高速螺桿在水平井中的運(yùn)用探討

潘斌

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)全球化的快速發(fā)展，我國(guó)經(jīng)濟(jì)進(jìn)入蓬勃發(fā)展時(shí)期。石油的開采工作關(guān)乎著國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的水平，國(guó)家一直很重視國(guó)家石油資源的勘探與開采工作。本文以新疆吐哈油田開發(fā)為例，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證明了PDC鉆頭與井下動(dòng)力鉆相互配合能夠在高速鉆井中，針對(duì)軟到中等硬度地面發(fā)揮其使用壽命高、鉆井勞動(dòng)強(qiáng)度低等優(yōu)點(diǎn)，并證明了在現(xiàn)場(chǎng)施工中“高速螺桿鉆具+常規(guī)PDC鉆頭”具有明顯的提速效果，同時(shí)根據(jù)實(shí)驗(yàn)中存在的問(wèn)題提出了相應(yīng)的改進(jìn)建議。

關(guān)鍵詞：高速螺桿;水平井;運(yùn)用探討

為了能夠達(dá)到縮短建井時(shí)間，降低起下鉆的次數(shù)，降低建井成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，可以通過(guò)使用PDC鉆頭鉆井的方法實(shí)現(xiàn)。2010年吐哈油田開展“高速渦輪鉆具配常規(guī)PDC鉆頭”的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明兩口井的開采速度都得到了明顯提升。雖然該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目能夠提高開采速度，但存在費(fèi)用昂貴、使用時(shí)間短的問(wèn)題。2015年在總結(jié)前期實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，改造了螺桿鉆具，并將其運(yùn)用到定向井與水平井中，且取得良好的實(shí)驗(yàn)效果。

一、三塘湖盆地的基本情況概述

1.地質(zhì)概況

吐哈油田最近幾年的勘探開發(fā)區(qū)域是三塘湖盆地，其二開的井身結(jié)構(gòu)在水平井中最為多見，這樣的井身機(jī)構(gòu)造成裸眼長(zhǎng)，摩擦阻力大，因此在造斜點(diǎn)選擇時(shí)一般會(huì)選擇在1300米以下的地層，這些地層多深灰色的泥巖與火山巖為主。在此地質(zhì)情況鉆井時(shí)，水平井出現(xiàn)二開的井身機(jī)構(gòu)，造斜段長(zhǎng)度大約為400米，水平段長(zhǎng)度為800米左右。

2.鉆進(jìn)難點(diǎn)與對(duì)策

三塘湖盆地的馬郎溝造帶鉆井的難點(diǎn)主要是由于其地形多變且地下巖層構(gòu)造復(fù)雜，在西山窯組與三疊的煤層發(fā)育較好，但在中侏羅層與目的層之間存在斷層，鉆井時(shí)容易造成卡鉆、塌陷等情況，為鉆井工作帶來(lái)了難度，另外，工期的壓縮以及資金的減少的情況，也為鉆井工作增加困難。通過(guò)對(duì)技術(shù)方案對(duì)比后，提高鉆井速度能夠?qū)⑦@些問(wèn)題全部解決，經(jīng)過(guò)對(duì)大量鉆井資料的分析整理，可以通過(guò)螺桿轉(zhuǎn)數(shù)與定向PDC選型兩方面入手。

二、高速螺桿的選型

在鉆井方式中最常選用的是旋轉(zhuǎn)鉆井系統(tǒng)，其系統(tǒng)主要作業(yè)方式為利用井下動(dòng)力帶動(dòng)PDC鉆頭對(duì)巖石進(jìn)行破碎?？梢酝ㄟ^(guò)加大鉆頭對(duì)巖石的剪切力度或提高鉆頭對(duì)巖石的剪切頻率的方式，提高鉆頭的工作效率。因此在后期選擇時(shí)可以選用高轉(zhuǎn)速螺桿帶動(dòng)鉆頭，從而在最大程度上提高鉆頭的破巖效率，根據(jù)PDC鉆頭與螺桿鉆具的轉(zhuǎn)速要相互匹配，通過(guò)配比試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，4LZ172-VI的鉆速最高，與PDC搭配后能夠發(fā)揮最大的破巖效率，4LZ172-VI是一款擁有4個(gè)轉(zhuǎn)子頭，大小為172毫米的九級(jí)高速螺桿。

