陳冬毅 徐 鯤 張作偉 呂 廣 張 鑫 郭小明

（1、中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津 300459 2、中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300450）

隨著渤海油田開(kāi)發(fā)的不斷深入，淺層易開(kāi)采地層越來(lái)越少[1]，近年來(lái)，主要勘探渤海深層難開(kāi)發(fā)地層，而這類(lèi)地層主要含砂礫巖、礫細(xì)砂巖、細(xì)砂巖夾灰質(zhì)泥巖[2]，該類(lèi)地層膠結(jié)比較致密、硬度大、抗壓強(qiáng)度較高、縱向上地層非均質(zhì)性強(qiáng)，研磨性強(qiáng)，并且地層軟硬交錯(cuò)變化比較大，鉆進(jìn)時(shí)易頻繁出現(xiàn)憋鉆和跳鉆等現(xiàn)象；在鉆定向井過(guò)程中，定向井軌跡復(fù)雜，井眼軸線彎曲度較大，鉆桿易與井壁產(chǎn)生很大摩擦，鉆桿施加在鉆頭上的鉆壓減少，尤其是大斜度井和水平井，托壓現(xiàn)象很?chē)?yán)重，嚴(yán)重降低鉆井速度；鉆頭和鉆桿之間是剛性連接，地層不均質(zhì)，當(dāng)鉆頭受到地層非正常的沖擊時(shí)，容易造成鉆頭切削齒過(guò)早磨損，存在機(jī)械鉆速低，鉆井周期長(zhǎng)，鉆井成本高等問(wèn)題[3,4]。

通過(guò)對(duì)鉆井過(guò)程中鉆頭破巖機(jī)理分析和大量實(shí)踐證明，鉆進(jìn)時(shí)扭矩是間斷性傳遞到鉆頭上的，鉆頭受到軸向的沖擊力和周向扭力，能夠使鉆頭振動(dòng)和滑動(dòng)，并且鉆壓時(shí)刻在波動(dòng)，導(dǎo)致鉆頭在鉆進(jìn)過(guò)程中穩(wěn)定性變差，鉆頭受到較強(qiáng)的沖擊力，出現(xiàn)崩齒、掉齒等現(xiàn)象，損壞鉆頭，降低鉆頭使用壽命[5-7]。針對(duì)此問(wèn)題，如果井底鉆具能夠提供給鉆頭穩(wěn)定并且持續(xù)不斷的扭矩，并且還能提升鉆頭連續(xù)觸地層的能力，就會(huì)大幅度提高鉆頭的破巖效率，從而提高鉆井時(shí)效[8]，本文以恒壓恒扭工具為研究對(duì)象，分析其在渤海區(qū)塊鉆井中的適應(yīng)性，并以后鉆井提供技術(shù)參考。

1 恒壓恒扭工具鉆井提速技術(shù)

1.1 結(jié)構(gòu)

恒壓恒扭工具主要由動(dòng)力鉆具和轉(zhuǎn)速鉆壓恒定器組成。該工具的核心部分轉(zhuǎn)速鉆壓穩(wěn)定器，其包括水動(dòng)力轉(zhuǎn)化器、周向脈沖動(dòng)力發(fā)生器和鉆壓波動(dòng)控制器組成[8]。

1.2 工作原理

鉆井液通過(guò)水動(dòng)力轉(zhuǎn)換器將軸向水動(dòng)力轉(zhuǎn)換成周向持續(xù)不斷的扭矩動(dòng)力；周向脈沖動(dòng)力發(fā)生器為鉆頭提供周向的高頻沖擊載荷，輔助PDC鉆頭破巖，降低了粘滑現(xiàn)象和定向井作業(yè)過(guò)程中發(fā)生托壓的概率；鉆壓波動(dòng)控制器為鉆頭提供連續(xù)的穩(wěn)定鉆壓，消除憋鉆、跳鉆現(xiàn)象，將鉆壓控制在合理的范圍之內(nèi)，能極大地提高機(jī)械鉆速和鉆頭使用壽命，提高鉆井效率[7]。

1.3 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

通過(guò)調(diào)研和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明，恒壓恒扭工具常用的技術(shù)參數(shù)如表1所示。應(yīng)用恒壓恒扭工具使井下近鉆頭部分的鉆具輸出扭矩大，隨著工具本體尺寸的增加，輸出扭矩增大，在本體尺寸為286mm時(shí)，輸出扭矩可達(dá)到34kN·m，鉆頭相匹配的恒壓恒扭工具的輸出扭矩能夠滿(mǎn)足施工條件；在低扭矩載荷情況下，該工具輸出的轉(zhuǎn)速比螺桿工具低，有利于延長(zhǎng)PDC鉆頭的使用壽命，增加鉆頭進(jìn)尺。井下使用壽命較長(zhǎng)達(dá)到了300h，循環(huán)時(shí)間最低為180h，最高為240h，降低起鉆次數(shù)，增加鉆井時(shí)效。工具內(nèi)部使用耐腐蝕配件，可耐油基和高濃度鹽水的鉆井液；抗溫性強(qiáng)，最高抗溫180℃，耐壓可達(dá)到35MPa。在能量轉(zhuǎn)換和傳遞方面，能量損失較小，壓耗遠(yuǎn)低于螺桿鉆具，與其他鉆具相比不存在高泵壓作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)，降低安全事故發(fā)生的概率。恒壓恒扭工具沖擊頻率較高，單位時(shí)間內(nèi)增加破巖效率，有利于快速鉆進(jìn)。恒壓恒扭工具能夠適當(dāng)調(diào)整角度，可以適當(dāng)提高井眼擴(kuò)大率，方便后續(xù)下套管等作業(yè)。

