TRM渦輪鉆具在方13井的試驗研究

摘要：大慶外圍地層硬度高、研磨性強，鉆井速度慢，為了鉆井提速，在寶一段地層采用俄羅斯鉆井研究院生產的TRM減速渦輪鉆具進行提速試驗，本文簡單介紹了TRM減速渦輪鉆具及參數，并對試驗結果進行了分析和效果對比。

關鍵詞：渦輪鉆具；提速；牙輪鉆頭；行星齒輪；鉆具組合

中圖分類號：TN850.3文獻標識碼：A

前蘇聯的井下動力鉆具使用最早，發展最快，技術也最高，前蘇聯70%以上鉆井工作量是用渦輪鉆具完成。從20世紀80年代，我國開始自主研發渦輪鉆具，國產渦輪鉆具的研制從無到有、從弱到強，但還存在一些不盡人意的地方。目前俄羅斯的渦輪鉆具已發展到減速器渦輪鉆具階段，西西伯利亞地區幾乎全部采用減速器渦輪鉆具鉆井，使用俄羅斯國產或進口的牙輪鉆頭。

由于渦輪鉆具的優越性，國內一些油田進行了渦輪鉆具的應用試驗，得到了一定的效果和經驗。大慶外圍地層硬度高、研磨性強，鉆井速度慢。為了增產提速，2010年大慶油田決定使用渦輪鉆具在方13井進行提速試驗。方13井是依－舒地塹方正斷陷北部凹陷大林子次凹的一口預探井，設計井深3800m，目的層位于達一段、新安村+烏云組、基巖潛山。三開鉆至2330m，機械鉆速4.7m/h，地層為寶一段粉砂巖及灰色砂質礫巖，該區深層地層傾角較大，地層傾角15.4°，寶一段及以下地層易發生井斜。甲方使用左邦公司提供的俄羅斯全俄鉆井研究院-鉆井工具有限公司生產的TRM減速渦輪鉆具，于2010年5月在三開寶一段地層實施了渦輪動力鉆具+SMD537X牙輪鉆頭提速試驗研究。

1 渦輪鉆具介紹

俄羅斯研制生產的TRM減速器渦輪鉆具采用一節或多節渦輪節，配置了充油密封保護行星齒輪減速器，減速器上下兩端連接開式支承節，高速渦輪(空轉轉速2000-3000r/min)與一級或二級減速器結合，下部通過彎接頭或短節與支承節相連，采用整體充油密封保護，形成一個整體密封的鉆具，增加了渦輪使用的可靠性。

TRM減速器渦輪鉆具的使用參數如表1所示。

2 渦輪鉆具使用情況

2.1 鉆頭

使用江漢鉆頭廠生產的SMD超高速馬達鉆頭。

規格：φ215.9牙輪鉆頭

型號：SMD537X

水眼：18*2+16*1

適應轉速：200-400rpm

2.2 鉆具組合

φ215.9mm牙輪鉆頭×0.43m＋φ178mm減速器支撐節×6.18m＋φ178mm渦輪鉆具×7.58m+φ178mmSUB（521/410）+φ165mm SUB（4A10/411）+φ165mmSUB止回閥（4A10/4A11）+φ214mmSTB×1.5m＋φ159mm鉆鋌×9m＋φ214mmSTB×1.5m＋φ159mm鉆鋌×160m＋φ159mm投入式止回閥+φ127mm加重鉆桿。

2.3 鉆進參數

表2 鉆進參數

2.4 試驗情況

渦輪鉆具自2010年5月10日13：00下第一支鉆頭至2010年5月17日起出第三只鉆頭結束試驗共計8天；試驗井段2330-2782.93m，累計進尺452.93m，純鉆88.45h，平均機械鉆速5.12 m/h，行程鉆速2.36 m/h，平均單只鉆頭進尺150.98m，平均單只鉆頭純鉆29.48h。渦輪累計使用時間108h。

（1）第一只牙輪鉆頭試驗情況

2010年5月10日10：00，配完渦輪鉆具在井口進行測試壓降，13：00配完雙螺扶鐘擺鉆具下鉆，20：30下至井底開泵循環，22：00渦輪鉆進，排量30l/s，先以30kN鉆壓鉆進0.5m，然后逐漸增加鉆壓優選參數，鉆壓80kN-90kN，鉆進扭矩3.5-4.5kN.m。經計算30L/s井底鉆頭轉速260轉/分，加轉盤轉速，最高轉速300轉/分左右。鉆進16m后螺扶進入新井眼，增大鉆壓至120kN，扭矩達到4.5-5.2kN.m。經過不斷優選參數，確定鉆壓110-130kN、轉速30轉/分、排量32L/s、泵壓13Mpa、扭矩4.5-5.5 kN.m。2010年5月12日3：00為確保鉆頭安全，決定起鉆檢查更換鉆頭。2010年5月12日13：00起完鉆，經檢查鉆頭牙齒齒高磨損3/8，2#輪軸承稍有松動，1#、3#軸承磨損較輕，外徑磨損0.2mm，磨損分析Y3Z3J0.2，判斷牙輪新度70%，仍可鉆進10h左右。渦輪地面檢測軸向、縱向間隙0.7mm，運轉正常。第一只牙輪鉆頭使用井段2330-2456.85m，累計進尺126.85m，純鉆24.4h，鉆速5.2m/h，巖性砂泥巖互層較多。測斜測深2440m井斜3.03°，渦輪使用時間30h。

