旋沖鉆井在塔河工區(qū)超深井段的應(yīng)用

李小愛

（中國石油化工股份有限公司西北油田分公司，新疆烏魯木齊 830000）

旋沖鉆井技術(shù)是在旋沖鉆井的基礎(chǔ)上增加一個沖擊器，讓其產(chǎn)生高頻沖擊的效果讓鉆頭承受一定時間的沖擊荷載從而完成對應(yīng)的相關(guān)工作。在鉆井的過程中，地層在高荷載沖擊下破碎巖石與底層，提升鉆井速度的同時抗壓強(qiáng)度也得到極大的提升。旋沖鉆井的主要工具是液動沖擊器，以鉆井液為動力直接實(shí)現(xiàn)沖擊載荷與靜壓旋轉(zhuǎn)聯(lián)合破巖的工具。

1 旋沖鉆井技術(shù)

YSC-178 型沖擊器結(jié)構(gòu)簡單容易操作，可使用范圍很廣，在使用的時候沒有必要改變現(xiàn)有的鉆井設(shè)備就可深入到地層內(nèi)部進(jìn)行工作。隨著研究的不斷進(jìn)步，以黏滑振動理論為主的旋沖鉆井技術(shù)運(yùn)用PDC鉆頭，在深井段領(lǐng)域內(nèi)的運(yùn)用有了新的進(jìn)展。使用攜帶沖擊振動工具降低、消減有害黏滑振動對鉆頭本身產(chǎn)生的影響實(shí)現(xiàn)鉆頭的提速，比較具備代表性有TorkBuster、NOV鉆具與中國石油大學(xué)制作的自激振蕩工具加上PDC鉆頭，都取得了很好的效果。旋沖鉆井技術(shù)運(yùn)用的優(yōu)勢是：其一，有效提升鉆井速度，即便是深井段地質(zhì)較硬地層施工；其二，有效保證鉆井的安全性，尤其是面對復(fù)雜地質(zhì)的情況下可以避免井身本身出現(xiàn)的問題；其三，鉆頭使用壽命會相對性提升。由于旋沖鉆井技術(shù)具備諸多優(yōu)勢，在深井段中能夠得到合理的運(yùn)用。

2 旋沖鉆井技術(shù)的實(shí)際運(yùn)用

2.1 沖擊器性能

在實(shí)際的運(yùn)用中，考慮到?jīng)_擊器工作的時候頻率相對高一些，會加速活塞的磨損，損耗其使用壽命。因此在使用的過程中滿足沖擊器降低沖擊力度的前提下，綜合性考慮沖擊器的性能與相關(guān)的參數(shù)。根據(jù)沖擊器性能和排量的關(guān)系，確定現(xiàn)場不同排量下對應(yīng)的沖擊器沖擊頻率的大小，為參數(shù)的選擇提供一定的依據(jù)。

表1 沖擊器結(jié)構(gòu)、性能參數(shù)

2.2 鉆頭

以塔河地區(qū)志留系—奧陶系地層巖石為例，其強(qiáng)度為34～200MPa，變化范圍多樣，上部井段范圍內(nèi)抗壓的強(qiáng)度相對高一些。假設(shè)應(yīng)用井段地層硬度分級IADC4-7，考慮到地層的柔軟性和堅(jiān)硬程度，錯綜復(fù)雜，存在托普臺地層特點(diǎn)；又基于PDC鉆頭本身的適應(yīng)性。由于地段內(nèi)石炭系、石炭系地下層泥巖壓實(shí)性非常強(qiáng)，實(shí)際上其地質(zhì)內(nèi)可鉆性非常差。因此針對本段，采用中等拋物線型和中等布齒密度的PDC鉆頭進(jìn)行施工。由于PDC需要結(jié)合沖擊器使用，鉆頭需要承受一定的沖擊力度，因此要選擇熱穩(wěn)定性好耐磨性好的X3齒，還需要具備單個金剛石復(fù)合片能承受60J一下的沖擊能。?215.9mm FX65D PDC鉆頭使用雙排設(shè)計，可以降低載荷波動范圍提升鉆頭性能，效益性非常高。

