扭力冲击器在坚硬地层钻井提速技术研究

为了提高坚硬地层钻井速度、减小钻井周期、降低钻井成本,根据坚硬地层的岩性特点,研究了PDC钻头的破岩机理,分析了目前坚硬地层钻进中存在的问题,研究出不但能够提高钻井速度,还能有效防止井斜、狗腿等井身问题,提高井身质量的优质井下工具扭力冲击器,本文通过扭力冲击器的原理、特点,结合PDC钻头钻进过程中出现的问题,最终确定了钻进提速的PDC+扭力冲击器的钻具组合,在提高机械钻速的同时,延长了PDC钻头的使用寿命。

扭力冲击器技术特点浅析

当前,钻井过程中钻遇硬部地层时,会频繁的出现PDC钻头的“卡-滑”现象,严重影响钻井效率.扭力冲击器是一种将剪切、扭转冲击、水力3种破岩方式集中作用的复合钻井新工艺,可有效的消除钻进过程中的“卡-滑”现象.

扭力冲击器在塔河油田托普台的钻井提速试验应用

扭力冲击器和PDC钻头配合使用,目的是提高机械钻速,达到提速提效的作用。扭力冲击器给PDC钻头提供扭向上的冲击破碎为主,加以旋转剪切岩层,它巧妙地将泥浆的流体能量转换成扭向的、高频的、均匀稳定的机械冲击能量并直接传递给PDC钻头,提供的这种额外的扭向冲击力完全改变了PDC钻头的运作,它是一种每分钟750～1500次高频的稳定的力,就相当于每分钟750～1500次切削地层,使钻头和井底始终保持连续性切削。这时候PDC钻头上有2个力在切削地层：一个是转盘提供的扭力,一个是扭力冲击器提供的力,这时候钻杆的扭矩基本是稳定的,钻杆传达的扭矩可以完全用于切削地层,而不会浪费。

扭力冲击器在鸭深1井志留系地层的试验应用

玉门鸭儿峡油田志留系地层埋藏深,岩性致密坚硬、研磨性强、可钻性差(7级以上),PDC及牙轮钻头磨损严重,寿命短,平均钻速低。扭力冲击器配合个性化PDC钻头可以保持钻进过程中钻柱稳定,扭矩平稳,可有效克服钻头的"黏滑"现象,减少反冲扭力,强化钻压,提高钻速。扭力冲击器在鸭深1井志留系地层应用355.05 m,平均钻速1.7 m/h,相比邻井提高110%。该项技术的成功应用为玉门深井段钻井提速找到新的途径。

扭力冲击器在玉北地区应用研究

玉北地区是中石化塔里木盆地会战的一个重要区域,二叠系和石炭系是制约玉北地区钻井提速提效的关键井段。分析了扭力冲击器在玉北地区三开井段适用性,并在玉北1区开发井和风险探井进行现场试验,与邻井相比,开发井钻速可提高191%,可节约1～6只PDC钻头。与上下邻井段相比,风险探井扭力冲击器单趟钻钻井进尺比上下邻井段提高5.42倍,钻速提高270%。最后提出扭力冲击器存在问题及改进措施,为玉北地区扭力冲击器推广应用提供技术支撑。

扭力冲击器在大庆油田肇深17井的试验应用

大庆油田深井提速已经开展多年,取得了良好的效果,2012年不断试验提速新技术,在肇深17井试验引进TorkBuster扭力冲击器,取得了新进展,获得了较高的机械钻速。扭力冲击器工作井段平均机械钻速达到4 m/h,最高达8 m/h,相同井段同比常规钻井节省起下钻至少5趟以上,节省周期13天。与同区块肇深井比较,钻速有较大的提升。扭力冲击器在肇深17井的试验成功,为大庆油田营城组及以下地层钻井提速提供了新途径。

