影響液動(dòng)旋沖工具井斜的因素及參數(shù)優(yōu)化

侯 圣

(大慶油田 鉆井工程技術(shù)研究院，黑龍江 大慶 163413)①

影響液動(dòng)旋沖工具井斜的因素及參數(shù)優(yōu)化

侯 圣

(大慶油田 鉆井工程技術(shù)研究院，黑龍江 大慶 163413)①

液動(dòng)旋沖工具是一種新型的鉆井提速工具，鉆井效率高，但由于區(qū)塊地質(zhì)條件復(fù)雜，部分井段出現(xiàn)井斜角難以控制的現(xiàn)象，制約了工具的推廣應(yīng)用。應(yīng)用Landmark軟件對(duì)影響井斜的因素進(jìn)行分析，優(yōu)選鉆具組合及施工參數(shù)，并在鶯深6井進(jìn)行應(yīng)用，取得良好的效果。

液動(dòng)旋沖工具；井斜；Landmark軟件

液動(dòng)旋沖工具是一種新型的鉆井提速工具，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠、鉆井效率高、鉆井成本低等優(yōu)點(diǎn)。在大慶、塔東地區(qū)已經(jīng)廣泛應(yīng)用，平均機(jī)械鉆速提高50%以上，取得了良好的提速效果。

由于區(qū)塊地質(zhì)條件復(fù)雜，部分井段出現(xiàn)井斜角過(guò)大的現(xiàn)象。本文應(yīng)用Landemark軟件對(duì)不同條件下造斜率進(jìn)行計(jì)算對(duì)比，選擇合理的鉆具組合及施工參數(shù)，指導(dǎo)鉆井施工。

1 結(jié)構(gòu)及工作原理

液動(dòng)旋沖工具由錘頭、盤閥組、傳壓傳扭機(jī)構(gòu)、沖擊機(jī)構(gòu)、動(dòng)力機(jī)構(gòu)等組成，如圖1所示。鉆井過(guò)程中，鉆井液通過(guò)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)盤閥組對(duì)錘頭做功，從而在鉆頭周向上產(chǎn)生均勻穩(wěn)定的高頻沖擊力，在軸向上產(chǎn)生高頻水力加壓脈沖，使鉆頭和井底始終保持連續(xù)的高頻切削，減少轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，提高鉆頭切削效率[1-6]。

圖1 液動(dòng)旋沖工具結(jié)構(gòu)

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2015年，液動(dòng)旋沖工具在塔東區(qū)塊應(yīng)用4口井，層位為卻爾卻克組，總進(jìn)尺3 686.15 m，平均單趟進(jìn)尺307.2 m，平均機(jī)械鉆速提高1.5倍，單趟進(jìn)尺平均提高5.23倍。例如，在古城16井取得了單趟進(jìn)尺876 m，單支工具純鉆時(shí)間243.35 h的2項(xiàng)突破。與鄰井古城8井的施工對(duì)比如表1。

表1 古城16井與鄰井古城8#施工對(duì)比

3 井斜影響因素及優(yōu)化

Landmark軟件作為成熟的石油工程設(shè)計(jì)軟件，在造斜率計(jì)算方面，專門設(shè)置了Wellplane模塊，根據(jù)施工井段、轉(zhuǎn)速、入井井斜、鉆壓[7]和鉆具組合等參數(shù)，進(jìn)行造斜率的計(jì)算。根據(jù)目前工具施工數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，假設(shè)施工初始井段為3 200 m，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速70 r/min，入井井斜1～5°，鉆壓30～140 kN，應(yīng)用Landemark軟件對(duì)影響造斜率的因素進(jìn)行計(jì)算分析，進(jìn)而確定合理的鉆井參數(shù)及鉆具組合。

3.1 鉆具組合

在相同條件下，對(duì)光鉆鋌、塔式、滿眼、單鐘擺和雙鐘擺鉆具組合[8]的造斜率進(jìn)行計(jì)算，得到鉆具組合與造斜率的關(guān)系曲線，如圖2。隨著鉆壓的增加，雙鐘擺、光鉆鋌和塔式鉆具組合造斜率曲線呈上升趨勢(shì)且造斜率較高，容易發(fā)生井斜；滿眼鉆具組合和單鐘擺鉆具組合的造斜率曲線平穩(wěn)且造斜率較低，穩(wěn)斜效果更好。

圖2 鉆具組合與造斜率的關(guān)系曲線

3.2 入井井斜角

在其他條件一定時(shí)，對(duì)單鐘擺和滿眼鉆具組合及不同入井井斜角條件下的造斜率進(jìn)行計(jì)算，得到入井井斜角與造斜率的關(guān)系曲線，如圖3。入井井斜越大，造斜率越大，越容易發(fā)生井斜。

圖3 入井井斜角與造斜率的關(guān)系曲線

3.3 鉆壓

在其他條件一定時(shí)，對(duì)單鐘擺和滿眼鉆具組合，不同鉆壓條件下的造斜率進(jìn)行計(jì)算，得到鉆壓與造斜率的關(guān)系曲線，如圖4。鉆壓越大，造斜率曲線越小，降斜效果越明顯；當(dāng)鉆壓加至一定值后，造斜率曲線趨于穩(wěn)定。

