高速螺桿在水平井中的運用實踐

徐　輝，田　成，王　備，劉　闖

（西部鉆探工程有限公司定向井技術(shù)服務(wù)公司，新疆烏魯木齊830026）

高速螺桿在水平井中的運用實踐

徐輝*，田成，王備，劉闖

（西部鉆探工程有限公司定向井技術(shù)服務(wù)公司，新疆烏魯木齊830026）

隨著吐哈油田進(jìn)入開發(fā)后期，在成熟區(qū)塊展開鉆井提速工作不同程度的存在鉆具組合相對單一、提速空間有限的客觀現(xiàn)狀?，F(xiàn)場使用證明在軟到中等硬度地層鉆井用PDC鉆頭具有機械鉆速高、壽命長、工作平穩(wěn)、鉆井勞動強度低等優(yōu)點，并能與井下動力鉆具配合用于高速鉆井。著重介紹在三塘湖盆地的定向井與水平井中采用“高速螺桿鉆具+常規(guī)PDC鉆頭”提速，在現(xiàn)場施工中取得明顯的提速效果，同時針對試驗中存在的不足提出下步改進(jìn)的建議。

鉆井提速；水平井；高速螺桿

合理使用PDC鉆頭鉆井可以大大縮短建井周期，減少起下鉆次數(shù)，降低鉆井成本，提高鉆井經(jīng)濟(jì)效益。2010年吐哈鉆井公司在吐哈油田上部第三系軟地層開展“高速渦輪鉆具配常規(guī)PDC鉆頭”提速試驗，試驗的2口井均提速效果明顯。但是由于渦輪鉆具入井使用時間較短、價格昂貴等原因，一直存在著“提速不提效”的尷尬，使渦輪鉆具的推廣使用受到很大的限制。在認(rèn)真分析該區(qū)塊的下部地層特性和常規(guī)螺桿的機械鉆速后，2014年優(yōu)選4頭高速螺桿鉆具在直井與定向井中進(jìn)行了試驗，2015年在總結(jié)前期的優(yōu)缺點后，對螺桿鉆具進(jìn)行了改造，并在三塘湖區(qū)塊的定向井、水平井中應(yīng)用，取得了較好的提速效果。

1　三塘湖盆地的基本情況

1.1地質(zhì)概況

三塘湖盆地是吐哈油田近年來重點勘探開發(fā)的區(qū)域，水平井的井身結(jié)構(gòu)多為二開，表層井深300m左右，二開鉆至1400m左右開始造斜，造斜段長400m左右，水平段長800m左右，這樣的井身結(jié)構(gòu)裸眼長，摩阻大。造斜點多選擇在J2x以下地層，其地層及巖性特征見表1。

表1　地層及巖性特征

1.2鉆進(jìn)難點及對策

三塘湖盆地的馬郎構(gòu)造帶的鉆井難點是西山窯組及三疊系的煤層發(fā)育較好，中侏羅統(tǒng)至目的層段靠近斷層，易塌、易漏、易卡鉆；而下部巖石的研磨性差、跳鉆嚴(yán)重、機速低。面對鉆井費用不斷降低、定向時間及鉆井周期不斷壓縮的狀況，為降低鉆井成本，提速是比較可行方法之一。在經(jīng)過對已鉆定向井、水平井的鉆井資料統(tǒng)計，分析已鉆井的螺桿、鉆頭和機械鉆速等關(guān)鍵參數(shù)后，提速可從螺桿轉(zhuǎn)數(shù)及定向PDC選型入手。

2　高速螺桿的選型

旋轉(zhuǎn)鉆井系統(tǒng)是利用井下動力鉆具帶動PDC鉆頭對井底巖石不斷的施以壓力與剪切力致使其產(chǎn)生破碎的鉆井方式。要想提高鉆頭的破巖效率，一方面可加大鉆頭對巖石的剪切力，另一方面可提高鉆頭對巖石的切削頻率。X區(qū)塊高速螺桿與常規(guī)螺桿效果對比見表2。

表2　X區(qū)塊高速螺桿與常規(guī)螺桿效果對比

由表2可看出：采用高轉(zhuǎn)速的螺桿時，平均機速提高明顯。但有研究報告可知，隨著鉆壓增大，PDC鉆頭的鉆速變化不明顯。因此，提速可通過選擇高轉(zhuǎn)速螺桿實現(xiàn)。螺桿轉(zhuǎn)速對比表見表3。

表3　螺桿轉(zhuǎn)速對比表

由PDC鉆頭的破巖機理、螺桿鉆具的轉(zhuǎn)速應(yīng)與PDC鉆頭相搭配的原則，可看出：4頭螺桿鉆具的鉆速最高，應(yīng)能極大發(fā)揮鉆頭的破巖效率。故在該區(qū)水平井中選擇型號為4LZ172×7-IX-DWF的螺桿，該型號螺桿是一款轉(zhuǎn)子頭數(shù)為4頭、鉆具外徑為?172mm改進(jìn)型的九級高速螺桿，螺桿傳動軸殼體帶有外徑為?212mm的螺旋型扶正器，螺桿上部穩(wěn)定器外徑為?210mm，是在4LZ172×7-VII型螺桿的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來。

3　PDC鉆頭的選型

對近年來吐哈區(qū)域三牙輪鉆頭與常規(guī)PDC鉆頭的定向情況進(jìn)行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)：牙輪鉆頭定向效果好，每百米工具面平均調(diào)整次數(shù)為3.31次，造斜率大于等于6.2°/30m，平均機速比PDC鉆頭高出0.1m/h（+5.52%）。PDC造斜率低（≤5.2°/30m），工具面難穩(wěn)，百米平均調(diào)整次數(shù)17.87次（多于牙輪439.88%），嚴(yán)重影響機速；但PDC使用壽命長，單趟進(jìn)尺比牙輪多22.76m（+15.62%）。

