水平井鉆磨技術(shù)在油田生產(chǎn)中的改進(jìn)與應(yīng)用

于吉暉

摘要：為提高水平井鉆磨效率，優(yōu)化鉆磨管柱、完善地面配套設(shè)施、優(yōu)選施工參數(shù)。形成了一套完整的技術(shù)方案：采用Φ150mm六棱鉆頭+7LZ127螺桿（帶Φ146mm扶正器）+Φ121mm液力推進(jìn)器，流量19L/s，轉(zhuǎn)速180r/min;馬達(dá)級(jí)數(shù)5級(jí)，馬達(dá)壓降4MPa，扭矩4.7KN·m，鉆磨效率高，具有較廣泛的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：水平井;鉆磨;技術(shù)方案;效率

1 現(xiàn)狀

水平井具有生產(chǎn)井段長(zhǎng)、泄油面積大、控制儲(chǔ)量高等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)井間剩余油挖潛，提高區(qū)塊動(dòng)用儲(chǔ)量。隨著油田開發(fā)的不斷深入，水平井已成為產(chǎn)能建設(shè)的重點(diǎn)，開發(fā)后期為了有效解決堵水難題，研發(fā)了化學(xué)分段堵水技術(shù)。但是封堵后堵劑會(huì)在水平段形成一定距離長(zhǎng)度不等的堵塞段。

2 研究?jī)?nèi)容

2.1鉆磨工具的研究與應(yīng)用

2.1.1大扭矩螺桿鉆具

螺桿鉆具由傳動(dòng)軸總成、萬向軸總成、馬達(dá)總成和旁通閥總成四部分組成。螺桿馬達(dá)是鉆具的主要部件，螺桿馬達(dá)的性能參數(shù)是螺桿鉆具的主要性能參數(shù)。

螺桿鉆具扭矩與馬達(dá)壓降成正比，螺桿鉆具轉(zhuǎn)速與馬達(dá)流量成正比，所以提高馬達(dá)壓降可增大扭矩，提高馬達(dá)流量就能提高轉(zhuǎn)速。根據(jù)這一工作原理，把Φ100mm螺桿鉆改為Φ120mm螺桿鉆，流量由最大13L/s提高到19L/s，轉(zhuǎn)速由最高131r/min增大到180r/min;把馬達(dá)級(jí)數(shù)由3級(jí)增大到5級(jí)，馬達(dá)壓降由2.4MPa增大到4MPa，扭矩由1.6KN·m增大到4.7KN·m，扭矩增大兩倍。

2.1.2 專用高效磨銑工具

針對(duì)特殊磨銑對(duì)象，一是引進(jìn)質(zhì)量較好的合金材料，提高工具耐磨性和使用壽命;二是改善工具結(jié)構(gòu)，合理布局磨銑齒、水眼、合金位置，通過多次室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，設(shè)計(jì)研發(fā)出專用高質(zhì)、高效六棱鉆頭。

鉆頭的耐磨性與切削機(jī)理對(duì)機(jī)械鉆速影響較大，不同的鉆頭在鉆磨時(shí)的優(yōu)缺點(diǎn)也各不相同。將三刮刀或平底磨鞋改為六棱鉆頭，進(jìn)一步提高鉆進(jìn)速率。六棱鉆頭側(cè)面是圓柱體六棱，鉆頭底面半球形，鋪焊碳化鎢并帶有相應(yīng)利刃，中間三個(gè)15mm水眼，缸體最大外徑150mm。它具有保護(hù)套管、便于排砂、進(jìn)尺快、強(qiáng)度高、便于加壓的優(yōu)點(diǎn)。

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明：高效磨銑工具完全滿足一口井（最長(zhǎng)253m）磨銑施工需求，且表面合金磨損量非常小。與常規(guī)磨銑工具相比，鉆頭壽命大大提高。

2.1.3 液力加壓推進(jìn)器

液力推進(jìn)器是一種能將螺桿鉆具中的馬達(dá)壓降轉(zhuǎn)化為鉆壓的新型井下工具，液力推力器一般由上接頭、活塞、缸體和心軸組成。該工具類似于一個(gè)液體彈簧，隨著磨銑進(jìn)程，始終給磨銑工具施加恒定的鉆壓，提高磨銑作業(yè)效率。它有利于克服摩阻，可以施加恒定鉆壓，起到減震的作用，從而提高鉆具的使用壽命。

液力推力器是利用修井液流過鉆具馬達(dá)的壓降作用在其活塞上而產(chǎn)生鉆壓。設(shè)活塞面積為S，壓力降為△P，則液力推力器產(chǎn)生的鉆壓為：F=△P?S=4MPa×50cm2=20KN，給予補(bǔ)償鉆壓2噸，單缸工作，行程600㎜，外徑121㎜，實(shí)現(xiàn)鉆具均勻加載。

