摘要：大慶外圍地層硬度高、研磨性強(qiáng)，鉆井速度慢，為了鉆井提速，在寶一段地層采用俄羅斯鉆井研究院生產(chǎn)的TRM減速渦輪鉆具進(jìn)行提速試驗(yàn)，本文簡(jiǎn)單介紹了TRM減速渦輪鉆具及參數(shù)，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析和效果對(duì)比。

關(guān)鍵詞：渦輪鉆具；提速；牙輪鉆頭；行星齒輪；鉆具組合

中圖分類號(hào)：TN850.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

前蘇聯(lián)的井下動(dòng)力鉆具使用最早，發(fā)展最快，技術(shù)也最高，前蘇聯(lián)70%以上鉆井工作量是用渦輪鉆具完成。從20世紀(jì)80年代，我國(guó)開始自主研發(fā)渦輪鉆具，國(guó)產(chǎn)渦輪鉆具的研制從無到有、從弱到強(qiáng)，但還存在一些不盡人意的地方。目前俄羅斯的渦輪鉆具已發(fā)展到減速器渦輪鉆具階段，西西伯利亞地區(qū)幾乎全部采用減速器渦輪鉆具鉆井，使用俄羅斯國(guó)產(chǎn)或進(jìn)口的牙輪鉆頭。

由于渦輪鉆具的優(yōu)越性，國(guó)內(nèi)一些油田進(jìn)行了渦輪鉆具的應(yīng)用試驗(yàn)，得到了一定的效果和經(jīng)驗(yàn)。大慶外圍地層硬度高、研磨性強(qiáng)，鉆井速度慢。為了增產(chǎn)提速，2010年大慶油田決定使用渦輪鉆具在方13井進(jìn)行提速試驗(yàn)。方13井是依－舒地塹方正斷陷北部凹陷大林子次凹的一口預(yù)探井，設(shè)計(jì)井深3800m，目的層位于達(dá)一段、新安村+烏云組、基巖潛山。三開鉆至2330m，機(jī)械鉆速4.7m/h，地層為寶一段粉砂巖及灰色砂質(zhì)礫巖，該區(qū)深層地層傾角較大，地層傾角15.4°，寶一段及以下地層易發(fā)生井斜。甲方使用左邦公司提供的俄羅斯全俄鉆井研究院-鉆井工具有限公司生產(chǎn)的TRM減速渦輪鉆具，于2010年5月在三開寶一段地層實(shí)施了渦輪動(dòng)力鉆具+SMD537X牙輪鉆頭提速試驗(yàn)研究。

1 渦輪鉆具介紹

俄羅斯研制生產(chǎn)的TRM減速器渦輪鉆具采用一節(jié)或多節(jié)渦輪節(jié)，配置了充油密封保護(hù)行星齒輪減速器，減速器上下兩端連接開式支承節(jié)，高速渦輪(空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速2000-3000r/min)與一級(jí)或二級(jí)減速器結(jié)合，下部通過彎接頭或短節(jié)與支承節(jié)相連，采用整體充油密封保護(hù)，形成一個(gè)整體密封的鉆具，增加了渦輪使用的可靠性。

TRM減速器渦輪鉆具的使用參數(shù)如表1所示。

2 渦輪鉆具使用情況

2.1 鉆頭

使用江漢鉆頭廠生產(chǎn)的SMD超高速馬達(dá)鉆頭。

規(guī)格：φ215.9牙輪鉆頭

型號(hào)：SMD537X

水眼：18*2+16*1

適應(yīng)轉(zhuǎn)速：200-400rpm

2.2 鉆具組合

φ215.9mm牙輪鉆頭×0.43m＋φ178mm減速器支撐節(jié)×6.18m＋φ178mm渦輪鉆具×7.58m+φ178mmSUB（521/410）+φ165mm SUB（4A10/411）+φ165mmSUB止回閥（4A10/4A11）+φ214mmSTB×1.5m＋φ159mm鉆鋌×9m＋φ214mmSTB×1.5m＋φ159mm鉆鋌×160m＋φ159mm投入式止回閥+φ127mm加重鉆桿。

