衡轉矩鉆井工具在長慶油田的應用

韓　飛，黃印國，秦建兵，李　慶

(1.中國石油集團 鉆井工程技術研究院，北京 102200；2.中國石油集團 渤海石油裝備制造有限公司，天津 300280；3.盤錦遼河油田雙興實業有限責任公司，遼寧 盤錦124000；4.中國石油大學(北京) 機械與儲運工程學院，北京 102249)①

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衡轉矩鉆井工具在長慶油田的應用

韓飛1，黃印國2，秦建兵3，李慶4

(1.中國石油集團 鉆井工程技術研究院，北京 102200；2.中國石油集團 渤海石油裝備制造有限公司，天津 300280；3.盤錦遼河油田雙興實業有限責任公司，遼寧 盤錦124000；4.中國石油大學(北京) 機械與儲運工程學院，北京 102249)①

摘要：在長慶油田劉家溝組等難鉆地層，PDC鉆頭鉆進時“憋跳鉆、粘滑”現象嚴重，鉆頭機械鉆速低，單只鉆頭進尺低。在慶1-14-68井進行了衡轉矩鉆井工具的應用，鉆井總進尺319 m，純鉆進時間80 h，平均機械鉆速3.99 m/h，有效提高了PDC鉆頭在難鉆地層的機械鉆速及進尺。介紹了衡轉矩鉆井工具的工作原理、技術參數，并對現場應用情況進行分析。

關鍵詞：PDC鉆頭；衡轉矩；工具

針對上述問題，從3 680 m井深開始采用衡轉矩鉆井工具鉆進，實現PDC鉆頭進尺229 m。筆者認為衡轉矩鉆井工具能夠保護鉆頭、提高機械鉆速的功能通過本次試驗得到了有效驗證，解決了PDC鉆頭在難鉆地層壽命短、機械鉆速低等難題。

1原理及特點

1.1基本原理[4-5]

衡轉矩鉆井工具采用彈簧+螺旋導向機構的機械傳動方式實時存儲、釋放鉆井轉矩能量，通過對鉆頭的破巖能量實時優化，實現鉆井轉矩波動的“消峰填谷”。通過對鉆壓、轉矩的調優化整，該工具能夠有效地解決難鉆地層鉆井時的“粘滑”、“憋跳鉆”問題，實現鉆頭的平穩、高速鉆進。

1.2技術特點

1)完全機械驅動，結構簡單，操作簡易。

2)無須配備專用鉆頭?？膳cPDC、擴眼器及牙輪鉆頭等配合作業。

3)能夠大幅提高機械鉆速，提高鉆頭使用壽命。

4)能夠防止鉆具粘扣，保護MWD等工具，防止頂驅過載。

5)可以實時優化鉆壓、轉矩，減輕司鉆作業的勞動強度。

1.3主要技術參數

最大外徑

178 mm

最大工作轉矩

20 kN·m

最大工作拉力

1 600 kN

最大工作溫度

150 ℃

平衡轉矩

4～10 kN·m

兩端連接螺紋

NC50

工具長度

4 089 mm

2現場應用

2.1慶1-14-68井概況

慶1-14-68井位于慶城縣蔡家廟鄉，設計井深為4 325 m，井身結構為：一開?444.5 mm鉆頭×210 m/?339.7 mm套管×208 m；二開?311.2 mm鉆頭×1 526 m/244.5 mm套管×1 525 m；三開?215.9 mm鉆頭×4 325 m/?177.8 mm套管×4 323 m。該井在三開井段進行了衡轉矩鉆井工具的應用，鉆進地層為劉家溝組地層、石千峰組地層及石盒子組地層。劉家溝組地層底深3 770 m，巖性為淺灰色、棕褐色砂巖夾棕褐色泥巖，下部含礫巖；石千峰組地層底深3 990 m，巖性上部以棕紅色含鈣質結核泥巖和砂質泥巖為主，夾中厚層肉紅色砂巖。下部為肉紅色塊狀砂巖夾棕紅色泥巖、砂質泥巖；石盒子組地層底深4 179 m，巖性上部主要為紫紅、黃綠色泥巖和細砂巖、砂質泥巖，下部為淺灰色含礫粗砂巖。

2.2鉆具組合

衡轉矩鉆井工具在慶1-14-68井應用的鉆具組合為：?215.9 mmPDC鉆頭+?178 mm衡轉矩鉆井工具+?165 mm鉆鋌+ ?127 mm鉆桿。

2.3鉆井參數

衡轉矩鉆井工具在慶1-14-68井應用的鉆井參數為：鉆壓60～100 kN，轉速60～75 r/min，排量32～45 L/s，泵壓11～18 MPa，鉆井液密度1.08 g/cm3。

2.4應用情況

采用PDC鉆頭+螺桿復合鉆井鉆至井深3 680 m(劉家溝下部)鉆時變慢起鉆，起出鉆頭破損嚴重。該新鉆頭進尺僅為40 m，機械鉆速1.9 m/h，井口轉矩跳動大(3～18 kN·m)，多次憋停頂驅。

