涡轮钻井技术在川西地区的应用.pdf

天 然 气 勘 探 与 开 发 2 0 1 1 年 1 0 月出版 涡轮钻井技术在川西地区的应用 全家正 。 李霜 赵明敏 何峻宇 1 ．中国石化西南油气分公司工程监督中心2 ．中国石化西南石油局四川钻井分公司 3 ． “ 油气藏地质及开发工程” 国家重点实验室 西南石油大学 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。图2表3参4 关键词川西气田深井涡轮钻井涡轮钻具钻井参数钻井液机械钻速 0 引言 川西地区气藏的勘探开发已逐渐由中浅层的蓬莱 镇组、 沙溪庙组转向深层的须家河组， 中国石化西南 油气田提交的川西新场气田须家河组二段气藏新增 探明储量 1 2 1 1 ． 2 0 1 0 m 。 已通过国家审定。而作 为深层的主要 目的层须家河组二段埋藏深 ， 井深多 在 4 8 0 0 m～5 2 0 0 m 以上， 岩性 多以碎屑石英砂岩为 主， 软硬交错变化大 ， 常规钻井技术机械钻速较低 ， 且钻头使用寿命短。 目前 ， 川西地区须家河组须 四段及以上地层采 用垂直钻井技术 、 复合钻井技术 、 液体欠平衡钻井技 术以及优选进 口P D C钻头等技术 ， 上部井段机械钻 速取得较大提高。但须家河组二段机械钻速低是制 约现在川西深井提速的技术瓶颈 ， 为提高须二段机 械钻速 ， 近年来进行了涡轮钻井人井试验 ， 取得了较 好效果。 1 目前钻井工艺现状 目前川西以须家河组二段为主要 目的层 的深井 采用四开制井身结构， 使用的是 1 6 5 ． 1 m m小井眼钻 进须二段。因此在钻头选型上较困难 如选用 P D C 钻头， 则由于地层高研磨性及软硬交错， 容易造成 P D C 复合片早期磨损使得 P D C钻头无法得到有效的 应用； 如选用牙轮钻头， 则机械钻速低且其平均寿命 仅 3 0 h- 4 0 h ， 钻进速度慢， 起下钻频繁 表 1 。 表 1 近年川西须二段常规钻头使用情况 注 未统计取心钻头 从表 1所统计的川西近年来几 口井在须二段钻 头使用情况可以看出 平均机械钻速只有 0 ． 8 9 m ／ h ， 单只钻头人井平均使用时间只有 3 8 ． 6 4 h 。而 目的 层小井眼钻进钻具组合多采用带单扶正器的常规钻 具组合， 因此须二段机械钻速低、 钻头寿命短、 单只 钻头进尺少、 起下钻频繁是川西深井段提速 的主要 技术瓶颈。 2 涡轮钻井优缺点 2 ． 1 优点 1 可以提高机械钻速， 大幅度缩短钻井周期 ； 2 提高钻具稳定性能， 保护钻具及井下工具； 3 配合孕镶金刚石钻头， 提高单只钻头寿命 及进尺 ， 减少起下钻时间。与牙轮钻井相比较 ， 平均 作者简介全家正， 男， 1 9 8 4 年出生， 西南石油大学石油与天然气工程硕士； 主要从事钻井监督工作。地址 6 1 8 0 0 0 四川省德阳市旌阳 区云湖街 6号 中国石化西南油气分公 司工程监督 中心钻 井监督所 。电话 1 3 6 8 9 6 6 7 6 7 6 。Em a i l q s y 2 0 0 3 2 0 0 3 y h o o ． c o m． e n 7 8 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 4卷第 4 期 天 然 气 勘 探 与 开 发 涡轮钻井单趟钻进可节约 5次 一8 次起下钻 ； 4 减少钻井液对储层 的浸泡时间， 有利于保 护和发现油气层； 5 可提供良好的井眼条件， 有利于后期完井 作业 。 2 ． 