2.3 鉆進(jìn)參數(shù)

表2 鉆進(jìn)參數(shù)

2.4 試驗(yàn)情況

渦輪鉆具自2010年5月10日13：00下第一支鉆頭至2010年5月17日起出第三只鉆頭結(jié)束試驗(yàn)共計(jì)8天；試驗(yàn)井段2330-2782.93m，累計(jì)進(jìn)尺452.93m，純鉆88.45h，平均機(jī)械鉆速5.12 m/h，行程鉆速2.36 m/h，平均單只鉆頭進(jìn)尺150.98m，平均單只鉆頭純鉆29.48h。渦輪累計(jì)使用時(shí)間108h。

（1）第一只牙輪鉆頭試驗(yàn)情況

2010年5月10日10：00，配完渦輪鉆具在井口進(jìn)行測(cè)試壓降，13：00配完雙螺扶鐘擺鉆具下鉆，20：30下至井底開泵循環(huán)，22：00渦輪鉆進(jìn)，排量30l/s，先以30kN鉆壓鉆進(jìn)0.5m，然后逐漸增加鉆壓優(yōu)選參數(shù)，鉆壓80kN-90kN，鉆進(jìn)扭矩3.5-4.5kN.m。經(jīng)計(jì)算30L/s井底鉆頭轉(zhuǎn)速260轉(zhuǎn)/分，加轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速，最高轉(zhuǎn)速300轉(zhuǎn)/分左右。鉆進(jìn)16m后螺扶進(jìn)入新井眼，增大鉆壓至120kN，扭矩達(dá)到4.5-5.2kN.m。經(jīng)過不斷優(yōu)選參數(shù)，確定鉆壓110-130kN、轉(zhuǎn)速30轉(zhuǎn)/分、排量32L/s、泵壓13Mpa、扭矩4.5-5.5 kN.m。2010年5月12日3：00為確保鉆頭安全，決定起鉆檢查更換鉆頭。2010年5月12日13：00起完鉆，經(jīng)檢查鉆頭牙齒齒高磨損3/8，2#輪軸承稍有松動(dòng)，1#、3#軸承磨損較輕，外徑磨損0.2mm，磨損分析Y3Z3J0.2，判斷牙輪新度70%，仍可鉆進(jìn)10h左右。渦輪地面檢測(cè)軸向、縱向間隙0.7mm，運(yùn)轉(zhuǎn)正常。第一只牙輪鉆頭使用井段2330-2456.85m，累計(jì)進(jìn)尺126.85m，純鉆24.4h，鉆速5.2m/h，巖性砂泥巖互層較多。測(cè)斜測(cè)深2440m井斜3.03°，渦輪使用時(shí)間30h。

（2）第二只牙輪鉆頭試驗(yàn)情況

2010年5月12日14：00換新SMD537X牙輪鉆頭，繼續(xù)下雙鐘擺鉆具組合下鉆，22:00下至井底循環(huán)，23:30渦輪鉆進(jìn)，轉(zhuǎn)速30轉(zhuǎn)/分，排量32l/s，泵壓14Mpa，扭矩4.5-5.5 kN.m。5月13日6：00井深2490m，井段2456-2490m，進(jìn)尺34m，純鉆5.9h，鉆速5.2m/h，巖性為寶一段粉砂巖及泥質(zhì)粉砂巖，鉆壓110-130kN。5月13日22:00扭矩波動(dòng)較大4.5-8.5 kN.m，采用20 kN鉆壓摩銑井底，扭矩逐漸恢復(fù)平穩(wěn)，繼續(xù)鉆進(jìn)。5月14日6：00井深2593m，井段2456-2593m，進(jìn)尺137m，純鉆25.5h，鉆速5.2m/h；之上5米鉆時(shí)較慢，平均20min/m，泥巖較多。5月14日14:00-16:00扭矩再次波動(dòng)3次，在3.5-8.5 kN.m，后小鉆壓磨銑正常。5月15日12:00起鉆，經(jīng)檢查鉆頭1#、2#輪卡死，2#輪牙齒磨去4/8，磨損分級(jí)Z6Y4J0.2，渦輪縱軸向間隙0.7mm。第二個(gè)牙輪鉆頭使用井段2456.85-2662.22m，進(jìn)尺205.37m，純鉆40h，鉆速5.13 m/h，巖性灰色泥質(zhì)粉砂巖。測(cè)斜2607m井斜3°，渦輪使用48h。

