深部泥岩地层扭力冲击器钻井钻头优选研究

新疆玉北地区深部泥质岩地层的优快钻进是钻井提速和降低钻井成本的关键,该地层埋深4000m左右,岩石强度高,泥质岩含量高,采用常规钻井方式及常规钻头钻井机械钻速低。为提高沙井子组地层机械钻速,引入了Tork Baster扭力冲击器钻井。作者针对地层岩性特征,结合前期钻头使用情况,根据钻头井底流场模拟 结果,优选出了适合在沙井子组地层的个性化MD1646型PDC钻头,并提出了防止钻头泥包的配套工艺措施。现场应用结果表明,MT1646型PDC钻头在相同工作时间与前期MT1657型PDC钻头钻井相比,采用油基钻井液平均机械钻速提高81%,钻头工作进尺增加143%;采用改进水基钻井液平均机械钻速提高76%,钻头工作进尺增加102%。研究成果为同类地层的优快钻井提供了重要的技术参考。     

扭转冲击器在金跃7-1井的现场试验

为解决我国深井钻井速度慢和成本高的问题,需要抑制"黏滑振动"对PDC钻头的影响,为此而提出一种新的钻井提速工具——扭转冲击器。该工具可以将钻井液的部分液动能量转化为高频、周向振动,并直接作用于PDC钻头,保证下部钻具组合运动平稳,有效抑制"黏滑振动"对PDC钻头的影响,同时其高频的振动冲击也可以提高PDC钻头的破岩效率。扭转冲击器在塔里木油田金跃7-1井进行了现场试验,试验中工具工作稳定,提速效果达到了国外扭力冲击器同等水平,较螺杆钻具平均机械钻速提高了42%,在硬质泥岩地层提速更为明显,机械钻速提高了88%。试验结果表明扭转冲击器对深井钻井提速具有较好的作用效果。     

TorkBuster扭力冲击器在玛湖凹陷西斜坡的试验应用

针对玛湖凹陷西斜坡三叠系地层平均机械钻速低,钻井周期长问题,在分析已钻井地质环境和调研国内外提速提效新技术基础上,引进Tork Buster扭力冲击器+PDC钻井提速技术。现场试验五口井,平均机械钻速6.37 m/h,较邻井相同层段平均机械钻速提高143.13%;为进一步缩短钻井周期,在一口井上尝试使用Tork Buster扭力冲击器+PDC钻井组合钻套管附件取得成功。扭力冲击器提速工具在玛湖凹陷西斜坡三叠系地层提速效果明显,较好的解决了常规钻井机械钻速低的难题,节约了钻井周期,加快了增储上产步伐。     

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。     

TorkBuster扭力冲击器在元坝地区提高钻速中的应用

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“TorkBuster扭力冲击器+PDC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2.45m/h,特别是在元坝10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.     

扭力冲击器钻井应用实践分析

石油天然气开发地质条件日趋复杂,古生界地层岩石强度高,给钻井提速带来了较多困难,严重制约了各油田区块的勘探开发进程,如渤海湾、四川元坝等地区。本文通过对扭力冲击器工具结构、工作原理、工作参数、钻头配套以及工作优势等进行分析,并通过渤海湾8口井使用与未使用扭力冲击器的机械钻速进行对比分析;把四川元坝地区8口井全部使用扭力冲击器的机械钻速与平均机械钻速进行对比,说明这些地区利用扭力冲击器配合PDC钻头能够产生较大的冲击载荷,提高破岩效率,是可以解决钻井机械钻速低的一种有效手段,对各油田区块提高机械钻速具有一定的实践意义。     

元坝区块陆相井钻井关键技术探析

以元陆10井为例对元坝区块陆相井钻井的关键技术进行了探析。该井在钻进中先后使用了空气锤钻井技术、PDC钻头+螺杆钻具复合钻井技术、进口PDC钻头+扭力冲击器钻井技术及孕镶金刚石钻头+高速涡轮复合钻井技术,有效克服了陆相地层岩性复杂、机械钻速低及易斜易漏等难题。其中进口PDC钻头+扭力冲击器钻井技术应用效果较好,平均机械钻速是常规钻井牙轮钻头的4.68倍,平均单只钻头进尺是常规钻井牙轮钻头的9.7倍。建议使用无固相钻井液体系,并在珍珠冲段之前结束使用扭力冲击器。     

