勝利液力擴(kuò)眼器在超深井克深19的應(yīng)用與認(rèn)識(shí)

寧仁磊

【摘 要】克深19井是中國(guó)石油塔里木油田分公司部署在塔里木盆地的一口超深預(yù)探井，設(shè)計(jì)鉆遇鹽膏層，需對(duì)7412～7855m井段進(jìn)行擴(kuò)眼作業(yè)。論文介紹了克深19井使用的液壓擴(kuò)眼器的原理、結(jié)構(gòu)和技術(shù)特點(diǎn)，同時(shí)重點(diǎn)分析了該井高溫、高壓和軟硬交錯(cuò)的地層巖性等施工難點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)施工使用低鉆壓、小排量，同時(shí)挑選耐高溫的密封元件等相關(guān)措施，施工風(fēng)險(xiǎn)得到了有效的降低?，F(xiàn)場(chǎng)施工表明，該井?dāng)U眼施工順利，效果良好，擴(kuò)眼后套管一次性成功下到位，為保障該井固井質(zhì)量創(chuàng)造了有利條件，同時(shí)創(chuàng)國(guó)內(nèi)8-1/2"井眼擴(kuò)孔最深記錄。

【Abstract】Well Keshen 19 is an ultra-deep pre-exploration well deployed in Tarim Basin of China national petroleum corporation. The designed drill encountered salt-paste layer and required reaming of the 7412～7855m well. This paper introduces the principle， structure and technical characteristics of the hydraulic reamer used in the well Keshen 19， and analyzes the construction difficulties such as high temperature， high pressure and hard formation lithology of the well. The field construction shows that the well reaming construction is smooth and the effect is good. After reaming， the casing is successfully put in place at one time， which creates favorable conditions for ensuring the cementing quality of the well and sets the record of 8-1/2 " hole reaming in China.

【關(guān)鍵詞】超深井;擴(kuò)眼;液壓擴(kuò)眼器;技術(shù)措施;結(jié)構(gòu);特點(diǎn)

【Keywords】ultra-deep well; reaming; hydraulic reamer; technical measures; structure; characteristics

【中圖分類號(hào)】TE24? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號(hào)】1673-1069（2019）06-0188-02

1 引言

克深19井是中石油塔里木油田部署在塔里木盆地庫(kù)車坳陷克深區(qū)帶克深19構(gòu)造的一口預(yù)探井，位于新疆維吾爾自治區(qū)拜城縣城東北約16.1km，南距拜城-阿克蘇公路約14.4km，鉆探目的是探索克深19號(hào)構(gòu)造含油氣性，擴(kuò)大克深區(qū)帶油氣勘探成果;獲取鉆井地質(zhì)資料，為該區(qū)地震速度場(chǎng)研究、圈閉精細(xì)描述提供參數(shù)和依據(jù);了解白堊系巴什基奇克組儲(chǔ)層縱橫向變化情況?？松?9井設(shè)計(jì)完鉆井深7620m，實(shí)際井身結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大變化，目的層加深，對(duì)擴(kuò)眼作業(yè)施工提出了更高的要求。為保證四開(kāi)套管能夠順利下到位，固井質(zhì)量能夠得到有效保證，要求對(duì)？準(zhǔn)215.9mm的四開(kāi)井眼進(jìn)行擴(kuò)眼作業(yè)。

克深19井使用YK216-280型液壓擴(kuò)眼器在井段7412～7460m、7587～7640m、7797～7855m共進(jìn)行2趟次擴(kuò)孔作業(yè)，擴(kuò)孔總進(jìn)尺334m，平均擴(kuò)孔速度3.11m/h，四開(kāi)套管能夠一次性下到位，工具起出后的新度仍然達(dá)到85%以上。

2 施工工具

2.1 工具結(jié)構(gòu)和工作原理

克深19井選用YK216-280型擴(kuò)眼器，該工具的結(jié)構(gòu)組成包括上接頭、本體、活塞總成、彈簧、刀翼等。擴(kuò)眼器工作原理為：當(dāng)擴(kuò)眼器下鉆到設(shè)計(jì)擴(kuò)眼井深時(shí)，先啟動(dòng)轉(zhuǎn)盤（或頂驅(qū)），再啟動(dòng)鉆井泵，鉆井液在通過(guò)活塞上的噴嘴時(shí)，產(chǎn)生壓力降，活塞上的承壓面在壓差的作用下向下運(yùn)動(dòng);活塞壓縮彈簧，活塞下端推動(dòng)刀翼，刀翼外張;刀翼上的PDC齒開(kāi)始旋轉(zhuǎn)切削地層，當(dāng)活塞向下運(yùn)動(dòng)到最底端時(shí)，刀翼向外張開(kāi)到極限位置，定點(diǎn)旋轉(zhuǎn)循環(huán)，造臺(tái)階作業(yè)完成后，鉆壓緩慢增加，開(kāi)始進(jìn)行擴(kuò)眼鉆進(jìn)作業(yè);當(dāng)擴(kuò)眼作業(yè)完成時(shí)，停止鉆井泵，彈簧作用，活塞開(kāi)始復(fù)位，此時(shí)刀翼收縮到本體內(nèi)。

