涡轮钻井系统在川西新501井的应用-.pdf

2 0 1 0 年 第4 卷 第3 期 天 然 气 技 术 Na t u r a l Ga s Te c h n o l o g y Vo 1 ． 4． N O ． 3 J u n ． 2 01 0 文章编号 1 6 7 3 9 0 3 5 2 0 1 0 0 3 0 0 3 6 0 3 涡轮钻井 系统在川西新 5 0 1井 的应 用 江波 王希勇 吴建忠 李春林 刘晓清 陈长卫 1 ．中国石化西南石油局四川钻井公司，四川德阳6 1 8 0 0 0 ； 2 ．中国石化西南油气分公司工程技术研究院，四川 德阳6 1 8 0 0 0 摘要 川西地区须家河组 须二段地层岩性 以石英砂岩 夹杂 页岩为主 ，石英含量高 ，地层研 磨性强 ，可钻性 差 ，长期以来其钻进 以牙轮钻 头为主 ，钻井速度较低 ，钻 井周期 长，制 约 了该区油气开发 的速 度。为此 ，分析 了 涡轮钻井系统特性、适应性以及在川西新5 0 1 井的应用效果，建议将涡轮钻井系统作为 目前提高川西地区须家河 组须二段地层机械钻速的有效技术，加以推广应用。 关键词 涡轮钻具须家河新5 0 1 井四川西 中图分类号T E 2 4 2 ． 4 文献标识码A 0 引言 1 涡轮钻井 系统 川西地 区上三叠统须家河组须二段气藏埋深在 5 0 0 0 m左右 ，以须家河组须二段气藏为 目的层的井 从上至下要 钻经第 四系 、剑 门关组 、蓬莱镇组 、遂 宁组 、上沙溪庙组 、下沙溪庙组 、千佛崖组 、白田 坝组 、须家河组地层 ，从浅至深泥页岩致密化程度 增加 ，密度 升高 ，分散性 降低 ，至千佛崖组 已转变 为硬脆性页岩 ，深层千佛崖组和须家河组地层 以大 段夹煤线页岩 、石英砂岩为主 ，深层页岩胶结强度 高、砂岩石英含量高，地层硬度、研磨性极强。长 期 以来须家河组地层钻进时机械钻速低 ，其 中又 以 小井 眼段须 家河组须二段地层机械钻速最低 ，平均 机械钻速只有 0 ． 8 5 m／h 。如何提高川西地区须家河 组须二段钻井速度是一个难题 。 目前 ，川西地 区须家河组须 四段以上地层采用 进 口P D C 或使用螺杆钻具复合钻井技术，其机械钻 速已有一定 的提高 ，但将该技术运用到须家河组须 二段小井眼段地层 ，机械钻速的提高并不理想 。最 近引进的涡轮钻井系统属于一种能给钻头提供强有 动力 的工具 ，具有在高温下长时间工作和提高机械 钻速的特点。该系统在川西新5 0 1 井须家河组须二段 运用取得 了明显 的效果。 1 ． 1 系统特性 上世纪 2 0 年代 ，涡轮钻具 由前苏联研制成功 ， 经过不断的改良和现场实践研究，涡轮钻井技术得 到长足发展 。涡轮钻具 主要 由分装式涡轮节和支承 节构成。工作时 ，涡轮钻具利用高速 、高压 的钻井 液 冲击涡轮定 、转子 叶片，反向弯 曲的定 、转子叶 片将钻井液的动能转换成机械能提供给钻头实现破 岩 。 不 同的厂家设计生产出的涡轮钻具工作原理一 致 ，主体构成大体相 同，只是在材质和附属部件辅 助功能上存在不同。图 1 是 S mi t h N e y r f o r 涡轮钻具结 构示意图。 