深部地层扭力冲击器破岩提速效果评价及应用

中深层是渤海油田进一步勘探开发的重点,但在钻探过程中面临各种各样的挑战,其地层抗压强度高,破岩难度大,机械钻速低,钻井周期长等特点导致渤海中深层勘探经济性差。为了解决中深层钻具憋跳严重及机械钻速慢的问题,渤海油田引入了扭力冲击器提速工具,为定量认识提速机理,建立了扭力冲击器的扭转力学特性模型,通过Abaqus有限元软件模拟了在扭冲条件下,PDC钻头的破岩过程,分析静载与扭冲条件下的破岩比功。结果表明,安装扭力冲击器后的破岩效率可提高约36%。在渤海某探井实现了现场实施,机械钻速提升了73%。研究成果对渤海油田中深层钻进提速及参数优化有一定的参考意义。     

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。     

钻头扭转冲击器在元坝10井的试验

针对川东北地区尤其是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,在元坝10井进行了“钻头扭转冲击器+PDC钻头”钻井试验,试验井段3233.30～3503.82 m,进尺270.52 m,纯钻时间81.0 h,平均机械钻速3.34 m/h,与同地层牙轮钻头钻进相比机械钻速提高3.04倍,与该井“螺杆+PDC钻头”复合钻进相比机械钻速提高2.59倍,PDC钻头工作寿命延长53 h。试验结果表明,钻头扭转冲击器配合PDC钻头钻井可解决复杂地层钻头寿命不高和机械钻速低的难题,拓宽了PDC钻头的应用范围。介绍了钻头扭转冲击器的技术背景、工作原理、特点和技术参数及在元坝10井的试验情况。      

近钻头扭转冲击器破岩机理及应用

PDC钻头是超深井硬地层主要的破岩工具。由于黏滑振动引发的PDC钻头过早失效是造成超深井钻井成本增加的一个重要因素。本文针对PDC钻头的黏滑振动效应,理论分析了黏滑振动机理,建立了PDC钻头黏滑振动系统的力学模型,并用高频低幅扭转冲击器及优化钻头结构的方式来消除钻头的黏滑振动。研究结果表明:PDC钻头长度越长,能量衰减越快,扭转冲击能量传递效率越低;PDC钻头截面积越大,长度越小,高频扭转冲击器冲击系统能量传递效率越高。新疆塔里木盆地XK3井试验表明,扭转冲击工具与常规钻具相比机械钻速提高1倍以上,能够有效消除PDC钻头的黏滑振动效应,减轻钻柱扭转振荡,降低钻井成本。     

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。     

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200 d,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Φ314.1 mm井段平均进尺1 885.29 m,钻井周期缩短到166.18 d,较前期平均值缩短34 d。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。     

东营凹陷中央隆起带北部深层钻井技术难点与对策

东营凹陷中央隆起带北部深层钻井存在地层倾角大、地层岩石可钻性差、钻头选型困难、盐膏层发育、地层压力系统复杂、地层温度高等技术难点,导致机械钻速低、钻井周期长。为此,胜利油田提出了以下技术对策:开展地层岩石可钻性研究,优选钻头;利用“PDC钻头＋螺杆钻具”进行复合钻进;进行旋冲钻井技术、井底涡轮增压钻具配合超高压射流钻头钻井试验;推广应用气体钻井技术;优选钻井液体系。现场应用和试验结果表明,所提出的技术对策可行、有效,并在应用和试验过程中形成了东营北带深部地层钻井提速配套技术。      

哈山3井火成岩地层快速钻井技术

为解决准噶尔盆地火成岩地层岩石坚硬、可钻性差、井斜问题突出等技术难点,进行了火成岩地层“PDC钻头+扭转冲击工具”复合钻井技术研究。针对火成岩地层岩性特点和钻井技术难点,通过研制具有较强耐磨性的φ311.1 mm PK6245MJD型PDC钻头,与适合PDC钻头机械剪切破岩机理的SLTIT型扭转冲击工具配合形成了“高效PDC钻头+SLTIT型扭转冲击工具”复合钻井技术,并在哈山3井火成岩地层取得了较好的应用效果。现场应用发现,“φ311.1 mm PK6245MJD型PDC钻头+SLTIT型扭转冲击工具”一次入井连续工作649 h,单趟钻进尺457.50 m,平均机械钻速1.0 m/h,行程钻速0.7 m/h,与相邻上部火成岩井段相比,至少节约了11趟起下钻的时间与钻头费用;同时井斜角由入井前的4.2°（井深2 882.00 m）降至1.2°（井深3 310.00 m）,纠斜效果明显。现场应用表明,“φ311.1 mm PK6245MJD型PDC钻头+SLTIT型扭转冲击工具”复合钻井技术是实现准噶尔盆地火成岩地层优快钻井的一种有效技术手段。      