3 旋沖鉆井在塔河工區(qū)超深井段的應(yīng)用

3.1 S116-3 井實(shí)驗(yàn)運(yùn)用

在深井段內(nèi)充分發(fā)揮旋沖鉆井技術(shù)的優(yōu)勢，就需要掌握相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)。而旋沖鉆井技術(shù)的關(guān)鍵就是沖擊器的選擇。本質(zhì)上而言沖擊器的選擇決定了旋沖鉆井技術(shù)的最后效果。目前常用的沖擊器主要有氣動式、液動式、電動式、機(jī)械式等，在這些類型的運(yùn)用中氣動式和液動式的運(yùn)用最為廣泛。氣動沖擊器是利用空氣壓縮來完成旋沖鉆井任務(wù)的，其工作方式又存在有閥和無閥的區(qū)別。針對本次的研究，以射流式?jīng)_擊器為主要方向，分析射流式?jīng)_擊器在旋沖鉆井技術(shù)中的主要運(yùn)用。以S116-3 井為例，油井在庫車縣境內(nèi)位于沙雅隆起阿克庫勒凸起南斜坡帶設(shè)置的一口評價井，深度為6295m，屬于深井段內(nèi)施工，五開制直井，其目的層位于奧陶系中下統(tǒng)鷹山組。首次沖擊與PDC鉆頭配合使用選擇四開 ?215.9mm 井眼進(jìn)行100m初探性施工；在實(shí)際運(yùn)用中四開5998.41～6086m中斷，其中地層為奧陶系上統(tǒng)桑塔木組等，其地層內(nèi)巖石的特征為灰色泥巖、灰?guī)r和棕紅色泥巖。使用的工具是射流沖擊器和單流閥、扶正器等，沖擊器使用?215.9mm FX65D+YSC-178、兩根單流閥411×4A10+?163mmDC、215mm 扶正器φ163mm DC十九根等。其選擇的相關(guān)參數(shù)為，鉆井壓力為60～80kN，轉(zhuǎn)速為65～70r/min，排量：26～28L/s；壓力為20～22MPa。其中鉆井液性能密度為1.30g/m3，黏度51s，含沙量為0.01.沖擊器進(jìn)入地層之后使用時間共計87h，其中純鉆井時間大約為41h，進(jìn)入深度為87.59km。由于采用旋沖鉆井技術(shù)預(yù)計其效率提升了40%。沖擊器與鉆頭出井之后還可以繼續(xù)使用，均完好。這個實(shí)驗(yàn)井段雖然使用時間短但是由于鉆井跨越多層地層與地質(zhì)，證實(shí)了射流沖擊器與PDC鉆頭配合使用屬于可行性操作。在隨后的運(yùn)用中以S116-3為基礎(chǔ)進(jìn)行相關(guān)的探索。

3.2 液動旋沖鉆井技術(shù)

DGSC型液動射流沖擊器在井下的運(yùn)用是通過雙穩(wěn)射流元件進(jìn)行控制的，由于其具備的切換性和腹壁性能驅(qū)使介質(zhì)進(jìn)入到?jīng)_擊器內(nèi)部，為活塞做反復(fù)運(yùn)行提供對應(yīng)的動力，以驅(qū)動鉆頭在巖層中鉆井達(dá)到旋沖鉆井的目的。這種液動旋沖器結(jié)構(gòu)構(gòu)成相對間斷，運(yùn)行過程也相對簡易，操作也便捷。在實(shí)際的運(yùn)用只需要反復(fù)做活塞運(yùn)動就可以。對應(yīng)的其余構(gòu)建處于不動的狀態(tài)下。而沖擊器的磨損程度低，在使用的過程中不需要長期更換或者是頻繁維修，可以長期投入使用。液動旋沖鉆井技術(shù)不受到圍壓與鉆井深度的限制，在深井段內(nèi)的施工有非常良好的效果。但是在使用的過程中需要對地質(zhì)情況進(jìn)行詳細(xì)的勘測，結(jié)合作業(yè)的實(shí)際情況調(diào)整沖擊器的各項(xiàng)參數(shù)與性能做出合理的調(diào)整，確保其處于良好的工作狀態(tài)，在工作需要的前提下還能夠適當(dāng)增加單次沖擊的功率。

3.3 TP324 井旋沖鉆井技術(shù)運(yùn)用

位于沙雅縣內(nèi)116°47’46”的TP324 井，井深度為7035m，旋沖鉆井急運(yùn)用段深度為6151.65～6912m，地層與S116-3 井類似，其地質(zhì)巖石性質(zhì)與S116-3 井一致且相對應(yīng)復(fù)雜一些。選擇φ215.9mm FX65D+YSC-178與單流閥、215mm 扶正器等。選擇使用的鉆井參數(shù)為30到80kN，轉(zhuǎn)速65～70r/min，排量：26～28L/s。鉆井液性能1.35g/m3，黏度57s，含沙量小于0.0.，沖擊器進(jìn)入目的深度之后，鉆井的深度為6912m。三開施工完成鉆井過程，旋沖鉆井上返回巖石碎屑顆粒與常規(guī)鉆井返回的巖碎屑顆粒較大，說明旋沖鉆井技術(shù)有利于巖屑記錄井下的真實(shí)情況，利于分析巖石與地層的相關(guān)特征，可以作為判斷沖擊器是否處于正常工作狀態(tài)的重要依據(jù)。鉆井深度為6555m處發(fā)生測斜，實(shí)測為6550m處，斜度為0.76，20.4方位處，其實(shí)時溫度為122.78℃。測斜結(jié)構(gòu)與設(shè)計的結(jié)構(gòu)相符合說明旋沖鉆井技術(shù)除了能夠提升鉆井速度之外，還能夠控制井斜的情況。在6151m處到6912M鉆頭的總進(jìn)出為760.35m，總時長為351h。設(shè)計上純鉆井時長為237h，循環(huán)時長為33h。沖擊器正常工作，鉆井時間長度長達(dá)113h。鉆井出井之后沖擊器的本體與鉆頭完好無缺，完好程度保持為90%，在未來可繼續(xù)使用該鉆頭。

4 結(jié)束語

鉆井技術(shù)在石油生產(chǎn)中屬于重要的環(huán)節(jié)，與石油的開采質(zhì)量、開采效益有直接的關(guān)系。要讓鉆井效果達(dá)到預(yù)期的要求，就需要積極探索和引進(jìn)新的技術(shù)手段，將其運(yùn)用在現(xiàn)實(shí)中。對于當(dāng)前的發(fā)展，深入研究才能實(shí)現(xiàn)更理想的鉆井效果。