资源描述:
2 0 1 6年 第4 5卷 第3期第8 3页 石 油 矿 场 机 械 犗 犐 犔 犉 犐 犈 犔 犇 犈 犙 犝 犐 犘犕犈 犖 犜 2 0 1 6,4 5(3) 8 3 8 5 文章编号 1 0 0 1 3 4 8 2(2 0 1 6)0 3 0 0 8 3 0 3 衡转矩钻井工具在长庆油田的应用 韩 飞1, 黄印国2, 秦建兵3, 李 庆4 (1.中国石油集团 钻井工程技术研究院, 北京1 0 2 2 0 0; 2.中国石油集团 渤海石油装备制造有限公司, 天津3 0 0 2 8 0; 3.盘锦辽河油田双兴实业有限责任公司, 辽宁 盘锦1 2 4 0 0 0;4.中国石油大学( 北京)机械与储运工程学院, 北京1 0 2 2 4 9) 摘要 在长庆油田刘家沟组等难钻地层,P D C钻头钻进时“ 憋跳钻、 粘滑” 现象严重, 钻头机械钻速 低, 单只钻头进尺低。在庆1 1 4 6 8井进行了衡转矩钻井工具的应用, 钻井总进尺3 1 9m, 纯钻进时 间8 0h, 平均机械钻速3. 9 9m/h, 有效提高了P D C钻头在难钻地层的机械钻速及进尺。介绍了衡 转矩钻井工具的工作原理、 技术参数, 并对现场应用情况进行分析。 关键词 P D C钻头; 衡转矩; 工具 中图分类号T E 9 2 1. 1 文献标识码 B 犱 狅 犻1 0. 3 9 6 9/j 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 .i s s n . 1 0 0 1 3 4 8 2. 2 0 1 6. 0 3. 0 2 0 图3 射孔和固井非射孔起裂压力对比 4 结论 1) 套管滑套工艺具有施工排量大、 钻后全通 径及可选择性开采的特点, 解决了常规机械封隔器 分压改造的不足, 为后期生产和作业提供了良好的 井筒条件。 2) 实现在固井非射孔条件下直接投球进行分 层改造。 3) 研发了压裂端口保护机构, 避免了固井杂 质对滑套开启的影响, 并使得端口与水泥环接触面 积, 平均起裂压力比国外同类工具降低1 0MP a, 而 射孔起裂压力高5~1 0MP a。 参考文献 [1] R y t l e w s k iG L. M u l t i l a y e rc o m p l e t i o n sf o re f f i c i e n t t r e a t m e n t o f m u l t e r l a y e r r e s e r v o i r s[R].S P E 1 1 2 4 7 6,2 0 0 8. [2] R y t l e w s k iGL,C o o kJM A. S t u d yo f f r a c t u r ei n i t i a t i o np r e s s u r e si nc e m e n t e dc a s e d h o l e w e l l s w i t h o u t p e r f o r a t i o n s[R]. S P E1 0 0 5 7 2,2 0 0 6. [3] 李先文, 凌云, 马旭, 等.长庆气区低渗透砂岩气藏压裂 工艺技术新进展[J] , 天然气工业, 2 0 1 1,3 1(2) 2 0 2 4. [4] B o z e T,D e g n e r D. C e m e n t e d b a l l a c t i v i e d s l i d i n g s l e e v e s i m p r o v e sw e l le c o n o m i c sa n de f f i c i e n c y[R]. S P E1 2 4 1 2 0,2 0 0 9. [5] H o s s a i n M M,R a h m a n M K,R a h m a nSS . H y d r a u l i c f r a c t u r e i n i t i a t i o na n dp r o p a g a t i o nR o l e so fw e l l b o r e t r a j e c t o r y,p e r f o r a t i o n sa n dr e g i m e s[ J]. J o u r n a lp e t r o l e u mS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g,2 0 0 0(2 7) 1 2 9 1 4 9. [6] 朱玉杰, 郭朝辉, 魏辽, 等.