中速渦輪工具在礫石層鉆進(jìn)應(yīng)用分析

張明　楊新龍　龔曉軍

摘? 要：塔里木油田山前，PDC鉆頭和牙輪鉆頭單趟進(jìn)尺少、垂鉆工具容易失效;上部地層屬高陡構(gòu)造，地層傾角大，鉆進(jìn)容易井斜。博孜301井311.2 mm井眼應(yīng)用新型中速渦輪工具+孕鑲鉆頭，同時(shí)配套雙鐘擺鉆具組合的鐘擺力進(jìn)行防斜，利用MWD隨鉆檢測(cè)技術(shù)對(duì)井斜進(jìn)行隨鉆檢測(cè)技術(shù)對(duì)礫石層鉆進(jìn)進(jìn)行提速。試驗(yàn)表明該配套技術(shù)在巨厚礫石層中鉆進(jìn)，明顯地提高了趟鉆進(jìn)尺和機(jī)械鉆速，為山前大段礫石層的鉆井提供了經(jīng)驗(yàn)借鑒，并展示了良好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：博孜區(qū)塊;中速渦輪;孕鑲鉆頭;礫石層

中圖分類號(hào)：TE24? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

博孜301井是塔里木盆地庫車坳陷克拉蘇構(gòu)造帶克深區(qū)帶博孜3號(hào)構(gòu)造上的一口評(píng)價(jià)井，由于本區(qū)塊含礫石層較厚，可鉆性較差，為該井鉆井提速到來困難。2 850 m以上地層使用垂鉆工具加PDC鉆頭或高效牙輪鉆頭都未能解決鉆具蹩跳問題，單只PDC鉆頭純鉆時(shí)間較短，鉆頭復(fù)合片損壞，垂鉆工具早期損壞，隨鉆測(cè)斜工具早期失效，為更換工具頻繁起鉆，單趟進(jìn)尺平均不足250 m，未能有效提高機(jī)械鉆速。博孜301井為了提高單趟進(jìn)尺和機(jī)械鉆速，311.2 mm井眼鉆井中特引進(jìn)中速渦輪+孕鑲鉆頭提速工具進(jìn)行提速。

1 中速渦輪介紹

渦輪工具主要部件是渦輪，每一級(jí)渦輪由一個(gè)定子和一個(gè)轉(zhuǎn)子組成。渦輪由鑄鋼制作，渦輪上具有很多彎曲的葉片，定子和轉(zhuǎn)子的葉片形狀基本一樣，只是葉片的彎曲方向相反。由于一級(jí)渦輪所能輸出的功率太小，因此渦輪工具通常都是由成百級(jí)結(jié)構(gòu)完全相同的渦輪串聯(lián)組合而成。為了承受較大的軸向負(fù)荷，內(nèi)部裝有止推軸承。此外，在主軸還設(shè)置中間軸承，起扶正主軸的作用。渦輪工具鉆進(jìn)時(shí)流量、壓力降、輸入功率是合理使用渦輪鉆具，使其在高效率情況下工作，保證快速鉆進(jìn)的重要條件。要充分利用泵功率，采用大排量、高泵壓;根據(jù)巖層的軟硬，合理選擇鉆壓;使用孕鑲鉆頭進(jìn)行提速鉆進(jìn);為了克服普通渦輪鉆具存在的缺點(diǎn)，研制出多節(jié)渦輪、大扭矩、帶減速器新型渦輪鉆具。

該新型渦輪工具轉(zhuǎn)速可控制在800 r/min以內(nèi);鑄鋼定轉(zhuǎn)子不易磨損，整機(jī)壽命達(dá)到1 000 h;輸出功率穩(wěn)定，不隨工作時(shí)間變化，輸出功率及扭矩比其他同尺寸、同級(jí)數(shù)的渦輪鉆具至少大30%;能耐高溫、高壓，適用于高溫高壓井（≤350℃）;其壓降隨載荷增加而降低;轉(zhuǎn)速高，工作時(shí)需要的鉆壓較小，反扭矩小，造鑿出來的經(jīng)驗(yàn)井壁光滑，有利于隨鉆測(cè)量工具平穩(wěn)工作;適宜所有泥漿類型（特別是油基泥漿）;渦輪鉆具殼體上不帶任何扶正器。

使用新型渦輪鉆具前鉆井隊(duì)必須能配備能承受35 MPa高壓的泥漿泵和地面高壓循環(huán)系統(tǒng);泥漿應(yīng)具備良好的的性能，減少井壁掉塊，維護(hù)井壁穩(wěn)定性;適合在砂巖、礫巖井段中提速鉆進(jìn)，不適合泥巖地層。

