王利中，王鳳春

(中石化西南工程湖南鉆井分公司，湖南長沙410007)

鉆井提速一直都是鉆井人追求的目標(biāo)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，鉆井提速效果也越來越明顯，現(xiàn)在鉆井提速的技術(shù)呈現(xiàn)多樣化［1－8］，一方面是優(yōu)化鉆頭選型，優(yōu)化鉆具組合，優(yōu)化鉆井液性能，優(yōu)化鉆井參數(shù)，提高水馬力，另一方面是優(yōu)化工具，或者強(qiáng)化機(jī)械沖擊破巖［5－6］，或者強(qiáng)化水力脈沖破巖［1，5，7］，從而提高機(jī)械鉆速。旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具是在研究了各種鉆井提速方法的基礎(chǔ)上結(jié)合了機(jī)械沖擊和水力脈沖破巖的雙重優(yōu)點(diǎn)，研制的一種新型提速工具。本文將對旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具在塔河油田12區(qū)塊的使用情況進(jìn)行介紹和分析。

1 旋沖提速工具簡介

1．1 旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具產(chǎn)品系列情況

旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具是中國石油大學(xué)(華東)與中國石化華北工程公司在分析了原有鉆井提速工具的基礎(chǔ)上結(jié)合了機(jī)械沖擊和水力脈沖破巖研制的一種新型鉆井提速工具。目前研制的旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具產(chǎn)品系列見表1。可分別針對不同尺寸井眼進(jìn)行使用。

表1 旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具產(chǎn)品系列

1．2 提速原理

所謂旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具就是自激振蕩式旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具，該工具是利用鉆井液高速流經(jīng)自激振蕩旋轉(zhuǎn)沖擊器而產(chǎn)生一種水力脈沖力直接作用于地層，從而加快破巖速度，提高機(jī)械鉆速的一種提速工具。

旋沖提速工具的提速原理主要表現(xiàn)為2個(gè)方面，一方面是機(jī)械沖擊，另一方面是水力脈沖破巖，其較以往其它提速工具的不同之處在于結(jié)合了兩方面的破巖能力。

機(jī)械沖擊:鉆井液高速流經(jīng)自激振蕩器，形成水力脈沖作用于沖擊傳遞桿，產(chǎn)生低幅高頻機(jī)械沖擊力傳遞至鉆頭，提高鉆頭破巖效果;

水力脈沖:鉆井液高速流經(jīng)自激振蕩器所產(chǎn)生的水力脈沖再向下傳遞，經(jīng)鉆頭水眼噴出，形成脈沖射流作用于井底，強(qiáng)化井底清洗，改善井底巖石的受力狀況，降低巖石破壞強(qiáng)度。圖1為旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具的原理圖。

圖1 旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具的原理圖

1．3 旋沖提速工具特點(diǎn)

(1)采用優(yōu)化的自激振蕩式水力元件將調(diào)制的水力脈動轉(zhuǎn)化為直接作用于鉆頭的機(jī)械沖擊力，能量利用效率高，工具壓力損耗小;

(2)由自激振蕩式水力元件產(chǎn)生的鉆頭沖擊力具有“小振幅、高頻率”的特點(diǎn)，對鉆頭和地層的適應(yīng)性強(qiáng);

(3)工具近鉆頭安裝，不改變鉆井參數(shù)和鉆具結(jié)構(gòu)，適應(yīng)性強(qiáng);

(4)穩(wěn)定可靠，可免維護(hù)使用200 h以上;

(5)經(jīng)濟(jì)效益明顯，節(jié)約鉆井周期，減少起下鉆次數(shù)，尤其適用于長裸眼井段。

2 旋沖提速工具的使用要點(diǎn)

旋沖提速工具由于安裝在近鉆頭位置，對鉆具組合以及鉆井參數(shù)與常規(guī)螺桿鉆具組合的參數(shù)基本一致，但要注意如下幾點(diǎn)。

(1)保證有足夠的鉆壓作用到鉆頭上。根據(jù)該工具鉆壓要求，鉆壓最小值應(yīng)達(dá)到:

式中:Wc——閉合鉆壓，kN;C——系數(shù)，ZJXC －178型工具取1.1634，ZJXC－203型工具取 1.4374，ZJXC －230 型工具取1.7143;ΔP——鉆頭壓降，MPa。