图 1 S mi t h N e y r f o r 涡轮钻具结构 示意图 涡轮钻具与螺杆钻具相 比，其组成 的所有部件 均由金属构成，不含橡胶密封件，在 1 5 0 ～ 2 5 0 oC 高 收稿 日期 2 0 1 0 0 3 一1 0 修订 日期 2 0 1 0 0 5 2 1 作者简介 波 1 9 7 9～ ，坝士 ， I 程师 ，从事钻井技术管理及科研 r 作 Em a i l 4 5 6 9 6 6 8 q q I T 1 36 ／ N a t u r a l G a s T e c h n o l o g y 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 总第2 1 期 天然气技术 钻井T程 温下能连续 工作 2 0 0 h以上 ，输 出转 速 比螺杆钻具 高 ，具 有 能给钻 头提供 高转 速 、高扭 矩特 性 。另 外 ，涡轮钻具配合孕镶金刚石钻头使用 ，所需转盘 转速 和钻压较低 ，井下钻具稳定性能强 ，具有提高 单只钻头寿命 ，减少起下钻 时间 ，降低套管 、井下 工具磨损和起 到一定 防斜打直 功能的特点 。例 如 ， 俄罗斯利用涡轮钻井技术成功钻完了一 口1 2 0 0 0 I l l 超 深井 1 。 1 ． 2 系统选择 涡轮钻 具按 型式 包 含单 节式 、多节式 和 承节 式 ； 按 名 义 直 径 有 1 0 2、1 2 7 、 1 7 2 、 1 9 5 、 2 1 5 、 2 4 0 、2 5 5 m m系列 ；根据组合后转速 高低可分为高 速组合涡轮钻具 、中高速组合涡轮钻具 、中低速组 合涡轮钻具。 不 同地 区 、不 同井 深地层软硬 程度差异较 大 ， 一 般而言 ，高速涡轮钻具组 合没有减速器 ，钻头转 速高 ，适用于高硬度和研磨性地层 ；中高或 中低速 涡轮钻具组合 在轴承节 和钻 头之间配置有减 速器 ， 降低了涡轮输出转速，能增大钻头扭矩，提高钻头 破岩能量 ，适用于 中硬地层 。中高或 中低速涡轮钻 具组合应结合 P D C钻头钻进 ，高速涡轮钻具组合 由 于转速高应结合孕镶金刚石钻头钻进 ，普通牙轮钻 头和 P D C钻头受 到转速限制 ，均实现不 了与高速涡 轮钻具配合使用的效果 [ 2 - 3 1 。 川 西地 区须 家 河 组 须 二 段 地 层 温度 为 1 2 5～ 1 4 1℃，岩性 以灰 、浅灰色细粒岩屑石英砂岩 、岩屑 砂岩 、中粒岩屑石英砂岩 、岩屑长石石英砂岩 、岩 屑砂岩及粗粒 长石 石英砂 岩夹灰黑 、黑 色页岩 、 粉砂质 页岩及 泥质粉砂岩为主 ，可钻性级值为 5 ． 8 1 ～7 ． 4 7 ，地层级别 为Ⅵ ～Ⅶ，地层硬塑性和研磨 性极强，可钻性差。根据涡轮钻具特性及适应性 ， 川西地 区须家河组须二段地层宜选用高速涡轮钻具 组合结合孕镶金刚石钻头钻进。 2 涡轮钻 井系统在新 5 0 1 井须家河组须二段 地层 的应用 2 ． 1 新5 0 1 井概况 新 5 0 1 井位于四川省德 阳市罗江县 白马关镇接引 村七组 ，构造位置为四川盆地川西坳陷孝泉 一 丰谷 表 1 新5 0 1 井完钻井身结构表 构造带罗江构造高点 ，是一 口开发评价井 ，设计井 深 5 3 2 0 m。该井完钻井身结构见表 1 。 2 ． 2 涡轮钻 井系统现场运用 1 应用情况 。新 5 0 1 井 2 4 1 - 3 mm井眼完钻井 深4 8 0 8 m，2 0 1 0 年 1 月 1 9日钻完水泥塞后下人涡轮 钻具钻进，结束涡轮钻进时间为2 0 1 0 年2 月4 E t 。使 用涡轮钻具结构如下 1 6 5 ． 1 mm钻头 1 2 0 ． 