影響PDC鉆頭定向效果的主要因素有以下幾點：PDC的冠型、保徑長度、減震結(jié)構(gòu)和布齒結(jié)構(gòu)；具體見表4。

表4　PDC鉆頭的重要影響因素

根據(jù)以上幾條的要求，選擇了DM653D定向PDC,該鉆頭特點為：16+13mm復(fù)合片五刀翼定向鉆頭，適用于軟到中等硬度地層。采用綜合防震設(shè)計提高鉆頭工作平穩(wěn)性，防止切削齒的非預(yù)期損壞。水力平衡設(shè)計防止鉆頭泥包，提高鉆頭的切削效率。高技術(shù)雙排切削齒的使用提高鉆頭穿夾層能力和使用壽命。

4　鉆井參數(shù)的確定及技術(shù)措施

4.1鉆具組合及參數(shù)

4.1.1造斜段鉆具組合

?216mmPDC+?172mm高速螺桿+?165mm單流閥+?165mmMWD短節(jié)+?159mm無磁鉆鋌×1根+ ?127mm加重鉆桿×30根+?127mm斜坡鉆桿。

鉆井參數(shù)：鉆壓20～60kN，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速45～65r/min，排量32～36L/s。

4.1.2水平段鉆具組合

?216mmPDC+?172mm高速螺桿+?165mm單流閥+?165mmMWD短節(jié)+?159mm無磁鉆鋌×1根+ ?127mm加重鉆桿×3根+?127mm斜坡鉆桿+?127mm加重鉆桿×21根+?127mm斜坡鉆桿。

鉆井參數(shù)：鉆壓40～60kN，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速45～65r/min，排量32～36L/s。

4.2技術(shù)措施

（1）下鉆前和起鉆后在井口將螺桿鉆具傳動軸部分完全浸入鉆井液后進(jìn)行正常排量（35L/s）測試，記錄排量和立壓，查看鉆具外觀是否有損傷。

（2）鉆頭距井底9.0～7.0m時緩慢開單泵小排量（20L/s）循環(huán)，啟動轉(zhuǎn)盤，井口有鉆井液返出時緩慢下放鉆具，清洗井底，以小鉆壓（10～20kN）進(jìn)行井底造型，鉆進(jìn)半個單根后逐漸將排量和鉆壓增加至設(shè)計值；司鉆采用試鉆法，根據(jù)鉆時及轉(zhuǎn)盤扭矩變化適當(dāng)調(diào)整鉆壓，以獲得最佳機械鉆速。

（3）鉆進(jìn)過程中必須啟動除砂器和除泥器等固控設(shè)備，如鉆井液有持續(xù)加重現(xiàn)象，應(yīng)開啟離心機。

（4）鉆進(jìn)中,密切關(guān)注扭矩、泵壓、鉆時變化,綜合判斷井內(nèi)情況,防止掉塊卡鉆和螺桿失效引發(fā)復(fù)雜情況。

（5）鉆至J2x-T地層時，提前根據(jù)鄰井的錄井圖對比預(yù)測煤層位置，鉆遇煤層時嚴(yán)格執(zhí)行煤層鉆井操作規(guī)程。

（6）鉆至P2t地層，做好泥漿性能的維護(hù)，以及提高泥漿的潤滑性，在該井段禁止長時間靜止鉆具，防止鉆具粘卡。

（7）由于裸眼段較長，堅持短拉，確保上部井段的暢通；若接單根或上下活動鉆具摩阻有明顯增大趨勢，應(yīng)及時進(jìn)行短拉，若短拉后情況無明顯改觀則應(yīng)及時起鉆通井。

（8）及時觀察巖屑變化情況，若與鉆速不一致時，應(yīng)及時循環(huán)調(diào)整泥漿性能，直至井下正常。

5　應(yīng)用效果分析

2015年4頭九級高速螺桿在三塘湖盆地馬郎區(qū)塊共應(yīng)用3口水平井，其應(yīng)用情況見表5。

表5　平均機速對照表

6　結(jié)論及認(rèn)識

（1）“高速螺桿+定向PDC鉆頭”在三塘湖的水平井鉆井中提速效果明顯，純鉆時間由平均的466h縮短到266h，縮短43%；平均機械鉆速相比提升77.25%。

（2）采用高速螺桿的水平井周期大大縮短，由平均的24.41d縮短到15.50d，斜井段周期縮短36.50%。

（3）從已鉆井的定向段情況看，高速螺桿在滑動鉆進(jìn)過程中，與常規(guī)螺桿效果相當(dāng)，應(yīng)加大對定向PDC及高速螺桿的研究，使其在造斜段的機速能得到較大提高。

[1] 周海濤，周玉海.壓差對PDC鉆頭鉆速影響規(guī)律的研究[J]．石油鉆采工藝，1996（2）：31-34.

[2] 錢峰，楊立軍.三塘湖致密油長水平段水平井鉆井技術(shù)[J]．石油鉆采工藝，2014（6）：20-23.

TE2

B

1004-5716（2016）11-0103-03

2016-01-12

2016-01-18

徐輝（1980-），男（漢族），山東萊陽人，工程師，現(xiàn)從事現(xiàn)場定向技術(shù)服務(wù)工作。