2.2 工具主要特點(diǎn)

①YK216-280型擴(kuò)眼器采用的結(jié)構(gòu)是液力活塞式，鉆井液流經(jīng)噴嘴產(chǎn)生的壓力降，推動(dòng)活塞，活塞下行，推動(dòng)刀翼張開(kāi)。

②擴(kuò)眼器刀翼采用的結(jié)構(gòu)是三角形，在超深井施工中能夠有效切削超硬地層。

③擴(kuò)眼器刀翼在外張過(guò)程中為避免造成不必要的磨損，采用PDC復(fù)合片切削刃，同時(shí)加密了保徑齒[1]。

④對(duì)密封元件和水力元件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇等都提出了更高的要求，否則容易造成擴(kuò)眼失敗。

⑤為方便裝配專用的領(lǐng)眼引鞋、鉆頭，下部設(shè)計(jì)了連接螺紋，方便有效。

⑥設(shè)計(jì)鉆井液流道和殼體保徑，獨(dú)特的鉆井液沖管可保證鉆井液全部從鉆頭處循環(huán)，不會(huì)發(fā)生從刀翼處泄露。

⑦結(jié)構(gòu)合理，刀翼可以靈活裝配更換，可以擴(kuò)出較大尺寸的井眼。

3 現(xiàn)場(chǎng)施工

3.1 施工難點(diǎn)及相應(yīng)措施

3.1.1 施工難點(diǎn)

①擴(kuò)眼井段埋藏深，井下溫度高，使用油基鉆井液密度大、循環(huán)壓力大，對(duì)擴(kuò)眼器密封元件的壽命造成嚴(yán)重影響，同時(shí)對(duì)工具的綜合性能提出了更高的要求。

②擴(kuò)眼地層是古近系的庫(kù)姆格列木群，該井在正常鉆進(jìn)時(shí)發(fā)生過(guò)井漏，實(shí)際排量達(dá)不到工具理論設(shè)計(jì)工作排量，擴(kuò)眼效果可能達(dá)不到理想效果，同時(shí)擴(kuò)眼過(guò)程中容易出現(xiàn)井漏、井噴等復(fù)雜井下情況，作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)大。

③沿程循環(huán)壓力增大，循環(huán)設(shè)備的負(fù)荷變大，嚴(yán)重限制了擴(kuò)眼器的流量選擇。

④克深19井?dāng)U眼井段含有較多的泥巖夾層，地層可鉆性非常差，擴(kuò)眼速度受到嚴(yán)重制約。

3.1.2 應(yīng)對(duì)技術(shù)措施

結(jié)合克深19井存在的施工難點(diǎn)，在確保工具工作穩(wěn)定性、鉆柱安全、巖屑的懸浮與有效攜帶的前提下，避免井漏、井涌等復(fù)雜情況的發(fā)生，采取了下列技術(shù)措施：

①現(xiàn)場(chǎng)施工中采用低鉆壓、低轉(zhuǎn)速;

②適當(dāng)提高鉆井液的初/終切力;

③擴(kuò)眼作業(yè)扭矩要小于鉆具空轉(zhuǎn)扭矩的200%為宜;

④對(duì)于液面變化，全程利用錄井系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè);

⑤工具采用抗超高溫的密封元件;

⑥要求司鉆精細(xì)操作，能夠及時(shí)判斷與處置井下發(fā)生的憋、跳、扭、卡等異常情況;

⑦在井下條件許可的前提下，采用盡可能高的排量，保證工具的正常工作;

⑧施工過(guò)程如遇設(shè)備損壞、井漏等復(fù)雜情況不能繼續(xù)施工，應(yīng)立即起鉆，實(shí)施維修、堵漏等，待一切正常后，方可下鉆繼續(xù)擴(kuò)眼作業(yè)[2]。

3.2 作業(yè)過(guò)程

克深19井采用的擴(kuò)眼鉆具組合為：？準(zhǔn)215.9mm牙輪鉆頭+YK216-280擴(kuò)眼器+轉(zhuǎn)換接頭+？準(zhǔn)177.8mm鉆鋌×9根+上部鉆具。

