PDC钻头复合钻井技术在苏北油区的应用.pdf

２０１６年第４５卷第３期第７０页石油矿场机械犗犐犔犉犐犈犔犇犈犙犝犐犘犕犈犖犜２０１６，４５（３）７０  ７３文章编号１００１  ３４８２（２０１６）０３  ００７０  ０４犘犇犆钻头复合钻井技术在苏北油区的应用孟鹏１，邵冬冬１，２，严沾１，蒋涛１，华祝春１（１．江苏石油工程有限公司钻井处，江苏扬州２２５２６１；２．中国石化集团江苏油田博士后科研工作站，江苏扬州２２５００９）摘要为了提高苏北油区钻井机械钻速，采用了ＰＤＣ钻头多种复合钻进的钻具组合方法。其中水力脉冲接头配合ＰＤＣ钻头复合钻井是将常规复合钻进的高转速破岩与脉冲接头、脉冲喷嘴进行组合，把机械能与水利能有效结合的清岩模式；在复合钻井的高效破岩效果下，加上水力脉冲技术，可充分体现多重钻井的提速作用。分析了ＰＤＣ钻头、螺杆钻具、脉冲接头以及脉冲喷嘴不同的结合方式在苏北油区的应用，结果表明复合钻井技术不同组合方式比常规复合钻井平均机械钻速提高２４．４４％～１２３．９％，取得了良好的应用效果。关键词ＰＤＣ钻头；复合钻井；螺杆钻具；脉冲工具中图分类号ＴＥ９２１．１文献标识码Ｂ犱狅犻１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１  ３４８２．２０１６．０３．０１６犘犇犆犇狉犻犾犾犅犻狋犆狅犿狆狅狌狀犱犇狉犻犾犾犻狀犵犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔犻狀狋犺犲犗犻犾犚犲犵犻狅狀狅犳犖狅狉狋犺犲狉狀犑犻犪狀犵狊狌ＭＥＮＧＰｅｎｇ１，ＳＨＡＯＤｏｎｇｄｏｎｇ１，２，ＹＡＮＺｈａｎ１，ＪＩＡＮＧＴａｏ１，ＨＵＡＺｈｕｃｈｕｎ１（１．犇狉犻犾犾犻狀犵犆狅犿狆犪狀狔，犛犐犖犗犘犈犆犗犻犾犳犻犲犾犱犛犲狉狏犻犮犲犑犻犪狀犵狊狌犆狅狉狆狅狉犪狋犻狅狀，犢犪狀犵狕犺狅狌２２５２６１，犆犺犻狀犪；２．犘狅狊狋犱狅犮狋狅狉犪犾犠狅狉犽狊狋犪狋犻狅狀狅犳犑犻犪狀犵狊狌犗犻犾犈狓狆犾狅狉犪狋犻狅狀犆狅狉狆狅狉犪狋犻狅狀，犛犐犖犗犘犈犆，犢犪狀犵狕犺狅狌２２５００９，犆犺犻狀犪）犃犫狊狋狉犪犮狋ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｏｉｌｗｅｌｌｄｒｉｌｌｉｎｇｉｎＮｏｒｔｈｅｒｎＲＯＰ，ｕｓｉｎｇＰＤＣｂｉｔｍｏｒｅｃｏｍｐｌｅｘｄｒｉｌｌ  ｉｎｇＢＨＡｍｅｔｈｏｄｈａｓｂｅｅｎａｐｐｌｉｅｄ．ＴｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｐｕｌｓｅｊｏｉｎｔｃｏｍｐｏｕｎｄｄｒｉｌｌｉｎｇｗｉｔｈＰＤＣｂｉｔｓａｒｅｔｈｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｅｄｒｉｌｌｉｎｇｒｏｃｋｂｒｅａｋｉｎｇ，ｈｉｇｈｓｐｅｅｄｐｕｌｓｅｊｏｉｎｔｓ，ｐｕｌｓｅｎｏｚｚｌｅ，ｔｕｒｎｉｎｇｒｏｃｋｍｏｄｅｔｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｅｎｅｒｇｙａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆｗａｔｅｒｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ．Ｕｎｄｅｒｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｃｏｍｐｏｕｎｄｄｒｉｌｌｉｎｇｒｏｃｋｂｒｅａｋｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｃｏｕｐｌｅｄｗｉｔｈｈｙｄｒａｕｌｉｃｐｕｌｓｅｔｅｃｈ  ｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅｒｏｌｅｏｆｍｕｌｔｉ  ｓｐｅｅｄｄｒｉｌｌｉｎｇｃａｎｂｅｆｕｌｌｙｒｅｆｌｅｃｔｅｄ．ＴｈｅＰＤＣｄｒｉｌｌｂｉｔｓ，ｓｃｒｅｗｄｒｉｌｌ，ｐｕｌｓｅａｎｄｐｕｌｓｅｎｏｚｚｌｅｊｏｉｎｔａｐｐｒｏａｃｈｉｎｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｓＳｕｂｅｉｏｉｌｒｅｇｉｏｎａｒｅａｎ  ａｌｙｚｅｄ，ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｓｏｆｃｏｍｐｏｕｎｄｄｒｉｌｌｉｎｇ２４．４４％～１２３．９％ｉｎ  ｃｒｅａｓｅｏｎａｖｅｒａｇｅｔｈａｎｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｅｄｒｉｌｌｉｎｇＲＯＰ，ｇｅｔｇｏｏｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔ，ｈａｓｔｈｅｖａｌｕｅｏｆａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．犓犲狔狑狅狉犱狊ＰＤＣｂｉｔ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｄｒｉｌｌｉｎｇ；ｓｃｒｅｗｄｒｉｌｌｔｏｏｌ；ｐｕｌｓｅｔｏｏｌ目前，苏北油区开发已经进入缓慢期，大量开发后形成了多断层、构造破碎、复杂小断块油藏，增加  收稿日期２０１５  ０９  ０６基金项目中石化江苏石油工程有限公司项目“ 井底脉冲射流不对称流场喷射钻井技术” （ＪＳ１４０７０２）；江苏省博士后科研资助计划（１４０２０８８Ｂ）作者简介孟鹏（１９９１ ），男，安徽六安人，现从事钻井工艺技术和工程设计应用研究，Ｅ  ｍａｉｌｍｅｎｇｐｅｎｇ．ｊｓｙｔ＠ｓｉｎｏｐｅｃ．ｃｏｍ。了开采难度，如何快速提高钻进速度成为首要任务［１  ２］。ＰＤＣ钻头配合螺杆钻具复合钻井技术已成为钻进过程的主流钻井技术，高效的应用效果得到了普遍认可。在复合钻进的基础上，增加脉冲接头与喷嘴的组合方式，是另一种高效复合钻井技术。脉冲射流复合钻井技术是基于ＰＤＣ钻头在“ 螺杆钻具＋转盘钻动” 的机械破岩与井底脉冲射流更好地携带岩屑的水力能量相结合的一种提高机械钻速的方法。采用多种钻具的不同组合方法在苏北油区的应用是一种新的尝试，旨在寻找更好的组合配置，提高钻井机械钻速。１犘犇犆破岩机理ＰＤＣ钻头主要依靠冠部来进行岩石切削，不同于牙轮钻头的压入地层，依靠牙齿纵向压裂力破坏岩石的抗压强度的破岩机理。ＰＤＣ钻头主要是以金刚石颗粒沿着剪切面进行切削，图１为切屑过程示意［３  ４］。破岩时主要克服岩石的抗剪强度，而克服岩石的抗剪强度比克服岩石的抗压强度的破岩方式要易于进行。图１切屑过程示意在塑脆性岩石中，在犠和犜的同时作用下，垂直压力在比岩石硬度小得多的条件下，切屑刃就可以沿θ角切入岩石，使其产生体积破碎。