從3 680 m井深開始采用衡轉矩鉆井工具鉆進，鉆至井深3 999 m進尺緩慢起鉆。鉆井總進尺319 m，純鉆進時間80 h，平均機械鉆速3.99 m/h。其中劉家溝組地層鉆進91 m，平均鉆速1.86 m/h；石千峰組地層鉆進220 m，平均鉆速7.35 m/h，石盒子組地層鉆進8 m，平均機械機械鉆速3.68 m/h。

3應用效果

由于該井附近施工井數少，井距遠，井型差異大，可比性低，故衡轉矩鉆井工具的應用效果主要與上一趟鉆的復合鉆進效果進行對比分析。

3.1井口鉆井轉矩平穩

上一趟復合鉆井鉆進劉家溝組中下部地層時，“憋跳鉆、粘滑”現象嚴重，井口轉矩跳動大(3～18 kN·m)，多次憋停頂驅。衡轉矩鉆井工具鉆進時，有效消除了“憋跳鉆、粘滑”現象，井口轉矩跳動平穩。鉆進快時轉矩大，跳動范圍大(3～5 kN·m)；鉆時慢時轉矩小，跳動范圍小(0～1 kN·m)。

3.2機械鉆速提高

上一趟復合鉆井鉆進劉家溝組中下部地層時，平均機械鉆速為1.9 m/h。衡轉矩鉆井工具鉆進時平均機械鉆速3.99 m/h。其中劉家溝組下部地層鉆進，平均鉆速1.86 m/h；石千峰組地層平均鉆速7.35 m/h，石盒子組地層平均機械機械鉆速3.68 m/h。由于沒有鄰井數據對比，但衡轉矩鉆井工具在劉家溝組底部含礫地層的機械鉆速接近了劉家溝組中下部地層機械鉆速，認為衡轉矩鉆井工具有效提高了機械鉆速。

3.3單只鉆頭壽命、進尺有效提高

上一趟復合鉆井鉆進劉家溝組中下部地層時，新鉆頭進尺僅為40 m，起鉆后鉆頭大部分復合片崩碎、脫層，鉆頭破損嚴重，如圖1。衡轉矩鉆井工具鉆進時，實現鉆頭鉆越三個地層，鉆頭總進尺319 m。其中劉家溝組地層鉆進91 m；石千峰組地層鉆進220 m；石盒子組地層鉆進8 m。衡轉矩鉆井工具有效提高了PDC鉆頭進尺，總進尺較復合鉆進鉆頭進尺提高了279 m，同層劉家溝組地層進尺提高了53 m。鉆頭起出后發現，最易磨損的外圈齒磨損較小，中心2個齒出現損壞。認為其為異常落物導致的中心齒非正常損壞(如圖2)，并肯定了衡轉矩工具保護鉆頭的效果。

圖1　復合鉆進起出鉆頭

圖2　衡轉矩鉆井工具鉆進起出鉆頭

4結論

1)衡轉矩鉆井工具+PDC鉆頭鉆進較螺桿鉆具+PDC鉆頭復合鉆進提速效果明顯，機械鉆速和單只鉆頭進尺得到有效提高。

2)衡轉矩鉆井工具能夠有效解決PDC鉆頭在難鉆地層壽命短、機械鉆速低等難題，該工具的推廣應用將拓寬PDC鉆頭的應用范圍。

3)在慶1-14-68井的成功應用為該技術的成熟完善積累了寶貴的經驗，建議繼續推廣應用該技術，并拓寬到擴眼器及牙輪鉆頭等應用領域。

參考文獻：

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[4]韓飛，郭慧娟，戴楊，等.PDC鉆頭轉矩控制技術分析[J].石油礦場機械，2012，41(12)：69-71.

[5]Knut S S.Drilling Difficult Fomations effi-Eciently With the Use od an Anti-stall Tool[R].SPE/IADC 111874，2008.

Application of Torque Balancer in Changqing Oilflied

HAN Fei1，HUANG Yinguo2，QIN Jianbing3，LI Qing4

(1.DrillingResearchInstitute，CNPC，Beijing102200，China；2.BohaiEquipmentManufacturingCo.，Ltd.，CNPC，Tianjing300280，China；3.PanjinLiaoheOilfieldDoubleXingIndustrialCo.，Ltd.，Panjin，124000，China；4.CollegeofMechanical&TransportationEngineering，ChinaUniversityofPetroleum(Beijing)，Beijing102249，China)

Abstract：Serious bit bouncing and stick slip problems in drilling hard formation with PDC bit often result in low ROP and bit footage.The torque balancer was applied in Well Qing1-14-68 of Changqing Oilflied and the ROP and drilling footage per bit were increased：the total drilling footage per bit was 319 m，effective drilling time was 80 h，average ROP was 3.99 m/h.The principle，features and onsite application of torque balancer are introduced in this paper.

Keywords：PDC bit；torque balancer；tool

中圖分類號：TE921.1

文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1001-3482.2016.03.020

作者簡介：韓飛(1982-)，男，遼寧葫蘆島人，碩士，主要從事從事石油鉆井裝備與工具研究。

收稿日期：①2015-09-29 中國石油集團公司科技項目“水平井減阻降扭與管外封隔器等新工具研制”(2014B-4314)

文章編號：1001-3482(2016)03-0083-03