影響液動旋沖工具井斜的因素及參數優化

侯 圣

(大慶油田 鉆井工程技術研究院，黑龍江 大慶 163413)①

影響液動旋沖工具井斜的因素及參數優化

侯 圣

(大慶油田 鉆井工程技術研究院，黑龍江 大慶 163413)①

液動旋沖工具是一種新型的鉆井提速工具，鉆井效率高，但由于區塊地質條件復雜，部分井段出現井斜角難以控制的現象，制約了工具的推廣應用。應用Landmark軟件對影響井斜的因素進行分析，優選鉆具組合及施工參數，并在鶯深6井進行應用，取得良好的效果。

液動旋沖工具；井斜；Landmark軟件

液動旋沖工具是一種新型的鉆井提速工具，具有結構簡單、性能可靠、鉆井效率高、鉆井成本低等優點。在大慶、塔東地區已經廣泛應用，平均機械鉆速提高50%以上，取得了良好的提速效果。

由于區塊地質條件復雜，部分井段出現井斜角過大的現象。本文應用Landemark軟件對不同條件下造斜率進行計算對比，選擇合理的鉆具組合及施工參數，指導鉆井施工。

1 結構及工作原理

液動旋沖工具由錘頭、盤閥組、傳壓傳扭機構、沖擊機構、動力機構等組成，如圖1所示。鉆井過程中，鉆井液通過驅動動力機構，帶動盤閥組對錘頭做功，從而在鉆頭周向上產生均勻穩定的高頻沖擊力，在軸向上產生高頻水力加壓脈沖，使鉆頭和井底始終保持連續的高頻切削，減少轉矩波動，提高鉆頭切削效率[1-6]。

圖1 液動旋沖工具結構

2 現場應用

2015年，液動旋沖工具在塔東區塊應用4口井，層位為卻爾卻克組，總進尺3 686.15 m，平均單趟進尺307.2 m，平均機械鉆速提高1.5倍，單趟進尺平均提高5.23倍。例如，在古城16井取得了單趟進尺876 m，單支工具純鉆時間243.35 h的2項突破。與鄰井古城8井的施工對比如表1。

表1 古城16井與鄰井古城8#施工對比

3 井斜影響因素及優化

Landmark軟件作為成熟的石油工程設計軟件，在造斜率計算方面，專門設置了Wellplane模塊，根據施工井段、轉速、入井井斜、鉆壓[7]和鉆具組合等參數，進行造斜率的計算。根據目前工具施工數據統計，假設施工初始井段為3 200 m，轉盤轉速70 r/min，入井井斜1～5°，鉆壓30～140 kN，應用Landemark軟件對影響造斜率的因素進行計算分析，進而確定合理的鉆井參數及鉆具組合。

3.1 鉆具組合

在相同條件下，對光鉆鋌、塔式、滿眼、單鐘擺和雙鐘擺鉆具組合[8]的造斜率進行計算，得到鉆具組合與造斜率的關系曲線，如圖2。隨著鉆壓的增加，雙鐘擺、光鉆鋌和塔式鉆具組合造斜率曲線呈上升趨勢且造斜率較高，容易發生井斜；滿眼鉆具組合和單鐘擺鉆具組合的造斜率曲線平穩且造斜率較低，穩斜效果更好。

圖2 鉆具組合與造斜率的關系曲線

3.2 入井井斜角

在其他條件一定時，對單鐘擺和滿眼鉆具組合及不同入井井斜角條件下的造斜率進行計算，得到入井井斜角與造斜率的關系曲線，如圖3。入井井斜越大，造斜率越大，越容易發生井斜。

圖3 入井井斜角與造斜率的關系曲線

3.3 鉆壓

在其他條件一定時，對單鐘擺和滿眼鉆具組合，不同鉆壓條件下的造斜率進行計算，得到鉆壓與造斜率的關系曲線，如圖4。鉆壓越大，造斜率曲線越小，降斜效果越明顯；當鉆壓加至一定值后，造斜率曲線趨于穩定。

