高速螺桿在水平井中的運用實踐

徐　輝，田　成，王　備，劉　闖

（西部鉆探工程有限公司定向井技術服務公司，新疆烏魯木齊830026）

高速螺桿在水平井中的運用實踐

徐輝*，田成，王備，劉闖

（西部鉆探工程有限公司定向井技術服務公司，新疆烏魯木齊830026）

隨著吐哈油田進入開發后期，在成熟區塊展開鉆井提速工作不同程度的存在鉆具組合相對單一、提速空間有限的客觀現狀。現場使用證明在軟到中等硬度地層鉆井用PDC鉆頭具有機械鉆速高、壽命長、工作平穩、鉆井勞動強度低等優點，并能與井下動力鉆具配合用于高速鉆井。著重介紹在三塘湖盆地的定向井與水平井中采用“高速螺桿鉆具+常規PDC鉆頭”提速，在現場施工中取得明顯的提速效果，同時針對試驗中存在的不足提出下步改進的建議。

鉆井提速；水平井；高速螺桿

合理使用PDC鉆頭鉆井可以大大縮短建井周期，減少起下鉆次數，降低鉆井成本，提高鉆井經濟效益。2010年吐哈鉆井公司在吐哈油田上部第三系軟地層開展“高速渦輪鉆具配常規PDC鉆頭”提速試驗，試驗的2口井均提速效果明顯。但是由于渦輪鉆具入井使用時間較短、價格昂貴等原因，一直存在著“提速不提效”的尷尬，使渦輪鉆具的推廣使用受到很大的限制。在認真分析該區塊的下部地層特性和常規螺桿的機械鉆速后，2014年優選4頭高速螺桿鉆具在直井與定向井中進行了試驗，2015年在總結前期的優缺點后，對螺桿鉆具進行了改造，并在三塘湖區塊的定向井、水平井中應用，取得了較好的提速效果。

1　三塘湖盆地的基本情況

1.1地質概況

三塘湖盆地是吐哈油田近年來重點勘探開發的區域，水平井的井身結構多為二開，表層井深300m左右，二開鉆至1400m左右開始造斜，造斜段長400m左右，水平段長800m左右，這樣的井身結構裸眼長，摩阻大。造斜點多選擇在J2x以下地層，其地層及巖性特征見表1。

表1　地層及巖性特征

1.2鉆進難點及對策

三塘湖盆地的馬郎構造帶的鉆井難點是西山窯組及三疊系的煤層發育較好，中侏羅統至目的層段靠近斷層，易塌、易漏、易卡鉆；而下部巖石的研磨性差、跳鉆嚴重、機速低。面對鉆井費用不斷降低、定向時間及鉆井周期不斷壓縮的狀況，為降低鉆井成本，提速是比較可行方法之一。在經過對已鉆定向井、水平井的鉆井資料統計，分析已鉆井的螺桿、鉆頭和機械鉆速等關鍵參數后，提速可從螺桿轉數及定向PDC選型入手。

2　高速螺桿的選型

旋轉鉆井系統是利用井下動力鉆具帶動PDC鉆頭對井底巖石不斷的施以壓力與剪切力致使其產生破碎的鉆井方式。要想提高鉆頭的破巖效率，一方面可加大鉆頭對巖石的剪切力，另一方面可提高鉆頭對巖石的切削頻率。X區塊高速螺桿與常規螺桿效果對比見表2。

表2　X區塊高速螺桿與常規螺桿效果對比

由表2可看出：采用高轉速的螺桿時，平均機速提高明顯。但有研究報告可知，隨著鉆壓增大，PDC鉆頭的鉆速變化不明顯。因此，提速可通過選擇高轉速螺桿實現。螺桿轉速對比表見表3。

表3　螺桿轉速對比表

由PDC鉆頭的破巖機理、螺桿鉆具的轉速應與PDC鉆頭相搭配的原則，可看出：4頭螺桿鉆具的鉆速最高，應能極大發揮鉆頭的破巖效率。故在該區水平井中選擇型號為4LZ172×7-IX-DWF的螺桿，該型號螺桿是一款轉子頭數為4頭、鉆具外徑為?172mm改進型的九級高速螺桿，螺桿傳動軸殼體帶有外徑為?212mm的螺旋型扶正器，螺桿上部穩定器外徑為?210mm，是在4LZ172×7-VII型螺桿的基礎上改進而來。

3　PDC鉆頭的選型

對近年來吐哈區域三牙輪鉆頭與常規PDC鉆頭的定向情況進行統計，發現：牙輪鉆頭定向效果好，每百米工具面平均調整次數為3.31次，造斜率大于等于6.2°/30m，平均機速比PDC鉆頭高出0.1m/h（+5.52%）。PDC造斜率低（≤5.2°/30m），工具面難穩，百米平均調整次數17.87次（多于牙輪439.88%），嚴重影響機速；但PDC使用壽命長，單趟進尺比牙輪多22.76m（+15.62%）。