2 缺点 1 孕镶金刚石钻头流道小 ， 以及涡轮工具本 体上的两个满眼扶正器， 易造成井底岩屑不能及时 返出及掉块卡钻 ； 2 目前 国内无成熟 的涡轮技术， 使用 国外技 术 ， 费用较高。 3 现场应用 在新场 8及新 5 0 1井涡轮钻井应用取得成功的 基础上， 2 0 1 0 年引入到川西鸭子河构造的一口预探 井鸭 3井也取得了较好效果。 3 ． 1 鸭 3井概况 鸭 3井是部署在四川盆地川西坳陷安县一鸭子 河～大邑断褶带鸭子河构造的一 口预探井， 以上三 叠统须家河组二段及小塘子组为主要 目的层 ， 设计 井深 5 3 5 0 m。该井完钻井身结构见表 2 。 表 2 鸭 3井实钻井身结构表 3 ． 2 涡轮工具及钻头选择 根据地层岩性及井眼尺寸 ， 选择使用斯密斯的 N e y r f o r 4 3 ／ 4 1 4 7级 T I X L M K I 导向涡轮工具2 套 图 1 。 图 1 N e y r f o r 4 3 ／ 4 1 4 7级 T 1 X L MK I 涡轮工具 根据在新 5 0 1 、 新场 8井的钻头使用经验 ， 优选 斯密斯的 0 7孕镶金刚石钻头 。之前施工经验表 明， l 5 0 7钻头卡槽与垂直排屑槽不通易造成频繁卡 钻头， 鉴于此， 对入井前的鸭 3 井钻头进行修整， 将 两卡槽 的左侧与排屑槽磨通， 打磨深度与排屑槽深 度相 同， 约 l O m m， 如图 2所示。 图2 0 r 7 孕镶金刚石钻头 3 ． 3 应用情况 鸭 3井于 2 0 1 0年 5月 2 9日第 四次开钻 ， 第一 趟采用牙轮钻 头钻进至井深 4 4 3 5 m起钻 。之后下 入涡轮钻具钻进。使用涡轮钻具组合如下 中1 6 5 ． 1 m m钻头 l 2 0 ． 6 5 m m涡轮钻具 自带 1 6 3 ． 5 mr n上 扶正 器 和 1 6 1 ． 9 m m 下扶 正 器 1 2 0 ． 6 5 m m浮阀 d P I 5 8 ． 8 m m扶正器 1 2 0 ． 6 5 re a l 无磁钻铤 1 根 c b l 2 0 ． 6 5 ram钻铤 l 1 根 l 2 0 ． 6 5 m m 震击器 1 2 0 ． 6 5 mm旁通 阀 I 8 8 ． 9 m m加重钻杆 l 5根 变扣接头 1 0 1 m m钻杆。 涡轮共人井两趟 使用效果见表 3 ， 共进尺 2 1 5 ． 8 8 m， 纯钻时间 1 0 0 ． 4 9 h ， 平均机械钻速 2 ． 1 5 m ／ h 。钻井参数 钻压 O～ 5 t ， 排量 1 1 L ／ S～l 3 L ／ S ， 泵压 2 7 ． 5 M P a- 2 8 ． 5 M P a ， 顶驱转速 5 0 r ／ ra i n 。 表3 两趟涡轮钻井使用效果表 其中第一趟起钻是由于地质取心起钻 ， 出井后 钻头磨损等级 11一WTA xI N OC P， 涡 轮工具状态良好 ， 可重复入井使用 ； 第二趟起钻由于 钻柱上防磨套本体脱落导致涡轮工具无法工作而起 钻 ， 出井后钻头磨损等级为 2 2一WTAXI N J DH P， 涡轮工具工作状态良好。 3 ． 4 应用效果分析 1 完成鸭 3井须二段地层总进尺达 2 1 5 ． 8 8 m， 纯钻时间 1 0 0 ． 4 9 h ， 平均机械钻速达到 了2 ． 1 5 m ／ h ， 较本井 须二 段设 计机 械钻 速 0 ． 8 m ／ h提高 了 7 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 天 然 气 勘 探 与 开 发 2 0 1 1 年 1 0月出版 1 6 8 ． 7 5 ％， 创川西地区须二段钻井新纪录。 2 K 5 0 7钻头在鸭 3井两次人井 ， 纯钻时间达 到 1 0 4 ． 