高效螺杆在吉木萨尔页岩油钻井中的应用探讨

王荣义

摘 要：研究螺杆钻具的工作原理，分析螺杆钻具的不同外径，弯角以及扶正器的尺寸对井眼稳斜的影响，是为了对吉木萨尔页岩油水平井钻进机械钻速的提高，对吉木萨尔页岩油的高效螺杆进行筛选，对于降低钻井成本，减少钻井周期，提高水平段单趟进尺与机速，可以通过钻具组合的优化，个性化钻头的优选来进行。

关键词：高效螺杆;钻头;钻具;页岩油

随着我国社会水平的发展，经济的进步，常规能源煤，石油，天然气等的需求日益增加。在勘察油气的过程当中，尤其是水平井钻井作业与定向井钻井作业，现阶段采用的井下钻具比较广泛的就是螺杆钻具，这种钻具与PDC钻头进行配合的钻井技术，不仅能对钻井机速进行提高，还能对钻头进尺进行提高，进而获得的经济效益会比较不错。

1 螺杆钻具的发展进程以及高效螺杆的优势

在二十世纪三十年代的时候，根据阿基米德螺旋泵的原理有工程师研制出了单螺杆泵。在六十年代的时候，根据莫因诺原理Dyna公司研制出了单弯螺杆钻具。在七十年代初的时候，苏联研制出了凸型螺杆钻。而我国在二十世纪八十年代由大港油田总机厂与北京石油机械厂一起引进螺杆钻具技术，之后发展了近四十年，我国取得了螺杆钻研发与制造技术方面的进步与突破。至今，对于不同规格的螺杆钻具我国已经有三十多个厂商能够生产了，使用的寿命是在四百多个小时以上，尺寸范围从φ43mm-305mm之间，弯角度数从0°-3.0°之间，对于不同的钻井需求都是可以满足的。

在钻井中相比较于常规的螺杆故障率高，传动效率低，使用寿命短，出现的螺杆事故多等问题，高效螺杆钻具具有耐高温强，适应性好，输出扭矩高以及使用寿命长的优点，能够对钻井的周期进行缩短，机械钻速进行提高，钻井的成本进行降低，高效螺杆在实际应用中不管是技术上还是效益上都要比常规的螺杆更加的优秀，其应用前景非常好。

2 螺杆钻具的工作原理

螺杆钻具作为井下动力钻具其主要是把循环钻井液的动能转化成破碎岩石的机械能，其主要有五部分组成，分别是旁通閥，防掉总成，马达总成，万向轴总成以及传动轴总成。螺杆钻具的动力核心是马达总成，马达总成又分两种，分别是单头马达与多头马达，组成马达的是定子与转子，马达能力的大小是由转子螺旋线头的多少来决定的。多线头螺杆钻具的优点有容易启动，压降小，扭矩大，转速低，功率大等。通过计算螺杆理论输出扭矩可知，输出扭矩和螺杆压降是成正比的。流经螺杆压降增加，钻进增加钻压，输出扭矩同比增加，对井底切削力矩有助于增加，从而使得钻头的破岩效果提升。

3 研究螺杆水平段稳斜机理

在水平井钻进过程中，随着不断延伸的水平段，螺杆钻具组合选择正确，不单单能对复合钻进效率以及井眼平滑度进行提高，还能够对机械钻速以及单趟的进尺进行提高。通过研究螺杆钻具的不同外径，扶正器尺寸与弯角，来对水平井稳斜的影响因素进行分析，选择合适的螺杆钻具组合，能够对水平井的钻井速度进行提高。

分析屈曲与综合摩阻值对比可以得出，螺杆尺寸越大，钻进时的摩阻就越大，钻具就越容易发生屈曲，如果螺杆是小尺寸的，是满足不了强度要求的，而且过大的空隙很容易形成岩屑床，就会对水平井的钻井施工造成严重影响。环空净化能力可以通过计算不同螺杆尺寸得出：φ165mm的螺杆钻具携岩比为0.473，φ172mm的螺杆钻具携岩比为0.614，φ197mm的螺杆钻具携岩比为0.693，携岩比在0.5以上井眼才能达到良好的净化效果。

设定钻具转速=60r/min，井斜=90°，钻压=80KN，对稳斜的影响可以通过计算螺杆钻具不同扶正器尺寸与不同弯角来研究。通过模拟数据可以得出，螺杆钻具弯角度数与扶正器尺寸对井斜的影响和对钻头侧向力的影响是一样的，并且都是正的。

根据上述的结论，页岩油施工选择8头，7级，φ172mm高速大功率螺杆，参数如下表1所示。这个系列的螺杆工作性能更稳定，采用的是硬橡胶，输出扭矩更稳定，转速波动小，可以延长钻头的使用时间，采用欠尺寸扶正块作为水平段螺杆钻具，对水平段稳斜钻进更有利。

4 现场应用分析

吉木萨尔页岩油水平井平均水平段1500m-2000m，目的层芦草沟埋深2700m-4100m。对于页岩油钻井施工当中面临的技术难题有：钻压传递效率低，井眼清洁困难，摩阻扭矩大，局部微构造变化大，区块内断裂发育，复杂的储层多岩性等，选择合适高效的PDC钻头，对高效PDC钻头+大功率螺杆组合提速来优化水平段水力，实验水平段螺杆钻进。现在应用七口井，其中四口井水平段进尺一趟完成，另外三口井两趟完成，单趟最高进尺为1752m，最高机速达到11.67m/h，和区块常规螺杆比较提高了四倍。

在页岩油区块水平钻井中采用高效PDC钻头+高效螺杆钻具的复合钻进技术，能够实现快速钻进，和常规螺杆比较，单趟进尺和机械钻速更高，对于钻井周期大大的缩短，钻井成本节约很多，进而对企业的经济效益进行提高。选择这种高效螺杆，能够发挥出其优越的性能，对区块水平快的钻进记录不断的进行刷新。

5 结语

在吉木萨尔页岩油水平井钻井中，通过多口井实验，选择合适的螺杆钻具，合理强化钻井参数，搭配高效破岩钻头，能够明显的提高机械钻速。①个性化PDC钻头+高效螺杆钻具的复合钻进技术，可以根据输出扭矩，来提高钻头的破岩效果，增加井底切削力矩。②因为吉木萨尔页岩油储层东高西低，可以选择采用7LZ172-1.25螺杆钻具，能够方便井眼清洁，有助于控制水平段井眼轨迹，以此发最大的发挥出螺杆钻具的效能。③对于水力振荡器可以在合适的水平段钻具组合位置中增加，能够对摩阻值进行降低，对水平段的延展进行提高。④对大井斜情况下的滑动井段，钻井参数选择合理，钻具选型与组合选用合理，就能够减少这种情况，进而对机械钻速进行提高。

参考文献：

[1]周磊，李应新，于贵健，陈思杨.高效螺杆在吉木萨尔页岩油钻井中的应用[J].化工管理，2020（16）：170-171.

[2]张端瑞，文涛，蒲磊，迟军，周小君，梁红军，赵彩庭.“垂直钻井工具+等壁厚螺杆”提速钻具组合先导性试验——以库车山前高陡构造克深A井为例[J].石油钻采工艺，2020，42（06）：684-690.