（3）第三只牙輪鉆頭試驗(yàn)情況

5月15日13:00第三個(gè)SMD537X牙輪鉆頭+渦輪鉆具，繼續(xù)下雙鐘擺鉆具組合，22：00到底循環(huán)活動(dòng)牙輪，鉆進(jìn)0.5m，然后逐漸增加鉆壓正常鉆進(jìn)。5月16日6:00井深2700m，使用井段2662.22-2700m，進(jìn)尺37.78m，純鉆8h，鉆速4.87 m/h，巖性為砂泥巖互層，扭矩4.2-4.8 kN.m，鉆壓100-120 kN。5月17日17：00起出鉆頭軸承磨損正常，崩斷17個(gè)齒，無曠動(dòng)現(xiàn)象，磨損分級(jí)Y4Z3J0.2；檢查渦輪軸向間隙1mm，磨損正常。第三個(gè)牙輪鉆頭使用井段2662.22-2782.93m，井深2782.93m，進(jìn)尺120.71m，純鉆24.02h，鉆速5.03 m/h。測(cè)斜2768m井斜2.6°，呈下降趨勢(shì)，降斜效果較好，渦輪使用時(shí)間30h。

3 效果分析

3.1 試驗(yàn)井段平均機(jī)械鉆速5.12m/h，與方正寶一段以下1000m同層位平均鉆速4.03 m/h相比，機(jī)械鉆速提高27%。

3.2 渦輪下井試驗(yàn)前井斜3.5°，通過鉆進(jìn)450m降斜至2.6°，在不犧牲鉆速的前提下，達(dá)到了控制井斜，保證井身的質(zhì)量。

3.3 試驗(yàn)井段2330-2782.93m，累計(jì)進(jìn)尺452.93m，耗時(shí)8天，如果用常規(guī)轉(zhuǎn)盤鉆進(jìn)，需兩只鉆頭，兩趟鉆，耗時(shí)7天，用渦輪比轉(zhuǎn)盤多用1天時(shí)間（根據(jù)方正地區(qū)寶一段以下牙輪使用情況統(tǒng)計(jì)，單只鉆頭平均進(jìn)尺240m，平均機(jī)械鉆速4.03m/h）。

3.4 成本比較

用渦輪成本：鉆頭成本三只 SMD537，每只8萬，共24萬元，渦輪租金按每日0.5萬元計(jì)，8天共4萬元，兩項(xiàng)共28萬元。

常規(guī)轉(zhuǎn)盤鉆進(jìn)成本：兩只HJT537GK鉆頭，每只6萬元，共12萬元。

用渦輪比常規(guī)轉(zhuǎn)盤鉆進(jìn)成本增加=（28-12）+1天鉆井時(shí)間（1天日費(fèi)）6.5萬元=22.5萬元。

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

4.1 從渦輪鉆具使用上看，鉆進(jìn)中安全穩(wěn)定，壽命長(zhǎng)、承受鉆壓大，在適合層位利用其高轉(zhuǎn)速可以達(dá)到提速目的。

4.2 渦輪鉆具高速旋轉(zhuǎn)鉆井，能有效地降低井斜。

4.3 在此次試驗(yàn)中，共使用了三只高轉(zhuǎn)速牙輪鉆頭，渦輪鉆具的高速旋轉(zhuǎn)降低了牙輪的壽命，致使鉆井成本增大，針對(duì)渦輪鉆具的轉(zhuǎn)速，還需使用與之匹配的鉆頭。

4.4 利用其壽命長(zhǎng)、抗高溫的優(yōu)勢(shì)，在縮短整體渦輪長(zhǎng)度，增加彎支撐短接，可以在淺層水平井及深層水平井使用，達(dá)到一只渦輪鉆完水平段的目的。

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