五段制井眼降斜段鉆井提速關(guān)鍵技術(shù)分析

王建龍 ，劉學(xué)松 ，鄭永峰 ，許京國(guó) ，張?chǎng)┉?

（1.中國(guó)石油集團(tuán)渤海鉆探工程技術(shù)研究院，天津 300450；2.中國(guó)石油集團(tuán)渤海鉆探第一鉆井公司，天津 300280；3.中國(guó)石油集團(tuán)渤海鉆探第三鉆井公司，天津 300280）

五段制井眼是指井口與井眼之間有一定水平位移，且完鉆井段是直井段的特殊定向井，剖面類(lèi)型為直-增-穩(wěn)-降-直[1]。降斜段鉆柱彎曲應(yīng)力指向下井壁，相當(dāng)額外增加了鉆柱與井壁之間的正應(yīng)力，導(dǎo)致降斜段的摩阻大于增斜段和穩(wěn)斜段，這就導(dǎo)致降斜段定向鉆進(jìn)托壓?jiǎn)栴}嚴(yán)重，定向效率極低[2]。為此，本文提出了五段制井井斜段鉆井提速關(guān)鍵技術(shù)，并在B16108井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，效果良好。

1 技術(shù)難點(diǎn)

（1）降斜段摩阻大，滑動(dòng)鉆進(jìn)托壓現(xiàn)象嚴(yán)重，導(dǎo)致滑動(dòng)鉆進(jìn)機(jī)械鉆速和降斜率較低。

（2）降斜初期，潤(rùn)滑劑、振動(dòng)減阻等技術(shù)在一定程度上能緩解托壓。但是，當(dāng)井斜角降低到一定程度，滑動(dòng)鉆機(jī)托壓?jiǎn)栴}會(huì)再次出現(xiàn)。隨著井斜角的減小，滑動(dòng)托壓越來(lái)越嚴(yán)重，甚至無(wú)法繼續(xù)滑動(dòng)鉆進(jìn)，降斜困難。

（3）降斜段若采用常規(guī)鉆具自然降斜，為保證降斜效果，一般要求輕壓吊打，因此機(jī)械鉆速會(huì)比較低。

2 關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用效果

針對(duì)上述技術(shù)難點(diǎn)，下面結(jié)合B16108井闡述降斜段提速關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用效果。B16108井是一口評(píng)價(jià)井，剖面類(lèi)型為直-增-穩(wěn)-降-穩(wěn)，設(shè)計(jì)井深3 743.0 m，造斜終點(diǎn)井斜角24.62°，降斜終點(diǎn)井斜角1.87°，造斜段全角變化率2.7°/30m，降斜段全角變化率（-1.5）°/30m。該井自3 150 m～3 241 m，滑動(dòng)鉆進(jìn)托壓值300 kN左右，鉆具托壓頻繁釋放，導(dǎo)致定向困難，定向效率極低，滑動(dòng)鉆進(jìn)平均機(jī)械鉆速1.25 m/h，平均降斜率為1.4°/30m。

2.1 水力振蕩器+單彎螺桿

降斜段井斜角≥15°井段，采用“水力振蕩器（見(jiàn)圖1）+1.5°單彎螺桿”降斜鉆具主動(dòng)降斜。這種提速工具組合，兼顧滑動(dòng)機(jī)械鉆速和降斜率：利用水力振蕩器緩解托壓，保證較高的滑動(dòng)鉆進(jìn)機(jī)械鉆速[3-8]；利用1.5°單彎螺桿主動(dòng)降斜，保證較高的降斜率，以減少滑動(dòng)進(jìn)尺。為保證水力振蕩器緩解托壓的效果，應(yīng)將水力振蕩器安放在降斜點(diǎn)以上位置。

圖1 水力振蕩器結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 使用水力振蕩器前后托壓程度示意圖

B16108井自3 241 m，井斜角25.4°，下入水力振蕩器+1.5°單彎螺桿，具體鉆具組合為：Φ215.9 mmPDC鉆頭+Φ172 mm1.5°馬達(dá)+Φ165 mm 浮閥+Φ208 mm 扶正器+Φ165 mm無(wú)磁鉆鋌+Φ165 mmMWD+Φ165 mm無(wú)磁鉆鋌+Φ127 mm加重鉆桿+Φ127 mm鉆桿+Φ178 mm水力振蕩器+Φ127 mm鉆桿+Φ178 mm雙極振蕩短節(jié)+Φ127 mm鉆桿。鉆井參數(shù)為：鉆壓40 kN～60 kN，轉(zhuǎn)速 65+螺桿，排量 30 L/s～32 L/s。

