高速渦輪鉆井技術(shù)在元壩陸相地層應(yīng)用中的難題分析與技術(shù)對(duì)策

文/高思，中國(guó)石化勝利石油工程公司黃河鉆井南苑項(xiàng)目部

高速渦輪鉆井技術(shù)在元壩陸相地層應(yīng)用中的難題分析與技術(shù)對(duì)策

文/高思，中國(guó)石化勝利石油工程公司黃河鉆井南苑項(xiàng)目部

隨著孕鑲金剛石鉆頭+高速渦輪鉆井技術(shù)在各大油氣田地區(qū)廣泛使用，取得了明顯的提速效果。本文主要針對(duì)該技術(shù)在元壩區(qū)塊的應(yīng)用情況，分析討論了高速渦輪鉆井中高剛性鉆具對(duì)井眼的要求、高泵壓對(duì)設(shè)備的要求、高固相含量對(duì)固控設(shè)備的使用要求、孕鑲金剛石鉆頭對(duì)地層巖性選擇性強(qiáng)等一系列難題，提出了相對(duì)應(yīng)的技術(shù)措施。同時(shí)建議引進(jìn)不同類(lèi)型的高速渦輪鉆井技術(shù)在元壩地區(qū)其它層位進(jìn)行試驗(yàn)，真正實(shí)現(xiàn)提速與提效的雙重效果。

Neyrfor渦輪鉆具;鉆時(shí)慢;高泵壓;高固含;匹配;通井;國(guó)產(chǎn)化

渦輪鉆井技術(shù)最早起源于1923年的蘇聯(lián)，隨后美國(guó)人創(chuàng)造出多級(jí)無(wú)齒輪輪渦，最高輸出速度達(dá)4500rpm/min，之后的幾十年間渦輪鉆井技術(shù)還處于摸索階段，自80年代后渦輪鉆井技術(shù)才得到迅猛的發(fā)展，提高鉆速十分顯著，占據(jù)了大部分市場(chǎng)。隨著各種類(lèi)型鉆頭的發(fā)展，高速牙輪鉆頭、高效PDC鉆頭與渦輪鉆具配合使用都取得了比較好的效果，國(guó)外應(yīng)用極為廣泛，特別是俄羅斯80%的鉆井工作量都是采用渦輪鉆井[1-3]。

高速渦輪鉆井技術(shù)的優(yōu)勢(shì)明顯，可大幅度提高研磨性地層機(jī)械鉆速，減少鉆柱與套管的旋轉(zhuǎn)磨損，保護(hù)套管，渦輪采取全金屬構(gòu)件，不受井溫限制，形成光滑無(wú)螺旋的井眼，在元壩地區(qū)陸相地層中應(yīng)用較成功，但是，隨著高速渦輪鉆井技術(shù)的廣泛應(yīng)用，暴露出一些問(wèn)題，下面主要闡述四川元壩地區(qū)應(yīng)用該技術(shù)出現(xiàn)的難題，并提出了一些針對(duì)性的技術(shù)措施。

1 難題分析

1.1 高速渦輪鉆具故障與復(fù)雜率較高

由于渦輪鉆具本身為滿(mǎn)眼鉆具組合形式，自帶3-4個(gè)扶正器，剛性強(qiáng)，孕鑲金剛石鉆頭為全保徑鉆頭，一是下入不規(guī)則井眼內(nèi)卡鉆風(fēng)險(xiǎn)大；二是鉆遇破碎地層或壓力變化的地層渦輪鉆具易發(fā)生制動(dòng)，卡鉆風(fēng)險(xiǎn)大，而且一旦井底發(fā)生卡鉆處理難度極大。

1.2 渦輪鉆井對(duì)泥漿性能的影響

渦輪鉆井對(duì)泥漿性能影響最突出的問(wèn)題是巖屑細(xì)小，固相含量高。渦輪鉆進(jìn)過(guò)程中，由于孕鑲金剛石鉆頭自身特性，破碎巖屑細(xì)小，返砂量極少，大部分細(xì)砂進(jìn)入泥漿中或粘附于井壁、套管上，造成起鉆困難。

1.3 鉆頭及高速渦輪與地層匹配問(wèn)題

由于自流井與須家河地層不同井深處巖性差異大，鉆頭與地層適應(yīng)性不同，直接導(dǎo)致鉆時(shí)變化大，最慢鉆時(shí)達(dá)300min/m以上，最快鉆時(shí)為10min/m，不利于判斷鉆頭和渦輪鉆具的具體工作情況，增加了施工難度。

1.4 井控與井漏處理難度大

當(dāng)發(fā)生井控風(fēng)險(xiǎn)需要關(guān)井處理時(shí)，存在卡鉆的風(fēng)險(xiǎn)。井漏發(fā)生時(shí)，不能及時(shí)進(jìn)行堵漏施工，而且堵漏材料尺寸不能大于2mm，需加入大顆粒堵漏劑時(shí)，需要起鉆后再處理，往往會(huì)延誤處理井漏的時(shí)機(jī)。