三、PDC鉆頭的選型

通過(guò)對(duì)近幾年數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析，三牙輪鉆頭的定向效果比常規(guī)PDC鉆頭要更具有優(yōu)勢(shì)，三牙輪鉆頭能夠保持穩(wěn)定的工具面，造斜率也相對(duì)較高，能夠保持較高的機(jī)速。通過(guò)鉆頭特點(diǎn)、減震結(jié)構(gòu)、布齒結(jié)構(gòu)等綜合分析，中等硬度的地層應(yīng)該選擇DM653D型號(hào)的定向PDC鉆頭，該鉆頭是五刀翼定向鉆頭，能夠在鉆井施工過(guò)程中最大程度的保持鉆速，在鉆頭生產(chǎn)時(shí)采用了綜合防震設(shè)計(jì)，能夠保證鉆井施工的時(shí)鉆頭的穩(wěn)定性，避免工作時(shí)鉆頭產(chǎn)生損壞，提高鉆頭的工作壽命。

四、鉆井技術(shù)措施

下鉆與起鉆前后都要檢查鉆具是否完整，并記錄螺桿鉆具浸入鉆井液后的排量是否符合35L/s的正常排量以及力壓，保證鉆井施工前期的安全性。在鉆頭工作時(shí)應(yīng)保證鉆頭的穩(wěn)定性，鉆頭與井底的距離小于7米時(shí)，應(yīng)降低轉(zhuǎn)速至20L/s同時(shí)啟動(dòng)轉(zhuǎn)盤，當(dāng)鉆井液從井口返出時(shí)要低速的放下鉆頭，將井底清洗干凈后再對(duì)井底進(jìn)行造型，這時(shí)需要根據(jù)鉆時(shí)與轉(zhuǎn)盤扭矩的變化程度，適當(dāng)?shù)恼{(diào)整鉆壓，保證機(jī)械鉆速的穩(wěn)定性。

由于是進(jìn)行地下施工，因此在鉆頭鉆進(jìn)過(guò)程中要開啟除砂器與除泥器，減少在鉆進(jìn)過(guò)程中泥沙對(duì)施工的影響。例如可以使用離心機(jī)緩解鉆井過(guò)程中鉆井液持續(xù)加重的現(xiàn)象。另外在鉆進(jìn)過(guò)程中要時(shí)刻關(guān)注扭矩、泵壓等數(shù)據(jù)變化，通過(guò)數(shù)據(jù)的變化判斷鉆井內(nèi)的情況，防止出現(xiàn)卡鉆或螺桿停止工作而引發(fā)的其他情況。

當(dāng)鉆頭鉆至1300米至1500米時(shí)，要提前根據(jù)周圍鉆井的錄井圖預(yù)測(cè)地下煤層的位置，如果遇到煤層需要按照煤層鉆井施工流程及操作規(guī)則進(jìn)行煤層鉆井操作，切記不可貿(mào)然鉆井。當(dāng)鉆頭鉆至1650米至1700米之間時(shí)，該層主要為火山巖具有凝結(jié)效果因此除了做好泥漿性能維護(hù)工作外還要提高泥漿的潤(rùn)滑效果，禁止鉆頭在該層停留靜止，防止泥漿粘在鉆頭造成鉆具粘卡。

如果水平井裸眼段的距離比較長(zhǎng)，在操作時(shí)要保持短拉，以保證水平井段上部分的暢通，如果單根或保持上下活動(dòng)的鉆具出現(xiàn)摩擦阻力明顯增大的情況，應(yīng)該及時(shí)保持短拉，若短拉后仍不能夠改變摩擦阻力大的現(xiàn)象，為避免產(chǎn)生更嚴(yán)重的后果需要立即起鉆，疏通井道。項(xiàng)目施工人員要時(shí)刻觀察巖屑的形狀與顏色變化，根據(jù)巖屑的變化調(diào)整鉆速，若巖屑變化與鉆速不匹配時(shí)，要及時(shí)調(diào)整泥漿的性能，保證井下鉆頭運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

五、應(yīng)用效果分析

2015年在三塘湖盆地的油田鉆井工作中，將4頭九級(jí)高速螺桿應(yīng)用于3口水平井中，通過(guò)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用“4頭九級(jí)高速螺桿+定向PDC鉆頭”的組合能夠縮短純鉆時(shí)間，提高機(jī)械鉆速，在縮短工程周期上也具有明顯效果，后期應(yīng)該加大對(duì)定向PDC與高速螺桿的研究，提高鉆井效率。

結(jié)論

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國(guó)家對(duì)石油資源的也逐漸重視，因此對(duì)我國(guó)石油鉆井技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)，通過(guò)在新疆吐哈油田項(xiàng)目上的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)與項(xiàng)目應(yīng)用的結(jié)果分析，在水平井中使用高速螺桿與PDC的組合能夠縮短鉆井周期，擴(kuò)大經(jīng)濟(jì)效益，在后期應(yīng)加強(qiáng)相關(guān)項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)與推廣，推動(dòng)我國(guó)石油產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

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