鉆進(jìn)至3 440 m，井斜角15.6°，平均機(jī)械鉆速3.52 m/h。該井段滑動(dòng)鉆進(jìn)鉆壓基本穩(wěn)定在40 kN～80 kN，滑動(dòng)鉆進(jìn)期間活動(dòng)鉆具次數(shù)明顯減少（見(jiàn)圖2），滑動(dòng)鉆進(jìn)平均機(jī)械鉆速1.92 m/h，提高53.6%；平均降斜率為1.75°/30m，提高25.0%。

繼續(xù)鉆進(jìn)至3 443 m，井斜角15.6°，再次出現(xiàn)滑動(dòng)托壓現(xiàn)象，滑動(dòng)鉆進(jìn)平均機(jī)械鉆速降低至1.35 m/h，降斜率降至0.85°/30m（見(jiàn)圖3）。隨著降斜段井斜角的減小，水力振蕩器緩解托壓的能力逐漸削弱?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用數(shù)據(jù)表明，當(dāng)井斜角小于15°，水力振蕩器基本無(wú)法有效緩解降斜段托壓。

2.2 常規(guī)鉆具+螺桿式液動(dòng)沖擊器

當(dāng)降斜段井斜角＜15°時(shí)，采用“常規(guī)鉆具+螺桿式液動(dòng)沖擊器（見(jiàn)圖4）”自然降斜，采用小鉆壓吊打，一般控制地面鉆壓10 kN～20 kN。螺桿式液動(dòng)沖擊器，包括沖擊部分和馬達(dá)部分，將軸向振動(dòng)功能與井下馬達(dá)集成一體化，既有馬達(dá)提供扭矩和高速旋轉(zhuǎn)的功能，又能夠產(chǎn)生5 kN～10 kN的沖擊力，輔助破巖，提高機(jī)械鉆速[9，10]。

圖3 使用水力振蕩器后再次出現(xiàn)托壓情況示意圖

圖4 螺桿式液動(dòng)沖擊器結(jié)構(gòu)示意圖

B16108井自3 443 m，井斜角15.6°，下入鐘擺鉆具+液動(dòng)沖擊器鉆具組合，自然降斜，具體鉆具組合為：Φ215.9 mmPDC鉆頭+Φ172 mm螺桿式液動(dòng)沖擊器+Φ165 mm浮閥+Φ127 mm加重鉆桿+Φ214 mm扶正器+Φ165 mm無(wú)磁鉆鋌+Φ165 mmMWD+Φ165 mm無(wú)磁鉆鋌+Φ127 mm加重鉆桿+Φ127 mm鉆桿。鉆井參數(shù)為：鉆壓10 kN～20 kN，轉(zhuǎn)速65+液動(dòng)沖擊器，排量30 L/s～32 L/s。

這種鉆具組合至完鉆井深3 758 m，平均機(jī)械鉆速達(dá)到4.35 m/h，降斜率達(dá)到0.95°/30m。該井段與利用“水力振蕩器+單彎螺桿”相比平均機(jī)械鉆速提高23.5%。

3 結(jié)語(yǔ)

五段制井降斜段摩阻大，滑動(dòng)鉆進(jìn)托壓現(xiàn)象嚴(yán)重，導(dǎo)致滑動(dòng)效率低?？梢愿鶕?jù)井斜角的大小來(lái)優(yōu)選提速技術(shù)，即降斜段井斜角≥15°井段，采用“水力振蕩器+1.5°單彎螺桿”降斜鉆具主動(dòng)降斜，兼顧滑動(dòng)鉆進(jìn)機(jī)械鉆速和降斜率；井斜角＜15°井段，采用“常規(guī)鉆具+螺桿式液動(dòng)沖擊器”自然降斜，保證較高機(jī)械鉆速。

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