蘇里格水平井鉆具組合改進提速效果研究

宋蘇涵，王春陽，辛常青，黃遠濱，宋 燁

（渤海石油裝備制造有限公司鉆井裝備分公司，天津 300280）

0 引言

長慶蘇36 地區(qū)氣井水平井典型地質(zhì)層位情況見表1。長慶地區(qū)水平井二開直井段使用Φ185型號鉆具，二開造斜段使用Φ165型號鉆具，水平段使用Φ127型號鉆具。

表1 蘇36 區(qū)塊某井地質(zhì)設(shè)計

1 現(xiàn)場生產(chǎn)需求

近年來多家鉆井公司在蘇里格區(qū)域采用三開水平井的井身結(jié)構(gòu)進行水平井的施工鉆進。蘇36 區(qū)塊某井位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市鄂托克旗蘇米圖蘇木斯布扣嘎查，構(gòu)造位置在鄂爾多斯盆地伊陜斜坡，鉆井目的為通過水平井開發(fā)，提高其單井產(chǎn)量和經(jīng)濟效益。

某井設(shè)計井深5062 m，如圖1 所示：一開376.44 mm 井眼，下入273.05 mm 套管；二開222.2 mm 井眼，下入177.8 mm 套管；三開154.4 mm 井眼，裸眼完井。該類型井身結(jié)構(gòu)具有儲層保護效果好的優(yōu)點，非常規(guī)尺寸鉆具組合可選擇的余地小，整體鉆井周期偏長[1]。計劃于2020 年04 月初開鉆，2020 年05 月下旬完鉆，完鉆地層石盒子組，設(shè)計水平位移1852 m，水平段長度1500 m。

圖1 蘇36 區(qū)塊某水平井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計

二開分為兩部分完成：第一部分為直井段，直井段需求較高的機械鉆速和穩(wěn)斜性能，有防斜打直的現(xiàn)場訴求；第二部分為造斜段，為完成所要求的井身軌跡，需求較強的人工造斜能力，對自然增斜存在客觀需求。三開下入穩(wěn)斜鉆具組合，盡量減少摩阻和鉆具的托壓。

2 優(yōu)化配置提速技術(shù)

為了推進區(qū)塊鉆井提速，縮短鉆井周期，結(jié)合井況條件，需要進行鉆井工具升級改進。

（1）螺桿鉆具整機從接鉆頭方向至接鉆桿方向由傳動軸總成、萬向軸總成、液力馬達總成及旁通閥總成組成。為應(yīng)對水平井直井段的提速需要，對傳動軸整體采用防托壓結(jié)構(gòu)，可有效降低摩阻達15%以上，降低水平井滑動鉆進期間的脫壓現(xiàn)象，能夠提高整體平均滑動機械鉆速達20%。通過扶正器支撐點下移，提高造斜能力，可減少滑動鉆進進尺，如圖2、圖3 所示。針對高鉆速的需求，定子的橡膠材料選用高硬低磨耗橡膠，使液力馬達扭矩提高20%，有效提高了傳遞的動力效率，液力馬達效率提高10%。

圖2 扶正器改進前

圖3 扶正器下移優(yōu)化后

（2）為應(yīng)對水平井直井段的提速需要，鉆頭采用接頭和冠一體式結(jié)構(gòu)，將鉆頭整體長度縮短100 mm，便于定向和水平井施工。斜錐保徑設(shè)計，增強鉆頭造斜率。采用新型高性能切削齒保證鉆頭在斜井段和水平段使用壽命的同時提高機械鉆速。切削齒采用多環(huán)界面結(jié)合+二次處理技術(shù)，耐研磨性能提升20%。

（3）根據(jù)水平井造斜段鉆進的需要，采用7/8 頭高速中扭矩液力馬達，針對液力馬達導(dǎo)程與直徑比進行優(yōu)化改進，排量在16 L/s 時，在推薦使用參數(shù)下實際轉(zhuǎn)速達180 r/min，可以有效提升機械鉆速，如圖4 所示。對傳動軸整體采用防托壓結(jié)構(gòu)，可有效降低摩阻達15%以上，降低水平井滑動鉆進期間的脫壓現(xiàn)象；整機結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，提高鉆具造斜能力，減少滑動鉆進，提高時效。耐磨橡膠配方要保證長壽命鉆具使用。

圖4 液力馬達導(dǎo)程與直徑比優(yōu)化改進

（4）根據(jù)水平井造斜段鉆進的需要，采用中等拋物線頭型、三長三短刀翼設(shè)計，加長保徑，優(yōu)化力平衡保證鉆頭導(dǎo)向性。減小切削齒后傾角增強攻擊性，提高機速減小切削齒出露高度，增加鉆頭吃入深度，提高破巖效率。

3 現(xiàn)場應(yīng)用效果

2020 年4 月14 日該井一開開鉆，2020 年4 月17 日二開，2020 年5 月9 日三開，2020 年5 月20 日完鉆，完鉆地層石盒子組，水平段長度1500 m。

（1）一開設(shè)計井深697 m，實際井深700.88 m，表套下深700.88 m。

（2）二開設(shè)計井深3562 m，使用改進后的鉆進組合，獲得了較明顯的使用效果。二開分為兩部分完成：直井段防斜打直取得了較好效果，改進后的大扭矩Φ185 螺桿鉆具與Φ222.3PDC（聚晶金剛石復(fù)合片）鉆頭配合使用有效推進了提速工作，700-2999.5 m 井段平均機械鉆速為31.35 m/h，使用清水聚合物泥漿體系鉆進，32 L/s 大排量參數(shù)沖刷井底，鉆至2995 m 起鉆更換鉆具組合；斜井段調(diào)整泥漿體系，使用鹽水體系，更換大扭矩Φ165 防托壓螺桿鉆具與Φ222.3PDC鉆頭，造斜率滿足生產(chǎn)需求，滑動鉆進脫壓緩解效果明顯。

（3）三開下入穩(wěn)斜鉆具組合，Φ127 螺桿鉆具與Φ152.4PDC鉆頭整體鉆具托壓緩解效果明顯，配合采用鹽水泥漿體系，保證了井眼軌跡的順暢，順利下入114.3 mm 生產(chǎn)套管，順利完井。

4 結(jié)束語

該井按照設(shè)計施工要求，安全、圓滿、高效地完成了施工任務(wù)，純鉆時間542.1 h，完鉆井深4746 m，平均機械鉆速8.77 m/h，鉆井周期52 d，為下一步的鉆井提速與區(qū)塊開發(fā)、鉆具組合的改進提供了可靠的參考。

科技研發(fā)項目：《長慶地區(qū)水平井分段高效螺桿鉆具的研制》中國石油渤海裝備公司鉆井裝備分公司科技項目（公司級），2020 年1 月至2020 年12 月。