2.1.4專用扶正器

將扶正塊改為水平井專用Φ146mm扶正器，保證能夠通過大井斜段及水平段;有利于鉆壓的施加，控制鉆頭居中。它有溝槽，便于排砂;螺旋設(shè)計(jì)，減少摩阻，不改變液流方向。

2.2配套地面設(shè)施

2.2.1配套連續(xù)沖砂裝置

該裝置利用連續(xù)沖砂換向閥、特制自封井口裝置及地面三通閥相互協(xié)作，實(shí)現(xiàn)接單根沖砂管柱時(shí)，不停泵連續(xù)作業(yè)。施工作業(yè)每接一根油管，需連接一根連續(xù)沖砂換向閥，可實(shí)現(xiàn)油管內(nèi)外液流方向轉(zhuǎn)換;特制自封井口可實(shí)現(xiàn)油管與套管的密封，與沖砂換向閥配合，實(shí)現(xiàn)油套管與地面之間液流換向;地面三通閥可控制地面液流方向的轉(zhuǎn)換。

2.2.2配套大排量車組

針對(duì)大套管上返慢、排量不足的問題，我們采用了一臺(tái)700型或兩臺(tái)500型水泥車并聯(lián)循環(huán)，排量大，循環(huán)徹底干凈，一次鉆磨到底。

2.2.3配套電磁壓力表、電磁流量計(jì)

配套了電磁壓力表、電磁流量計(jì)，可將入井流體泵壓、排量直接顯示在遠(yuǎn)程控制器上，可及時(shí)判斷井下鉆磨工具工作狀態(tài)。

2.2.4配套過濾器

配套過濾器，可將入井流體雜質(zhì)、臟物清除，降低轉(zhuǎn)子和定子的磨損，防止堵塞保證鉆具正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.3施工參數(shù)

通過開展室內(nèi)試驗(yàn)得出：當(dāng)工作壓差控制螺桿鉆具最大工作壓差的60%時(shí)，整機(jī)效率最高，即：△p=4MPa×0.6=2.4Mpa。

每種型號(hào)的鉆具都有自身的輸入流量范圍，只有在此范圍內(nèi)鉆具才能有較高的效率，一般應(yīng)取輸入流量范圍的中間值為最佳輸入流量值。

即：Q=1/2×（6.3L/s+18.9L/s）=12.6L/s

將△p和Q代入扭矩和轉(zhuǎn)速計(jì)算公式得出：

Mt=（1/2）△pq=（1/2π）×2.4MPa×6.3L/r=2.4KN·m

nt=60Q/q=（60×12.6L/s）/6.3L/r=120r/min

此時(shí)螺桿鉆具效率最高。

2.4管柱組合

水平井鉆磨管柱結(jié)構(gòu)優(yōu)化前為：三刮刀鉆頭或平底磨鞋+Φ100mm螺桿鉆（加焊四個(gè)扶正塊）+油管，我們對(duì)管柱組合進(jìn)行優(yōu)化，最后研發(fā)出新型水平井鉆磨管柱，管柱結(jié)構(gòu)為：Φ146mm扶正器+Φ89mm油管+Φ121mm液力推進(jìn)器+ Φ120mm螺桿鉆（帶Φ146mm扶正器）+Φ150mm六棱鉆頭。

2.5施工工藝

（1）下水平井鉆磨管柱。鉆磨鉆具組合：Φ150mm六棱鉆頭+7LZ127螺桿（帶Φ146mm扶正器）+Φ121mm液力推進(jìn)器+Φ89mm油管+Φ146mm扶正器+Φ89mm油管。

（2）緩慢下探塞面，開泵循環(huán)正常后，下放鉆具至塞面。

（3）控制鉆壓20KN左右，泵壓2-10MPa，采用連續(xù)沖砂方式鉆磨至設(shè)計(jì)深度。（4）鉆磨完畢后，徹底循環(huán)干凈后起出管柱，按相關(guān)方案要求進(jìn)行下步施工。

3、結(jié)論

（1）水平井鉆磨技術(shù)通過對(duì)鉆磨管柱優(yōu)化、地面配套設(shè)施完善，施工參數(shù)優(yōu)選，使鉆磨效率提升顯著，實(shí)現(xiàn)了整體工藝創(chuàng)新。

（2）現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，該技術(shù)可一趟鉆磨管柱完成長(zhǎng)距離堵塞段鉆磨作業(yè)，具有縮短施工周期、節(jié)約作業(yè)成本、降低勞動(dòng)強(qiáng)度等技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

（3）該技術(shù)不僅解決化堵措施后水平井段灰塞鉆磨難題，而且標(biāo)志著遼河油田水平井修井技術(shù)的階段性進(jìn)步，促進(jìn)修井作業(yè)提質(zhì)提速提效發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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