旋转冲击钻井工具在塔河油田12区块应用效果分析

2015-01-01王利中王凤春

钻探工程 2015年11期

王利中，王凤春

(中石化西南工程湖南钻井分公司，湖南长沙410007)

钻井提速一直都是钻井人追求的目标，随着技术的不断进步，钻井提速效果也越来越明显，现在钻井提速的技术呈现多样化［1－8］，一方面是优化钻头选型，优化钻具组合，优化钻井液性能，优化钻井参数，提高水马力，另一方面是优化工具，或者强化机械冲击破岩［5－6］，或者强化水力脉冲破岩［1，5，7］，从而提高机械钻速。旋转冲击钻井工具是在研究了各种钻井提速方法的基础上结合了机械冲击和水力脉冲破岩的双重优点，研制的一种新型提速工具。本文将对旋转冲击钻井工具在塔河油田12区块的使用情况进行介绍和分析。

1 旋冲提速工具简介

1．1 旋转冲击钻井工具产品系列情况

旋转冲击钻井工具是中国石油大学(华东)与中国石化华北工程公司在分析了原有钻井提速工具的基础上结合了机械冲击和水力脉冲破岩研制的一种新型钻井提速工具。目前研制的旋转冲击钻井工具产品系列见表1。可分别针对不同尺寸井眼进行使用。

表1 旋转冲击钻井工具产品系列

1．2 提速原理

所谓旋转冲击钻井工具就是自激振荡式旋转冲击钻井工具，该工具是利用钻井液高速流经自激振荡旋转冲击器而产生一种水力脉冲力直接作用于地层，从而加快破岩速度，提高机械钻速的一种提速工具。

旋冲提速工具的提速原理主要表现为2个方面，一方面是机械冲击，另一方面是水力脉冲破岩，其较以往其它提速工具的不同之处在于结合了两方面的破岩能力。

机械冲击:钻井液高速流经自激振荡器，形成水力脉冲作用于冲击传递杆，产生低幅高频机械冲击力传递至钻头，提高钻头破岩效果;

水力脉冲:钻井液高速流经自激振荡器所产生的水力脉冲再向下传递，经钻头水眼喷出，形成脉冲射流作用于井底，强化井底清洗，改善井底岩石的受力状况，降低岩石破坏强度。图1为旋转冲击钻井工具的原理图。

图1 旋转冲击钻井工具的原理图

1．3 旋冲提速工具特点

(1)采用优化的自激振荡式水力元件将调制的水力脉动转化为直接作用于钻头的机械冲击力，能量利用效率高，工具压力损耗小;

(2)由自激振荡式水力元件产生的钻头冲击力具有“小振幅、高频率”的特点，对钻头和地层的适应性强;

(3)工具近钻头安装，不改变钻井参数和钻具结构，适应性强;

(4)稳定可靠，可免维护使用200 h以上;

(5)经济效益明显，节约钻井周期，减少起下钻次数，尤其适用于长裸眼井段。

2 旋冲提速工具的使用要点

旋冲提速工具由于安装在近钻头位置，对钻具组合以及钻井参数与常规螺杆钻具组合的参数基本一致，但要注意如下几点。

(1)保证有足够的钻压作用到钻头上。根据该工具钻压要求，钻压最小值应达到:

式中:Wc——闭合钻压，kN;C——系数，ZJXC －178型工具取1.1634，ZJXC－203型工具取 1.4374，ZJXC －230 型工具取1.7143;ΔP——钻头压降，MPa。

根据该式计算，钻压一般应在60～100 kN之间，根据井深的变化而变化，具体情况视现场实际确定。

(2)排量的要求。排量一定要能够满足旋转冲击钻井工具工作的排量，按照工具设计要求，一般排量为:ZJXC－178型工具＞32 L/s，ZJXC－203型工具＞42 L/s，ZJXC －230 型工具＞50 L/s，所以对目前使用的203型工具而言，要求排量＞42 L/s，这点在深井施工很难满足，一般在5500 m孔深以后排量只能满足38 L/s，所以要保证该工具的正常施工，需要尽量使用大水眼钻具，以保证足够的排量。

