TorkBuster扭力冲击器在元坝地区提高钻速中的应用.pdf

2 0 12 正 第 6卷第3期 天 然 气 技 术 与 经 济 N atural G as Tec hnol ogy an d Ec onom y V o 1 6 N O 3 Ju n 2 0 12 doi ：10 3969 j i ssn 2095 1132 2012 03 015 TorkB uster扭力冲击器在元坝地区提高钻速中的应用 郭元恒 何世明 宋建伟 胡旭光 (1 中国石化石油工程管理部，北京100728 ； 2 西南石油大学石油工程学院，四JtI成都61o5oo ) 摘要 针对元坝地 区陆相下部地层常规钻井机械钻速低、单只钻头进尺少的难题，中国石化近年来引进了 “ T orkB uster扭 力冲击器 + PD C 钻头”钻井新技术 ，取得 了较好的应 用效果 ，同时也暴露 出一些问题 为此，介 绍 了扭力冲击器的工作原理、特点和技术参数，对钻头扭力冲击技术在元坝地区的应用情况及现场应用中出现的问 题进行了初步分析。应用结果表明：该技术在元坝地区钻井提速效果明显，单井机械钻速达到了2 45 m h，特别 是在元坝 1f)井、元陆9 井，其机械钻速相比常规钻井分别提高了304和322 ，解决了该地区复杂地层机械钻速 低的难题 。 关键词 节扭力冲击器P D C 钻头元坝地区机械钻速 中图分类号：TE 242 文献标识码 ：B 文章编号：2095 1132(2012 )03005203 O 引言 元坝地 区是 中国石化天然气增储上产的重点探 区 ，上部地层采用 泡沫钻进和空气钻进 已是较为成 熟 的提速手段 ，平 均机械钻速较高 。但下部陆相地 层砂泥岩交错变化大，砂岩石英含量高，地层可钻 性差 ，加 之在 自流井和须家河组存在高压气层 ，使 用 的钻井液密度高 (1 5 2 1 g c m )，导致机械钻速 很 低 - 。如果仍采用牙轮钻头钻进 ，平均机械钻速 只有 0 69 m h 21。为提高机械钻速 ，近年来 中国石 化引进尝试 了TorkBuster扭力 冲击器+PD C 钻 头钻井 新技术 ，取得了比较明显的提速效果。 l TorkB uster扭力冲击器的工作原理及特点 1 1工作原理 TorkBuster扭力冲击器配合PDC钻头一起使用的 破岩机理是 以冲击破 碎为主旋转剪切破岩 为辅 ，在 保证井身质量 的同时提高机械钻速 n 1。它通常被直 接安装在旋转钻井或定向钻井总成中PDC钻头的上 方 ，这种扭力冲击器能给钻头施加一种高频扭转冲 击力 ，完全改变了PD C 钻头的运 动 ，使钻头 不需要 等待扭力积蓄足够的能量就可以切削地层。当与稳 态钻柱扭矩相结合 时 ，能直接对钻头产生很 高的功 率。 TorkBuster扭力冲击器 由钻井液流量分配器 、动 力冲击部分、驱动短节以及钻头接头组成。泥浆从 上接头经过泥浆流量分配器流进 冲击器并二次分配 到管状接头 内，来源于泥浆的巨大能量使得接 头内 的两个动力锤相互反转起来 ，产生 的机械冲击 能量 由驱动短节 内的驱动轴集 中均匀地传送到钻头上 ， 持续稳定 的高频 冲击扭力可达 750 1 500 次 m i n。 这时候 PD C 钻头上就有 两个力在切 削地层 ，一个是 钻盘提供 的扭力 ，一个是TorkBuster提供的力 ，并且 这个力直接 给到钻头本 身 ，对钻杆并不产生任何作 用和改变整个 冲击能量 的荷载 ，从而大大降低钻头 的粘滑现象 ，大幅提高钻进速度 ，延长钻头寿命 。 