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        水力振蕩器+大功率螺桿在吉木薩爾的應(yīng)用及分析

        2020-08-12 10:44:36吳德勝王巧靈
        云南化工 2020年7期
        關(guān)鍵詞:機(jī)械鉆速大功率鉆具

        吳德勝,黃 瑞,張 楠,王巧靈,趙 愷

        (1.新疆油田分公司工程技術(shù)研究院,新疆 克拉瑪依 834000;2.中國(guó)石油大學(xué)(北京)克拉瑪依校區(qū)石油學(xué)院,新疆 克拉瑪依 834000)

        吉木薩爾凹陷蘆草溝組埋藏深度為3000~4500m,厚度為100~320m,面積約為1300 km2,其頁(yè)巖油井控儲(chǔ)量達(dá)到11.30×108t,技術(shù)可采儲(chǔ)量為1.10×108t,資源潛力巨大[1]。蘆草溝組地層巖性主要為白云質(zhì)砂巖、白云巖,地層膠結(jié)致密,可鉆性級(jí)值6~7級(jí),研磨性4~6級(jí),研磨性強(qiáng),可鉆性差,機(jī)械鉆速低,鉆井周期長(zhǎng)。目前,國(guó)內(nèi)非常規(guī)油氣藏水平井多采用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具作為提速工具,但存在數(shù)量有限、價(jià)格昂貴的問(wèn)題。為落實(shí)油田建產(chǎn)計(jì)劃,需優(yōu)選一種可替代旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具的低成本提速鉆具組合[2]。

        1 水力振蕩器+大功率螺桿鉆具組合

        1.1 水力振蕩器

        1)水力振蕩器結(jié)構(gòu)及工作原理。水力振蕩器包括脈沖發(fā)生器及軸向推進(jìn)器兩部分。脈沖發(fā)生器包含驅(qū)動(dòng)馬達(dá)總成及脈沖閥總成,分別含有旁通閥、螺桿及偏心凸輪、動(dòng)閥體、定閥體五大配件;軸向推進(jìn)器則由上接頭、振動(dòng)體、脈沖活塞、防掉接頭、碟簧激振機(jī)構(gòu)和外殼體六部分組成[3]。

        在鉆井液作用下,工具產(chǎn)生徑向振動(dòng)和軸向推力,使靜摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)摩擦,并產(chǎn)生高頻低幅振動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)降低摩阻,解決托壓?jiǎn)栴},提高機(jī)械鉆速。

        2)水力振蕩器使用性能。水力振蕩器能有效地降低摩阻、提高機(jī)械鉆速的作用,已在國(guó)內(nèi)外得到廣泛地現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證。Al-Buali M等對(duì)科威特地區(qū)水平段鉆進(jìn)使用水力振蕩器分析得到,使用該工具水平段最大可鉆進(jìn)長(zhǎng)度比不使用時(shí)長(zhǎng)500多米,摩擦系數(shù)減小26%左右。張茂林等對(duì)吉木薩爾地區(qū)采用水力振蕩器進(jìn)行水平段鉆進(jìn)的情況進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)使用該工具時(shí)滑動(dòng)鉆進(jìn)機(jī)械鉆速提高48.16%,復(fù)合鉆進(jìn)機(jī)械鉆速提高15.28%。

        1.2 大功率螺桿

        螺桿鉆具主要由旁通閥總成、馬達(dá)總成、萬(wàn)向軸總成及傳動(dòng)軸總成四個(gè)部件組成。該鉆具工作時(shí),鉆井液攜帶水力能經(jīng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為鉆頭輸出的機(jī)械能。鉆井過(guò)程中,鉆頭轉(zhuǎn)速及鉆壓與機(jī)械鉆速正相關(guān),提高機(jī)械鉆速需提高鉆頭轉(zhuǎn)速與鉆壓?;诖怂枷耄舅_爾頁(yè)巖油區(qū)塊引進(jìn)一種大功率螺桿,其采用新型高性能橡膠配方,使用納米材料補(bǔ)強(qiáng)橡膠性能,提高螺桿輸出功率,其室內(nèi)對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

        表1 普通橡膠螺桿和大功率橡膠螺桿的性能參數(shù)

        由表1可看出,該大功率螺桿馬達(dá)承壓能力更高、轉(zhuǎn)動(dòng)損失更小、承壓能力更高,同時(shí)大壓差時(shí)轉(zhuǎn)速比普通橡膠的高,輸出功率高。

        2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果分析

        2.1 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用統(tǒng)計(jì)分析

        目前,吉木薩爾地區(qū)水平段鉆進(jìn)已使用普通螺桿、大功率螺桿、國(guó)產(chǎn)水力振蕩器結(jié)合大功率螺桿及旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具作為井下動(dòng)力鉆具,對(duì)各類(lèi)工具使用效果進(jìn)行統(tǒng)計(jì),結(jié)果見(jiàn)圖1。