套管分段压裂滑套关键技术 分析[J].石油机械, 2 0 1 3,4 1(8) 1 0 2 1 0 6. [7] 吕玮, 张建, 懂建国, 等.水平井固井预置滑套多级分段 压裂完井技术[J].石油钻采工艺, 2 0 1 0,3 2(4) 5 1 5 3. [8] 付钢旦, 桂捷, 王治国, 等.固井滑套压裂起裂压裂的预 测及端口参数影响分析[J] , 石油机械,2 0 1 4,4 2(5) 8 4 8 7. 收稿日期2 0 1 5 0 9 2 9 基金项目 中国石油集团公司科技项目“ 水平井减阻降扭与管外封隔器等新工具研制” (2 0 1 4 B 4 3 1 4) 作者简介 韩 飞(1 9 8 2 ) , 男, 辽宁葫芦岛人, 硕士, 主要从事从事石油钻井装备与工具研究。 犃 狆 狆 犾 犻 犮 犪 狋 犻 狅 狀狅 犳犜 狅 狉 狇 狌 犲犅 犪 犾 犪 狀 犮 犲 狉 犻 狀犆 犺 犪 狀 犵 狇 犻 狀 犵犗 犻 犾 犳 犾 犻 犲 犱 HANF e i 1, HUANGY i n g u o 2, Q I NJ i a n b i n g 3, L IQ i n g 4 (1.犇 狉 犻 犾 犾 犻 狀 犵犚 犲 狊 犲 犪 狉 犮 犺犐 狀 狊 狋 犻 狋 狌 狋 犲,犆犖犘 犆,犅 犲 犻 犼 犻 狀 犵1 0 2 2 0 0,犆 犺 犻 狀 犪; 2.犅 狅 犺 犪 犻犈 狇 狌 犻 狆 犿 犲 狀 狋犕 犪 狀 狌 犳 犪 犮 狋 狌 狉 犻 狀 犵犆 狅.,犔 狋 犱.,犆犖犘 犆,犜 犻 犪 狀 犼 犻 狀 犵3 0 0 2 8 0,犆 犺 犻 狀 犪; 3.犘 犪 狀 犼 犻 狀犔 犻 犪 狅 犺 犲犗 犻 犾 犳 犻 犲 犾 犱犇 狅 狌 犫 犾 犲犡 犻 狀 犵犐 狀 犱 狌 狊 狋 狉 犻 犪 犾犆 狅.,犔 狋 犱.,犘 犪 狀 犼 犻 狀,1 2 4 0 0 0,犆 犺 犻 狀 犪;4.犆 狅 犾 犾 犲 犵 犲 狅 犳犕 犲 犮 犺 犪 狀 犻 犮 犪 犾牔 犜 狉 犪 狀 狊 狆 狅 狉 狋 犪 狋 犻 狅 狀犈 狀 犵 犻 狀 犲 犲 狉 犻 狀 犵,犆 犺 犻 狀 犪犝 狀 犻 狏 犲 狉 狊 犻 狋 狔狅 犳犘 犲 狋 狉 狅 犾 犲 狌 犿(犅 犲 犻 犼 犻 狀 犵) , 犅 犲 犻 犼 犻 狀 犵1 0 2 2 4 9,犆 犺 犻 狀 犪) 犃 犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋S e r i o u sb i tb o u n c i n ga n ds t i c ks l i pp r o b l e m s i nd r i l l i n gh a r df o r m a t i o nw i t hP D Cb i to f t e nr e s u l t i nl o w R O Pa n db i tf o o t a g e . T h et o r q u eb a l a n c e rw a sa p p l i e di n W e l lQ i n g 1 1 4 6 8o f C h a n g q i n gO i l f l i e da n d t h eR O Pa n dd r i l l i n g f o o t a g ep e rb i tw e r e i n c r e a s e dt h e t o t a l d r i l l i n g f o o t a g ep e rb i tw a s 3 1 9m,e f f e c t i v ed r i l l i n g t i m ew a s 8 0h,a v e r a g eR O Pw a s 3. 9 9m/h. T h ep r i n c i p l e, f e a t u r e sa n do n s i t ea p p l i c a t i o no f t o r q u eb a l a n c e ra r e i n t r o d u c e d i nt h i sp a p e r . 