張磊，霍宏博，李治衡，龔寧，岳明

中海石油中國(guó)有限公司 天津分公司 （天津 300459）

0 引言

渤中某A井是渤海灣盆地渤中凹陷西南部深層構(gòu)造脊上布置的一口探井，井型為六開(kāi)直井，該井鉆井目的是揭示渤中凹陷太古界潛山的含油氣性，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)量升級(jí)。設(shè)計(jì)井深4 583 m，井身結(jié)構(gòu)為Φ914.4 mm×116.7 m+Φ660.4 mm×506 m+Φ406.4 mm×1 399 m+Φ311.15 mm×3 396 m+Φ311.15 mm×3 396 m+Φ215.9 mm×4 269 m+Φ152.4 mm×4 452 m。

渤中凹陷中深部地層較硬，特別是進(jìn)入孔店組后，地層巖性復(fù)雜，對(duì)鉆頭的研磨性極強(qiáng)，導(dǎo)致鉆頭機(jī)械鉆速極低，嚴(yán)重地制約了該井鉆井速度。經(jīng)調(diào)研和可行性論證，決定在本井孔店組嘗試應(yīng)用扭力沖擊器+PDC、復(fù)合沖擊器+PDC鉆井技術(shù)[1-3]，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際鉆速對(duì)比分析，評(píng)價(jià)了兩種提速工具對(duì)于渤海灣深井的適用性。

1 兩種提速工具原理

1.1 扭力沖擊器原理

1）工具結(jié)構(gòu)。扭力沖擊器主要由沖擊機(jī)構(gòu)、流道轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)、扭矩傳遞機(jī)構(gòu)等組成[4-5]，安裝于鉆鋌與PDC鉆頭之間。

2）作用原理。鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆井液帶動(dòng)渦輪組旋轉(zhuǎn)，利用沖擊機(jī)構(gòu)偏心沖錘產(chǎn)生均勻恒定的高頻扭力，通過(guò)扭矩傳遞機(jī)構(gòu)集中均勻地傳遞到鉆頭。扭力沖擊器可提供每分鐘750～1 500次高頻穩(wěn)定的沖擊力，相當(dāng)于每分鐘750～1 500次切削地層[6]，這意味著鉆頭無(wú)需等待積累足夠的扭力即可以切削地層。切削地層時(shí)，高頻的沖擊力有利于PDC齒破碎前方的地層并更深吃入地層，使破巖機(jī)理從“剪切破巖”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皼_擊破碎+旋轉(zhuǎn)剪切沖擊破巖”[7]。PDC齒破巖示意圖如圖1所示。

圖1 PDC齒破巖示意圖

3）工具優(yōu)點(diǎn)。扭力沖擊器能夠消除有害的井下振動(dòng)，平衡和穩(wěn)定鉆頭，提高地層可鉆性并大幅度增加機(jī)械鉆速。

1.2 復(fù)合沖擊器原理

1）工具結(jié)構(gòu)。復(fù)合沖擊器同樣由沖擊機(jī)構(gòu)、流道轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)、扭矩傳遞機(jī)構(gòu)組成，安裝于PDC鉆頭上。但與扭力沖擊器不同之處在于，其沖擊機(jī)構(gòu)包含扭轉(zhuǎn)沖擊和軸向沖擊兩個(gè)模塊。

2）作用原理。鉆井液帶動(dòng)渦輪葉片旋轉(zhuǎn)，進(jìn)入扭轉(zhuǎn)沖擊模塊驅(qū)動(dòng)沖擊錘，形成一定頻率、周向扭轉(zhuǎn)的沖擊力；鉆井液進(jìn)一步下行，進(jìn)入軸向沖擊模塊，帶動(dòng)軸向沖錘活塞向下運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)一次扭力沖擊聯(lián)合軸向沖擊運(yùn)動(dòng)行程[8-12]。復(fù)合沖擊器可將鉆井液的水力能量通過(guò)能量分配裝置，使沖擊能量分成80%的扭向沖擊和20%的軸向沖擊，為鉆頭施加高頻穩(wěn)定的周向和軸向沖擊力，從而提高鉆頭破巖效率，并有效解決鉆進(jìn)過(guò)程中黏滑、托壓現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)鉆井提速的目標(biāo)[13-15]。

3）工具優(yōu)點(diǎn)。與扭力沖擊器相比，復(fù)合沖擊器創(chuàng)新性地集成了軸向沖擊的功能，屬于一種復(fù)合沖擊的鉆井提速工具。

2 兩種提速工具的應(yīng)用情況

2.1 渤中A井地質(zhì)概況

A井自上而下鉆遇平原組、明化鎮(zhèn)組、館陶組、東營(yíng)組、沙河街組、孔店組及太古界，孔店組埋深4 265～4 452 m，巖性為含礫細(xì)砂巖、含礫中砂巖、砂礫巖、泥巖。

2.2 扭力沖擊器應(yīng)用情況

1）鉆具組合。Φ215.9 mm PDC鉆頭+Φ171.45 mm扭力沖擊器+Φ165.1 mm鉆鋌+Φ165.1 mm浮閥+Φ215.9 mm扶正器+Φ165.1 mm鉆鋌+Φ165.1 mm（撓性接頭+震擊器）+Φ127 mm加重鉆桿。

