液動旋沖工具在大慶油田徐深6區塊的應用

李秋杰

(大慶鉆探工程公司鉆井工程技術研究院，黑龍江大慶163413)

1概述

松遼盆地北部徐家圍子斷陷是我國深層天然氣勘探的重點區域，斷陷構造總體上具有四周高中間低，中部寬而深，南北窄而淺的特點，呈近南北向展布的“兩坳三隆”的構造格局。松遼盆地北部火山巖儲層天然氣儲量占盆地天然氣總探明儲量的90%以上，揭示了火山巖天然氣藏在油氣資源中的重要地位及勘探遠景。由于火山巖致密且研磨性極強，應用常規PDC鉆頭存在鉆速低、進尺少、頻繁起下鉆等問題，應用效果不理想；使用牙輪鉆進營城組600m井段需牙輪鉆頭8～12只，平均單只鉆頭進尺60m，機械鉆速1.26m/h，個別井段單只鉆頭進尺不足15m，機械鉆速0.6～0.8m/h，鉆頭使用效率非常低。經過對該區塊底層巖性分析，通過一系列技術措施，先后在徐深6-306井、徐深6-309井、徐深6-313井等3口井進行了液動旋沖工具提速試驗，在鉆井提速方面取得了不錯的進展，在徐深6區塊初步形成了一套可行的鉆井提速技術。

2 液動旋沖工具的結構原理及特點

2.1 鉆井過程中的粘滑現象

在正常鉆井條件下，PDC鉆頭能連續地破碎剪切地層。用PDC鉆頭打堅硬、固結地層時，通常沒有足夠的扭矩來破碎地層，從而使鉆頭瞬間停止轉動。這時，扭矩能量就開始在鉆柱中聚集，鉆柱會像發條一樣扭緊，一旦達到剪切破碎地層所需的扭矩，鉆柱中的扭矩能量就會突然釋放出來，鉆頭將會以高于普通鉆頭的轉速破巖。這種猛烈變化運動被稱之為“粘滑”現象，這種現象會導致鉆頭不能連續剪切地層，影響機械鉆速，導致鉆頭過早失效，也會縮短下部鉆具的使用壽命。

2.2 液動旋沖工具工作原理

液動旋沖工具產生的高頻的周向沖擊，附加高頻剪切力在鉆頭上，能夠有效地消除“粘滑現象”，保護鉆頭，提高破巖效率；同時，產生的高壓水力脈沖，能夠有效地提高巖屑運移效率，減少巖屑重復切削，進一步提高了機械鉆速。

2.3 液動旋沖工具結構（見圖1）

工具通過本體傳遞鉆機基礎動力，動力總成通過鉆井液的流體能量產生旋轉動力，沖擊總成產生高頻機械沖擊。

工具沖擊總成主要由凸輪組(上凸輪、下凸輪)、復位總成、鉆頭連接節組成(見圖2)，動力系統帶動上凸輪旋轉，與下凸輪接觸后產生順時針方向及垂直向下的沖擊力(如圖中箭頭所示方向)。順時針方向產生的高頻沖擊直接作用于鉆頭，實現了PDC鉆頭的復合切削。垂直向下的沖擊力通過復位機構釋放，并回到初始狀態，完成一次沖擊及復位動作。通過順時針方向附加的高頻沖擊，大大縮短了剪切巖石時的“蓄能”過程，消除了粘滑現象，保證了PDC鉆頭連續剪切地層。同時，每完成一次沖擊動作，工具的過流面積即發生一次改變并產生高頻高壓水力脈沖，從而優化了鉆頭流場（見圖3），提高了巖屑的運移效率，進一步提高了機械鉆速。

圖1 液動旋沖工具基本結構

圖2 液動旋沖工具工作原理

圖3 井下流場模擬

2.4 液動旋沖工具基本參數

?178mm型液動旋沖工具規格參數如下:適用井眼尺寸為 8-1/2″(?215.9mm)，使用排量30～34L/s，沖擊頻率45Hz，壓耗2.5MPa，上部扣型NC46，下部扣型NC46，總質量270kg。

3 現場試驗情況

徐深6-306井、徐深6-309井、徐深6-313井是大慶油田徐家圍子地區的3口開發井，平均設計井深3600m，完鉆層位為沙河子組。其中，營城組主要巖性為雜色礫巖、流紋巖、深灰色安山巖、安山質灰巖深灰色晶屑凝灰巖、灰白色流紋巖、雜色火山角礫巖；沙河子組上部以雜色砂礫巖為主，夾少量灰色粉砂巖，細砂巖與紫紅色泥巖和凝灰巖，下部為流紋巖、火山角礫巖、熔巖及凝灰巖等火山巖類。此類地層巖石堅硬，研磨性強，可鉆性差，為解決單只鉆頭進尺少、機械鉆速低等問題，特開展此次試驗。

3.1 單鐘擺鉆具組合

結合液動旋沖工具技術特點，運用landmark軟件進行鉆柱受力分析及井斜趨勢預測（見表1、圖4），設計了一套適用于液動旋沖工具具有防斜、糾斜能力的單鐘擺鉆具組合。

單鐘擺鉆具組合：?215.90mmBIT×0.3m+?178.00mmDQY×1.66m+?178.00mm箭型止回閥×0.8m+?165.00mmDC×9m+?214.00mmSTB×1.5m+?178.00mmDC+?159.00mmDC+?127.00mmDP。

3.2 施工參數

表1不同初始井斜、鉆壓下造斜率[（°）/30m]

圖4 造斜率隨初始井斜、鉆壓變化曲線

鉆井參數:鉆壓80～120kN，轉數70～90r/min，排量30～34L/s；泥漿體系為水基，密度 1.18～1.30g/cm3，粘度55～65s，含砂量小于0.5%。

3.3 施工效果分析

此次試驗共施工3口井，6趟鉆，總進尺3976m，平均單趟鉆進尺662.65m，平均機械鉆速4.67m/h（見表2）。

臨井徐深6-106井共施工14趟鉆，平均單趟鉆進尺91.25m，平均機械鉆速1.73m/h（見表3）。

與徐深6-106井常規鉆進方式相比，單趟鉆進尺提高了626%，機械鉆速提高了169%，單井減少起下鉆12次，縮短鉆進周期約23.82d，提速效果顯著，降投資控成本效果明顯，獲得了良好的經濟效益。

井身質量方面，應用單鐘擺鉆具組合，井斜完全滿足設計要求，為后續完井作業提供了良好的井眼條件（見表2）。

4 結論及建議

表2 徐深6區塊3口井液動旋沖工具應用情況

表3 徐深6-106井鉆進情況

（1）液動旋沖工具能夠有效地消除“粘滑現象”，提高機械鉆速，保護鉆頭，提高單只鉆頭進尺。

（2）單鐘擺鉆具組合具有較好的防斜糾斜能力，保證了井身質量，為后續作業提供良好的井眼條件。

（3）液動旋沖工具是近年來出現的新型鉆井工具,解決了PDC鉆頭復雜地層壽命短和機械鉆速低的難題,打破了對PDC鉆頭使用的傳統認識,該工具的推廣應用應會拓展PDC鉆頭應用的范圍,獲得更好的提速效果和經濟效益。

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