岩石破碎分为３个过程首先刃前岩石沿剪切面破碎后，犜力减小，切削刃向前推进，碰撞刃前岩石；其次在扭力犜作用下压碎前方的岩石，使其产生小剪切破碎，扭力犜增大；最后刀翼或切削齿继续压挤前方的岩石（部分被压成粉状），当扭力犜增大到极限值时，岩石沿剪切面破碎，然后扭力突然变小。碰撞、压碎及小剪切、大剪切这３个过程反复进行，形成破碎塑脆性岩石的全过程。根据ＰＤＣ钻头的破岩机理可以看出在犠钻压较小，在旋转力为定量的情况下，钻头旋转的速度与切削效率成正比关系，复合钻进中螺杆钻具加上转盘驱动的复合钻井技术能增加切削岩石的速度，达到提高钻进速度的目的。ＰＤＣ钻头目前还是存在一定的局限性。适合在软至中硬地层中使用，对于地层中存在的夹层与类似玄武岩和辉绿岩等硬度较大的地层不适合使用，会加大钻头金刚石颗粒的快速崩落、损坏。金刚石颗粒单次切削破岩后，在切削表面岩石周围具有残余应力，形成了岩石破碎带，岩石产生裂纹从而受到了损伤。下次切削破岩时岩石的抗剪强度大幅降低，增加了钻头的使用寿命。２犘犇犆复合钻井技术ＰＤＣ复合钻井技术是以提高钻井机械钻速，快速钻进为目的。在苏北区块复合钻进方式已经得到广泛使用，而ＰＤＣ钻头＋螺杆的钻具组合，配合脉冲接头与喷嘴的钻井技术正在完善中，在应用中起到了良好的提速效果［５  ６］。螺杆钻具是一种以钻井液为动力的井下动力工具，钻井泵泵出的钻井液流经旁通阀进入马达，在马达进出口处形成一定压差推动马达的转子旋转，并将转矩和转速通过万向轴和传动轴传递给钻头，达到高转速破岩的目的。复合钻井技术是利用螺杆钻具的高转速、高转矩带动钻头高速旋转来提高破岩效率的一项技术。主要利用钻头高速旋转的动能产生横向力来剪切、磨蚀地层，其主要破岩特征在于对地层的磨蚀。由于ＰＤＣ钻头切削特性，形成了损伤岩石，且ＰＤＣ钻头切削的岩屑相对体积较小，容易形成沉积以及泥包，造成钻头的反复切削，损伤钻头寿命。随着钻井液密度和井深的增加，液柱压力对井底破碎出来的岩屑产生压持作用，钻头切削出来的岩屑在压差作用下不易离开井底，结果是在井底形成垫层。脉冲工具配合ＰＤＣ钻头复合钻井，能加大岩石的冲蚀，减小钻头切削的抗剪强度，利于钻头切割，有效地减缓钻头磨损［７  ８］。脉冲接头和喷嘴形成的脉冲射流能增加对岩屑的冲击，形成脉冲涡流打散岩屑，带动岩屑容易返出，减少钻头重复切削。脉冲工具提高了射流的瞬时打击力、有效喷射距离和射流到达井底时的水利能量，配合ＰＤＣ复合钻进方式大幅提高了钻井速度。３复合钻井技术的应用复合钻井技术在苏北油区主要应用在软至中硬地层。１７第４５卷第３期孟鹏，等ＰＤＣ钻头复合钻井技术在苏北油区的应用  ３．１犘犇犆＋螺杆的复合钻井方法在安丰２８井应用安丰２８井在２１４６．５５～２４５５．００ｍ井段使用ＰＤＣ钻头＋螺杆（１．２５）进行稳斜钻进，钻头为Ｍ１６４Ｇ２Ｄ型ＰＤＣ钻头，进尺３０８．４５ｍ，纯钻时间３４．７５ｈ，机械钻速８．８８ｍ／ｈ。钻井参数钻压４０～８０ｋＮ，转盘转速６０ｒ／ｍｉｎ，泵压２１ＭＰａ，排量３２Ｌ／ｓ。钻井液密度１．２３ｇ／ｃｍ３，黏度４８Ｐａｓ，含砂０．２％。地层为泥岩和粉砂岩互层，岩性为软至中硬。钻具组合 ２１５．９ＰＤＣ钻头＋ １７２单弯螺杆（１．２５）＋ １６５浮阀＋ ２１４稳定器＋４１１４Ａ１０接头（定直）＋ １５９无磁钻铤＋ １５９螺旋钻铤＋４Ａ１１４１０接头＋ １２７加重钻杆（斜台阶）＋ １２７钻杆。安丰２８井与邻井安丰２７井钻时对比如图２所示。安丰２７井在２３３７．８８～２４４０．００ｍ井段，与安丰２８井岩性、钻井参数基本相同，未使用螺杆配合ＰＤＣ钻头复合钻井，机械钻速为１０．