塔河工区深部井段硬地层提速技术.doc

1、塔河工区深部井段硬地层提速技术摘 要：提出了塔河工区深部井段硬地层提速技术旋冲钻井技术。在旋冲钻井技术应用的基础上，对旋冲钻井破岩机理进行了描述，分析了钻压、转速、排量对冲击功、冲击频率的影响，阐述了旋冲钻井工具的工作机理，通过室内试验测试，确定了射流冲击器性能参数，进行了射流冲击器配套 PDC 钻头优选。针对塔河油田油层埋藏深，地层硬，特别 215.9mm 井眼，机械钻速低问题，突破性地应用射流冲击器与 PDC钻头结合使用，为塔河油田深井钻井提速、提效提供了一种行之有效、安全可靠的钻井新工艺。为旋冲冲击器在塔河油田应用推广打开了广阔的应用前景。 关键词：深井 射流冲击器 PDC 钻头 目前，

2、塔河工区油层埋藏深，井深普遍超过 6000m，穿越多套地层，岩性变化频繁，砂砾岩地层对钻头损伤大，全井裸眼段长，4500m 以深井段机械钻速低等难点。深部井段（4500 米以深）的泥页岩和泥质砂岩等在上覆地层压力下变得非常致密，不仅密度和硬度增大，而且会从常压下的脆性岩石向塑脆性岩石或硬塑性致密岩石转化，钻头在这种岩石中破碎起来非常困难。 一、旋冲钻井技术概述 旋冲钻井技术是传统的旋转钻井与冲击钻井相结合的一种钻井方法。就是在旋转钻井的基础上，增加一个冲击器产生的高频冲击作用，通过钻头把周期性的冲击载荷作用在地层上，实现冲击载荷与静压旋转联合作用破碎岩石。由于在钻进过程中施加了高频的冲击载荷，

3、使岩石形成体积破碎，从而提高钻井速度， 特别在可钻性级值 4 级以上、抗压强度大于 100MPa 的硬地层中钻进效果更佳。 实现旋冲钻井的主要工具是液动冲击器，它是一种以钻井液为动力，直接在钻头上施加冲击能，实现冲击载荷与静压旋转联合破岩的工具。目前，中国石化石油工程技术研究院已成功研制了 YSC-178 型液动射流式冲击器，这种冲击器具有结构简单、性能可靠、启动灵活、工作稳定且冲击载荷可调可控，且循环压差较小（1-2Mpa） ，使用寿命较长（100小时以上） ，不工作时相当于一根短钻铤，可继续钻进，满足井下安全需要。不改变原钻具结构，可与井下动力钻具结合使用，特别对于深井硬脆性地层，提速效果

4、明显。 二、塔河油田旋冲冲击器结构性能参数确定及 PDC 钻头选型 塔河地区石炭系-奥陶系地层岩石强度及范围：5000psi-29000psi（34-200MPa） ， 变化范围较大，下部井段抗压强度相对较高。拟应用井段地层硬度分级为 IADC4-7，地层软硬交错，邻井平均机械钻速2m/h 左右。 综合考虑塔河油田沙雅区块、托普台区块地层特点和 PDC 钻头的地层适应性，结合本区块钻井实践，对于石炭系及石炭系以下地层以压实性好的泥岩、灰岩为主，可钻性相对较差，推荐选择中等抛物线型、中等布齿密度、13-16mm 复合片、负前角 20或 25的胎体 PDC 钻头。另外，综考虑 PDC 钻头配合冲击

5、器使用，钻头须能够承受一定冲击力，采用热稳定性好、特别耐磨、耐冲击的 X3 齿 ，单个金刚石复合片可承受60J 以下的冲击能。215.9mm FX65DX3PDC 钻头采用双排齿设计，后排齿可有效降低载荷波动范围，进一步提高钻头安全。 三、旋冲冲击器+PDC 钻头在塔河油田 S116-3 井、TP324 井的应用 1.S116-3 井应用情况 S116-3 井在库车县境内，为沙雅隆起阿克库勒凸起南斜坡带布置的一口评价井，设计井深 6295m，为五开制直井，目的层位：奥陶系中-下统鹰山组。因为首次冲击器与 PDC 钻头配合应用，为了既能保证 S116-3井安全生产，又能保证实验效果，我们选取该井

