2013年12月12日下入阿特拉公司扭力沖擊器工具鉆進(jìn)，12月21日鉆至井深5918m因?yàn)榕ち_擊器已經(jīng)到安全使用時(shí)限起鉆，該鉆頭出井僅一個(gè)切削齒被磨損，鉆頭出井新度達(dá)95%，扭力沖擊器鉆進(jìn)4889～5918m井段，進(jìn)尺1029m，純鉆178h，平均機(jī)械鉆速5.78m/h，最大井斜1.2°/5908m，鉆遇卡拉沙依組、巴楚組、東河塘組、塔塔埃爾塔格組、柯坪塔格組地層。

鉆進(jìn)參數(shù)：鉆壓40～120kN；轉(zhuǎn)速60～80r/min；排量29～32L/s；泵壓20～21MPa；

鉆進(jìn)時(shí)泥漿性能：密度1.30～1.33g/cm3，粘度52～55s；

鉆具組合：?215.9mmPDC鉆頭（U516S）+?165mm扭力沖擊器+?159mm DC 1根+?159mm無磁懸掛短節(jié)（隨鉆測斜儀器）+?159mm DC 1根+?212mm扶正器1根+?159mmDC22根+?127mmHWDP14根+ ?127mmDP。

現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果表明，使用扭力沖擊沖擊器可確保PDC鉆頭工作平穩(wěn)，適用于深部可鉆性低的地層，特別是泥巖段地層提速效果明顯，提高鉆井效率縮短鉆井周期。

表2　TP337X井與鄰井同層位螺桿復(fù)合鉆進(jìn)平均機(jī)械鉆速對(duì)比表

3.3扭力沖擊器使用技術(shù)要點(diǎn)

（1）準(zhǔn)備2只完好的鉆桿濾清器；

（2）工具入井前要調(diào)整好泥漿性能，確保井壁穩(wěn)定防止掉塊，降低泥漿含砂量；

（3）確保泥漿泵運(yùn)轉(zhuǎn)正常，本井使用工具正常工作排量為24～32L/s；

（4）下鉆過程避免在套管中大排量開泵循環(huán)，盡可能減少套管中開泵時(shí)間；

（5）若有遇阻井段，要盡量避免長井段劃眼；

（6）下至距離井底10～20m開泵，禁止低排量情況下鉆頭接觸井底，避免井底沉砂堵塞水眼；

（7）造型鉆壓10～20kN，轉(zhuǎn)速50r/min，造型進(jìn)尺20cm；

（8）正常鉆進(jìn)鉆壓40～120kN，一般不超過120kN，轉(zhuǎn)速50～80r/min；

（9）根據(jù)鉆時(shí)快慢，及時(shí)觀察、判斷工具和鉆頭情況；

（10）觀察返出巖屑，是否有大量掉塊、鐵屑、石英等特殊巖屑，注意觀察鉆井參數(shù)；

（11）每個(gè)單根需及時(shí)清理鉆桿濾清器。

4　結(jié)論及建議

（1）扭力沖擊器配合阿特拉公司專用PDC鉆頭提速效果明顯，在深部可鉆性較低的泥巖段優(yōu)勢非常明顯。

（2）鉆井參數(shù)平穩(wěn)，延長PDC鉆頭使用壽命。

（3）配合隨鉆測斜儀監(jiān)控井身質(zhì)量，能進(jìn)一步解放參數(shù)提高鉆井效率。

（4）以上特點(diǎn)確定了扭力沖擊器的應(yīng)用可以為企業(yè)節(jié)約成本，提高收益。

（5）該工具需要進(jìn)一步提高連續(xù)工作安全時(shí)限，進(jìn)一步節(jié)約成本縮短鉆井周期。

TE2

B

1004-5716（2016）07-0058-03

2015-07-18

2015-07-29

張海軍（1974-），男（漢族），重慶人，工程師，現(xiàn)從事鉆井工程技術(shù)及管理工作。