        圖1 使用不同工具時(shí)的機(jī)械鉆速

        由圖1可知,淺層二開(kāi)水平井水平段使用大功率螺桿結(jié)合水力振蕩器時(shí),平均機(jī)速達(dá)到8m/h,相對(duì)于僅采用大功率螺桿提速100%,略低于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具的平均機(jī)速8.6m/h;深層三開(kāi)水平井水平段使用大功率螺桿結(jié)合水力振蕩器時(shí),其平均機(jī)速為5.5m/h,分別提速14.6%、96.4%,旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具仍具有最好的提速效果,平均機(jī)速為8m/h。結(jié)果顯示,淺層二開(kāi)水平井中水平段采用大功率螺桿結(jié)合水力振蕩器基本能替換旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具,鉆進(jìn)效果遠(yuǎn)好于僅采用大功率螺桿或普通螺桿;深層三開(kāi)水平井中水平段采用大功率螺桿結(jié)合水力振蕩器時(shí),鉆進(jìn)效果同樣遠(yuǎn)優(yōu)于僅采用大功率螺桿或普通螺桿,但低于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具。

        2.2 典型井例分析

        1)單井水平段不同工具使用實(shí)際效果分析——以J10028_H井為例。

        J10028_H井鉆至3595m后,開(kāi)始水平段鉆進(jìn),至5550m完鉆。水平段鉆進(jìn)過(guò)程中,前后分別采用了大功率螺桿鉆具、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具及水力振蕩器結(jié)合大功率螺桿鉆具組合進(jìn)行提速,該井水平段瞬時(shí)機(jī)速見(jiàn)圖2。

        圖2 J10028_H井水平段瞬時(shí)機(jī)速

        由圖2可看出,水力振蕩器結(jié)合大功率螺桿作為井下動(dòng)力工具提速效果較好,相對(duì)于僅采用大功率螺桿鉆具,鉆速提高了126.4%;相對(duì)于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具,鉆速提高了20.6%。在J10028_H井水平段鉆進(jìn)階段,大功率螺桿結(jié)合水力振蕩器作為井下動(dòng)力工具,提速效果最好。

        2)典型井——JHW01022井水平段水力振蕩器+大螺桿鉆具組合實(shí)際使用效果分析。

        JHW01022井同樣為該區(qū)二開(kāi)水平井,水平段采用水力振蕩器+大功率螺桿提速組合鉆進(jìn)。該井水平段一趟鉆完鉆,鉆進(jìn)過(guò)程順利,實(shí)際進(jìn)尺1646m,平均機(jī)速高達(dá)9.6m/h。相關(guān)鉆井參數(shù):鉆壓上限提高至120kN,排量為28~32L/s,泵壓為21~26MPa,轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速上限提高至80r/min,鉆頭仍為該區(qū)應(yīng)用效果較好的KS1652DGRX。該井的鉆具組合:Φ215.9mmPDC鉆頭 +Φ172mm單彎螺桿(1.25°, Φ212mm 扶 正 器 )+LWD+MWD+Φ127mm無(wú)磁承壓鉆桿(1根)+Φ127mm加重鉆桿(3根)+隨鉆震擊器+Φ127mm加重鉆桿(3根)+Φ127mm斜坡鉆桿(18根)+水力振蕩器+Φ127mm斜坡鉆桿(180根)+Φ127mm加重鉆桿(27根)+Φ127mm鉆桿。該井水平段實(shí)現(xiàn)“一趟鉆”完鉆,且平均機(jī)械鉆速達(dá)到9.6m/h,水力振蕩器的降摩阻效果、大功率螺桿的提速優(yōu)勢(shì)充分展現(xiàn),客觀說(shuō)明該區(qū)二開(kāi)水平井水平段采用水力振蕩器+大功率螺桿導(dǎo)向組合可替代旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向。

        3 結(jié)論

        1)水力振蕩器及大功率螺桿的提速作用機(jī)理互補(bǔ),兩者配合使用提速效果更優(yōu)。吉木薩爾頁(yè)巖油區(qū)塊現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明:淺層二開(kāi)水平井水平段使用大功率螺桿結(jié)合水力振蕩器提速效果最好,可替代旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具;而深層三開(kāi)水平段,該鉆具組合同樣具備一定的提速效果,但與旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具相比仍有一定差距。2)典型井實(shí)例表明,水力振蕩器結(jié)合大功率螺桿具備優(yōu)于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具的使用潛力,且可實(shí)現(xiàn)1500m左右水平段“一趟鉆”,可為同類(lèi)非常規(guī)油藏水平井提速提供借鑒。

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