玉北地区深部地层扭力冲击器提速工艺

新疆玉北地区古生界沙井子组地层埋深4000 m以上，岩石强度高；加之泥质岩含量高、塑性强，地层可钻性较差，提速困难。前期实践表明，沙井子组高塑性地层牙轮钻头的纵向冲击压碎破岩效果不佳，常规PDC钻头钻井反扭矩大，易产生“黏滑”现象，破岩效率低。为提高机械钻速，降低钻井综合成本，引入了国外的新型钻井提速工具--TorkBuster扭力冲击器，并通过匹配个性化PDC钻头、提高钻井液排量、合理控制钻压等配套技术措施，大幅度地提高了平均机械钻速。“PDC钻头＋螺杆钻具”、“孕镶PDC石钻头＋涡轮钻具”和“PDC钻头＋扭力冲击器”3种钻井工艺的现场试验结果表明，扭力冲击器提速效果明显，平均机械钻速为6.42 m/h，与前期相比机械钻速提高了2~3倍。扭力冲击器钻井克服了深井高强度塑性地层的钻井难题，可进一步推广应用。

元坝地区陆相地层钻井提速配套技术

四川盆地元坝气田天然气资源丰富,是中国石化的重点勘探开发区块,但钻速慢、钻井周期长是该区深井—超深井所面临的共同难题,该区域陆相侏罗系沙溪庙组—三叠系须家河组地层岩石致密、硬度高、可钻性差,此井段钻井周期约200d,占全井钻井周期的45%,严重制约了钻井提速提效。为此,开展了扭力冲击器配合PDC钻头、涡轮配合孕镶金刚石钻头、气体钻井等新技术应用试验,在试验效果的技术经济分析基础上,提出了延长气体钻井应用井段和深度的方案;对于不宜开展气体钻井的钻井液井段,如侏罗系自流井组中上部以浅地层或钻井液密度较低的地层推荐采用扭力冲击器提速,自流井组中下部—须家河组地层推荐应用涡轮钻具提速的方案。YB27-1H等11口井第三次开钻的314.1mm井段平均进尺1 885.29m,钻井周期缩短到166.18d,较前期平均值缩短34d。采用上述配套技术后,无论是钻井周期、日进尺均优于前期施工井,陆相地层提速提效取得了显著效果。

渤中19-6大气田深部潜山硬地层钻井提速技术研究与应用

渤中19-6大气田太古界潜山地层埋藏深,地层抗压强度高、可钻性差、研磨性强,造成常规PDC钻头机械钻速低、钻井周期长、钻井成本高。针对地层特征和钻井技术难点,引入扭力冲击器配合忍者齿PDC钻头提出了深部潜山硬地层钻井提速技术。该技术已在渤中19-6大气田10口井取得成功应用,单支钻头平均进尺65.5 m、平均机械钻速4.77 m/h,比常规马达+PDC钻头分别提高135.46%、114.77%,大幅缩短了钻井周期,经济效益显著,可为类似深井、超深井潜山硬地层钻井提速提供借鉴。

准噶尔盆地玛东斜坡区钻井提速配套技术

为了提高准噶尔盆地玛东斜坡区的机械钻速,减少钻井事故发生率,缩短钻井周期,降低钻井成本,为此有针对性地进行了钻井提速配套技术的研究。该地区地层压力系统复杂,可钻性差,储层性质变化快等工程难点,严重制约着玛东斜坡区油气勘探的进程。通过优选高效的PDC钻头,优化钻井液体系,采用特殊的提速辅助工具多维扭力冲击器等,形成了适应于玛东斜坡区钻井提速配套技术。现场应用的16口井中,平均机械钻速由4.02m/h提高到5.9m/h,提高了48%。平均钻井周期较设计提前了10d。现场应用情况表明,玛东斜坡区的钻井提速配套技术明显提高了机械钻速,缩短了钻井周期,为该地区以后的钻井提速提供了新的技术支撑。

