复合冲击钻井工具在大庆徐深气田现场试验

2021-12-24李相勇王春华李玉海万发明郑瑞强柳长鹏

西部探矿工程 2021年1期

李博，李相勇，王春华，李玉海，万发明，郑瑞强，柳长鹏

(大庆钻探钻井工程技术研究院，黑龙江大庆163413)

1 概述

大庆徐深气田深部难钻地层存在岩石坚硬、可钻性级值大、研磨性强等特点[1]，其中登娄库组、营城组存在砂泥岩互层、砾石层、区域横向差异大等特性，给深层提速带来了很大困难。该层位应用常规牙轮钻头，单只钻头进尺少、机械钻速低，并且存在井下安全风险，而应用常规PDC 钻头，寿命低、对切削齿要求高，无法满足深部难钻地层提速要求[2]。

近年来，深层钻井提速工具迅速发展，以美国阿特拉公司生产的扭力冲击器、大庆钻探的液动旋冲工具为典型的一系列提速工具，在深井提速方面取得了显著的应用效果，该类工具作用是产生周向冲击作用于PDC 钻头，防止钻头粘滑，保护钻头[3]；另一种是以NOV公司的液力锤为主的轴向冲击工具，主要作用是增加切削齿吃入地层深度，提高切削齿的破岩效率[4]。大庆钻探自主研发的复合冲击钻井工具结合以上两种工具的作用原理，实现了周向冲击和轴向冲击双向作用的提速工具，既能保护钻头，同时提高破岩效率，达到深井提速的目的。

2 复合冲击钻井工具工作原理

复合冲击钻进工具主要由壳体、动力部分、周向冲击部分、轴向冲击部分组成。见图1。

图1 复合冲击钻井工具结构示意图

工作原理：钻井液通过工具动力部分，驱使动力部分高速旋转，带动高低压流道周期性切换，冲击锤头往复摆动，实现周向冲击，周向冲击力通过冲击壳体传递至钻头；动力部分高速旋转过程中，冲击活塞随螺旋面上升并压缩弹性机构储存能量，当转过一定角度时，能量释放，冲击活塞垂直砸向连接钻头的接头端面，实现轴向冲击。该工具通过多维振动机构对钻头额外产生周向和轴向冲击，改善PDC 钻头的切削环境，达到辅助钻头破岩的作用。

3 工具主要参数

适用井眼：Ø215.9mm（8-1/2″）；

工具外径：Ø182mm；

工具长度：1700mm；

冲击频率：28～33Hz；

周向冲击力：0.65～0.72t；

轴向冲击力：0.86～0.94t。

4 现场试验情况

4.1 试验1井

试验1 井位于徐深气田徐深1 井区，试验层位：泉头组二段至登娄库三段，岩性：泥岩。试验采用单钟摆钻具组合：Ø215.9mm钻头+Ø182mm复合冲击工具+Ø177.8mm钻具止回阀+Ø177.8mm钻铤×9.0m+Ø214.0mm 稳定器×1.5m+Ø177.8mm 钻×45.0m+Ø165.1mm 钻铤×81.0m +Ø127.0mm 加重钻杆×139.5m+Ø127.0mm。钻井参数：钻压 40～60kN，转盘 70r/min，排量 32～36L/s，立压20～21MPa，钻井液密度1.15～1.20g/cm3。

井段：2468～3187m，共施工 2 趟钻，累计进尺719m，平均机械钻速6.27m/h，使用2 只PDC 钻头，与邻井同层位同井段常规钻井方式对比，节省3趟钻，平均单趟钻进尺提高104%，平均机械钻速提高245%，对比邻井应用周向冲击提速工具，平均机械钻速提高55.4%，提速效果显著，钻速对比曲线图见图2。

4.2 试验2井

图2 试验1井第1趟钻钻速对比

试验2井位于徐深气田升深区块，试验采用单钟摆钻具组合：Ø215.9mm钻头+Ø182mm复合冲击工具+Ø177.8mm钻具止回阀+Ø177.8mm钻铤×9.0m+Ø214.0mm 稳定器×1.5m+Ø177.8mm 钻×45.0m+Ø165.1mm 钻铤×81.0m +Ø127.0mm 加重钻杆×139.5m+Ø127.0mm。钻压40～80kN，转盘70～90r/min，排量32～34L/s，立压19～21MPa，钻井液密度1.22～1.25g/cm3。

试验层位：登娄库四段至营层组三段，岩性主要为泥岩，钻进中出现灰绿色泥岩、砂岩、粉砂岩、灰白色流纹岩，该层段非均质岩性、砂泥岩夹层较多，极易损坏钻头。工具试验井段：2601～2952.32m，累计进尺351.32m。在钻遇夹层时，实时调整钻井参数，降低钻压，提高转盘转速，保护钻头切削齿，防止井斜增加。试验共施工2趟钻，使用2只钻头，钻头出井基本完好，见图3，最高钻速达到15.1m/h，钻速曲线见图4，平均机械钻速7.45m/h，与邻井同层位同井段常规钻井方式对比，平均机械钻速提高278%。

在徐深区块成功试验，证明复合钻井工具配合PDC 钻头在该区块登娄库组至营层组层位应用，可以有效地保护钻头，提高单只钻头进尺，同时能够辅助破岩，提高机械钻速，缩短钻井周期，达到降本增效的目的。