6 5 mm涡轮钻具 本体 含两个 1 6 3 ． 5 1 m m扶正器 1 5 8 ． 8 mm扶正器 1 2 1 mm钻铤 9根 震击 器 8 8 ． 9 m m加重钻杆 9 根 1 0 1 ． 6 mi l l 钻杆 。 现 场 共 使 用 了 S mi t h N e y r f o r j 2 『1 2 0 ． 6 5 mm T 1 MK 2 和 T 1 X LMK 2 型涡轮钻具各 1 套 ，同时配合涡轮 钻具 使用 了 2 只 S mi t h B i t s 1 6 5 ． 1 m Il l K 5 0 7 孕镶 金 刚石钻头和 K 5 0 3 孕镶金刚石钻头。钻井参数 钻压 2 5 ～ 5 5 k N ，转盘转速为 5 O r ／ mi n ，流量为 1 3 ． 0 ～ 1 3 ． 5 L ／ S ，泵压为2 8 ．5 ～ 2 9 ．0 M P a ，钻头转速计算值在 1 2 02 r ／ mi n。 根据 录井钻时等资料统计计算 ，第一根涡轮钻 具钻进 井段为 4 8 l 5 ． 5 5～5 0 4 0 ． 2 1 m，共 钻进 2 2 4 ． 6 6 m，纯钻时间为 1 1 0 ． 8 5 h ；第二根涡轮钻具钻进井段 为 5 0 4 0 ． 2 1 ～5 2 4 5 ．4 9 m，共钻进 2 0 5 ． 2 8 m，纯钻 时 问为 1 0 2 ． 1 5 h ；涡轮钻具使用总进尺为4 2 9 ． 9 4 m，纯 钻总时间为 2 1 3 h ，平均机械钻速为 2 ． 0 2 m／h 。 2 效果评价。新 5 0 1 井在须家河组须二段地层 运用 涡轮钻 井系统 后 ，该 段实 际钻井天数 为 1 5 ． 4 6 d ，比设 计 在该 段 的钻 井天 数 5 0 ． 8 1 d提前 了 3 5 ． 3 5 d 。涡轮钻井系统钻进井段 最小井斜角为 1 ． 9 0 。 ，最 大为 4 ．6 1 。 ，钻井设计要求该段最大井斜角不大于 9 。 ，涡轮钻井系统在该小井眼段应用取得 了明显缩 短钻井周期和防斜打直的效果。 新 5 0 1 井在须家河组须二段使用涡轮钻井系统平 均机械钻速达到 2 ． 0 2 m／h ，甚至在个别井段机械钻 天然气技术 ／ 37 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第4 卷 江波 ，等 涡轮钻井系统在川西新 5 0 1 井的应用 第3 期 速达到 6 ． 7 4 m／h 见 图2 ，使川西地 区须家河 组须 二段 小井 眼段首 次平均 机 械钻速 达 到 2 ． 0 m／h以 上。新 5 0 1 井设计在该段采用常规钻井方式机械钻速 为 0 ． 9 1 “1 1 ／h ，使用涡轮钻井系统 的平均机械钻速 比 设计钻速提高 1 2 4 ％，同时比该 区域段 的平均机械钻 速0 ． 8 5 m／h 提高 1 3 8 ％。 7 0 0 6 o o D 0 O 0 。 。 2 ． 。 。 1 ． 。 。 0 0 0 蚋 4 8 0 0 4 8 5 0 4 9 0 0 4 9 5 0 5 0 0 0 5 0 5 0 5 1 0 0 5 1 5 0 5 2 0 0 5 2 5 0 井 深／ m 图2 新 5 0 1 井涡轮钻井系统使用段每米钻 速散点连线 图 涡轮钻井系统在须家河组须二段 的应用使该段 机械钻速有了质 的提升 ，对加快川 西地 区勘探 开发 有重要意义 。 