０７ｍ／ｈ；安丰２８井在相同井段机械钻速为１１．５８ｍ／ｈ，同比机械钻速提高了１５％。图２安丰２８井与邻井钻时对比图３．２犘犇犆＋脉冲接头＋螺杆的复合钻井方法在永４３  ３井应用永４３  ３井在２０００～２６１０ｍ井段使用了ＰＤＣ钻头＋脉冲接头＋螺杆进行定向钻进，钻头型号为Ｍ１６４０Ｇ１ＤＴ，使用１个水利脉冲空化射流接头。进尺６１０ｍ，纯钻时间３７．０３ｈ，机械钻速１６．４７ｍ／ｈ。钻井参数钻压４０～６０ｋＮ，转盘转速６５ｒ／ｍｉｎ，泵压１８ＭＰａ，排量３２Ｌ／ｓ。钻井液密度１．１９ｇ／ｃｍ３，黏度５１Ｐａｓ，含砂０．２％。地层为泥岩、不等砾砂岩和细砂岩互层，岩性为软至中硬。钻具组合  ２１６ＰＤＣ＋脉冲接头＋ １７２单弯螺杆（１．２５）＋防溅接头＋４１１４Ａ１０（定直）接头＋  １５９无磁钻铤＋４Ａ１１４１０接头＋ １２７加重钻杆＋４１１４Ａ１０接头＋ １５９随钻震击器＋４Ａ１１４１０接头＋ １２７加重钻杆＋ １２７钻杆。永４３  ３井与邻井永４３  ６井钻时对比如图３所示。永４３  ６井在２０００～２６１０ｍ井段，与永４３  ３井岩性、钻井参数基本相同，未使用水利脉冲空化射流接头配合ＰＤＣ钻头复合钻井，机械钻速为１２．６１ｍ／ｈ；永４３  ３井在相同井段机械钻速为１６．４７ｍ／ｈ，同比机械钻速提高了３０．６１％。图３永４３  ３井与邻井钻时对比３．３犘犇犆＋脉冲喷嘴＋螺杆的复合钻进方法在陈２  ６０井应用陈２  ６０井在１８１０～２２６０ｍ井段使用了ＰＤＣ＋脉冲喷嘴＋螺杆进行定向钻进，钻头型号为Ｍ１９４Ｇ２Ｄ，使用２个１６ｍｍ和２个１３ｍｍ脉冲喷嘴。进尺４５０ｍ，纯钻时间１４．８５ｈ，机械钻速３０．９８ｍ／ｈ。钻井参数钻压２０～４０ｋＮ，转盘转速７０ｒ／ｍｉｎ，泵压１６ＭＰａ，排量３２Ｌ／ｓ。钻井液密度１．１６ｇ／ｃｍ３，黏度５２Ｐａｓ，含砂０．２％。地层为泥岩和细砂岩互层，夹杂砾石，岩性为软至中硬。钻具组合 ２１６ＰＤＣ＋ １７２单弯螺杆（１．２５）＋ ２１２稳定器＋ １５９浮阀＋定向直接头＋ １５９无磁钻铤＋ １５９螺旋钻铤＋４Ａ１１４１０接头＋ １２７加重钻杆（斜台阶）＋ １２７钻杆。陈２  ６０井与邻井陈２  ６２井钻时对比如图４所示。在１８１０～２２６０ｍ井段，与陈２  ６０井岩性、钻井参数基本相同，未使用脉冲喷嘴配合ＰＤＣ钻头复合钻井，机械钻速为２４．３５ｍ／ｈ。陈２  ６０井在相同井段机械钻速为３０．３０ｍ／ｈ，同比机械钻速提高了２４．４４％。图４陈２  ６０井与邻井钻时对比２７石油矿场机械２０１６年３月  ３．４犘犇犆＋脉冲喷嘴＋脉冲接头＋螺杆复合钻井方法在永４３  ９井应用永４３  ９井在３７４～２７６５ｍ井段使用了ＰＤＣ＋脉冲喷嘴＋脉冲接头＋螺杆进行定向钻进，钻头为Ｍ１６５Ｇ１ＤＴ型，进尺２３９１ｍ，纯钻时间１２７ｈ，机械钻速１８．８３ｍ／ｈ。钻井参数钻压４０～６０ｋＮ，转盘转速６０ｒ／ｍｉｎ，泵压１７ＭＰａ，排量３２Ｌ／ｓ。钻井液密度１．１６～１．２３ｇ／ｃｍ３，黏度４８～６１Ｐａｓ，含砂０．２％。地层为泥岩和砂岩互层，岩性为软至中硬。钻具组合  ２１６ＰＤＣ＋脉冲接头＋ １７２单弯螺杆（１．２５）＋ １６５浮阀＋ ２１２稳定器＋定向接头＋  １５９无磁钻铤＋ １５９螺旋钻铤＋４Ａ１１４１０接头＋ １２７加重钻杆＋４１１４Ａ１０接头＋ １７２随钻震击器＋４Ａ１１４１０接头＋ １２７加重钻杆＋ １２７钻杆（斜台阶）。永４３  ９井与永４３  ６井机械钻速对比如表１所示。