根據(jù)該式計(jì)算，鉆壓一般應(yīng)在60～100 kN之間，根據(jù)井深的變化而變化，具體情況視現(xiàn)場實(shí)際確定。

(2)排量的要求。排量一定要能夠滿足旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具工作的排量，按照工具設(shè)計(jì)要求，一般排量為:ZJXC－178型工具＞32 L/s，ZJXC－203型工具 ＞42 L/s，ZJXC －230 型工具 ＞50 L/s，所以對目前使用的203型工具而言，要求排量＞42 L/s，這點(diǎn)在深井施工很難滿足，一般在5500 m孔深以后排量只能滿足38 L/s，所以要保證該工具的正常施工，需要盡量使用大水眼鉆具，以保證足夠的排量。

(3)使用時(shí)間。一般要求該工具在井下運(yùn)行應(yīng)控制在200 h以內(nèi)，超過200 h后，如還能正常使用，要時(shí)刻注意井下情況，確保工具施工的安全，同時(shí)使用超過200 h的工具要求返廠維護(hù)，更換易損件，以備下次使用時(shí)能夠安全運(yùn)行，同時(shí)對于再次入井工具，一定要控制好使用時(shí)間。如果鉆井液的密度相對較高，一般超過1.45 g/cm3，或加重劑為鐵礦粉等，井下工作時(shí)間要相應(yīng)減少，時(shí)刻觀察井下情況，一旦發(fā)現(xiàn)泵壓和鉆時(shí)出現(xiàn)異常要及時(shí)提鉆。

3 旋沖提速工具在塔河油田的應(yīng)用分析與對比

3．1 與12區(qū)塊鄰井應(yīng)用效果對比

目前該工具已經(jīng)在塔河油田多口井使用，都取得了明顯的效果。其中在塔河油田12區(qū)塊使用了多口井，都得到了明顯的提速效果，最低提速為21%，最高提速超過了45%，下面針對12區(qū)塊試驗(yàn)井提速情況進(jìn)行具體分析。

3．1．1 試驗(yàn)井TH12273井使用情況

TH12273井位于TH12248井、TH12250井以及TH12257井附近，該井在二開5060～6039 m井段使用了旋沖提速工具，鄰井沒有使用該工具，為分析其提速效果，將該井工具使用情況的鉆速與鄰井進(jìn)行對照比較，可以看出機(jī)械鉆速提高明顯，達(dá)到了預(yù)期的效果。表2為TH12273井試驗(yàn)井段鉆速與鄰井同井段鉆速對照表。

從表2可看出，試驗(yàn)井TH12273井使用該工具后鉆速提高明顯，最低提高了近30%，最高超過了40%，平均超過了35%，說明該工具在該井段提速效果能滿足預(yù)期的效果，可以在該區(qū)域推廣應(yīng)用。

表2 TH12273井與鄰井鉆速對照

3．1．2 試驗(yàn)井TH12272井使用情況

TH12272井位于TH12256井、TH12266X井附近，該井在二開5172～6318 m井段使用了旋沖提速工具，鄰井沒有使用該工具，對該井使用情況與鄰井對照比較，可以看出機(jī)械鉆速提高明顯，達(dá)到了預(yù)期的效果。表3為TH12272井試驗(yàn)井段鉆速對照表。

表3 試驗(yàn)井TH12272井與鄰井機(jī)械鉆速對比

從表3可看出，該工具在該井段實(shí)現(xiàn)了提速的目的，提速效果非常明顯，提速高達(dá)45%，實(shí)現(xiàn)了提速提效的目的，滿足提速要求。

3．1．3 試驗(yàn)井TH12370井使用情況

TH12370井位于 TH12348井、TH12349井附近，該井在二開5585～5864 m井段使用了旋沖提速工具，主要地層為卡拉沙依組，巖性為淺灰色礫質(zhì)中細(xì)砂巖、褐色泥巖。鄰井沒有使用該工具，從使用情況與鄰井對照比較，可以看出機(jī)械鉆速提高明顯，達(dá)到了預(yù)期的效果。表4為TH12370井試驗(yàn)井段鉆速對照表。

表4 TH12370井與鄰井鉆速對照

表3顯示，使用旋沖提速工具后鉆速提高也是非常明顯，最低提高了17.5%，平均超過了25%。

3．1．4 小結(jié)

