高速涡轮钻井技术在元坝陆相地层应用中的难题分析与技术对策

文/高思，中国石化胜利石油工程公司黄河钻井南苑项目部

高速涡轮钻井技术在元坝陆相地层应用中的难题分析与技术对策

文/高思，中国石化胜利石油工程公司黄河钻井南苑项目部

随着孕镶金刚石钻头+高速涡轮钻井技术在各大油气田地区广泛使用，取得了明显的提速效果。本文主要针对该技术在元坝区块的应用情况，分析讨论了高速涡轮钻井中高刚性钻具对井眼的要求、高泵压对设备的要求、高固相含量对固控设备的使用要求、孕镶金刚石钻头对地层岩性选择性强等一系列难题，提出了相对应的技术措施。同时建议引进不同类型的高速涡轮钻井技术在元坝地区其它层位进行试验，真正实现提速与提效的双重效果。

Neyrfor涡轮钻具;钻时慢;高泵压;高固含;匹配;通井;国产化

涡轮钻井技术最早起源于1923年的苏联，随后美国人创造出多级无齿轮轮涡，最高输出速度达4500rpm/min，之后的几十年间涡轮钻井技术还处于摸索阶段，自80年代后涡轮钻井技术才得到迅猛的发展，提高钻速十分显著，占据了大部分市场。随着各种类型钻头的发展，高速牙轮钻头、高效PDC钻头与涡轮钻具配合使用都取得了比较好的效果，国外应用极为广泛，特别是俄罗斯80%的钻井工作量都是采用涡轮钻井[1-3]。

高速涡轮钻井技术的优势明显，可大幅度提高研磨性地层机械钻速，减少钻柱与套管的旋转磨损，保护套管，涡轮采取全金属构件，不受井温限制，形成光滑无螺旋的井眼，在元坝地区陆相地层中应用较成功，但是，随着高速涡轮钻井技术的广泛应用，暴露出一些问题，下面主要阐述四川元坝地区应用该技术出现的难题，并提出了一些针对性的技术措施。

1 难题分析

1.1 高速涡轮钻具故障与复杂率较高

由于涡轮钻具本身为满眼钻具组合形式，自带3-4个扶正器，刚性强，孕镶金刚石钻头为全保径钻头，一是下入不规则井眼内卡钻风险大；二是钻遇破碎地层或压力变化的地层涡轮钻具易发生制动，卡钻风险大，而且一旦井底发生卡钻处理难度极大。

1.2 涡轮钻井对泥浆性能的影响

涡轮钻井对泥浆性能影响最突出的问题是岩屑细小，固相含量高。涡轮钻进过程中，由于孕镶金刚石钻头自身特性，破碎岩屑细小，返砂量极少，大部分细砂进入泥浆中或粘附于井壁、套管上，造成起钻困难。

1.3 钻头及高速涡轮与地层匹配问题

由于自流井与须家河地层不同井深处岩性差异大，钻头与地层适应性不同，直接导致钻时变化大，最慢钻时达300min/m以上，最快钻时为10min/m，不利于判断钻头和涡轮钻具的具体工作情况，增加了施工难度。

1.4 井控与井漏处理难度大

当发生井控风险需要关井处理时，存在卡钻的风险。井漏发生时，不能及时进行堵漏施工，而且堵漏材料尺寸不能大于2mm，需加入大颗粒堵漏剂时，需要起钻后再处理，往往会延误处理井漏的时机。

1.5 套管防磨问题

高速涡轮钻井技术缩短了钻井周期，减少了套管防磨问题，但由于地层与钻头匹配性问题，采用孕镶金刚石钻头钻遇自流井砾石层钻时慢，对某一深度处的套管有一定的磨损。

1.6 涡轮钻井对设备要求高

涡轮钻具压耗大，对机泵条件要求高。涡轮钻井技术采用高泵压钻进，导致频繁更换泵配件，影响纯钻时效；泥浆泵高泵压长期运转，凡尔座下沉较深，取出时压力高，导致凡尔座取出器前端销轴处频繁断裂。

1.7 成本较高，提速不提效

1）钻头采购费、涡轮钻具租赁费与服务人员劳务费过高。

2）高泵压和高固含考验循环系统设备与固控设备，泵配件、固控设备配件频繁更换，设备维护维修费用大大增加。

3）涡轮钻井技术采用高泵压（31-33MPa）钻进，柴油消耗量大，当日进尺未达到常规钻进方式两倍以上时，经济效益差。

2 技术对策

1）畅通的井眼条件是涡轮安全下入的首要保证。

2）使用优质的随钻震击器，增强处理井下复杂的能力。

3）细化技术措施，实现安全钻进。

4）保证四级固控系统使用率，可有效清除微米级有害固相，减小井下复杂。

5）优化钻头设计，根据地层岩石特性进行选型，选择合适级数的涡轮钻具，实现孕镶金刚石钻头与高速涡轮钻具的合理匹配。

6）井下安全是一切施工的基础保障。

7）针对涡轮钻井技术导致的套管磨损问题，严格监控返砂中铁屑含量，一旦其含量明显增加，应立即起钻更换牙轮钻头进行过渡，避免磨穿套管的情况发生。

8）高速涡轮钻井技术对运转设备要求高，可提高井队设备承受能力，大力发展高性能和大功率设备。

9）降低成本唯一有效的方法就是高速涡轮钻具的国产化。

3 应用效果见表1所示。

表1 元坝区块各井高速涡轮钻井技术应用情况

4 结论与建议

1）孕镶金刚石+涡轮钻井技术确实是元坝自流井、须家河提速的最有效的手段，可在元坝区块大力推广应用，陆相井、水平井涡轮钻井优势可得到更大程度的发挥。

2）元坝地区的超深井在三开开钻即可使用孕镶金刚石+高速涡轮钻井技术，可以明显提高行程钻速，同时可减少由于钻井液比重低造成上部地层井壁垮塌的复杂情况发生。

3）根据各国的涡轮钻井经验，可继续引进不同类型的涡轮钻井技术进行实验，可大力发展与高速涡轮相匹配的PDC钻头、混合型钻头等技术，尝试其它层位涡轮钻井的提速效果，以拓展高速涡轮钻具的应用范围。

4）涡轮钻具可做进一步的改进，朝向高转速、低压降的方向发展，可以解放高性能设备的要求。

5）建议优选施工队伍、优选设备状况、优选井位，在条件具备的队伍使用该工具才能有好的经济效益。

[1]曹耀峰.超深高酸性气田钻井技术与实践[M].中国石化出版社,2011,2:47-123

[2]成海等.国内外涡轮钻具钻井技术及其发展趋势[J].石油矿场机械,2008,37(4):28-31

[3]刘庆江.涡轮钻具在俄罗斯的应用及发展方向研究[J].企业技术开发,2011,15:179-180

高思，男，1983年2月出生，工程师，从事钻井技术工作。2008年毕业于中国石油大学（华东）油气井工程专业，获得工学硕士学位，工程师。