水平井鉆磨技術在油田生產中的改進與應用

于吉暉

摘要：為提高水平井鉆磨效率，優化鉆磨管柱、完善地面配套設施、優選施工參數。形成了一套完整的技術方案：采用Φ150mm六棱鉆頭+7LZ127螺桿（帶Φ146mm扶正器）+Φ121mm液力推進器，流量19L/s，轉速180r/min;馬達級數5級，馬達壓降4MPa，扭矩4.7KN·m，鉆磨效率高，具有較廣泛的應用前景。

關鍵詞：水平井;鉆磨;技術方案;效率

1 現狀

水平井具有生產井段長、泄油面積大、控制儲量高等特點，可實現井間剩余油挖潛，提高區塊動用儲量。隨著油田開發的不斷深入，水平井已成為產能建設的重點，開發后期為了有效解決堵水難題，研發了化學分段堵水技術。但是封堵后堵劑會在水平段形成一定距離長度不等的堵塞段。

2 研究內容

2.1鉆磨工具的研究與應用

2.1.1大扭矩螺桿鉆具

螺桿鉆具由傳動軸總成、萬向軸總成、馬達總成和旁通閥總成四部分組成。螺桿馬達是鉆具的主要部件，螺桿馬達的性能參數是螺桿鉆具的主要性能參數。

螺桿鉆具扭矩與馬達壓降成正比，螺桿鉆具轉速與馬達流量成正比，所以提高馬達壓降可增大扭矩，提高馬達流量就能提高轉速。根據這一工作原理，把Φ100mm螺桿鉆改為Φ120mm螺桿鉆，流量由最大13L/s提高到19L/s，轉速由最高131r/min增大到180r/min;把馬達級數由3級增大到5級，馬達壓降由2.4MPa增大到4MPa，扭矩由1.6KN·m增大到4.7KN·m，扭矩增大兩倍。

2.1.2 專用高效磨銑工具

針對特殊磨銑對象，一是引進質量較好的合金材料，提高工具耐磨性和使用壽命;二是改善工具結構，合理布局磨銑齒、水眼、合金位置，通過多次室內和現場試驗，設計研發出專用高質、高效六棱鉆頭。

鉆頭的耐磨性與切削機理對機械鉆速影響較大，不同的鉆頭在鉆磨時的優缺點也各不相同。將三刮刀或平底磨鞋改為六棱鉆頭，進一步提高鉆進速率。六棱鉆頭側面是圓柱體六棱，鉆頭底面半球形，鋪焊碳化鎢并帶有相應利刃，中間三個15mm水眼，缸體最大外徑150mm。它具有保護套管、便于排砂、進尺快、強度高、便于加壓的優點。

現場應用表明：高效磨銑工具完全滿足一口井（最長253m）磨銑施工需求，且表面合金磨損量非常小。與常規磨銑工具相比，鉆頭壽命大大提高。

2.1.3 液力加壓推進器

液力推進器是一種能將螺桿鉆具中的馬達壓降轉化為鉆壓的新型井下工具，液力推力器一般由上接頭、活塞、缸體和心軸組成。該工具類似于一個液體彈簧，隨著磨銑進程，始終給磨銑工具施加恒定的鉆壓，提高磨銑作業效率。它有利于克服摩阻，可以施加恒定鉆壓，起到減震的作用，從而提高鉆具的使用壽命。

液力推力器是利用修井液流過鉆具馬達的壓降作用在其活塞上而產生鉆壓。設活塞面積為S，壓力降為△P，則液力推力器產生的鉆壓為：F=△P?S=4MPa×50cm2=20KN，給予補償鉆壓2噸，單缸工作，行程600㎜，外徑121㎜，實現鉆具均勻加載。

2.1.4專用扶正器

將扶正塊改為水平井專用Φ146mm扶正器，保證能夠通過大井斜段及水平段;有利于鉆壓的施加，控制鉆頭居中。它有溝槽，便于排砂;螺旋設計，減少摩阻，不改變液流方向。

2.2配套地面設施

2.2.1配套連續沖砂裝置

該裝置利用連續沖砂換向閥、特制自封井口裝置及地面三通閥相互協作，實現接單根沖砂管柱時，不停泵連續作業。施工作業每接一根油管，需連接一根連續沖砂換向閥，可實現油管內外液流方向轉換;特制自封井口可實現油管與套管的密封，與沖砂換向閥配合，實現油套管與地面之間液流換向;地面三通閥可控制地面液流方向的轉換。

2.2.2配套大排量車組

針對大套管上返慢、排量不足的問題，我們采用了一臺700型或兩臺500型水泥車并聯循環，排量大，循環徹底干凈，一次鉆磨到底。

2.2.3配套電磁壓力表、電磁流量計

配套了電磁壓力表、電磁流量計，可將入井流體泵壓、排量直接顯示在遠程控制器上，可及時判斷井下鉆磨工具工作狀態。

2.2.4配套過濾器

配套過濾器，可將入井流體雜質、臟物清除，降低轉子和定子的磨損，防止堵塞保證鉆具正常運轉。

2.3施工參數

通過開展室內試驗得出：當工作壓差控制螺桿鉆具最大工作壓差的60%時，整機效率最高，即：△p=4MPa×0.6=2.4Mpa。

每種型號的鉆具都有自身的輸入流量范圍，只有在此范圍內鉆具才能有較高的效率，一般應取輸入流量范圍的中間值為最佳輸入流量值。

即：Q=1/2×（6.3L/s+18.9L/s）=12.6L/s

將△p和Q代入扭矩和轉速計算公式得出：

Mt=（1/2）△pq=（1/2π）×2.4MPa×6.3L/r=2.4KN·m

nt=60Q/q=（60×12.6L/s）/6.3L/r=120r/min

此時螺桿鉆具效率最高。

2.4管柱組合

水平井鉆磨管柱結構優化前為：三刮刀鉆頭或平底磨鞋+Φ100mm螺桿鉆（加焊四個扶正塊）+油管，我們對管柱組合進行優化，最后研發出新型水平井鉆磨管柱，管柱結構為：Φ146mm扶正器+Φ89mm油管+Φ121mm液力推進器+ Φ120mm螺桿鉆（帶Φ146mm扶正器）+Φ150mm六棱鉆頭。

2.5施工工藝

（1）下水平井鉆磨管柱。鉆磨鉆具組合：Φ150mm六棱鉆頭+7LZ127螺桿（帶Φ146mm扶正器）+Φ121mm液力推進器+Φ89mm油管+Φ146mm扶正器+Φ89mm油管。

（2）緩慢下探塞面，開泵循環正常后，下放鉆具至塞面。

（3）控制鉆壓20KN左右，泵壓2-10MPa，采用連續沖砂方式鉆磨至設計深度。（4）鉆磨完畢后，徹底循環干凈后起出管柱，按相關方案要求進行下步施工。

3、結論

（1）水平井鉆磨技術通過對鉆磨管柱優化、地面配套設施完善，施工參數優選，使鉆磨效率提升顯著，實現了整體工藝創新。

（2）現場應用表明，該技術可一趟鉆磨管柱完成長距離堵塞段鉆磨作業，具有縮短施工周期、節約作業成本、降低勞動強度等技術優勢。

（3）該技術不僅解決化堵措施后水平井段灰塞鉆磨難題，而且標志著遼河油田水平井修井技術的階段性進步，促進修井作業提質提速提效發展。

參考文獻：

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