宋蘇涵，范 英，宋 燁，李明謙

（中國(guó)石油渤海石油裝備鉆井裝備分公司，天津 300280）

0 引言

蘇里格南區(qū)塊位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂托克前旗南部地區(qū)毛烏素沙漠南部，近年來(lái)蘇里格南區(qū)塊的鉆井工程施工以小尺寸井眼為主導(dǎo)，小井眼鉆井施工具有成本低、環(huán)境污染小等優(yōu)勢(shì)，為油氣田開(kāi)發(fā)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。油氣田建設(shè)方在該區(qū)塊90%以上井位采用該方案進(jìn)行鉆進(jìn)施工，以達(dá)到節(jié)約投資的目的。2022 年中期，在原有的6＂小井眼基礎(chǔ)上，改變井身設(shè)計(jì)，開(kāi)始采用″小井眼進(jìn)行試驗(yàn)鉆進(jìn)，并開(kāi)展相關(guān)鉆井提速試驗(yàn)。

1 現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)技術(shù)需求

長(zhǎng)慶油氣田蘇里格南區(qū)塊某平臺(tái)09 井地質(zhì)層位情況如表1 所示。

表1 蘇里格南區(qū)塊某井地質(zhì)設(shè)計(jì)

2 鉆井工具改進(jìn)方案

2.1 原有方案

使用135 mm 螺桿鉆具，工具新度100%。使用短幅馬達(dá)線型結(jié)構(gòu)，采用定子輪廓掃描技術(shù)控制輪廓線型的加工精度，提供較穩(wěn)定的機(jī)械鉆速。

應(yīng)用于某平臺(tái)09 井，在安定組至劉家溝組的上部地層，使用高速中扭矩螺桿鉆具，具備高抗研磨的耐磨帶，傳動(dòng)軸殼體使用耐磨合金柱支撐，馬達(dá)轉(zhuǎn)速更高，適應(yīng)可鉆性高的上部地層，提高機(jī)械鉆速。劉家溝組至本溪組的下部地層，使用低速高扭矩螺桿鉆具，具備高抗研磨的耐磨帶，傳動(dòng)軸殼體使用耐磨合金柱支撐，扭矩更大，馬達(dá)轉(zhuǎn)速相對(duì)更低，更適應(yīng)下部地層，有力支持鉆進(jìn)破巖、傳遞扭矩。

2.2 改進(jìn)方案

2.2.1 馬達(dá)總成

全新設(shè)計(jì)135 mm 螺桿鉆具，工具新度100%。馬達(dá)線型使用內(nèi)擺線結(jié)構(gòu)，增大了配合尺寸。定子橡膠配方采用全新設(shè)計(jì)思路，使用反應(yīng)型增硬劑及納米級(jí)內(nèi)潤(rùn)滑劑，有效解決了高硬度橡膠定子生產(chǎn)加工問(wèn)題，使定子橡膠硬度提升20%，賦予馬達(dá)更大的動(dòng)力和輸出扭矩。使用激光全輪廓掃描技術(shù)，全面掌握定子內(nèi)螺旋輪廓尺寸，指導(dǎo)轉(zhuǎn)子螺旋線型加工，提升馬達(dá)配合精度，從而使馬達(dá)獲得更好的密封性能。

在全井段使用改進(jìn)后的硬質(zhì)橡膠馬達(dá)螺桿鉆具，在保持同等鉆壓和轉(zhuǎn)速的情況下，輸出扭矩可以提高24.78%，在鉆井施工作業(yè)中可提供更為強(qiáng)勁的動(dòng)力，進(jìn)一步提高機(jī)械鉆速，有效應(yīng)對(duì)不同地層夾層，提升破巖效果。

為了保證輸出性能的穩(wěn)定，降低高參數(shù)下的螺桿鉆具性能損耗，對(duì)定子提供保護(hù)，采用更大扭矩的硬橡膠螺桿鉆具用于該區(qū)塊小井眼全井段。該型號(hào)轉(zhuǎn)速相對(duì)低，但在排量、鉆壓接近極限參數(shù)的條件下性能接近，在可鉆性更差的劉家溝組、石千峰組地層適應(yīng)性更強(qiáng)，能實(shí)現(xiàn)下部地層的有效鉆進(jìn)，有利于提升整體平均機(jī)械鉆速，馬達(dá)改進(jìn)前后的動(dòng)力參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 135 mm 螺桿參數(shù)對(duì)比

2.2.2 旁通閥總成

采用旁通閥總成設(shè)計(jì)，保證起、下鉆時(shí)鉆井液不溢出于鉆井平臺(tái)，同時(shí)起到保護(hù)馬達(dá)的作用。

2.2.3 傳動(dòng)軸總成

為了適應(yīng)鉆進(jìn)施工中提高機(jī)械鉆速、強(qiáng)化參數(shù)對(duì)工具強(qiáng)度的需求，傳動(dòng)軸選用高強(qiáng)度材料，優(yōu)化內(nèi)部應(yīng)力，優(yōu)化熱處理工藝，在原有40CrNiMo 鋼基礎(chǔ)上提高強(qiáng)度，相比原有的127 mm公稱(chēng)直徑總成適合更激進(jìn)鉆井參數(shù)。135 mm 螺桿鉆具可適應(yīng)最大10 t 鉆壓，最大24 L/s 的排量。采用防托壓結(jié)構(gòu)，可有效降低摩阻達(dá)15%以上，降低滑動(dòng)鉆進(jìn)期間的脫壓現(xiàn)象。整機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高鉆具造斜能力，減少滑動(dòng)鉆進(jìn)，提高時(shí)效。

