三种钻井提速工具在陇东气田的应用研究

文章编号：1003-5168（2018）14-00115-03

Study on Three New Downhole Tools Application in Longdong Gas Field

ZHANG Shizhong

（Henan Drilling Company of SINOPEC North China Oil Engineering Limited Corporation，Nanyang Henan 473000）

Abstract： In order to solve the technical difficulties during the directional well and the horizontal well drilling， such as serious backpressure， unstable tool face， difficulty in sliding drilling and lower drilling speed in directional section， hyfraulic oscillator， roller-PDC hybird drill bit and custom hydraulic motor hadbeen applied in Longdong Gas Field. Field application showed that， these three new downhole tools could solve the drilling problems to a certain extend， and achieve the aim at increasing speed of drilling in Longdong Gas Field.

Keywords： Longdong Gas Field；roller-PDC hybird drill bit； hydraulic oscillator；customhydraulic motor

隴东气田是长庆油田近年来的主力开发气田之一，其位于鄂尔多斯盆地西南部，即伊陕斜坡、天环坳陷和渭北隆起3个构造单位的交界处。其地层从上到下依次为第四系，白垩系，侏罗系安定组、直罗组和延安组，三叠系延长组、纸坊组、和尚沟组和刘家沟组，二叠系石千峰组、石盒子组、山西组和太原组，石炭系本溪组，奥陶系马家沟组，寒武系张夏组和徐庄组。

1 钻井施工难点

1.1 目的层埋藏深度大、地层老，机械钻速低

区块开发井多以二叠系石盒子组、山西组和太原组为目的层，部分探井以奥陶系马家沟组、寒武系张夏组和徐庄组为目的层，其地层埋藏垂直深度普遍在4 000m以上，且地层古老。这使得地层的可钻性较差，特别是定向滑动钻进过程中，由于钻压很难有效施加在钻头上，机械钻度较低[1]。

1.2 定向钻进托压严重，滑动钻进困难

区块大斜度定向井和水平井施工中，井深3 500m以上，井斜在40°以上井段，定向托压严重。庆1-11-67H2井每次定向仅能滑动钻进0.2～0.5m，就需要活动钻具，重新摆工具面，严重影响定向施工。庆1-11-69C4井在定向增斜段，日进尺仅25m。

2 常规技术措施

为了解决上述两大难题，针对性制定了工程和钻井液技术措施，主要包括：加强四级固相控制，减少钻井液中劣质固相；及时补充降失水剂，降低钻井液失水，在井壁上形成优质泥饼；加大润滑剂的用量，提高含油量，以增加钻井液润滑性；优化钻具组合，细化钻进参数；强化划眼和短起下，及时修整井壁等。这些技术措施在现场应用过程中取得了一定效果，定向托压得到一定改观，但其根本问题依然未得到彻底解决，严重制约着区块钻井提速[2]。为了有效解决这些问题，陇东气田使用了3种钻井提速工具，现在对这3种工具的应用进行详细分析。

3 水力振荡器的应用

水力振荡器通过产生纵向脉冲改善钻进中的钻压传递，滑动钻进时，将钻具与井壁间的静摩擦转化为动摩擦，有效减小摩阻，改善托压情况，并使得定向工具面稳定，以达到提高机械钻速的目的。

庆1-12-67H2井自井段4275～4436m下入Φ172mmAgitator水力振荡器（见图1），钻具组合为：Φ216mmPDC钻头+Φ172mm×1.5°螺杆+Φ127mm无磁承压钻杆+脉冲发生器悬挂短节+Φ127mm无磁承压钻杆+Φ127mm斜坡钻杆×9根+Φ172mm水力振荡器短节+Φ127mm斜坡钻杆×36根+Φ127mm加重钻杆×45根+Φ127mm斜坡钻杆串[3]。

水力振荡器使用前后机械钻速对比结果见表1。从表1可知，使用水力振荡器后，滑动钻机械钻速达到1.89m/h，较未使用水力振荡器前1.29m/h提高了约47%；复合钻机械钻速稳中有升，达到3.01m/h，较未使用水力振荡器前2.88m/h提速约5%。可见，水力振荡器在定向滑动钻进中提速明显。