2 _ 3 使用涡轮钻井系统的注意事项 1 涡轮钻具人井 之前第一趟钻应 使用牙轮钻 头 ，钻具中加装随钻打捞杯 ，若返 出岩屑较大且有 掉块现象，应继续钻进并钻穿不稳定地层 。 2 根据涡轮钻井过程所需要 的排量 ，调整好钻 井泵工作状 态 ，涡轮钻具入井前 ，在井 口应以正常 钻进排量 的6 0 ％ 进行 空运转试验 ，检查 涡轮钻具是 否容易启动和螺纹处有无渗漏 ，并记 录立管压力 和 排量。 3 任何时候开泵都必须使用钻杆滤清器 ，以防 涡轮钻具和钻头水眼堵塞。 4 无论钻具中有无浮阀，每下钻 2 5 ～ 3 0 立柱 要 向钻具 内灌满钻井液 ，灌浆排量应小于正常排量 的 6 0 ％，灌满起压后 ，应继续循环 1 2 rai n 排除气 体与杂质 。 5 在钻进过程中，为巩固井壁 ，正常情况下每 钻进 2 0 0 m需短起 1 次 ，也可根据井眼情况调整起下 钻次数 。 6 钻进中需停泵时 ，应先上提钻具 ，时间应不 少于6 m，以防止岩屑下沉而卡住钻头或涡轮钻具 ， 同时加强活动钻具 ，井 内钻 具静止时间不 能超过 3 mi n。 3 认识与建议 1 涡轮钻井系统在新 5 0 1 井的应用表明 ，该技 术在川西地区须家河组须二段高硬 、高研磨性 、可 钻性差 的地层 可 以有 效地 提高钻 速 ，缩短 钻井周 期 ，具有广泛的应用前景。 2 涡轮钻井系统能在低钻压下实现快速钻进 ， 能见 到较好的防斜打直效果 ，确保井眼光滑 ，减少 套管下人风险。 3 为了充分发挥涡轮钻井系统的优势，提高研 磨性强 、可钻性差地层的钻井速度，加快勘探开发 速度 ，应加快推广涡轮钻井技术 ，尽快完善该技术 的一系列措施 ，使其成为川西地 区深部地层优快钻 井的主要技术手段。 4 目前 ，租用 国外涡轮钻井系统费用较高，国 内虽已对涡轮钻具开展研究，但是其性能与国外相 比还有差距。为降低钻井成本 ，提高应用效率，国 内应继续加大对 涡轮钻井系统性能的研究 ，加快达 到国际化水平的步伐。 参考文献 [ 1 ]冯定． 涡轮钻具复合钻进技术[ J ] ． 石油钻采工艺 ，2 0 0 7 ， 2 9 3 1 9 2 1 ． [ 2 ] 成海 ，郑卫建 ，夏彬，等． 国内外涡轮钻具钻井技术及 其发展趋势[ J j _ 石油矿场机械 ，2 0 0 8 ，3 7 4 2 8 3 1 ． [ 3 ]赵宁． 新型涡轮钻具在深井中的应用[ J ] ． 石油钻采工艺， 2 0 0 4 ，2 6 3 4 04 1 ． 编辑 周娟 2 0 2 0 年中国天然气年消费量将达3 0 0 0 亿立方米 中国石油天然气股份有限公司一高层人士近 日在一次能源会议上表示，到2 0 2 0 年中国年天然气消费量 预计将超过 当前 的3 倍 ，达到 3 0 0 0X 1 0 m 。该人士称 ，提 高天然气在 中国能源构成 中的比例是帮助 中国实 现减少碳排放 目标的现实可行的途径。2 0 0 9 年中国的天然气消费量达到8 8 71 0 m3 。截至2 0 0 9 年底，中国 石油天然气集团公司拥有天然气探 明储量1 ． 7 9 X 1 0 m。 。2 0 0 9 年该公司持有股份的海外气田天然气产量为 5 5 1 0 m 。 信息来源中国石化新闻网 38 ／ N a t u r a l G a s T e c h n o l o g v 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m