影響PDC鉆頭定向效果的主要因素有以下幾點：PDC的冠型、保徑長度、減震結構和布齒結構；具體見表4。

表4　PDC鉆頭的重要影響因素

根據以上幾條的要求，選擇了DM653D定向PDC,該鉆頭特點為：16+13mm復合片五刀翼定向鉆頭，適用于軟到中等硬度地層。采用綜合防震設計提高鉆頭工作平穩性，防止切削齒的非預期損壞。水力平衡設計防止鉆頭泥包，提高鉆頭的切削效率。高技術雙排切削齒的使用提高鉆頭穿夾層能力和使用壽命。

4　鉆井參數的確定及技術措施

4.1鉆具組合及參數

4.1.1造斜段鉆具組合

?216mmPDC+?172mm高速螺桿+?165mm單流閥+?165mmMWD短節+?159mm無磁鉆鋌×1根+ ?127mm加重鉆桿×30根+?127mm斜坡鉆桿。

鉆井參數：鉆壓20～60kN，轉盤轉速45～65r/min，排量32～36L/s。

4.1.2水平段鉆具組合

?216mmPDC+?172mm高速螺桿+?165mm單流閥+?165mmMWD短節+?159mm無磁鉆鋌×1根+ ?127mm加重鉆桿×3根+?127mm斜坡鉆桿+?127mm加重鉆桿×21根+?127mm斜坡鉆桿。

鉆井參數：鉆壓40～60kN，轉盤轉速45～65r/min，排量32～36L/s。

4.2技術措施

（1）下鉆前和起鉆后在井口將螺桿鉆具傳動軸部分完全浸入鉆井液后進行正常排量（35L/s）測試，記錄排量和立壓，查看鉆具外觀是否有損傷。

（2）鉆頭距井底9.0～7.0m時緩慢開單泵小排量（20L/s）循環，啟動轉盤，井口有鉆井液返出時緩慢下放鉆具，清洗井底，以小鉆壓（10～20kN）進行井底造型，鉆進半個單根后逐漸將排量和鉆壓增加至設計值；司鉆采用試鉆法，根據鉆時及轉盤扭矩變化適當調整鉆壓，以獲得最佳機械鉆速。

（3）鉆進過程中必須啟動除砂器和除泥器等固控設備，如鉆井液有持續加重現象，應開啟離心機。

（4）鉆進中,密切關注扭矩、泵壓、鉆時變化,綜合判斷井內情況,防止掉塊卡鉆和螺桿失效引發復雜情況。

（5）鉆至J2x-T地層時，提前根據鄰井的錄井圖對比預測煤層位置，鉆遇煤層時嚴格執行煤層鉆井操作規程。

（6）鉆至P2t地層，做好泥漿性能的維護，以及提高泥漿的潤滑性，在該井段禁止長時間靜止鉆具，防止鉆具粘卡。

（7）由于裸眼段較長，堅持短拉，確保上部井段的暢通；若接單根或上下活動鉆具摩阻有明顯增大趨勢，應及時進行短拉，若短拉后情況無明顯改觀則應及時起鉆通井。

（8）及時觀察巖屑變化情況，若與鉆速不一致時，應及時循環調整泥漿性能，直至井下正常。

5　應用效果分析

2015年4頭九級高速螺桿在三塘湖盆地馬郎區塊共應用3口水平井，其應用情況見表5。

表5　平均機速對照表

6　結論及認識

（1）“高速螺桿+定向PDC鉆頭”在三塘湖的水平井鉆井中提速效果明顯，純鉆時間由平均的466h縮短到266h，縮短43%；平均機械鉆速相比提升77.25%。

（2）采用高速螺桿的水平井周期大大縮短，由平均的24.41d縮短到15.50d，斜井段周期縮短36.50%。

（3）從已鉆井的定向段情況看，高速螺桿在滑動鉆進過程中，與常規螺桿效果相當，應加大對定向PDC及高速螺桿的研究，使其在造斜段的機速能得到較大提高。

[1] 周海濤，周玉海.壓差對PDC鉆頭鉆速影響規律的研究[J]．石油鉆采工藝，1996（2）：31-34.

[2] 錢峰，楊立軍.三塘湖致密油長水平段水平井鉆井技術[J]．石油鉆采工藝，2014（6）：20-23.

TE2

B

1004-5716（2016）11-0103-03

2016-01-12

2016-01-18

徐輝（1980-），男（漢族），山東萊陽人，工程師，現從事現場定向技術服務工作。