自激振蕩式旋沖鉆具在塔河油田深井提速中的應用

阿地力薩地爾

（中石化華北石油工程有限公司西部分公司生產技術管理部，新疆輪臺841600）

自激振蕩式旋沖鉆具在塔河油田深井提速中的應用

阿地力薩地爾*

（中石化華北石油工程有限公司西部分公司生產技術管理部，新疆輪臺841600）

脈沖射流和軸向振動沖擊可經濟有效地提高深井硬地層鉆井機速。自激振蕩式旋轉沖擊鉆井工具綜合二者優勢，將高速流經自激振蕩器的鉆井液調制生成水力脈沖，產生低幅高頻機械沖擊力，并通過沖擊傳遞桿作用于鉆頭。自激振蕩式旋轉沖擊鉆井工具在塔河油田TH12272、S72-27X井深部地層進行試驗應用，結果表明：可比條件下，使用旋沖工具可使機械鉆速提高40%以上；工具質量可靠，能量利用率高，純鉆191h后仍能保持工作性能；旋沖工具可與螺桿配合使用，并能延長鉆頭使用壽命；旋沖工具在2口試驗井中均取得顯著的提速提效效果，適合進一步推廣應用。

旋轉沖擊；脈沖射流；塔河油田；深井提速；現場試驗

淺層油氣資源勘探開發程度越來越高，深層油氣資源成為中國油氣資源戰略接替的重要領域。而深井、超深井硬地層鉆速慢，直接導致鉆井周期長、井眼質量差，甚至影響后期作業，使油氣田開發成本顯著增高，進而制約深部油氣藏的開發[1]。自激振蕩式旋轉沖擊鉆井工具綜合脈沖鉆井和沖擊振動鉆井兩類技術的優勢[2-4]，改善了井底巖石的受力狀態，強化清洗井底，可經濟有效地提高深井硬地層機械鉆速[5]。華北石油工程有限公司西部分公司在承鉆的TH12272、S72-27X井試驗應用了自激振蕩式旋轉沖擊鉆井工具，以期提高深部地層的鉆井效益。

1 自激振蕩式旋轉沖擊鉆井工具提速原理

1.1 技術原理

自激振蕩式旋沖鉆井工具結構如圖1所示。

圖1 自激振蕩式旋轉沖擊鉆井工具示意圖

自激振蕩式旋沖鉆井工具的上、下轉換接頭可根據鉆鋌和鉆頭的螺紋型號進行選配，工具的核心部件由兩級自激振蕩脈沖發生器組成。工作原理是：連續恒壓高速流體進入脈沖發生器后，通過壓力的振蕩與反饋，轉變為具有一定壓力波動的流體并繼續下行；壓力波動在缸套內部進一步調制放大，并直接作用于驅動桿形成低幅高頻的周期性沖擊力。下轉換接頭與殼體之間無連接，可伸縮的驅動桿將受到的沖擊力傳遞給鉆頭，從而使井底巖石面受到的恒定鉆壓轉變為周期性振動沖擊載荷。與此同時，來流脈動繼續向下傳播，通過鉆頭水眼噴出，形成脈沖射流，有助于強化井底清洗，改變巖石受力狀態，減弱壓持效應，降低巖石破碎強度。

