高速螺杆在水平井中的运用实践

2016-12-09徐辉，田成，王备，刘闯

西部探矿工程 2016年11期

关键词：定向井钻具螺杆

徐　辉，田　成，王　备，刘　闯

（西部钻探工程有限公司定向井技术服务公司，新疆乌鲁木齐830026）

高速螺杆在水平井中的运用实践

徐辉*，田成，王备，刘闯

（西部钻探工程有限公司定向井技术服务公司，新疆乌鲁木齐830026）

随着吐哈油田进入开发后期，在成熟区块展开钻井提速工作不同程度的存在钻具组合相对单一、提速空间有限的客观现状。现场使用证明在软到中等硬度地层钻井用PDC钻头具有机械钻速高、寿命长、工作平稳、钻井劳动强度低等优点，并能与井下动力钻具配合用于高速钻井。着重介绍在三塘湖盆地的定向井与水平井中采用“高速螺杆钻具+常规PDC钻头”提速，在现场施工中取得明显的提速效果，同时针对试验中存在的不足提出下步改进的建议。

钻井提速；水平井；高速螺杆

合理使用PDC钻头钻井可以大大缩短建井周期，减少起下钻次数，降低钻井成本，提高钻井经济效益。2010年吐哈钻井公司在吐哈油田上部第三系软地层开展“高速涡轮钻具配常规PDC钻头”提速试验，试验的2口井均提速效果明显。但是由于涡轮钻具入井使用时间较短、价格昂贵等原因，一直存在着“提速不提效”的尴尬，使涡轮钻具的推广使用受到很大的限制。在认真分析该区块的下部地层特性和常规螺杆的机械钻速后，2014年优选4头高速螺杆钻具在直井与定向井中进行了试验，2015年在总结前期的优缺点后，对螺杆钻具进行了改造，并在三塘湖区块的定向井、水平井中应用，取得了较好的提速效果。

1　三塘湖盆地的基本情况

1.1地质概况

三塘湖盆地是吐哈油田近年来重点勘探开发的区域，水平井的井身结构多为二开，表层井深300m左右，二开钻至1400m左右开始造斜，造斜段长400m左右，水平段长800m左右，这样的井身结构裸眼长，摩阻大。造斜点多选择在J2x以下地层，其地层及岩性特征见表1。

表1　地层及岩性特征

1.2钻进难点及对策

三塘湖盆地的马郎构造带的钻井难点是西山窑组及三叠系的煤层发育较好，中侏罗统至目的层段靠近断层，易塌、易漏、易卡钻；而下部岩石的研磨性差、跳钻严重、机速低。面对钻井费用不断降低、定向时间及钻井周期不断压缩的状况，为降低钻井成本，提速是比较可行方法之一。在经过对已钻定向井、水平井的钻井资料统计，分析已钻井的螺杆、钻头和机械钻速等关键参数后，提速可从螺杆转数及定向PDC选型入手。

2　高速螺杆的选型

旋转钻井系统是利用井下动力钻具带动PDC钻头对井底岩石不断的施以压力与剪切力致使其产生破碎的钻井方式。要想提高钻头的破岩效率，一方面可加大钻头对岩石的剪切力，另一方面可提高钻头对岩石的切削频率。X区块高速螺杆与常规螺杆效果对比见表2。

表2　X区块高速螺杆与常规螺杆效果对比

由表2可看出：采用高转速的螺杆时，平均机速提高明显。但有研究报告可知，随着钻压增大，PDC钻头的钻速变化不明显。因此，提速可通过选择高转速螺杆实现。螺杆转速对比表见表3。

表3　螺杆转速对比表

由PDC钻头的破岩机理、螺杆钻具的转速应与PDC钻头相搭配的原则，可看出：4头螺杆钻具的钻速最高，应能极大发挥钻头的破岩效率。故在该区水平井中选择型号为4LZ172×7-IX-DWF的螺杆，该型号螺杆是一款转子头数为4头、钻具外径为Ø172mm改进型的九级高速螺杆，螺杆传动轴壳体带有外径为Ø212mm的螺旋型扶正器，螺杆上部稳定器外径为Ø210mm，是在4LZ172×7-VII型螺杆的基础上改进而来。

3　PDC钻头的选型

对近年来吐哈区域三牙轮钻头与常规PDC钻头的定向情况进行统计，发现：牙轮钻头定向效果好，每百米工具面平均调整次数为3.31次，造斜率大于等于6.2°/30m，平均机速比PDC钻头高出0.1m/h（+5.52%）。PDC造斜率低（≤5.2°/30m），工具面难稳，百米平均调整次数17.87次（多于牙轮439.88%），严重影响机速；但PDC使用寿命长，单趟进尺比牙轮多22.76m（+15.62%）。

影响PDC钻头定向效果的主要因素有以下几点：PDC的冠型、保径长度、减震结构和布齿结构；具体见表4。