2 運(yùn)用實(shí)例

博孜301井311.2 mm井眼選用新型267T1-TCF.M1中速渦輪工具+孕鑲鉆頭，該267T1-TCF.M1渦輪工具外徑267 mm，啟動(dòng)排量20 L/S，在其工作排量40.00 L/S～50.00 L/S的條件下轉(zhuǎn)數(shù)達(dá)到630 r/min～700 r/min，可產(chǎn)生8.57 MPa～12.35 MPa的工作壓降;當(dāng)扭矩達(dá)到7 731 N·m～11 135 N·m時(shí)可造成工具的制動(dòng);在溫小于250℃井溫下鉆進(jìn)，該渦輪工具壽命可達(dá)600 h;同時(shí)選用12 1/4``DD3560M 孕鑲鉆頭、MWD隨鉆測(cè)斜工具和鐘擺鉆具組合進(jìn)行配套技術(shù)提速。鉆具組合如下：12 1/4"孕鑲鉆頭+267T1-TCF.M1渦輪鉆具（630×630）+轉(zhuǎn)換接頭（631×NC61）+9"浮閥（NC61×NC61）+9"定向接頭（NC61×NC61）+9"鉆鋌×1根（MWD測(cè)斜儀）+309 mm扶正器+9"鉆鋌1根+308 mm扶正器+鉆鋌。

該井2018年8月4日渦輪工具入井前首先對(duì)工具的壓降進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試排量10 L/s、15 L/s、20 L/s，對(duì)應(yīng)壓耗為2.5 MPa、4 MPa、7 MPa，壓降屬于正常范圍，渦輪工作正常。

下鉆到底分臺(tái)階提高排量磨合渦輪，8月5日2：00達(dá)到鉆進(jìn)排量后開始復(fù)合鉆進(jìn)，鉆壓10 kN～60 kN，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)數(shù)50 r/min～70 r/min，泵壓30 MPa～31 MPa，排量37 L/s;8月14日00：20鉆至井深3 207.20 m井斜增大，循環(huán)清洗井筒起鉆，14：30渦輪鉆具和鉆頭出井。鉆進(jìn)期間由于泥漿黏度很快由70 s上升到120 s，不得不循環(huán)調(diào)整泥漿性能。

渦輪鉆井段2 850 m～3 207.20 m，進(jìn)尺357.20 m，純鉆160.27 h，平均機(jī)械鉆2.23 m/h。出井巖屑以雜色小礫巖、砂礫巖為主，鉆進(jìn)過程中鉆具運(yùn)行平穩(wěn)沒有出現(xiàn)蹩、跳鉆現(xiàn)象;期間3次短起下鉆及長(zhǎng)起鉆都非常順利，無掛卡現(xiàn)象;鉆進(jìn)中井斜從0.79°（井深2 889 m）緩慢上漲到2.85°（井深3 204.3 m），由于井斜增大決定起鉆。出井鉆頭孕鑲鉆頭磨損均勻，鉆頭保徑部分完好，中完電測(cè)顯示該段井眼井徑非常規(guī)則。

3 總結(jié)與分析

通過該國(guó)產(chǎn)中速渦輪工具+孕鑲鉆頭及配套提速技術(shù)在博孜301井上部礫石層中鉆進(jìn)提速中的應(yīng)用，分析了該工具在礫石層中鉆進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，從而提出改進(jìn)的方面，以提高礫石層鉆進(jìn)提速的效果。

（1）中速渦輪工具和孕鑲鉆頭使用壽命長(zhǎng)，鉆遇礫石層鉆具運(yùn)行平穩(wěn)，能夠很好地保護(hù)鉆頭和工具，能夠增加鉆頭的純鉆時(shí)間。

（2）渦輪工具配合孕鑲鉆頭，鉆出的井眼更規(guī)則平滑。

（3）提高了行程鉆速，減少了起下鉆次數(shù)，提速效果明顯。博孜301井渦輪鉆具+孕鑲鉆頭單趟完成357.00 m進(jìn)尺，平均機(jī)械鉆速2.23 m/h，比該井上趟鉆高效牙輪鉆頭多完成進(jìn)尺123.08 m;與同區(qū)塊4口井使用高速渦輪+孕鑲鉆頭的22趟鉆的平均機(jī)械鉆速1.72 m/h和平均趟鉆進(jìn)尺194 m對(duì)比，機(jī)械鉆速提高了29.65%，趟鉆進(jìn)尺提高了84.1%。

（4）由于渦輪鉆具外觀不帶扶正器，可選擇雙鐘擺鉆具結(jié)構(gòu)進(jìn)行防斜打直;同時(shí)井下動(dòng)力鉆具配合高效鉆頭技術(shù)通過輕壓吊打來實(shí)現(xiàn) “防斜打快” 的目標(biāo)。

（5）267T1-TCF.M1渦輪鉆具最佳工作排量為45 L/s～50 L/s，相應(yīng)轉(zhuǎn)速為630 r/min～700 r/min，而現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際鉆進(jìn)排量為33 L/s～37 L/s，理論轉(zhuǎn)速為462 r/min～518 r/min，可見排量影響渦輪轉(zhuǎn)速，而鉆井現(xiàn)場(chǎng)施工泵壓達(dá)到30 MPa的情況下，鉆井排量未能達(dá)到渦輪的額定工作排量，從而影響了工具性能的發(fā)揮，所以配備使用高壓循環(huán)設(shè)備是使用好渦輪工具的前提條件。

（6）繼續(xù)摸索一套適應(yīng)渦輪工具鉆進(jìn)的泥漿維護(hù)方法，穩(wěn)定泥漿中固相含量和其他性能的穩(wěn)定，以提高純鉆時(shí)率。

（7）加強(qiáng)渦輪鉆具軸承等易損件使用壽命的研究，提高鉆具使用壽命，降低鉆井綜合成本。

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