圖4 鉆壓與造斜率的關(guān)系曲線

3.4 鉆鋌尺寸

在其他條件一定時(shí)，對(duì)單鐘擺和滿眼鉆具組合不同鉆鋌尺寸條件下的造斜率進(jìn)行計(jì)算，得到鉆鋌尺寸與造斜率的關(guān)系曲線如圖5。?165和?159 mm鉆鋌造斜率接近，隨著鉆壓的增大，造斜率曲線降低，降斜效果較好；?178 mm鉆鋌造斜率相對(duì)較高，隨著鉆壓的增大，造斜率曲線基本不變，穩(wěn)斜效果較好。

圖5 鉆鋌尺寸與造斜率的關(guān)系曲線

3.5 扶正器尺寸

在其他條件一定時(shí)，對(duì)單鐘擺和滿眼鉆具組合不同扶正器尺寸條件下的造斜率進(jìn)行計(jì)算，扶正器尺寸與造斜率的關(guān)系曲線如圖6。隨鉆壓的增大，210型和212型扶正器均有不同程度的增斜，而214型扶正器呈降斜趨勢(shì)。

圖6 扶正器尺寸與造斜率的關(guān)系曲線

3.6 參數(shù)優(yōu)化

以鶯深6井為例，該井2 772.04～2 966.79 m井段入井井斜0.7°，采用三螺扶鉆具組合。即采用?215.9 mmPDC+DQY178型液動(dòng)旋沖工具+?178 mmDC×1根+?214扶正器+?178 mmDC×1根+?214扶正器+?178 mmDC×1根+?214扶正器+?159 mmDC+?127 mmHWDP+?127 mmDP鉆具組合，進(jìn)尺194.75 m后井斜2.5°，造斜率約為0.28 °/30 m。

為保證井身質(zhì)量，綜合考慮鉆井速度等因素[9]，通過(guò)Landemark軟件對(duì)鉆井參數(shù)及鉆具組合進(jìn)行優(yōu)選，井深2 966.79～3 061.36 m開(kāi)始，鉆壓80～100 kN。選用?215.9BIT×0.24 m+?178型液動(dòng)旋沖工具×1.58 m+?214STB×0.22 m+?178DC×1.8 m+?214STB×1.58 m+?178DC×9.23 m+?214STB×1.58 m+?165DC×221.52 m+?127DP滿眼鉆具組合。通過(guò)對(duì)螺扶間鉆鋌長(zhǎng)度的計(jì)算，確定螺扶間短鉆鋌長(zhǎng)度為3.06～3.16 m，如圖7。最終測(cè)得出井井斜2.4°，造斜率約為0.034°/30 m，達(dá)到了較好的穩(wěn)斜效果。

圖7 螺扶間鉆鋌長(zhǎng)度與造斜率的關(guān)系

4 結(jié)論

1) 通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)施工對(duì)比，液動(dòng)旋沖工具可大幅度提高機(jī)械鉆速。

2) 通過(guò)不同鉆具組合條件下的造斜率計(jì)算，滿眼鉆具組合及單鐘擺鉆具組合的穩(wěn)斜效果較好。入井井斜、鉆鋌尺寸和螺扶尺寸與造斜率成正比；而鉆壓與造斜率成反比。

3) 根據(jù)計(jì)算優(yōu)選鉆具組合及施工參數(shù)來(lái)控制井斜，取得了較好的穩(wěn)斜效果。

[1] 馬占云．旋沖鉆井：具有生命力的新型技術(shù)[N].中國(guó)石化報(bào)，2005-10-31(3).

[2] 袁新梅，孫起昱，王愛(ài)芳，等．旋沖鉆井技術(shù)及裝備的發(fā)展現(xiàn)狀和展望[J]．石油礦場(chǎng)機(jī)械，2007，36(3)：7-10.

[3] 陶興華．沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井破巖特點(diǎn)分析[J]．鉆采工藝，1996(3)：1-3.

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[6] 劉希圣.鉆井工藝原理[M].北京：石油工業(yè)出版社，1988.

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[9] 劉偉．四川地區(qū)防斜打直新技術(shù)的運(yùn)用[J]．西部探礦工程，2013(7)：93-99.

Well Deviation Impacting Factors and Parameters Optimization of Hydraulic Rotary Percussion Tool

HOU Sheng

(DrillingEngineeringTechnologyResearchInstitute，DaqingOilfield，Daqing163413，China)

As being a new drilling tool，hydraulic rotary percussion tool can increase drilling ability significantly.But some wells have an excess of deviation angle，restraint the using of the tool.To avoid borehole inclination，Landmark is used to analyze the reasons of borehole inclination elements，optimize drilling parameters and combination of drill tool，and achieve positive effect in Yingshen6 well.

hydraulic rotary percussion tool；borehole inclination；Landmark

2016-10-14 基金項(xiàng)目：中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司重大科技專項(xiàng)“重大工程關(guān)鍵技術(shù)裝備研究與應(yīng)用”之子課題“高效破巖工具”(2013A-B4) 作者簡(jiǎn)介：侯 圣(1984-)，男，遼寧大連人，工程師，碩士，現(xiàn)從事鉆完井工具設(shè)計(jì)工作，E-mail：houstwj@163.com。

1001-3482(2017)02-0016-03

TE921.2

B

10.3969/j.issn.1001-3482.2017.02.004