表1 恒壓恒扭工具技術(shù)參數(shù)

1.4 恒壓恒扭工具和馬達(dá)的對(duì)比

渤海某井基本參數(shù)如表2所示，鉆進(jìn)參數(shù)如表3所示。

表2 某井基本參數(shù)

表3 鉆井參數(shù)

同井段作業(yè)中，恒壓恒扭工具的機(jī)械鉆速比馬達(dá)機(jī)械鉆速提升了25%，提速效果明顯。

2 恒壓恒扭工具的應(yīng)用

2.1 油田地質(zhì)簡(jiǎn)介與工程概況

龍口25-2構(gòu)造位于渤南低凸起向黃河口凹陷傾沒(méi)的斷階帶上，南部渤中36-1油田及西部渤中29-6油田的成功勘探證明，本構(gòu)造處于油氣從黃河口東洼及黃河口中洼兩個(gè)生烴凹陷向渤南低凸起運(yùn)移的有利區(qū)帶，該構(gòu)造整體埋深較淺，構(gòu)造區(qū)內(nèi)次生斷層發(fā)育，具有優(yōu)越的運(yùn)聚條件，研究區(qū)發(fā)育多條強(qiáng)活動(dòng)斷層，淺層亮點(diǎn)發(fā)育，表明油氣運(yùn)移活躍。油田鉆遇地層自上而下為：平原組、明化鎮(zhèn)組、館陶組和中生界。本井設(shè)計(jì)的井身結(jié)構(gòu)：20"&13-3/8"×416.09 m/16"×428.00 m+9-5/8"×1702.65 m/12-1/4"×1705.00 m+8-1/2"×1823.00 m。LK25-2-1井為龍口25-2區(qū)塊第1口探井，由于地層缺失，在1705m就鉆進(jìn)潛山地層，其中1705～1796m蝕變安山巖：灰色，少量黃褐色，成分主要為長(zhǎng)石，少量角閃石，部分長(zhǎng)石風(fēng)化成高嶺土，角閃石局部綠泥石化；1796～1823m安山巖：灰色，部分深灰色，成分主要為長(zhǎng)石，少量角閃石，角閃石局部綠泥石化，致密，堅(jiān)硬。中生界巖石可鉆性差，研磨性強(qiáng)，不易打鉆，應(yīng)用普通馬達(dá)難以提升機(jī)械鉆速，對(duì)鉆頭磨損比較嚴(yán)重，增加施工成本，在三開(kāi)8-1/2"井眼段應(yīng)用恒壓恒扭提速工具。

2.2 鉆具組合及參數(shù)優(yōu)選

鉆具組合為：8-1/2"BTS545+6-3/4"恒壓恒扭工具+6-1/2"DC+8-1/2"STB+7"堵漏短節(jié)+6-1/2"DC×15+5"HWDP×14。鉆 井 參 數(shù)：鉆 壓3～8t，排 量1700～2000L/min，泵壓9～12MPa，轉(zhuǎn)速40～60r/min，扭矩2～7kN·m，機(jī)械鉆速為13.9 m/h，累計(jì)進(jìn)尺118m，純鉆時(shí)間為8.5 h。該鉆具組合一趟完成本次鉆井作業(yè)，應(yīng)用恒壓恒扭提速工具可以有效保護(hù)鉆頭，為鉆頭提供穩(wěn)定扭矩；出井鉆頭基本無(wú)磨損。恒壓恒扭提速工具能夠有效提升鉆井速度，機(jī)械鉆速達(dá)到相關(guān)要求。

3 結(jié)論

3.1 恒壓恒扭工具性能穩(wěn)定，對(duì)于不均質(zhì)嚴(yán)重的地層能夠?yàn)殂@頭提供較穩(wěn)定的鉆壓和連續(xù)扭矩，降低鉆頭泥包幾率和鉆頭磨損程度，提高鉆頭的破巖效率，降低成本。

3.2 恒壓恒扭工具壓耗比馬達(dá)壓耗小，能夠提供較大排量，增加攜砂性；耐高溫高壓，持續(xù)作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，減少因動(dòng)力故障而起鉆的次數(shù)，提升鉆井效率。

3.3 恒壓恒扭工具在渤海兩口井應(yīng)用效果較好，其中一口井機(jī)械鉆速提升了25%，達(dá)到了提速提效的目的。