2.2.4 萬(wàn)向軸總成

采用弧形滾柱設(shè)計(jì)的球鉸接，在原有設(shè)計(jì)上采用加粗軸設(shè)計(jì)，提升使用壽命，避免斷裂失速風(fēng)險(xiǎn)。

改進(jìn)方案應(yīng)用于蘇里格南區(qū)塊某平臺(tái)08 井與09 井，08 井設(shè)計(jì)井深3996 m，09 井設(shè)計(jì)井深3836 m。一開(kāi)241.3井眼，08 井井深757 m，09 井井深751 m；二開(kāi)165.1 mm井眼，08 井設(shè)計(jì)井段757～3996 m（3239 m），09 井設(shè)計(jì)井段751～3836 m（3085 m）。該區(qū)塊井位表層可鉆性較好，機(jī)械鉆速提升空間小，需重點(diǎn)圍繞二開(kāi)進(jìn)行135 mm 螺桿鉆具優(yōu)選和個(gè)性化改進(jìn)設(shè)計(jì)。

二開(kāi)鉆進(jìn)使用公稱(chēng)尺寸135 mm 螺桿鉆具，提速空間大，對(duì)螺桿鉆具優(yōu)選和個(gè)性化改進(jìn)設(shè)計(jì)要求較高[2]。為了提升鉆井機(jī)械鉆速，在原有二開(kāi)鉆具組合基礎(chǔ)上進(jìn)行井下作業(yè)工具的改進(jìn)，在2 口井眼鉆進(jìn)中進(jìn)行試驗(yàn)，整理使用數(shù)據(jù)，與該區(qū)塊其他井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

改進(jìn)型號(hào)135 mm 螺桿鉆具于2022 年8～9 月使用于蘇里格南區(qū)塊某平臺(tái)08、09 井。為了對(duì)比工具效果，保持該兩口井與蘇里格南同平臺(tái)其他井鉆進(jìn)施工參數(shù)基本一致（表3）。

表3 蘇里格南區(qū)塊某平臺(tái)135 mm 螺桿鉆具鉆進(jìn)參數(shù)對(duì)比

使用期間，08 井二開(kāi)進(jìn)尺2599 m，純鉆時(shí)間117 h，二開(kāi)平均機(jī)械鉆速22.21 m/h；09 井二開(kāi)進(jìn)尺2469 m，純鉆時(shí)間97 h，二開(kāi)平均機(jī)械鉆速25.45 m/h。以08、09 井對(duì)比同平臺(tái)及同區(qū)塊附近平臺(tái)″井眼的機(jī)械鉆速數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

表4 鉆進(jìn)時(shí)效對(duì)比表

經(jīng)過(guò)對(duì)比得出，試驗(yàn)井位09 井進(jìn)尺2469 m、比平均值高8.39%，純鉆時(shí)間97 h、比平均值高22.67%；08 井進(jìn)尺2599 m、比平均值高14.09%，純鉆時(shí)間117 h、比平均值高47.97%。

09 井復(fù)合鉆進(jìn)進(jìn)尺為2152.5 m，08 井復(fù)合鉆進(jìn)進(jìn)尺為2223 m，在復(fù)合鉆進(jìn)進(jìn)尺相仿的井眼內(nèi)比較數(shù)據(jù)見(jiàn)表5、表6。

表5 2100～2200 m 進(jìn)尺的井眼復(fù)合鉆進(jìn)時(shí)效對(duì)比

表6 2100～2200 m 進(jìn)尺的井眼復(fù)合鉆進(jìn)時(shí)效對(duì)比

09 井復(fù)合鉆進(jìn)純鉆時(shí)間為52.5 h，08 井復(fù)合鉆進(jìn)純鉆時(shí)間為63.5 h，在復(fù)合鉆進(jìn)純鉆時(shí)間相仿的井眼內(nèi)比較數(shù)據(jù)見(jiàn)表7、表8。

表7 純鉆50～60 h 的井眼復(fù)合鉆進(jìn)時(shí)效對(duì)比

表8 純鉆60～70 h 的井眼復(fù)合鉆進(jìn)時(shí)效對(duì)比

分析以上數(shù)據(jù)，如果在同等類(lèi)似復(fù)合鉆進(jìn)進(jìn)尺和時(shí)間范圍內(nèi)比較，09 井的復(fù)合機(jī)械鉆速較平均值分別高12.72%和5.75%；08 井復(fù)合機(jī)械鉆速較平均值分別高1.93%和4.08%。

4 結(jié)束語(yǔ)

08、09 井使用135 mm 改進(jìn)后螺桿鉆具，按照設(shè)計(jì)施工要求，安全、圓滿、高效完成了施工任務(wù)。經(jīng)過(guò)與同區(qū)塊的同類(lèi)型井眼數(shù)據(jù)對(duì)比，此次″小井眼對(duì)比試驗(yàn)中，改進(jìn)螺桿鉆具在復(fù)合鉆進(jìn)中對(duì)生產(chǎn)施工效率有所提高，在滑動(dòng)鉆進(jìn)中的效率未能得到證實(shí)，需要在后續(xù)的試驗(yàn)中，進(jìn)行更多數(shù)據(jù)的收集與對(duì)比以確認(rèn)，該對(duì)比試驗(yàn)為下一步鉆井提速與區(qū)塊開(kāi)發(fā)、鉆具組合的改進(jìn)提供參考。