高速渦輪鉆井技術在元壩陸相地層應用中的難題分析與技術對策

文/高思，中國石化勝利石油工程公司黃河鉆井南苑項目部

高速渦輪鉆井技術在元壩陸相地層應用中的難題分析與技術對策

文/高思，中國石化勝利石油工程公司黃河鉆井南苑項目部

隨著孕鑲金剛石鉆頭+高速渦輪鉆井技術在各大油氣田地區廣泛使用，取得了明顯的提速效果。本文主要針對該技術在元壩區塊的應用情況，分析討論了高速渦輪鉆井中高剛性鉆具對井眼的要求、高泵壓對設備的要求、高固相含量對固控設備的使用要求、孕鑲金剛石鉆頭對地層巖性選擇性強等一系列難題，提出了相對應的技術措施。同時建議引進不同類型的高速渦輪鉆井技術在元壩地區其它層位進行試驗，真正實現提速與提效的雙重效果。

Neyrfor渦輪鉆具;鉆時慢;高泵壓;高固含;匹配;通井;國產化

渦輪鉆井技術最早起源于1923年的蘇聯，隨后美國人創造出多級無齒輪輪渦，最高輸出速度達4500rpm/min，之后的幾十年間渦輪鉆井技術還處于摸索階段，自80年代后渦輪鉆井技術才得到迅猛的發展，提高鉆速十分顯著，占據了大部分市場。隨著各種類型鉆頭的發展，高速牙輪鉆頭、高效PDC鉆頭與渦輪鉆具配合使用都取得了比較好的效果，國外應用極為廣泛，特別是俄羅斯80%的鉆井工作量都是采用渦輪鉆井[1-3]。

高速渦輪鉆井技術的優勢明顯，可大幅度提高研磨性地層機械鉆速，減少鉆柱與套管的旋轉磨損，保護套管，渦輪采取全金屬構件，不受井溫限制，形成光滑無螺旋的井眼，在元壩地區陸相地層中應用較成功，但是，隨著高速渦輪鉆井技術的廣泛應用，暴露出一些問題，下面主要闡述四川元壩地區應用該技術出現的難題，并提出了一些針對性的技術措施。

1 難題分析

1.1 高速渦輪鉆具故障與復雜率較高

由于渦輪鉆具本身為滿眼鉆具組合形式，自帶3-4個扶正器，剛性強，孕鑲金剛石鉆頭為全保徑鉆頭，一是下入不規則井眼內卡鉆風險大；二是鉆遇破碎地層或壓力變化的地層渦輪鉆具易發生制動，卡鉆風險大，而且一旦井底發生卡鉆處理難度極大。

1.2 渦輪鉆井對泥漿性能的影響

渦輪鉆井對泥漿性能影響最突出的問題是巖屑細小，固相含量高。渦輪鉆進過程中，由于孕鑲金剛石鉆頭自身特性，破碎巖屑細小，返砂量極少，大部分細砂進入泥漿中或粘附于井壁、套管上，造成起鉆困難。

1.3 鉆頭及高速渦輪與地層匹配問題

由于自流井與須家河地層不同井深處巖性差異大，鉆頭與地層適應性不同，直接導致鉆時變化大，最慢鉆時達300min/m以上，最快鉆時為10min/m，不利于判斷鉆頭和渦輪鉆具的具體工作情況，增加了施工難度。

1.4 井控與井漏處理難度大

當發生井控風險需要關井處理時，存在卡鉆的風險。井漏發生時，不能及時進行堵漏施工，而且堵漏材料尺寸不能大于2mm，需加入大顆粒堵漏劑時，需要起鉆后再處理，往往會延誤處理井漏的時機。

1.5 套管防磨問題

高速渦輪鉆井技術縮短了鉆井周期，減少了套管防磨問題，但由于地層與鉆頭匹配性問題，采用孕鑲金剛石鉆頭鉆遇自流井礫石層鉆時慢，對某一深度處的套管有一定的磨損。

1.6 渦輪鉆井對設備要求高

渦輪鉆具壓耗大，對機泵條件要求高。渦輪鉆井技術采用高泵壓鉆進，導致頻繁更換泵配件，影響純鉆時效；泥漿泵高泵壓長期運轉，凡爾座下沉較深，取出時壓力高，導致凡爾座取出器前端銷軸處頻繁斷裂。

1.7 成本較高，提速不提效

1）鉆頭采購費、渦輪鉆具租賃費與服務人員勞務費過高。

2）高泵壓和高固含考驗循環系統設備與固控設備，泵配件、固控設備配件頻繁更換，設備維護維修費用大大增加。

3）渦輪鉆井技術采用高泵壓（31-33MPa）鉆進，柴油消耗量大，當日進尺未達到常規鉆進方式兩倍以上時，經濟效益差。

2 技術對策

1）暢通的井眼條件是渦輪安全下入的首要保證。

2）使用優質的隨鉆震擊器，增強處理井下復雜的能力。

3）細化技術措施，實現安全鉆進。

4）保證四級固控系統使用率，可有效清除微米級有害固相，減小井下復雜。

5）優化鉆頭設計，根據地層巖石特性進行選型，選擇合適級數的渦輪鉆具，實現孕鑲金剛石鉆頭與高速渦輪鉆具的合理匹配。

6）井下安全是一切施工的基礎保障。

7）針對渦輪鉆井技術導致的套管磨損問題，嚴格監控返砂中鐵屑含量，一旦其含量明顯增加，應立即起鉆更換牙輪鉆頭進行過渡，避免磨穿套管的情況發生。

8）高速渦輪鉆井技術對運轉設備要求高，可提高井隊設備承受能力，大力發展高性能和大功率設備。

9）降低成本唯一有效的方法就是高速渦輪鉆具的國產化。

3 應用效果見表1所示。

表1 元壩區塊各井高速渦輪鉆井技術應用情況

4 結論與建議

1）孕鑲金剛石+渦輪鉆井技術確實是元壩自流井、須家河提速的最有效的手段，可在元壩區塊大力推廣應用，陸相井、水平井渦輪鉆井優勢可得到更大程度的發揮。

2）元壩地區的超深井在三開開鉆即可使用孕鑲金剛石+高速渦輪鉆井技術，可以明顯提高行程鉆速，同時可減少由于鉆井液比重低造成上部地層井壁垮塌的復雜情況發生。

3）根據各國的渦輪鉆井經驗，可繼續引進不同類型的渦輪鉆井技術進行實驗，可大力發展與高速渦輪相匹配的PDC鉆頭、混合型鉆頭等技術，嘗試其它層位渦輪鉆井的提速效果，以拓展高速渦輪鉆具的應用范圍。

4）渦輪鉆具可做進一步的改進，朝向高轉速、低壓降的方向發展，可以解放高性能設備的要求。

5）建議優選施工隊伍、優選設備狀況、優選井位，在條件具備的隊伍使用該工具才能有好的經濟效益。

[1]曹耀峰.超深高酸性氣田鉆井技術與實踐[M].中國石化出版社,2011,2:47-123

[2]成海等.國內外渦輪鉆具鉆井技術及其發展趨勢[J].石油礦場機械,2008,37(4):28-31

[3]劉慶江.渦輪鉆具在俄羅斯的應用及發展方向研究[J].企業技術開發,2011,15:179-180

高思，男，1983年2月出生，工程師，從事鉆井技術工作。2008年畢業于中國石油大學（華東）油氣井工程專業，獲得工學碩士學位，工程師。