2）鉆井參數(shù)。鉆壓4～5 t，排量1 600～1 700 L/min，泵壓11～12 MPa，轉(zhuǎn)速60～70 r/min，扭矩4～9 kN·m。

3）作業(yè)情況。井段3 858.6～4 047.0 m，利用扭力沖擊器+PDC鉆頭鉆進(jìn)，于2018年11月25日00：00下鉆，地層孔店組，巖性為含礫細(xì)砂巖、含礫中砂巖、砂礫巖、泥巖。本趟鉆所用生產(chǎn)時(shí)間80.5 h，進(jìn)尺188.4 m，純鉆時(shí)間45.4 h，機(jī)械鉆速4.14 m/h。起出后鉆頭IADC磨損評(píng)價(jià)為1-3-BT-M-X-I-NO-CP。該井段綜合時(shí)效分析詳見(jiàn)表1。

表1 扭力沖擊器+PDC鉆頭應(yīng)用時(shí)效分析

2.3 復(fù)合沖擊器應(yīng)用情況

1）鉆具組合。Φ215.9 mm PDC鉆頭+Φ171.45 mm復(fù)合沖擊器+Φ171.45 mm鉆鋌+Φ171.45 mm浮閥+Φ215.9 mm扶正器+Φ171.45 mm鉆鋌+Φ171.45 mm（撓性接頭+震擊器）+Φ127 mm加重鉆桿。

2）鉆井參數(shù)。鉆壓6～7 t，排量 1 600～1 700 L/min，泵壓 12～13 MPa，轉(zhuǎn)速 60～70 r/min，扭矩 5～12 kN·m。

3）作業(yè)情況。井段4 055.5～4 265.0 m，利用復(fù)合沖擊器+PDC鉆頭鉆進(jìn)，于2018年11月30日00：00下鉆，地層孔店組，巖性為含礫細(xì)砂巖、含礫中砂巖、砂礫巖、泥巖。本趟鉆所用生產(chǎn)時(shí)間77.25 h，進(jìn)尺209.5 m，純鉆時(shí)間46.5 h，機(jī)械鉆速4.50 m/h。起出后鉆頭IADC磨損評(píng)價(jià)為1-0-WT-A-X-I-NOBHA。該井段綜合時(shí)效分析詳見(jiàn)表2。

表2 復(fù)合沖擊器+PDC鉆頭應(yīng)用時(shí)效分析

3 渤中A井鉆井提速對(duì)比分析

渤中A井在應(yīng)用鉆井提速工具前，使用常規(guī)鐘擺鉆具組合：Φ215.9 mm PDC+Φ171.45 mm等壁厚馬達(dá)（0°/無(wú)扶正器）+Φ165.1 mm鉆鋌+Φ165.1 mm浮閥+Φ215.9 mm扶正器+Φ165.1 mm鉆鋌+Φ165.1 mm（撓性接頭+震擊器）+Φ127 mm加重鉆桿。所鉆井段3 815～3 858 m，純鉆時(shí)間22.75 h，機(jī)械鉆速2.10 m/h。使用扭力沖擊器井段平均機(jī)械鉆速為4.14 m/h，扭力沖擊器+PDC鉆頭鉆井技術(shù)的機(jī)械鉆速是常規(guī)鉆井方式的1.97倍，機(jī)械鉆速提高97%；使用復(fù)合沖擊器井段平均機(jī)械鉆速為4.50 m/h，復(fù)合沖擊器+PDC鉆頭鉆井技術(shù)的機(jī)械鉆速是常規(guī)鉆井方式的2.14倍，機(jī)械鉆速提高114%，具體見(jiàn)表3。

表3 渤中A井使用與未使用提速工具井段機(jī)械鉆速對(duì)比

從表3中可以看到，綜合進(jìn)尺與機(jī)械鉆速，復(fù)合沖擊器應(yīng)對(duì)孔店組砂礫巖地層提速效果更優(yōu)。將復(fù)合沖擊器+PDC鉆頭應(yīng)用到同一區(qū)塊且與本井地層巖性相似的B井中，在孔店組兩個(gè)井段鉆進(jìn)過(guò)程中，進(jìn)尺共675 m，平均機(jī)械鉆速可達(dá)5.59 m/h，具體情況詳見(jiàn)表4。

表4 渤中B井孔店組機(jī)械鉆速

4 結(jié)論與建議

1）復(fù)合沖擊器相對(duì)于扭力沖擊器集成了軸向沖擊的功能。渤中凹陷應(yīng)用扭力沖擊器和復(fù)合沖擊器鉆井技術(shù)，并與未使用提速工具井段進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明扭力沖擊器和復(fù)合沖擊器均能夠提高孔店組機(jī)械鉆速，綜合進(jìn)尺與機(jī)械鉆速提高率，復(fù)合沖擊器效果更優(yōu)。

2）應(yīng)用復(fù)合沖擊器+PDC鉆頭技術(shù)解決了渤中油田孔店組地層常規(guī)PDC無(wú)法突破的難題，針對(duì)硬地層復(fù)合片能夠更深地吃入地層，大幅提高機(jī)械鉆速與鉆頭壽命。

3）建議渤中區(qū)塊后期油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中，針對(duì)孔店組可規(guī)?；瘧?yīng)用復(fù)合沖擊器鉆井技術(shù)，提高機(jī)械鉆速，節(jié)約鉆完井投資。