复合冲击钻井工具在大庆徐深气田现场试验_李博.pdf

2021年第1期西部探矿工程 * 收稿日期 2020-04-27 基金项目 十三五项目 “油气开采降本增交往技术研究与规模应用” 支撑项目 “高交往提速工具系列化推广应用”（编号dqc-2017-zj-ky-006） 。 第一作者简介 李博 （1984-） ， 男 （汉族） ， 黑龙江大庆人， 工程师， 现从事钻井工具研发工作。 复合冲击钻井工具在大庆徐深气田现场试验 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 摘要 大庆油田徐深气田区块登娄库组至营层组层位研磨性强、 可钻性差， 导致在该段钻井工程 中， 单只钻头进尺少、 钻头寿命短、 机械钻速低， 为解决难钻层位钻井效率低问题， 在该区块深层应用 了复合冲击钻井工具， 该工具能够实现轴向和周向冲击， 在减少钻头粘滑现象同时增加切削齿进入 地层深度， 提高破岩效率。在大庆徐深气田应用复合冲击钻井工具进行现场试验， 提高机械钻速、 降 本增效效果显著。 关键词 钻井； 机械钻速； 复合冲击钻井； 降本增效 中图分类号 TE2 文献标识码 B 文章编号 1004-5716202101-0050-03 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。 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 215.9mm（8-1/2″） ； 工具外径 182mm； 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 图1复合冲击钻井工具结构示意图 1.壳体； 2.动力部分； 3.周向冲击部分； 4.轴向冲击部分 50 2021年第1期西部探矿工程 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 215.9mm钻头182mm复合冲击工具177.8mm 钻具止回阀177.8mm钻铤9.0m214.0mm 稳定 器1.5m177.8mm 钻45.0m165.1mm 钻铤 81.0m 127.0mm 加重钻杆139.5m127.0mm。 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 215.9mm钻头182mm复合冲击工具177.8mm 钻具止回阀177.8mm钻铤9.0m214.0mm 稳定 器1.5m177.8mm 钻45.0m165.1mm 钻铤 81.0m 127.0mm 加重钻杆139.5m127.0mm。 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。 5结论和认识 （1） 复合冲击钻井工具能够给钻头施加周向冲击 和轴向冲击， 消除PDC钻头的粘滑现象， 保护钻头， 同 时能够增加钻头吃入地层深度， 提高破岩效率， 适用于 深层硬地层钻井提速；（下转第55页） 图3试验2井第1趟钻出井钻头 图4试验2井第1趟钻钻速曲线 51 2021年第1期西部探矿工程 下行将外筒的循环孔关闭。关闭套关闭后， 胶塞上的 卡簧机构卡在对接筒上， 然后可下入打捞工具， 通过打 捞总成将锁紧机构和注入总成捞出， 实现全通井， 避免 再次钻塞作业[8]。 7分级注水泥器技术发展方向 随着油气勘探开发不断向深层、 超深层发展， 遇到 的固井技术问题会越来越多， 越来越难， 不变的是钻井 提质提速提效总要求。针对发展需求， 笔者分析分级 注水泥器的发展趋势。 （1） 深层恶性漏失井不断增多， 封隔式分级注水泥 器的市场需求不断扩大， 性能将不断提升， 规格尺寸也 会从单一的尺寸向多种不同规格尺寸延伸。 （2） 目前的分级注水泥工艺是两级分级固井， 随着 的钻井的深入， 会采取多级注水泥工艺， 随之三级或四 级分级注水泥器会被研发并应用。 （3） 随着油气田开发的酸化压裂技术日益成熟， 被 用于技术套管固井的分级注水泥器的承压能力要求越 来越高， 超高压分级注水泥器， V0级分级注水泥器的 需求会越来越多。 （4） 随着提质提速提效的升级， 免钻塞分级注水泥 器的应用技术将再次升级， 无需下入打捞工具内部附 件可实现自行溶解分级注水泥器， 这将进一步降低施 工成本， 提高可靠性。 参考文献 [1]马开华， 马兰荣， 等.国内特殊尾管悬挂器研制现状与发展 趋势[J].石油钻采工艺， 2004，26 （4） 16-19. [2]刘丁丁. 免钻式分级箍在陕北评价井的应用[J].石油工艺技 术监督， 2017，33 （6） 49-51. [3]杨海波，余金陵， 等.水平井免钻塞筛管顶部注水泥完井技术 [J].石油钻采工艺， 2011，33 （3） 28-30. [4]郭学辉， 周生杰， 等.油气田中几种常见的腐蚀机理[J].辽宁 化工， 2014，43 （1） 53-56. [5]王成达， 严密林， 等.油气田开发中H2S∕CO2腐蚀研究进展[J]. 西安石油大学学报 自然科学版， 2005， 20 （5） 66-70. [6]陈会年， 秦金立， 等. 中国特殊双级注水泥器的研制现状与 发展趋势[J].油气地质与采收率， 2007， 44 （4） 98-100，110. [7]刘明， 李振， 等.封隔式分级注水泥器关键技术分析[J].石油 矿场机械， 2019， 485 5-9. [8]田启忠， 李娜， 等.一种不钻塞完井分级注水泥器的研制及 应用[J].石油机械， 2013， 414 82-85. 图3打捞式免钻塞分级注水泥器 1.接头； 2.打捞筒； 3、 9、 12、 16.剪钉； 4.胶塞座； 5.对接筒； 6.弹性块； 7.关闭套； 8.外筒； 10.连接套； 11.支撑套； 13.调节环； 14.胶筒； 15打开 套； 17.锁块； 18.泄压阀； 19.关闭内套 （上接第51页） （2） 复合冲击钻井工具在大庆徐深区块的成功试 验， 有效地解决了该区块登娄库组至营层组层位单只 钻头进尺少、 机械钻速低等问题， 试验数据表明， 对比 常规钻井方式， 复合冲击钻井工具提速效果非常显著； （3） 在钻遇非均质岩性、 砂泥岩夹层时， 根据地质 情况实时调整钻压、 转盘转速等钻井参数， 以保证钻头 使用寿命、 井斜、 机械钻速等指标最优化， 从而提高整 体行程钻速； （4） 复合冲击钻井工具为深层难钻地层钻井工程 提供一种有效的技术手段， 可进一步推广应用。 参考文献 [1]云海涛.大庆徐深气田提高钻速技术研究[D].大庆石油学院， 20076-8. [2]张书瑞，吕长文，李洪秀，柳鸿钧.大庆油田提高深井钻井速度 的措施及效果[J].石油钻探技术，1997，254 8-10. [3]查春青，柳贡慧，李军， 等.复合冲击破岩钻井新技术提速机 理研究[J].石油钻探技术，2017，45220-24. [4]蒋宏伟，刘永盛，翟应虎， 等.旋冲钻井破岩力学模型的研究 [J].石油钻探技术，2006，341 13-15. 55