旋沖鉆井在塔河工區(qū)超深井段的應用

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）

旋沖鉆井技術是在旋沖鉆井的基礎上增加一個沖擊器，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的相關工作。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現(xiàn)沖擊載荷與靜壓旋轉聯(lián)合破巖的工具。

1 旋沖鉆井技術

YSC-178 型沖擊器結構簡單容易操作，可使用范圍很廣，在使用的時候沒有必要改變現(xiàn)有的鉆井設備就可深入到地層內(nèi)部進行工作。隨著研究的不斷進步，以黏滑振動理論為主的旋沖鉆井技術運用PDC鉆頭，在深井段領域內(nèi)的運用有了新的進展。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。旋沖鉆井技術運用的優(yōu)勢是：其一，有效提升鉆井速度，即便是深井段地質較硬地層施工；其二，有效保證鉆井的安全性，尤其是面對復雜地質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。由于旋沖鉆井技術具備諸多優(yōu)勢，在深井段中能夠得到合理的運用。

2 旋沖鉆井技術的實際運用

2.1 沖擊器性能

在實際的運用中，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的參數(shù)。根據(jù)沖擊器性能和排量的關系，確定現(xiàn)場不同排量下對應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 沖擊器結構、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，其強度為34～200MPa，變化范圍多樣，上部井段范圍內(nèi)抗壓的強度相對高一些。假設應用井段地層硬度分級IADC4-7，考慮到地層的柔軟性和堅硬程度，錯綜復雜，存在托普臺地層特點；又基于PDC鉆頭本身的適應性。由于地段內(nèi)石炭系、石炭系地下層泥巖壓實性非常強，實際上其地質內(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鉆頭進行施工。由于PDC需要結合沖擊器使用，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合片能承受60J一下的沖擊能。?215.9mm FX65D PDC鉆頭使用雙排設計，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)超深井段的應用

3.1 S116-3 井實驗運用

在深井段內(nèi)充分發(fā)揮旋沖鉆井技術的優(yōu)勢，就需要掌握相關的關鍵技術。而旋沖鉆井技術的關鍵就是沖擊器的選擇。本質上而言沖擊器的選擇決定了旋沖鉆井技術的最后效果。目前常用的沖擊器主要有氣動式、液動式、電動式、機械式等，在這些類型的運用中氣動式和液動式的運用最為廣泛。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中的主要運用。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 井眼進行100m初探性施工；在實際運用中四開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。其選擇的相關參數(shù)為，鉆井壓力為60～80kN，轉速為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.沖擊器進入地層之后使用時間共計87h，其中純鉆井時間大約為41h，進入深度為87.59km。由于采用旋沖鉆井技術預計其效率提升了40%。沖擊器與鉆頭出井之后還可以繼續(xù)使用，均完好。這個實驗井段雖然使用時間短但是由于鉆井跨越多層地層與地質，證實了射流沖擊器與PDC鉆頭配合使用屬于可行性操作。在隨后的運用中以S116-3為基礎進行相關的探索。

3.2 液動旋沖鉆井技術

DGSC型液動射流沖擊器在井下的運用是通過雙穩(wěn)射流元件進行控制的，由于其具備的切換性和腹壁性能驅使介質進入到?jīng)_擊器內(nèi)部，為活塞做反復運行提供對應的動力，以驅動鉆頭在巖層中鉆井達到旋沖鉆井的目的。這種液動旋沖器結構構成相對間斷，運行過程也相對簡易，操作也便捷。在實際的運用只需要反復做活塞運動就可以。對應的其余構建處于不動的狀態(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情況進行詳細的勘測，結合作業(yè)的實際情況調整沖擊器的各項參數(shù)與性能做出合理的調整，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增加單次沖擊的功率。

3.3 TP324 井旋沖鉆井技術運用

位于沙雅縣內(nèi)116°47’46”的TP324 井，井深度為7035m，旋沖鉆井急運用段深度為6151.65～6912m，地層與S116-3 井類似，其地質巖石性質與S116-3 井一致且相對應復雜一些。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，說明旋沖鉆井技術有利于巖屑記錄井下的真實情況，利于分析巖石與地層的相關特征，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，實測為6550m處，斜度為0.76，20.4方位處，其實時溫度為122.78℃。測斜結構與設計的結構相符合說明旋沖鉆井技術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鉆頭的總進出為760.35m，總時長為351h。設計上純鉆井時長為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 結束語

鉆井技術在石油生產(chǎn)中屬于重要的環(huán)節(jié)，與石油的開采質量、開采效益有直接的關系。要讓鉆井效果達到預期的要求，就需要積極探索和引進新的技術手段，將其運用在現(xiàn)實中。對于當前的發(fā)展，深入研究才能實現(xiàn)更理想的鉆井效果。