從這3口井的使用效果分析看出，盡管各井所處地層的可鉆性不一致，但總體使用工具后都實(shí)現(xiàn)了提速的目的，而且提速效果非常明顯，最低提速超過了25%，最高達(dá)到了45%，說明旋沖提速工具完全適合在該區(qū)塊使用。

3．2 分地層使用效果對比分析

為更好地說明工具試驗(yàn)的提速效果，針對試驗(yàn)井TH12273井分地層進(jìn)行使用效果分析，能更清楚地看到該工具的提速情況。表5為TH12273井的使用該工具的地層以及巖性情況。

表5 TH12273井試驗(yàn)井段地層及巖性

該井段地層特點(diǎn)為:三疊系哈拉哈塘組地層以砂巖為主夾少量泥巖，相比較而言可鉆性較好，阿克庫勒組地層為三疊系的二、三砂組，地層巖性也是以砂巖為主，中間夾泥巖，可鉆性也較好，但泥巖鉆時(shí)相對較慢，卡拉沙依組地層以泥巖為主，可鉆性相比較而言要差，鉆速相對較慢，且井段相對較長，該井該地層有300余米，因此該井段一般耗時(shí)較長，巴楚組地層含有礫石注意對鉆頭的磨損，但可鉆性較卡拉沙依組地層要好，東河塘地層砂巖相對較多，可鉆性較好，但含有石英砂巖，對鉆頭易磨損注意鉆壓的控制。

為能直觀地認(rèn)識各地層鉆速的變化，對試驗(yàn)井TH12273井和鄰井各地層鉆速進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)對比，具體結(jié)果見表6。表6可以直觀地看出，該工具對各地層的適應(yīng)性。同時(shí)為便于分析，對TH12273井以及鄰井的鉆時(shí)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，具體見圖2。

從上面分析可以看出，旋沖提速工具對各地層都具有較好的適應(yīng)性，但對于不同的地層提速效果表現(xiàn)各不相同，主要表現(xiàn)在以下幾方面。

表6 TH12273井各地層鉆速與鄰井鉆速對照

圖2 TH12273井與鄰井鉆時(shí)曲線

(1)對于12區(qū)塊哈拉哈塘組地層而言，提速效果不很理想，基本沒有提速或者提速效果不明顯。

(2)對于使用常規(guī)“PDC+螺桿”鉆具組合可鉆性較差、機(jī)械鉆速不高的井段和地層鉆速提高明顯，在試驗(yàn)井段可以看出，原來鉆速較低的井段，提高的速度較快，比如卡拉沙依組和東河塘組地層鉆速提高明顯，最高達(dá)到60%以上，一般也在30%以上。

(3)從圖2可看出，使用該提速工具后，鉆時(shí)變得逐步均勻，每米鉆時(shí)趨于平均。從圖2不難看出，試驗(yàn)井TH12273井的每米鉆時(shí)沒有超過60 min的，但對于常規(guī)井，最高的每米鉆時(shí)有超過150 min的，最少的也有超過90 min的，說明使用該工具后，鉆頭的破巖能力均向化，對地層的切削能力趨于均勻。

4 結(jié)論和建議

4．1 結(jié)論

從上面分析可以得出，該工具在塔河油田12區(qū)塊使用具有良好的提速效果，主要表現(xiàn)在:

(1)該工具適用于12區(qū)塊各試驗(yàn)地層，具有較好的提速效果，而且對于可鉆性較差的地層提速效果更明顯;

(2)該工具使用后能夠有效均衡鉆頭受力狀況，保證鉆頭破巖能力均衡化，鉆速趨于平均;

(3)該工具的使用較方便，沒有特別的要求，基本可以按照常規(guī)鉆具使用要求進(jìn)行。

4．2 建議

(1)進(jìn)一步保證工具的使用時(shí)間，目前在塔河油田螺桿鉆具和PDC鉆頭使用中，相對時(shí)間都在250 h以上，該工具使用時(shí)間只控制在200 h左右，不能同螺桿鉆具與PDC鉆頭組合同步，將會影響鉆井時(shí)效，要實(shí)現(xiàn)該工具與螺桿鉆具+PDC鉆頭鉆具組合的同步。

(2)進(jìn)一步加強(qiáng)該工具與軟地層或者可鉆性好的地層的配伍性，使其在可鉆性強(qiáng)的地層上鉆速提高，實(shí)現(xiàn)全井段提速提效的目的。

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