6、四开 215.9mm 井眼，在四开设计中完前 100m 井段进行探索性试验应用，实际应用井段：5998.41-6086m（四开中完井深） ，地层为奥陶系上统桑塔木组、良里塔格组、恰尔巴克组。地层岩性主要为灰色泥岩、灰岩、棕红色泥岩。该井试验井段虽短，但由于钻穿多套地层，取得了较好的试验效果。同时验证了射流冲击器与 PDC 配合应用的可行性。 1.1 旋冲钻进钻具组合 钻具组合为：215.9mm FX65D+YSC-178 射流冲击器+单流阀+411x4A10 +163mmDCx2 根+215mm 扶正器+163mmDCx19 根+4A11*410+127mmHWDPx6 根+127mmDP。

7、1.2 旋冲钻井参数 钻井参数为：钻压 6t，转速 65rpm，排量 27L/s，立压 20.5MPa。泥浆性能：密度 1.30g/cm3，粘度 51 s，失水 4ml，泥饼厚度 0.5ml，含砂量 0.1%，PH 值 9，坂土含量 32g/l。 2.TP324 井应用情况 在 S116-3 井探索射流冲击器+PDC 应用的基础上继续开展了在新疆塔河托普甫台区块 TP324 井的长井段应用。旋冲钻进井段为 6151.65-6912m，地层为桑塔木组、良里塔格和恰尔巴克组，地层岩性为泥岩、灰质泥岩、泥质灰岩为主。钻井参数：钻压 6-8t，转速 70rpm，排量 26-28L/s。泥浆比重为 1.

8、35，粘度为 57s。钻进至 6912m，因三开中完起钻，冲击器入井时间 351h，纯钻时间 273.7h，总进尺 760.35m，PDC 钻头出井仍然完好，新度为 90%。再次证明了射流冲击器配合 PDC 钻头的可行性与安全性。近期将在塔河油田继续推广应用。旋冲钻进井段钻速与上部井段、下部井段，邻井相应井段对比情况见表 4。 YSC-178 射流冲击器首次配合 PDC 钻头的成功应用，拓宽了射流冲击器的应用范围，为塔河油田深井、超深井提速提供了一个新的技术手段。四、结论 1.YSC-178 射流冲击器应用于深井、深超深井钻进，工作可靠，使用寿命达 110 小时以上，同时能保证井身质量； 2.

9、采用射流冲击器在塔河奥陶系地层中进行旋冲钻进，提速效果良好，与同井上下邻井段及邻井相同井段相比提速 32-45%； 3.旋冲钻井钻进方式切削岩屑颗粒较大，有利于岩屑录井； 4.射流冲击器配合 PDC 钻头使用，其有效工作寿命与 PDC 钻头使用寿命还不匹配，目前已对缸体和活塞表面进行了硬化处理，理论上可大幅度提高工具的正常工作寿命，实际效果有待现场应用检验。 5.射流冲击器结合 PDC 钻头使用还要继续探索应用，仍需继续优化钻头有较大提速空间，下一步准备运用 5 刀翼双排齿 PDC 钻头与冲击器结合使用，可获得更大提速空间。 参考文献 1 索忠伟，殷琨等.射流式液动锤内部动力过程的数学模型及仿真分析J.吉林大学学报（地球科学版） ，2007，37（1） ，200-203. 2 徐小荷，余静.岩石破碎学M.北京：煤炭工业出版社，1987 3 李梦刚，楚广川，张涛，等.塔河油田优快钻井技术实践与认识J. 石油钻探技术，2008，36（4）：18-21. 4 屠厚泽，高森.岩石破碎学M.北京：地质出版社，1990 5 张明勇.塔河油田长裸眼井快速钻井技术J. 石油钻探技术，2004，32（1）：17-19.