圖4 鉆壓與造斜率的關系曲線

3.4 鉆鋌尺寸

在其他條件一定時，對單鐘擺和滿眼鉆具組合不同鉆鋌尺寸條件下的造斜率進行計算，得到鉆鋌尺寸與造斜率的關系曲線如圖5。?165和?159 mm鉆鋌造斜率接近，隨著鉆壓的增大，造斜率曲線降低，降斜效果較好；?178 mm鉆鋌造斜率相對較高，隨著鉆壓的增大，造斜率曲線基本不變，穩斜效果較好。

圖5 鉆鋌尺寸與造斜率的關系曲線

3.5 扶正器尺寸

在其他條件一定時，對單鐘擺和滿眼鉆具組合不同扶正器尺寸條件下的造斜率進行計算，扶正器尺寸與造斜率的關系曲線如圖6。隨鉆壓的增大，210型和212型扶正器均有不同程度的增斜，而214型扶正器呈降斜趨勢。

圖6 扶正器尺寸與造斜率的關系曲線

3.6 參數優化

以鶯深6井為例，該井2 772.04～2 966.79 m井段入井井斜0.7°，采用三螺扶鉆具組合。即采用?215.9 mmPDC+DQY178型液動旋沖工具+?178 mmDC×1根+?214扶正器+?178 mmDC×1根+?214扶正器+?178 mmDC×1根+?214扶正器+?159 mmDC+?127 mmHWDP+?127 mmDP鉆具組合，進尺194.75 m后井斜2.5°，造斜率約為0.28 °/30 m。

為保證井身質量，綜合考慮鉆井速度等因素[9]，通過Landemark軟件對鉆井參數及鉆具組合進行優選，井深2 966.79～3 061.36 m開始，鉆壓80～100 kN。選用?215.9BIT×0.24 m+?178型液動旋沖工具×1.58 m+?214STB×0.22 m+?178DC×1.8 m+?214STB×1.58 m+?178DC×9.23 m+?214STB×1.58 m+?165DC×221.52 m+?127DP滿眼鉆具組合。通過對螺扶間鉆鋌長度的計算，確定螺扶間短鉆鋌長度為3.06～3.16 m，如圖7。最終測得出井井斜2.4°，造斜率約為0.034°/30 m，達到了較好的穩斜效果。

圖7 螺扶間鉆鋌長度與造斜率的關系

4 結論

1) 通過現場施工對比，液動旋沖工具可大幅度提高機械鉆速。

2) 通過不同鉆具組合條件下的造斜率計算，滿眼鉆具組合及單鐘擺鉆具組合的穩斜效果較好。入井井斜、鉆鋌尺寸和螺扶尺寸與造斜率成正比；而鉆壓與造斜率成反比。

3) 根據計算優選鉆具組合及施工參數來控制井斜，取得了較好的穩斜效果。

[1] 馬占云．旋沖鉆井：具有生命力的新型技術[N].中國石化報，2005-10-31(3).

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[9] 劉偉．四川地區防斜打直新技術的運用[J]．西部探礦工程，2013(7)：93-99.

Well Deviation Impacting Factors and Parameters Optimization of Hydraulic Rotary Percussion Tool

HOU Sheng

(DrillingEngineeringTechnologyResearchInstitute，DaqingOilfield，Daqing163413，China)

As being a new drilling tool，hydraulic rotary percussion tool can increase drilling ability significantly.But some wells have an excess of deviation angle，restraint the using of the tool.To avoid borehole inclination，Landmark is used to analyze the reasons of borehole inclination elements，optimize drilling parameters and combination of drill tool，and achieve positive effect in Yingshen6 well.

hydraulic rotary percussion tool；borehole inclination；Landmark

2016-10-14 基金項目：中國石油天然氣集團公司重大科技專項“重大工程關鍵技術裝備研究與應用”之子課題“高效破巖工具”(2013A-B4) 作者簡介：侯 圣(1984-)，男，遼寧大連人，工程師，碩士，現從事鉆完井工具設計工作，E-mail：houstwj@163.com。

1001-3482(2017)02-0016-03

TE921.2

B

10.3969/j.issn.1001-3482.2017.02.004