PDC钻头在苏里格气田东区的应用

在苏里格气田东区开发中要始终坚持低成本开发的指导思想下,以PDC钻头应用及优化钻井参数技术为核心大幅度降低了钻井成本,成为苏里格气田控制投资的关键技术之一。文章通过对PDC钻头及优化参数与该区块地层情况相结合而总结了优选PDC钻头技术。通过PDC钻头的应用,真正实现了"优质、安全、高效、低耗"的钻井施工目的,必将推动苏里格气田东区的快速发展。     

特种孕镶块加强PDC钻头的研制与试验

为提高PDC钻头在研磨性硬地层中的机械钻速、延长钻头寿命,研制了特种孕镶块加强PDC钻头.该钻头以PDC切削齿为主切削元件,天然金刚石孕镶块为副切削元件,既具有常规PDC钻头破岩效率较高的特点,又具有孕镶金刚石钻头在研磨性硬地层寿命长的特点.在钻头开始工作时,主要为PDC切削齿"犁切"式破岩,当PDC切削齿磨损到一定程度后,天然金刚石开始磨削岩石,形成"犁沟",有助于 PDC切削齿吃入并切削岩石.该钻头在东北金山气田金古 1-1HF 水平井基底花岗岩硬地层进行了现场试验,平均机械钻速达到4.46 m/h,是同井同地层常规PDC钻头机械钻速的1.5倍,是2口邻井同井段牙轮钻头和常规PDC钻头机械钻速的2倍以上,其使用寿命也达到2口邻井同井段牙轮钻头和常规PDC钻头的2倍以上,取得了良好的现场应用效果.特种孕镶块加强PDC钻头的成功研制,为钻进强研磨性硬地层提供了一种新的高效破岩工具.      

PDC钻头厚层砾岩钻进技术探索与实践

为了降低海上钻井作业成本、提高作业效率,开发了PDC钻头厚层砾岩钻进技术。在保持普通PDC钻头快速切削性能的基础上,通过优选新型高强度PDC切削齿、改进钻头切削结构提高钻头的整体强度,通过采用后倾角渐变、力平衡设计、加强切削齿保护等方法提高钻头的稳定性,并且在使用中通过优化钻具组合、采用合理的钻井参数和"中低排量-中低转速-中高钻压"的平稳钻进模式预防PDC钻头在砾岩段的先期破坏,有效延长了钻头在砾岩钻进中的寿命。应用该技术实现了用PDC钻头在辽东湾一次性钻穿馆陶组和东营组上部疏松地层中垂厚近80m的砾岩段,有的井钻穿砾岩段后又直接钻下部中硬地层至完钻井深。采用PDC钻头厚层砾岩钻进技术,可以大量节省海上钻井作业时间,显著降低钻井费用。     

旋冲振荡钻井提速工具的研制与应用

针对PDC钻头在硬质地层出现的黏滑振动问题,为改善PDC钻头受力状态,提高硬质地层的机械钻速,研制了旋冲振荡钻井提速工具。该工具以高压钻井液为驱动介质,能同时产生轴向冲击和扭转冲击。文中对工具的结构与原理进行了阐述,分析了工具内部腔体钻井液压力分布,计算得到了工具的冲击频率、冲击功等性能参数。室内实验结果表明:旋冲振荡钻井提速工具能实现轴向和扭转相耦合的冲击载荷,工具冲击频率和压降随着排量的增大而增大。现场试验结果表明:该工具能够实现提速减振效果,应用井段平均机械钻速提高了59.46%~84.33%,PDC钻头未出现崩齿现象。     

修复式PDC钻头降低钻井综合成本的应用

软到中等硬度地层使用PDC钻头，具有机械钻速高、进尺多、寿命长、降低劳动强度等优点，同时可以大大缩短建井周期，提高钻井综合经济效益。但由于PDC钻头的一次性投资较大，如选层选型不合适有较大风险。PDC钻头的可修复性则是进一步降低钻井综合成本的有效途径。通过在新疆塔河油田PDC钻头使用后再修复使用的实践，证明修复的PDC钻头与新钻头一样可取得较好的技术指标，获得显著的经济和社会效益。