1 2技术特点 1) 内部机械结构合理，泥浆流道通畅，无橡胶 件和电子元器件； 收稿 日期 ：20 12 02 27 修 订 日期 ：2012 05 28 命 叫家门然科 堪 项日 “ 智能井外下流埘控制系统饥卵研究”(编号：50674077 ) F 删火键披 术研 究”(编 号：2006A A 09Z312 ) 作者简介：郭兀 (1962 一)，南级 帅，从事石油 J 管胂 r 作，E -m ai l ：gyhzjy l 26 r】 5 2 N atural G as T ec hnol ogy and Ec onom y 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 总第33期 天然气技术与经济钻井工程 2) 使用 时能承受 的温度较高 ，最高 温度达到 2 10 ： 3) 不会产生阳极脉冲； 4) 在具提速打快作用的同时， 斜的作用，保证井身质量； 0 68 1 20 ITI。 1 3技术参数 TorkBuster扭力冲击器技术参数及规格见表 1。 还能起到基本防 2 现场应用 5) 使用时不会影响录井和测井 ，不会 对 M w D 2 1总体应用情况 (随钻测量 )产生影响； 6) 长度短，适用于不同钻具组合，常用长度是 2009 年 l 2 月 4 日中国石化在元坝 6 井第一 次进 行T orkBuster扭力冲击器钻井技术试验 ，经两次入井 表 1 TorkBuster主要技术参数及规格表 未取得成功 。2010 年 2 月 27 日又在元坝 l O 井进行 了 试验 ，取得 了突破性的进展 ，在上 、下沙溪庙组地 层 ，进尺 270 52 m ，纯钻时间为 81 h，平均机械钻速 为 3 34 m h ，机 械钻 速是 常规 钻 井 的 3 倍 。据统 计 ，元坝地 区陆相地层上 、下沙溪庙组牙 轮钻头 的 平 均机 械钻速 为 1 10 m h 。随后 ，在元 陆 6 井 、 元坝 223 井 、元陆 3 井和元陆 9 井等的推广应用都取 得了很好 的经济效益和社会效益 。见表 2 和表 3。 2 2元陆9 井应用情况 元陆 9井使用 TorkBuster扭力 冲击器钻井技术 自 2 820 m 钻至 3 757 i n ，所钻遇层位包括上沙溪庙组 、 下沙溪庙组 、千佛崖组 、自流井组 。其 中第一 趟钻 自2 820 3 4067 113，第二趟钻至3 4067 3 757m 。 表 2 元坝区块0 2 16m m 井 眼陆相井应用情况表 元坝 10 元坝 223 元坝 272 3 2 33 3 3 50 2 8 3 4 65 0 3 6 1 1 0 3 12 3 6 3 2 96 4 3 29 6 4 3 4 18 9 3 4 1 8 9 3 6 30 1 沙溪庙组 千佛崖组 沙溪庙组 下沙溪庙组 千佛崖组 3 34 2 90 3 6 8 2 45 2 67 17 8 189 26 8 14 5 16 1 8 4 15 天然气技术与经济 5 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第6卷 郭元恒，等：TorkBuster扭力冲击器在元坝地区提高钻速中的应用 第 3期 2 2 1钻具组合 第一趟钻 ： 215 9 m m U D 513 + Torkbuster十 177 8 m m 钻铤 12 根 + (2j 127 m m 加重 钻杆 + 127 m m 钻杆 。 第 二趟钻 ：(2j215 9 m m D 513 + Torkbuster + f2j 177 8 m m 钻铤 2 根 + 214 m m 扶 正器 + (2j 177 8 m m 钻铤 10 根 + 127 m m 加重钻杆 + (2j 127 m m 钻杆。 2 2 2试验情况 1) 第一趟钻 。使用井段 2 820 0 3 406 7 m ，进 尺586 7 m ，纯钻时间为 112 h ，机械钻速为 5 3 m h。 