水力振荡器使用前期效果更为显著，滑动工具面能保证在要求的范围内，基本不用上提下放活动钻具，保证了螺杆的造斜率，确保井眼轨迹平滑，能够达到预期的效果。后期也出现了托压粘卡及工具面不回的现象，但其滑动钻进托压情况仍有很大的改善，能满足定向施工需要。

4 牙轮-PDC混合钻头的应用

牙轮-PDC混合钻头兼具牙轮冲击破碎和PDC剪切破碎的特点，牙轮齿的冲击力对岩石产生预破碎，减弱了岩石的强度，一方面降低了PDC切削齿的切削载荷，另一方面提升了钻头破岩效率。此外，在定向滑动钻进中，牙轮-PDC混合钻头的扭矩波动相对PDC钻头较小，定向工具面稳定，造斜率更高。在大斜度井段应用混合钻头，能较大程度地降低托压对滑动钻进的影响，从而达到减少滑动钻、增加复合钻、提高机械钻速的目的[4]。

庆1-12-68H2井在二开造斜段应用江钻Φ216mmKPM1642ART牙輪-PDC混合钻头（见图2），较普通PDC钻头工具面更稳定，造斜率平均增加49%，最高增加87%。牙轮-PDC混合钻头使用前后增斜效果对比结果具体见表2。

5 定制螺杆的应用

滑动钻进造成的不规则井壁或螺旋状井眼，或大斜度井段的岩屑床，都会增大井下摩阻。陇东区块定向段一般使用Φ172mm单弯螺杆，带有近钻头扶正器，其尺寸一般多为212mm或213mm，其形状多为常规螺旋式或三瓣式。在定向钻进过程中，由于螺杆扶正器靠近钻头，极易卡在不规则井壁处，或被堆积的岩屑承托，造成定向托压[5]。

定制螺杆优化螺杆结构，适当缩小扶正器尺寸，增大螺杆环空间隙，减小螺杆扶正器与井壁的接触面积，达到减小井下摩阻，改善定向滑动钻进托压的目的。

庆1-12-68H2井在增斜段使用定制螺杆，极大改善了定向托压问题，滑动钻进过程中基本不需要反复上下活动钻具，在定向增斜段配合牙轮-PDC混合钻头使用，工具面稳定。该井定向增斜段平均日进尺达到80m以上，较使用前增加了一倍以上。

6 结论与建议

①新型井下工具的应用，基本解决了陇东气田大斜度定向井与水平井施工中定向托压、滑动钻进困难的问题，有效减少了定向滑动钻进时间，增加了复合钻时间，一定程度上提高了机械钻速，实现了陇东气田钻井提速的目的。

②水力振荡器能有效改善滑动钻进托压，提高机械钻速。在现场使用过程中，应优化其在下部钻具中的安放位置，最大限度地发挥其优势。

③牙轮-PDC混合钻头的使用，能显著提高定向造斜率，减少滑动钻进，增加复合钻进。但是，受到牙轮轴承寿命的制约，应注意避免掉牙轮事故的发生。

④通过定制螺杆，优化螺杆结构，能有效减小井下摩阻，改善定向滑动钻进托压情况。

参考文献：

[1]王万庆.陇东气田水平井钻井技术[J].石油钻探技术，2017（2）：15-19.

[2]明瑞卿，张时中，王海涛，等.国内外水力振荡器的研究现状及展望[J].石油钻探技术，2015（5）：116-122.

[3]石崇东，党克军，张军，等.水力振荡器在苏36-8-18H井的应用[J].石油机械，2012（3）：35-38.

[4]明瑞卿.水力振荡器提速原理分析与现场试验[J].石油工业技术监督，2015（9）：7-9.

[5]胡大梁，严焱诚，李群生，等.混合钻头在元坝须家河组高研磨性地层的应用[J].钻采工艺，2013（6）：8-12，149.