苏里格南区块小井眼钻井工具改进研究

宋苏涵，范 英，宋 烨，李明谦

（中国石油渤海石油装备钻井装备分公司，天津 300280）

0 引言

苏里格南区块位于内蒙古自治区鄂托克前旗南部地区毛乌素沙漠南部，近年来苏里格南区块的钻井工程施工以小尺寸井眼为主导，小井眼钻井施工具有成本低、环境污染小等优势，为油气田开发带来可观的经济效益。油气田建设方在该区块90%以上井位采用该方案进行钻进施工，以达到节约投资的目的。2022 年中期，在原有的6＂小井眼基础上，改变井身设计，开始采用″小井眼进行试验钻进，并开展相关钻井提速试验。

1 现场生产技术需求

长庆油气田苏里格南区块某平台09 井地质层位情况如表1 所示。

表1 苏里格南区块某井地质设计

2 钻井工具改进方案

2.1 原有方案

使用135 mm 螺杆钻具，工具新度100%。使用短幅马达线型结构，采用定子轮廓扫描技术控制轮廓线型的加工精度，提供较稳定的机械钻速。

应用于某平台09 井，在安定组至刘家沟组的上部地层，使用高速中扭矩螺杆钻具，具备高抗研磨的耐磨带，传动轴壳体使用耐磨合金柱支撑，马达转速更高，适应可钻性高的上部地层，提高机械钻速。刘家沟组至本溪组的下部地层，使用低速高扭矩螺杆钻具，具备高抗研磨的耐磨带，传动轴壳体使用耐磨合金柱支撑，扭矩更大，马达转速相对更低，更适应下部地层，有力支持钻进破岩、传递扭矩。

2.2 改进方案

2.2.1 马达总成

全新设计135 mm 螺杆钻具，工具新度100%。马达线型使用内摆线结构，增大了配合尺寸。定子橡胶配方采用全新设计思路，使用反应型增硬剂及纳米级内润滑剂，有效解决了高硬度橡胶定子生产加工问题，使定子橡胶硬度提升20%，赋予马达更大的动力和输出扭矩。使用激光全轮廓扫描技术，全面掌握定子内螺旋轮廓尺寸，指导转子螺旋线型加工，提升马达配合精度，从而使马达获得更好的密封性能。

在全井段使用改进后的硬质橡胶马达螺杆钻具，在保持同等钻压和转速的情况下，输出扭矩可以提高24.78%，在钻井施工作业中可提供更为强劲的动力，进一步提高机械钻速，有效应对不同地层夹层，提升破岩效果。

为了保证输出性能的稳定，降低高参数下的螺杆钻具性能损耗，对定子提供保护，采用更大扭矩的硬橡胶螺杆钻具用于该区块小井眼全井段。该型号转速相对低，但在排量、钻压接近极限参数的条件下性能接近，在可钻性更差的刘家沟组、石千峰组地层适应性更强，能实现下部地层的有效钻进，有利于提升整体平均机械钻速，马达改进前后的动力参数见表2。

表2 135 mm 螺杆参数对比

2.2.2 旁通阀总成

采用旁通阀总成设计，保证起、下钻时钻井液不溢出于钻井平台，同时起到保护马达的作用。

2.2.3 传动轴总成

为了适应钻进施工中提高机械钻速、强化参数对工具强度的需求，传动轴选用高强度材料，优化内部应力，优化热处理工艺，在原有40CrNiMo 钢基础上提高强度，相比原有的127 mm公称直径总成适合更激进钻井参数。135 mm 螺杆钻具可适应最大10 t 钻压，最大24 L/s 的排量。采用防托压结构，可有效降低摩阻达15%以上，降低滑动钻进期间的脱压现象。整机结构的优化设计，提高钻具造斜能力，减少滑动钻进，提高时效。

2.2.4 万向轴总成

采用弧形滚柱设计的球铰接，在原有设计上采用加粗轴设计，提升使用寿命，避免断裂失速风险。

改进方案应用于苏里格南区块某平台08 井与09 井，08 井设计井深3996 m，09 井设计井深3836 m。一开241.3井眼，08 井井深757 m，09 井井深751 m；二开165.1 mm井眼，08 井设计井段757～3996 m（3239 m），09 井设计井段751～3836 m（3085 m）。该区块井位表层可钻性较好，机械钻速提升空间小，需重点围绕二开进行135 mm 螺杆钻具优选和个性化改进设计。

二开钻进使用公称尺寸135 mm 螺杆钻具，提速空间大，对螺杆钻具优选和个性化改进设计要求较高[2]。为了提升钻井机械钻速，在原有二开钻具组合基础上进行井下作业工具的改进，在2 口井眼钻进中进行试验，整理使用数据，与该区块其他井数据进行对比分析。

3 现场应用效果

改进型号135 mm 螺杆钻具于2022 年8～9 月使用于苏里格南区块某平台08、09 井。为了对比工具效果，保持该两口井与苏里格南同平台其他井钻进施工参数基本一致（表3）。

表3 苏里格南区块某平台135 mm 螺杆钻具钻进参数对比

使用期间，08 井二开进尺2599 m，纯钻时间117 h，二开平均机械钻速22.21 m/h；09 井二开进尺2469 m，纯钻时间97 h，二开平均机械钻速25.45 m/h。以08、09 井对比同平台及同区块附近平台″井眼的机械钻速数据见表4。

表4 钻进时效对比表

经过对比得出，试验井位09 井进尺2469 m、比平均值高8.39%，纯钻时间97 h、比平均值高22.67%；08 井进尺2599 m、比平均值高14.09%，纯钻时间117 h、比平均值高47.97%。

09 井复合钻进进尺为2152.5 m，08 井复合钻进进尺为2223 m，在复合钻进进尺相仿的井眼内比较数据见表5、表6。

表5 2100～2200 m 进尺的井眼复合钻进时效对比

表6 2100～2200 m 进尺的井眼复合钻进时效对比

09 井复合钻进纯钻时间为52.5 h，08 井复合钻进纯钻时间为63.5 h，在复合钻进纯钻时间相仿的井眼内比较数据见表7、表8。

表7 纯钻50～60 h 的井眼复合钻进时效对比

表8 纯钻60～70 h 的井眼复合钻进时效对比

分析以上数据，如果在同等类似复合钻进进尺和时间范围内比较，09 井的复合机械钻速较平均值分别高12.72%和5.75%；08 井复合机械钻速较平均值分别高1.93%和4.08%。

4 结束语

08、09 井使用135 mm 改进后螺杆钻具，按照设计施工要求，安全、圆满、高效完成了施工任务。经过与同区块的同类型井眼数据对比，此次″小井眼对比试验中，改进螺杆钻具在复合钻进中对生产施工效率有所提高，在滑动钻进中的效率未能得到证实，需要在后续的试验中，进行更多数据的收集与对比以确认，该对比试验为下一步钻井提速与区块开发、钻具组合的改进提供参考。