金溪2井优快钻井技术

金溪2井是部署在四川盆地川东北米仓山前缘南江东滑脱冲断代第三断块的一口预探井。该井是以上二叠统长兴组、下三叠统飞仙关组为主要勘探目的层的超深预探井,实际井深达7200m,该区块地质条件复杂,钻井风险高,难度大;可参考的井位少,借鉴价值有限。各种新技术新工艺在金溪2井的应用,提高了钻进速度,降低了钻进成本,形成了一整套适合该区优快钻井的工艺技术,为该区块后续其他井的钻进提供了指导。

研发一种石油天然气钻井液动力扭转冲击装置

石油天然气钻井液动力扭转冲击装置:在用PDC钻头钻难钻进地层时,通常没有足够的扭矩来破碎地层,从而使钻头瞬间停止转动,扭转能量在钻柱中储存,钻柱会像发条一样扭紧,一旦产生了剪切破碎地层所需的扭矩,钻柱储存能量便会瞬间释放开来,在PDC齿上施加比平常高得多的冲击载荷,最终使金刚石齿破碎并导致钻头失效。钻井液动力扭转冲击装置被直接安装在PDC钻头的上方,使用钻井作业过程中使用的高压钻井液介质为动能,使冲击装置能给钻头施加一种高频扭转冲击力和高频上下冲击力,能直接对钻头产生很高的功率,从而消除钻头的粘—滑—卡现象,大幅提高机械钻速进尺,延长钻头寿命。该扭转冲击装置申报获得两项专利,一项发明专利:201310108104;一项实用新型专利:201320153703。

准噶尔盆地环玛湖地区PDC钻头的优选与应用

准噶尔盆地环玛湖地区储集着丰富的油气资源,近年来为实现环玛湖地区的钻井提速,在该地区加大了对PDC钻头的应用。当前环玛湖地区钻头的优选和应用主要在侏罗系以上地层和三叠系地层,侏罗系上部地层可钻性好,但进入侏罗系底部及三叠系地层后,地层可钻性变差,对钻具的要求高。根据环玛湖地区地层情况分析了该地区使用个性化PDC钻头及配套工具的优势。阐述了PDC钻头及配套工具近年来在环玛湖地区的发展应用,并结合现场探索试验,通过对比钻头的使用效果,在不同地层层段对PDC钻头进行了合理的优选。最后优选出适应于侏罗系上部地层的X3切削齿、六刀翼PDC钻头(FX65DX3)和适应于三叠系克拉玛依组层段的扭力冲击器+PDC钻头,为推动环玛湖地区钻井提速进程起到了较大作用。

利用扭力冲击器提升钻井施工速度

为提高深井、硬地层等钻探难度大地层的钻探效率,减少井下复杂事故的产生,在玉门油田青西凹陷鸭西鼻状构造柳12区块高部位鸭506断块的鸭西102井下沟组地层,试用了扭力冲击器(TorkBuster)+PDC钻头的钻井技术,改变了PDC钻头的运动状态,用于PDC钻头的辅助破岩,从而实现了提高PDC钻头的破岩效率,实验数据显示机械钻速至少提高3倍,对玉门油田青西凹陷鸭西鼻状构造柳12区块提高机械钻速具有实践意义。

几种典型难钻地层提速方法

PDC钻头在极硬、强研磨性和软硬交错等非均质地层中,机械钻速低,使用寿命短,因此,需要采用新的钻井工具和方法解决难钻地层的钻井提速问题。针对硬脆性地层、硬塑性地层及强研磨性地层等典型难钻地层,提出了相应的提速提效钻头钻具组合方法。指出在硬脆性地层和硬塑性地层中,可分别采用液动冲击器+锥球齿金刚石钻头、扭力冲击器+尖圆混合齿钻头,以实现钻井提速;而对于硬地层定向段的提速,则可采用等壁厚大扭矩螺杆+混合钻头来实现。现场应用结果表明:这些提速提效钻头钻具组合大幅提高了机械钻速,降低了钻井成本,可推广应用。所得结论可为难钻地层的钻井提速方案选择提供参考。