犓 犲 狔 狑 狅 狉 犱 狊P D Cb i t;t o r q u eb a l a n c e r;t o o l 长庆油田庆1 1 4 6 8井位于庆城县蔡家庙乡, 是陇东气开项目组的一口评价井。庆1 1 4 6 8井存 在大量难钻地层, 其中34 3 0~37 7 0m井段为刘家 沟组 地 层, 该 地 层 下 部 含 砾、 可 钻 性 差;37 7 0~ 39 9 0m井段为石千峰地层,39 9 0~41 7 0m为石盒 子组地层; 石千峰地层及石盒子组地层软硬交错夹 层较多, 均质性差。采用螺杆钻具+P D C钻头复合 钻进上述地层时钻头“ 憋跳钻、 粘滑” 现象严重, 导致 钻井机械钻速低、 钻头进尺低。在刘家沟组地层钻 进时, 全新2 1 5. 9mm( 8英寸)P D C钻头进尺仅为 4 0m, 平均机械钻速1. 9m/h。P D C钻头机械钻速 低、 进尺低的主要原因是钻头钻压和转矩不匹配, 导 致大量的轴向、 横向及旋转方向上的振动[ 1 3]。 针对上述问题, 从36 8 0m井深开始采用衡转 矩钻井工具钻进, 实现P D C钻头进尺2 2 9m。笔者 认为衡转矩钻井工具能够保护钻头、 提高机械钻速 的功能通过本次试验得到了有效验证, 解决了P D C 钻头在难钻地层寿命短、 机械钻速低等难题。 1 原理及特点 1. 1 基本原理 [4 5] 衡转矩钻井工具采用弹簧+螺旋导向机构的机 械传动方式实时存储、 释放钻井转矩能量, 通过对钻 头的破岩能量实时优化, 实现钻井转矩波动的“ 消峰 填谷” 。通过对钻压、 转矩的调优化整, 该工具能够 有效地解决难钻地层钻井时的“ 粘滑” 、 “ 憋跳钻” 问 题, 实现钻头的平稳、 高速钻进。 1. 2 技术特点 1) 完全机械驱动, 结构简单, 操作简易。 2) 无须配备专用钻头。可与P D C、 扩眼器及 牙轮钻头等配合作业。 3) 能够大幅提高机械钻速, 提高钻头使用 寿命。 4) 能够防止钻具粘扣, 保护MWD等工具, 防止顶驱过载。 5) 可以实时优化钻压、 转矩, 减轻司钻作业的 劳动强度。 1. 3 主要技术参数 最大外径 1 7 8mm 最大工作转矩 2 0k Nm 最大工作拉力 16 0 0k N 最大工作温度 1 5 0℃ 平衡转矩 4~1 0k Nm 两端连接螺纹 N C 5 0 工具长度 40 8 9mm 2 现场应用 2. 1 庆1 1 4 6 8井概况 庆1 1 4 6 8井位于庆城县蔡家庙乡, 设计井深 为43 2 5m, 井身结构为 一开 4 4 4. 5mm钻头 2 1 0m/ 3 3 9. 7mm套管2 0 8m; 二开 3 1 1. 2mm 钻头15 2 6 m/2 4 4. 5 mm套管15 2 5 m; 三开 2 1 5. 9mm钻 头43 2 5 m/ 1 7 7. 8 mm套 管 43 2 3m。 该井在三开井段进行了衡转矩钻井工具的 应用, 钻进地层为刘家沟组地层、 石千峰组地层及石 盒子组地层。刘家沟组地层底深37 7 0m, 岩性为浅 灰色、 棕褐色砂岩夹棕褐色泥岩, 下部含砾岩; 石千峰 组地层底深39 9 0m, 岩性上部以棕红色含钙质结核 泥岩和砂质泥岩为主, 夹中厚层肉红色砂岩。下部为 肉红色块状砂岩夹棕红色泥岩、 砂质泥岩; 石盒子组 地层底深41 7 9m, 岩性上部主要为紫红、 黄绿色泥岩 和细砂岩、 砂质泥岩, 下部为浅灰色含砾粗砂岩。 48 石 油 矿 场 机 械 2 0 1 6年3月 2. 2 钻具组合 衡转矩钻井工具在庆1 1 4 6 8井应用的钻具组 合为 2 1 5. 9mm P D C钻头+ 1 7 8mm衡转矩钻井 工具+ 1 6 5mm钻铤+ 1 2 7mm钻杆。 2. 3 钻井参数 衡转矩钻井工具在庆1 1 4 6 8井应用的钻井参数 为 钻压6 0 ~ 1 0 0k N, 转速6 0 ~ 7 5r/m i n, 排量3 2 ~ 4 5 L/s, 泵压1 1 ~ 1 8M P a, 钻井液密度1 . 0 8g/c m 3。 2. 4 应用情况 采用P D C钻头+螺杆复合钻井钻至井深36 8 0 m( 刘家沟下部) 钻时变慢起钻, 起出钻头破损严重。 