(3)使用时间。一般要求该工具在井下运行应控制在200 h以内，超过200 h后，如还能正常使用，要时刻注意井下情况，确保工具施工的安全，同时使用超过200 h的工具要求返厂维护，更换易损件，以备下次使用时能够安全运行，同时对于再次入井工具，一定要控制好使用时间。如果钻井液的密度相对较高，一般超过1.45 g/cm3，或加重剂为铁矿粉等，井下工作时间要相应减少，时刻观察井下情况，一旦发现泵压和钻时出现异常要及时提钻。

3 旋冲提速工具在塔河油田的应用分析与对比

3．1 与12区块邻井应用效果对比

目前该工具已经在塔河油田多口井使用，都取得了明显的效果。其中在塔河油田12区块使用了多口井，都得到了明显的提速效果，最低提速为21%，最高提速超过了45%，下面针对12区块试验井提速情况进行具体分析。

3．1．1 试验井TH12273井使用情况

TH12273井位于TH12248井、TH12250井以及TH12257井附近，该井在二开5060～6039 m井段使用了旋冲提速工具，邻井没有使用该工具，为分析其提速效果，将该井工具使用情况的钻速与邻井进行对照比较，可以看出机械钻速提高明显，达到了预期的效果。表2为TH12273井试验井段钻速与邻井同井段钻速对照表。

从表2可看出，试验井TH12273井使用该工具后钻速提高明显，最低提高了近30%，最高超过了40%，平均超过了35%，说明该工具在该井段提速效果能满足预期的效果，可以在该区域推广应用。

表2 TH12273井与邻井钻速对照

3．1．2 试验井TH12272井使用情况

TH12272井位于TH12256井、TH12266X井附近，该井在二开5172～6318 m井段使用了旋冲提速工具，邻井没有使用该工具，对该井使用情况与邻井对照比较，可以看出机械钻速提高明显，达到了预期的效果。表3为TH12272井试验井段钻速对照表。

表3 试验井TH12272井与邻井机械钻速对比

从表3可看出，该工具在该井段实现了提速的目的，提速效果非常明显，提速高达45%，实现了提速提效的目的，满足提速要求。

3．1．3 试验井TH12370井使用情况

TH12370井位于 TH12348井、TH12349井附近，该井在二开5585～5864 m井段使用了旋冲提速工具，主要地层为卡拉沙依组，岩性为浅灰色砾质中细砂岩、褐色泥岩。邻井没有使用该工具，从使用情况与邻井对照比较，可以看出机械钻速提高明显，达到了预期的效果。表4为TH12370井试验井段钻速对照表。

表4 TH12370井与邻井钻速对照

表3显示，使用旋冲提速工具后钻速提高也是非常明显，最低提高了17.5%，平均超过了25%。

3．1．4 小结

从这3口井的使用效果分析看出，尽管各井所处地层的可钻性不一致，但总体使用工具后都实现了提速的目的，而且提速效果非常明显，最低提速超过了25%，最高达到了45%，说明旋冲提速工具完全适合在该区块使用。

3．2 分地层使用效果对比分析

为更好地说明工具试验的提速效果，针对试验井TH12273井分地层进行使用效果分析，能更清楚地看到该工具的提速情况。表5为TH12273井的使用该工具的地层以及岩性情况。

表5 TH12273井试验井段地层及岩性

该井段地层特点为:三叠系哈拉哈塘组地层以砂岩为主夹少量泥岩，相比较而言可钻性较好，阿克库勒组地层为三叠系的二、三砂组，地层岩性也是以砂岩为主，中间夹泥岩，可钻性也较好，但泥岩钻时相对较慢，卡拉沙依组地层以泥岩为主，可钻性相比较而言要差，钻速相对较慢，且井段相对较长，该井该地层有300余米，因此该井段一般耗时较长，巴楚组地层含有砾石注意对钻头的磨损，但可钻性较卡拉沙依组地层要好，东河塘地层砂岩相对较多，可钻性较好，但含有石英砂岩，对钻头易磨损注意钻压的控制。

为能直观地认识各地层钻速的变化，对试验井TH12273井和邻井各地层钻速进行了统计对比，具体结果见表6。表6可以直观地看出，该工具对各地层的适应性。同时为便于分析，对TH12273井以及邻井的钻时进行了统计，具体见图2。

从上面分析可以看出，旋冲提速工具对各地层都具有较好的适应性，但对于不同的地层提速效果表现各不相同，主要表现在以下几方面。