泥浆体系为聚合物体系，密度为 1O5 122 g c m ， 黏度为 34 45 S。其 中2820 3 106 m 为上沙溪庙 组 ，3 106 0 3 406 7 m 为下沙溪庙组 。钻头新度为 95 ，可人井再用 。 2) 第二趟钻。使用井段 3 406 7 3 757 0 m ，进 尺350 3 m ，纯钻时间为88 5 h，机械钻速为3 92 m h。 在3 406 7 3 650 0 m 井段泥艳 1 221 40 g c m ， 3 650 3 757 m 井段泥浆密度为 175 g em 。其中 3 406 7 3 425 0 m 为下沙溪庙组 ，3 425 3 686 m 为 千佛崖组 ，3 686 3 757 m 为 自流井组。 2 2 3效果分析 1) 机械钻速大幅提高 。 第一趟钻 ，机械钻速 达到了5 3 m h ，机械钻速在 TorkB usterI 具及配套 设计 的阿特拉特种 U D 513 PD C 钻进下大大提高 ，再 加上 当时泥浆密度较低 (1 05 1。 22 g c m 。 )，泥浆中 固相含量较低。特别在开始使用 1 05 g c m 的低 固 相聚合物 ，机械钻速又得到解 放 ，在上沙溪庙组地 层 ，日进尺可达 150 m 。工具使用情况 良好 ，单趟钻 进尺和机械钻速都比较好。 第二趟钻，平均机械 钻 速为 3 92 m h ，高于元 坝 区块 海相井 最高钻 速 3 3 m h (元坝 10 井 )，是 常规钻井的 3 5倍 。后期泥 浆密度都比较高 ，为 1 50 g em ，最后提高到 1 75 g c m ，在如此高密度的情况下 ，扭力冲击器提高 机械钻速的效果仍比较明显 ，但是在高密度情况 下 ，扭力冲击器寿命缩短。 2) 钻头寿命得到提高 。第一趟钻 ，钻头出井新 度 95 以上 ，可继续使用 ，经济效益大大提 高 ；第 二趟钻 ，在高密度、高冲蚀的情况下，钻头平滑磨 5 4 N atural G as T ec hnol ogy and E c onom y 损 ，钻头性能比较之前选型，寿命大大提高。 3) 经济效益得到提高。预计使用牙轮钻头钻进 需要 37 40 d ，节省钻井周期 25 d ，节省钻井 费用 1 15 万元 。另外第一只钻头起出新度很高 ，可再入井 使用 300 400 m 。 4) 低固相聚合物在钻进过程中提速效果较明 显 ，对工具和钻头磨损小 。但是 由于上 、下沙溪庙 组交界面易坍塌，长时间维持较低密度易造成井下 掉块 较多 。可考虑 使用 2 3 d ，密度为 1 05 1 10 g em ，然后提高密度至 1 15 1 20 gc m ，这样有 利于提高井下安全性。 5) 钻开坍塌层之后，井下静止时间不宜过长 ， 过长可能会出现下钻 困难 ，甚 至卡钻的情 况 ；在泥 浆密度较高 的情况 下(大于 1 5 g c m )，冲蚀较高 ， 工具和钻头寿命降低 。 3结论与建议 1) “ TorkBuster扭力冲击器 + PD C 钻头 ”钻进较 牙轮钻头提速效果明显 ，机械钻速提高 3倍 以上。 2) 在 TorkBuster扭力冲击器 的现场应用 中，应 根据地层岩性、研磨性等相关因素选择和调整相应 钻头类型 ，将TorkBuster扭力冲击器的提速作用发挥 到最大 。 3) 对 TorkBuster扭力 冲击器做进一步改进 ，使 之能在高 固相水基泥浆 中也能正 常持续高效率地工 作 。 4 ) TorkBuster扭力 冲击器在元坝地 区的成功应 用为后续该技术的实施积累了宝 贵经验 ，应继续推 广应用扭力 冲击器 + PDC 钻头钻井技术 ，延长工具 应用井段 ，同时加大国产化研究力度 ，以降低成本 。 参考文献 1 蔡瑞达，张豫川 元坝地区提速技术在元坝272H 井的应 用及后续钻