永４３  ９井在３７４～１７７０ｍ、１７７０～２７６５ｍｍ井段，与永４３  ６井在岩性、钻井参数基本相同，在相同井段机械钻速分别提高１２．９４％、９２．５８％，整体提高１２３．９％。表１永４３  ９井与永４３  ６井机械钻速对比类型井号钻头型号井段／ｍ进尺／ｍ纯钻时间／ｈ机械钻速／（ｍｈ－１）钻速提高／％应用井永４３  ９Ｍ１６４Ｇ１ＤＴ３７４～１７７０１３９６６２．０２２．５２＋１２．９４Ｍ１６５Ｇ１ＤＴ１７７０～２７６５９９５６５．０１５．３１＋９２．５８对比井永４３  ６Ｍ１６４Ｇ１ＤＴ３５３．６５～１５３６１１８２．３５８３．５１９．９４１５３６～２６０２１０６６１８４７．９５在３个区块４口井（安丰２８井、永４３  ３井、陈２  ６０井和永４３  ９井）的应用效果表明ＰＤＣ＋螺杆复合钻进方式比常规钻进机械钻速提高１５％；ＰＤＣ＋脉冲接头＋螺杆复合钻进方式比常规复合钻井方式机械钻速提高３０．６１％；ＰＤＣ＋脉冲喷嘴＋螺杆复合钻进方式比常规复合钻井方式机械钻速提高２４．４４％；ＰＤＣ＋脉冲喷嘴＋脉冲接头＋螺杆复合钻进方式比常规复合钻井方式机械钻速提高１２３．９％。４结论１） “ＰＤＣ＋螺杆钻具” 钻具组合配合转盘驱动的复合钻井技术能增加切削岩石的速度，从而提高了机械钻速。２）脉冲工具较好地利用了射流的瞬时打击力、有效喷射距离和射流到达井底时的水利能量，配合ＰＤＣ复合钻进方式提高了钻井速度。３）针对苏北区块地层不同情况，可调整复合钻井中钻具的组合方式，优化配置。４）４口井应用证明脉冲工具复合钻井相比常规复合钻井的平均机械钻速提高了２４．４４％～１２３．９％，达到较好的提速效果，具有推广应用价值。参考文献［１］杨德勇．螺杆钻具加ＰＤＣ钻头钻井技术［Ｊ］．工业设计，２０１１（５）２１２．［２］袁赞兵．ＰＤＣ＋螺杆钻具复合钻井方法在塔河油田的应用［Ｊ］．科技信息，２０１２（２７）５００  ５０１．［３］伍开松，廖飞龙．岩石切削损伤后ＰＤＣ齿破岩规律探讨［Ｊ］．石油机械，２０１４，４２（５）２９  ３３．［４］邓敏凯，吴开松，胡伟．ＰＤＣ钻头切削齿破岩仿真与试验分析［Ｊ］．石油机械，２０１４，４２（１）１０  １３．［５］于伟，汪海兰，刘学国，等．动力钻具配合高效钻头技术在中原油田钻井的应用［Ｊ］．内蒙古石油化工，２０１２（３）１０１  １０５．［６］汪海阁，刘杰，朱明亮．井下动力钻具配合高效钻头提高钻井效率的实验研究［Ｊ］．钻采工艺，１９９９，２２（２）１  ３．［７］饶开波，刘彬，王义雄，等．水力脉冲空化射流钻井技术现场试验［Ｊ］．钻采工艺，２０１２，３５（５）１２１  １２２．［８］王学杰，李根生，康延军，等．利用水力脉冲空化射流复合钻井技术提高钻速［Ｊ］．石油学报，２００９，３０（１）１１７  １２０．３７第４５卷第３期孟鹏，等ＰＤＣ钻头复合钻井技术在苏北油区的应用 

版权申诉 word格式文档无特别注明外均可编辑修改；预览文档经过压缩，下载后原文更清晰！ 立即下载

关键词：: PDC 钻头复合钻井技术苏北油区应用行业标准石油化工 20201126160757116960 石油开采石油冶炼煤层气开采地质勘探采矿技术石油化工文库，行业标准法律法规培训课件案例分析规程措施技术规范煤矿论文考试题库技术方案技术标书施工组织技术总结安全管理通知公告设计图纸实用文档图书资料文档下载在线阅读视频课程培训视频

矿业文库所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。