1.5 套管防磨問(wèn)題

高速渦輪鉆井技術(shù)縮短了鉆井周期，減少了套管防磨問(wèn)題，但由于地層與鉆頭匹配性問(wèn)題，采用孕鑲金剛石鉆頭鉆遇自流井礫石層鉆時(shí)慢，對(duì)某一深度處的套管有一定的磨損。

1.6 渦輪鉆井對(duì)設(shè)備要求高

渦輪鉆具壓耗大，對(duì)機(jī)泵條件要求高。渦輪鉆井技術(shù)采用高泵壓鉆進(jìn)，導(dǎo)致頻繁更換泵配件，影響純鉆時(shí)效；泥漿泵高泵壓長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)，凡爾座下沉較深，取出時(shí)壓力高，導(dǎo)致凡爾座取出器前端銷(xiāo)軸處頻繁斷裂。

1.7 成本較高，提速不提效

1）鉆頭采購(gòu)費(fèi)、渦輪鉆具租賃費(fèi)與服務(wù)人員勞務(wù)費(fèi)過(guò)高。

2）高泵壓和高固含考驗(yàn)循環(huán)系統(tǒng)設(shè)備與固控設(shè)備，泵配件、固控設(shè)備配件頻繁更換，設(shè)備維護(hù)維修費(fèi)用大大增加。

3）渦輪鉆井技術(shù)采用高泵壓（31-33MPa）鉆進(jìn)，柴油消耗量大，當(dāng)日進(jìn)尺未達(dá)到常規(guī)鉆進(jìn)方式兩倍以上時(shí)，經(jīng)濟(jì)效益差。

2 技術(shù)對(duì)策

1）暢通的井眼條件是渦輪安全下入的首要保證。

2）使用優(yōu)質(zhì)的隨鉆震擊器，增強(qiáng)處理井下復(fù)雜的能力。

3）細(xì)化技術(shù)措施，實(shí)現(xiàn)安全鉆進(jìn)。

4）保證四級(jí)固控系統(tǒng)使用率，可有效清除微米級(jí)有害固相，減小井下復(fù)雜。

5）優(yōu)化鉆頭設(shè)計(jì)，根據(jù)地層巖石特性進(jìn)行選型，選擇合適級(jí)數(shù)的渦輪鉆具，實(shí)現(xiàn)孕鑲金剛石鉆頭與高速渦輪鉆具的合理匹配。

6）井下安全是一切施工的基礎(chǔ)保障。

7）針對(duì)渦輪鉆井技術(shù)導(dǎo)致的套管磨損問(wèn)題，嚴(yán)格監(jiān)控返砂中鐵屑含量，一旦其含量明顯增加，應(yīng)立即起鉆更換牙輪鉆頭進(jìn)行過(guò)渡，避免磨穿套管的情況發(fā)生。

8）高速渦輪鉆井技術(shù)對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備要求高，可提高井隊(duì)設(shè)備承受能力，大力發(fā)展高性能和大功率設(shè)備。

9）降低成本唯一有效的方法就是高速渦輪鉆具的國(guó)產(chǎn)化。

3 應(yīng)用效果見(jiàn)表1所示。

表1 元壩區(qū)塊各井高速渦輪鉆井技術(shù)應(yīng)用情況

4 結(jié)論與建議

1）孕鑲金剛石+渦輪鉆井技術(shù)確實(shí)是元壩自流井、須家河提速的最有效的手段，可在元壩區(qū)塊大力推廣應(yīng)用，陸相井、水平井渦輪鉆井優(yōu)勢(shì)可得到更大程度的發(fā)揮。

2）元壩地區(qū)的超深井在三開(kāi)開(kāi)鉆即可使用孕鑲金剛石+高速渦輪鉆井技術(shù)，可以明顯提高行程鉆速，同時(shí)可減少由于鉆井液比重低造成上部地層井壁垮塌的復(fù)雜情況發(fā)生。

3）根據(jù)各國(guó)的渦輪鉆井經(jīng)驗(yàn)，可繼續(xù)引進(jìn)不同類(lèi)型的渦輪鉆井技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可大力發(fā)展與高速渦輪相匹配的PDC鉆頭、混合型鉆頭等技術(shù)，嘗試其它層位渦輪鉆井的提速效果，以拓展高速渦輪鉆具的應(yīng)用范圍。

4）渦輪鉆具可做進(jìn)一步的改進(jìn)，朝向高轉(zhuǎn)速、低壓降的方向發(fā)展，可以解放高性能設(shè)備的要求。

5）建議優(yōu)選施工隊(duì)伍、優(yōu)選設(shè)備狀況、優(yōu)選井位，在條件具備的隊(duì)伍使用該工具才能有好的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]曹耀峰.超深高酸性氣田鉆井技術(shù)與實(shí)踐[M].中國(guó)石化出版社,2011,2:47-123

[2]成海等.國(guó)內(nèi)外渦輪鉆具鉆井技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械,2008,37(4):28-31

[3]劉慶江.渦輪鉆具在俄羅斯的應(yīng)用及發(fā)展方向研究[J].企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā),2011,15:179-180

高思，男，1983年2月出生，工程師，從事鉆井技術(shù)工作。2008年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東）油氣井工程專(zhuān)業(yè)，獲得工學(xué)碩士學(xué)位，工程師。