施工參數(shù)：鉆壓0～30kN，排量17～23L/s，轉(zhuǎn)速40～60r/min。

擴(kuò)眼器入井前，先在井口對(duì)工具進(jìn)行測(cè)試。頂驅(qū)與擴(kuò)眼器連接后放入井口，緩慢開(kāi)泵，3個(gè)刀片能夠順利外張到最大位置，此時(shí)記錄刀翼打開(kāi)前后泵壓的變化值，停泵，觀察刀翼能否回收正常，如不能正?；厥?，需要更換工具，重新試驗(yàn)工具，待工具正常后方可入井。

擴(kuò)眼作業(yè)時(shí)，應(yīng)進(jìn)行造臺(tái)階作業(yè)，工具下鉆至設(shè)計(jì)井深7412m，緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤（20r/min），正常旋轉(zhuǎn)鉆柱后（3～5min）轉(zhuǎn)速升至50r/min，開(kāi)啟鉆井泵;此時(shí)，不要下放鉆具，待3個(gè)刀翼張開(kāi)完全后，開(kāi)始造臺(tái)階作業(yè)，整個(gè)過(guò)程至少需要60分鐘，甚至更多;臺(tái)階造好后，開(kāi)始緩慢加壓，如能加上鉆壓，說(shuō)明造臺(tái)階成功，方可進(jìn)行后續(xù)擴(kuò)孔作業(yè);每擴(kuò)完一個(gè)立柱后，需至少對(duì)新擴(kuò)井眼劃眼2次，然后再接立柱，然后重復(fù)上述操作。擴(kuò)眼至設(shè)計(jì)井深7855m后，大排量循環(huán)鉆井液，將井底循環(huán)干凈后方可起鉆。在起鉆到大小井眼交界處和套管鞋處，應(yīng)緩慢上提鉆具，防止刀翼未收縮造成卡鉆，沒(méi)有過(guò)提顯示，工具起出后，刀片磨損正常。

3.3 施工效果

克深19井?dāng)U眼作業(yè)安全、高效、順利，全程無(wú)憋、跳、阻、卡等現(xiàn)象，起下鉆順利，擴(kuò)眼器安全可靠，刀翼收縮、張開(kāi)正常。擴(kuò)眼過(guò)程中，始終維持在20 kN左右的鉆壓;加大鉆壓對(duì)頂驅(qū)扭矩影響不大;擴(kuò)眼器工作穩(wěn)定，扭矩低且平穩(wěn);刀片張開(kāi)和收縮正常，起下鉆期間未出現(xiàn)卡阻情況，在上部未擴(kuò)的小井眼段和套管鞋處未出現(xiàn)任何掛卡顯示。第一趟擴(kuò)眼結(jié)束后，使用雙扶通井，在個(gè)別井段遇阻80kN左右，在第二趟擴(kuò)眼時(shí)，對(duì)這些井段進(jìn)行重點(diǎn)復(fù)擴(kuò)。后續(xù)下套管作業(yè)一次性成功下到位，固井質(zhì)量合格，創(chuàng)國(guó)內(nèi)8-1/2"井眼擴(kuò)孔最深記錄。

4 結(jié)論

①YK216-280型液力擴(kuò)眼器結(jié)構(gòu)合理，現(xiàn)場(chǎng)使用簡(jiǎn)單可靠、性能穩(wěn)定，完全能夠滿足超深井作業(yè)要求。

②在超深井?dāng)U眼作業(yè)中，現(xiàn)場(chǎng)施工需要充分考慮工具、鉆柱、機(jī)泵極限許可使用條件、鉆井液性能、井下安全等多種因素以及它們之間的制約關(guān)系，選出最佳施工方案。

③在容易發(fā)生井漏的區(qū)域進(jìn)行擴(kuò)眼作業(yè)時(shí)，要密切關(guān)注鉆井液液面變化，如遇異常情況，立即起鉆處理，禁止使用擴(kuò)眼器進(jìn)行循環(huán)堵漏，避免造成復(fù)雜井下情況。

【參考文獻(xiàn)】

【1】王智峰，李作會(huì)，馬清明，等.隨鉆擴(kuò)眼工具的研制與應(yīng)用[J].石油鉆采工藝，2005，27（3）：71-73.

【2】叢海洋，溫林榮，等.液壓式擴(kuò)眼器在柴參1側(cè)1井?dāng)U眼施工的實(shí)踐和認(rèn)識(shí)[J].鉆采工藝，2002，25（5）：63-65.