1.2 技術特點

（1）采用優化的自激振蕩式水力元件將調制的水力脈動轉化為直接作用于鉆頭的機械沖擊力，能量利用效率高，工具壓力損耗小（約0.5MPa）；

（2）由自激振蕩式水力元件產生的鉆頭沖擊力具有“小振幅、高頻率”的特點，對鉆頭和地層的適應性強；

（3）工具近鉆頭安裝，不改變鉆井參數和鉆具結構，適應性強；

（4）結構簡單，穩定可靠，可免維護使用200h以上；

（5）有效防止PDC鉆頭粘滑振動，減低鉆頭的沖擊破壞，有效保護鉆頭。

1.3 使用要求及規格型號

（1）鉆進時要求送鉆均勻，當發現井底憋跳較嚴重時，應適當減小鉆壓，待憋跳現象消除后再逐漸增大鉆壓。

（2）盡可能使用無固相或低固相、低粘度鉆井液。

（3）當發現鉆開地層中含有H2S等有害氣體可能會對井下工具損害時，在井控允許的情況下，及時把工具起至地面。

（4）如果使用牙輪鉆頭，推薦采用3個不等徑噴嘴，同時盡可能增大最大噴嘴和最小噴嘴直徑的差值，鉆頭水眼推薦按照圖2排列。

（5）為滿足不同直徑井眼的鉆井提速需求，工具進行序列化設計。自激振蕩式旋轉沖擊鉆井工具結構參數見表1。

表1 自激振蕩式旋轉沖擊鉆井工具規格

圖2 牙輪鉆頭水眼排列方式

2 自激振蕩式旋轉沖擊鉆井工具現場應用

2.1 TH12272井

TH12272井是塔河油田奧陶系12區一口三開結構制的開發井，井型為直井，位于庫車縣境內。2014年5月，ZJXC-203型自激振蕩式旋轉沖擊鉆井工具在TH12272井5172～6318m井段（層位亞格列木組—東河塘組）進行了鉆井提速試驗。鉆具組合為：?250.88mmPDC鉆頭+自激振蕩式工具+?197mm螺桿+?203.2mmDC× 1根+631×410接頭+?248mm扶正器+411×630接頭+ ?203.2mmDC×1根+631×410接頭+?177.8mm無磁DC×1根+?177.8mmDC×8根+?165.1mmDC×9根+ ?127mmHWDP×15根+411×520+?139.7mmDP。采用常規鉆井參數，鉆壓：40～60kN，轉速：50r/min+螺桿，排量：34L/s，泵壓：21MPa，鉆井液密度：1.29～1.30g/cm3；巖層以侏羅系、三疊系、石炭系的砂泥巖互層為主，巖石可鉆性差。

自激振蕩式旋轉沖擊鉆井工具入井時間共計261h，純鉆進時間191.33h，出井后觀察工具整體結構完整，未見損傷。使用PDC鉆頭進尺1146m，平均機械鉆速5.99m/h，TH12272井與TH12423井、TH12527井位于同一區塊，具有較強的可比性。由表2可以看出，在相同井段，使用自激振蕩式旋轉沖擊鉆井工具的TH12272井要比未使用的TH12423、TH12527井的機械鉆速提高70.66%、75.66%，提速提效效果顯著。

2.2 S72-27X井

S72-27X井是塔河油田奧陶系S77井區的一口三開結構制的開發井，井型為直井，位于輪臺縣境內。2014年8月，S72-27X井2520～4575.60m井段使用ZJXC-203型自激振蕩式旋轉沖擊鉆井工具進行提速試驗。鉆具結構為：?250.88mmPDC鉆頭+自激振蕩式旋轉沖擊鉆井工具+?197mm螺桿+?203.2mmDC× 1根+631×410接頭+?248mm扶正器+?177.8mmDC× 9根+?165.1mmDC×9根+?127mmHWDP×15根+ 411×520+?139.7mmDP。采用常規鉆井參數，鉆壓：20～60kN，轉速：60r/min+螺桿，排量：40～60L/s，泵壓：22MPa，鉆井液密度：1.15～1.28g/cm3；鉆遇巖層以康村組、吉迪克組、蘇維依組、庫姆格列木群、巴什基奇克組、巴西蓋組、舒善河組、亞格列木組、侏羅系下統、哈拉哈塘組、阿克庫勒組的砂泥巖互層為主，巖石可鉆性差。

自激振蕩式旋轉沖擊鉆井工具入井時間共計156h，純鉆進時間109h，出井后觀察工具整體結構完整，未見損傷。使用PDC鉆頭進尺2055.60m，平均機械鉆速18.86m/h，S72-27X井與S72-17井、S72-24井位于同一區塊，地層完全相同，且2口井均未使用自激振蕩式旋轉沖擊鉆井工具，具有較強的可比性。S72-17、S72-24井鉆井數據見表3，由此可以看出，S72-27X井使用自激振蕩鉆井工具井段平均機械鉆速比S72-17、S72-24井提高43.75%以上，提速提效效果顯著。

表2 TH12272井與TH12423、TH12527井對比分析結果

表3 S72-27X井與S72-17、S72-24井對比分析結果

3 結論及建議

自激振蕩式旋轉沖擊鉆井工具提速效果明顯，且工具結構簡單，工作安全可靠，安裝使用方便，不影響現有的鉆具結構，不會對鉆井施工形成負面影響；可與螺桿配合使用，進行深井硬地層鉆井提速；建議在多區塊、多層位鉆井中進行大量的試驗與推廣，更好地在深井硬地層中發揮提速效果。

[1]韓來聚,周延軍,唐志軍.勝利油田非常規油氣優快鉆井技術[J].石油鉆采工藝,2012,3(43):11-15.

[2]呂曉平,李國興,王震宇，等.扭力沖擊器在鴨深1井志留系地層的試驗應用[J].石油鉆采工藝,2012,34(2):99-101.

[3]王瑞和,倪紅堅.高壓水射流破巖鉆孔過程的理論研究[J].石油大學學報：自然科學版,2003,27(4):44-46.

[4]倪紅堅,韓來聚,馬清明.水力脈沖誘發井下振動鉆井工具研究[J].石油鉆采工藝,2006,28(2):15-17.

[5]雷鵬,倪紅堅,王瑞和,等.自激振蕩式旋沖工具在深井超深井中的試驗應用[J].石油鉆探技術,2013,41(6):40-43.

TE921

B

1004-5716(2015)12-0058-03

2015-07-03

2015-08-13

阿地力薩地爾（1976-），男（維吾爾族），新疆喀什人，工程師，現從事生產技術管理技術工作。