（2）第二只牙輪鉆頭試驗情況

2010年5月12日14：00換新SMD537X牙輪鉆頭，繼續下雙鐘擺鉆具組合下鉆，22:00下至井底循環，23:30渦輪鉆進，轉速30轉/分，排量32l/s，泵壓14Mpa，扭矩4.5-5.5 kN.m。5月13日6：00井深2490m，井段2456-2490m，進尺34m，純鉆5.9h，鉆速5.2m/h，巖性為寶一段粉砂巖及泥質粉砂巖，鉆壓110-130kN。5月13日22:00扭矩波動較大4.5-8.5 kN.m，采用20 kN鉆壓摩銑井底，扭矩逐漸恢復平穩，繼續鉆進。5月14日6：00井深2593m，井段2456-2593m，進尺137m，純鉆25.5h，鉆速5.2m/h；之上5米鉆時較慢，平均20min/m，泥巖較多。5月14日14:00-16:00扭矩再次波動3次，在3.5-8.5 kN.m，后小鉆壓磨銑正常。5月15日12:00起鉆，經檢查鉆頭1#、2#輪卡死，2#輪牙齒磨去4/8，磨損分級Z6Y4J0.2，渦輪縱軸向間隙0.7mm。第二個牙輪鉆頭使用井段2456.85-2662.22m，進尺205.37m，純鉆40h，鉆速5.13 m/h，巖性灰色泥質粉砂巖。測斜2607m井斜3°，渦輪使用48h。

（3）第三只牙輪鉆頭試驗情況

5月15日13:00第三個SMD537X牙輪鉆頭+渦輪鉆具，繼續下雙鐘擺鉆具組合，22：00到底循環活動牙輪，鉆進0.5m，然后逐漸增加鉆壓正常鉆進。5月16日6:00井深2700m，使用井段2662.22-2700m，進尺37.78m，純鉆8h，鉆速4.87 m/h，巖性為砂泥巖互層，扭矩4.2-4.8 kN.m，鉆壓100-120 kN。5月17日17：00起出鉆頭軸承磨損正常，崩斷17個齒，無曠動現象，磨損分級Y4Z3J0.2；檢查渦輪軸向間隙1mm，磨損正常。第三個牙輪鉆頭使用井段2662.22-2782.93m，井深2782.93m，進尺120.71m，純鉆24.02h，鉆速5.03 m/h。測斜2768m井斜2.6°，呈下降趨勢，降斜效果較好，渦輪使用時間30h。

3 效果分析

3.1 試驗井段平均機械鉆速5.12m/h，與方正寶一段以下1000m同層位平均鉆速4.03 m/h相比，機械鉆速提高27%。

3.2 渦輪下井試驗前井斜3.5°，通過鉆進450m降斜至2.6°，在不犧牲鉆速的前提下，達到了控制井斜，保證井身的質量。

3.3 試驗井段2330-2782.93m，累計進尺452.93m，耗時8天，如果用常規轉盤鉆進，需兩只鉆頭，兩趟鉆，耗時7天，用渦輪比轉盤多用1天時間（根據方正地區寶一段以下牙輪使用情況統計，單只鉆頭平均進尺240m，平均機械鉆速4.03m/h）。

3.4 成本比較

用渦輪成本：鉆頭成本三只 SMD537，每只8萬，共24萬元，渦輪租金按每日0.5萬元計，8天共4萬元，兩項共28萬元。

常規轉盤鉆進成本：兩只HJT537GK鉆頭，每只6萬元，共12萬元。

用渦輪比常規轉盤鉆進成本增加=（28-12）+1天鉆井時間（1天日費）6.5萬元=22.5萬元。

4 結論與認識

4.1 從渦輪鉆具使用上看，鉆進中安全穩定，壽命長、承受鉆壓大，在適合層位利用其高轉速可以達到提速目的。

4.2 渦輪鉆具高速旋轉鉆井，能有效地降低井斜。

4.3 在此次試驗中，共使用了三只高轉速牙輪鉆頭，渦輪鉆具的高速旋轉降低了牙輪的壽命，致使鉆井成本增大，針對渦輪鉆具的轉速，還需使用與之匹配的鉆頭。

4.4 利用其壽命長、抗高溫的優勢，在縮短整體渦輪長度，增加彎支撐短接，可以在淺層水平井及深層水平井使用，達到一只渦輪鉆完水平段的目的。

參考文獻

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