4 9 h ， 出井钻头磨损等级 2 2一 w T A x I N J DH P ， 是川西坳陷鸭子河构造须二段地层 纯钻时间最长的钻头。 3 涡轮入井时间共计 2 2 9 ． 3 3 h ， 出井后， 轴承 间隙， 悬挂状态磨损量仅 0 ． 2 ra m， 放置状态磨损量 仅 0 ． 2 m m， 均小于最大允许的磨损量 3 m m， 因此涡 轮仍处于良好状态 ， 可以继续使用。很好地说明了 涡轮钻井工具高钻速 ， 长寿命的特点。 4 斯密斯 的涡轮工具配合 K 5 0 7孕镶金刚石 钻头非常适应于砂岩井段， 在合理 的钻进参数条件 下 ， 砂岩段平均机械钻速约在 2 ． 5 m ／ h 。而对于较坚 硬的泥岩、 页岩 特别是高抗压实强度的泥页岩地 层 ， 其钻头侵略性相对较低， 且 由于孕镶钻头高转 速低出刃的特点， 吃人地层较困难 ， 机械钻速较砂岩 井段有明显降低 。 5 改良流道后的 K 5 0 7钻头 ， 能有效携带井底 岩屑 ， 防止了沉砂在钻头处堆积憋卡钻头 ， 保障了井 下安全。 6 涡轮工具 自带两个满眼扶正器， 本井涡轮 钻进井段最大井斜角 1 ． 7 。 ， 最小井斜角 0 ． 7 。 ， 因此， 涡轮钻具能取得很好的防斜打直作用。 3 ． 5 涡轮钻井注意事项 I 涡轮钻具人井前应作好通井工作， 保证井 眼畅通， 井壁稳定， 无掉块。 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 mi n～ 2 mi 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。 8 0 6 钻进中需停泵时， 应先上提钻具， 钻头提离 井底应不少于 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 m i n 。 4 认识与建议 1 高速涡轮钻具配合孕镶金刚石钻头是深井 提高机械钻速、 降低钻井成本的有效手段。涡轮钻 井在川西鸭子河构造须家河地层 的成功应用 ， 进一 步验证了涡轮钻具在高研磨性砂岩井段 的适应能 力 。 2 涡轮钻井在低钻压下实现快速钻进， 同时 其 自身工具上带的两个满眼扶正器 ， 能较好做到防 斜打直。 3 鸭 3井精良的钻井设备为涡轮钻井提供 了 良好的基础， 特别是三台工况稳定的 1 6 0 0 k W 钻井 泵， 泵压可长期稳定在 2 6 M P a一 2 8 M P a ， 满足了涡轮 钻井所需要的高压耗条件。 4 应继续在川西深井小井 眼中推广应用 ， 同 时不断改良钻头， 以达到一趟钻钻穿四开井段的 目 标 。同时应在上部大井眼井段进行涡轮钻进的试验 应用。 5 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 易先忠 ， 钟守炎 ， 水运震 ．井下动力钻具的现状与发展石 油机械[ J ] ， 1 9 9 5 ， 2 3 1 1 5 3 5 7 ． 2 易先忠， 符达良．涡轮钻具及其钻井技术的发展[ J ] ．钻 采工艺 ， 1 9 9 2 ， 1 5 2 1 7 ． 3 符达良， 张晓东， 符彦惟 ． 涡轮钻井技术有巨大的技术经 济潜力[ J ] ．石油学报， 2 0 0 0 ， 2 1 1 8 1 8 6 ． 4 赵宁， 蔡镜仑， 潘红政 ．一种带齿轮减速器的新型涡轮钻 具[ J ] ． 石油机械， 2 0 0 0 ， 2 8 9 5 1 5 6 ． 修改回稿日 期2 0 1 1 0 3 2 9 编辑景岷置 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m