该新钻头进尺仅为4 0m, 机械钻速1. 9m/h, 井口 转矩跳动大( 3~1 8k Nm) , 多次憋停顶驱。 从36 8 0m井深开始采用衡转矩钻井工具钻 进, 钻至井深39 9 9m进尺缓慢起钻。钻井总进尺 3 1 9m, 纯钻进时间8 0h, 平均机械钻速3. 9 9m/h。 其中刘家沟组地层钻进9 1m, 平均钻速1. 8 6m/h; 石千峰组地层钻进2 2 0m, 平均钻速7 . 3 5m/h, 石盒 子组地层钻进8m, 平均机械机械钻速3 . 6 8m/h。 3 应用效果 由于该井附近施工井数少, 井距远, 井型差异 大, 可比性低, 故衡转矩钻井工具的应用效果主要与 上一趟钻的复合钻进效果进行对比分析。 3. 1 井口钻井转矩平稳 上一趟复合钻井钻进刘家沟组中下部地层时, “ 憋跳钻、 粘滑” 现象严重, 井口转矩跳动大( 3~1 8 k Nm) , 多次憋停顶驱。衡转矩钻井工具钻进时, 有效消除了“ 憋跳钻、 粘滑” 现象, 井口转矩跳动平 稳。钻进快时转矩大, 跳动范围大( 3~5k Nm) ; 钻时慢时转矩小, 跳动范围小( 0~1k Nm) 。 3. 2 机械钻速提高 上一趟复合钻井钻进刘家沟组中下部地层时, 平均机械钻速为1. 9m/h。衡转矩钻井工具钻进时 平均机械钻速3. 9 9m/h。其中刘家沟组下部地层 钻进, 平均钻速1. 8 6m/h; 石千峰组地层平均钻速 7. 3 5m/h, 石盒子组地层平均机械机械钻速3. 6 8 m/h。由于没有邻井数据对比, 但衡转矩钻井工具 在刘家沟组底部含砾地层的机械钻速接近了刘家沟 组中下部地层机械钻速, 认为衡转矩钻井工具有效 提高了机械钻速。 3. 3 单只钻头寿命、 进尺有效提高 上一趟复合钻井钻进刘家沟组中下部地层时, 新钻头进尺仅为4 0m, 起钻后钻头大部分复合片崩 碎、 脱层, 钻头破损严重, 如图1。衡转矩钻井工具 钻进时, 实现钻头钻越三个地层, 钻头总进尺3 1 9 m。其中刘家沟组地层钻进9 1m; 石千峰组地层钻 进2 2 0m; 石盒子组地层钻进8m。衡转矩钻井工 具有效提高了P D C钻头进尺, 总进尺较复合钻进钻 头进尺提高了2 7 9m, 同层刘家沟组地层进尺提高 了5 3m。钻头起出后发现, 最易磨损的外圈齿磨损 较小, 中心2个齿出现损坏。认为其为异常落物导 致的中心齿非正常损坏( 如图2) , 并肯定了衡转矩 工具保护钻头的效果。 图1 复合钻进起出钻头 图2 衡转矩钻井工具钻进起出钻头 4 结论 1) 衡转矩钻井工具+P D C钻头钻进较螺杆 钻具+P D C钻头复合钻进提速效果明显, 机械钻速 和单只钻头进尺得到有效提高。 2) 衡转矩钻井工具能够有效解决P D C钻头 在难钻地层寿命短、 机械钻速低等难题, 该工具的推 广应用将拓宽P D C钻头的应用范围。 3) 在庆1 1 4 6 8井的成功应用为该技术的成 熟完善积累了宝贵的经验, 建议继续推广应用该技 术, 并拓宽到扩眼器及牙轮钻头等应用领域。 参考文献 [1] 张晓东, 易发权, 张强, 等. P D C钻头与岩石相互作用 规律试验研究[J].江汉石油学院学报,2 0 0 3,6(2 5) 6 4 6 5. [2] 韦忠良, 陈庭根. P D C钻头钻进时扭矩影响因素研究 [J].石油钻探技术, 1 9 9 5,2 3(1) ,5 0 5 1. [3] 韩春杰, 闫铁.大位移井钻柱“粘滞一滑动”规律研究 [J].天然气工业, 2 0 0 4,2 4(1 1) 5 8 6 0. [4] 韩飞, 郭慧娟, 戴杨, 等. P D C钻头转矩控制技术分析 [J].石油矿场机械, 2 0 1 2,4 1(1 2) 6 9 7 1. [5] K n u t SS . D r i l l i n gD i f f i c u l tF o m a t i o n s e f f i E c i e n t l yW i t h t h e U s eo da nA n t i s t a l lT o o l[R]. S P E/I A D C1 1 1 8 7 4,2 0 0 8 . 58 第4 5卷 第3期 韩 飞, 等 衡转矩钻井工具在长庆油田的应用
展开阅读全文