高速螺桿在水平井中的運用探討

潘斌

摘要：隨著經濟全球化的快速發展，我國經濟進入蓬勃發展時期。石油的開采工作關乎著國家經濟發展的水平，國家一直很重視國家石油資源的勘探與開采工作。本文以新疆吐哈油田開發為例，通過現場試驗證明了PDC鉆頭與井下動力鉆相互配合能夠在高速鉆井中，針對軟到中等硬度地面發揮其使用壽命高、鉆井勞動強度低等優點，并證明了在現場施工中“高速螺桿鉆具+常規PDC鉆頭”具有明顯的提速效果，同時根據實驗中存在的問題提出了相應的改進建議。

關鍵詞：高速螺桿;水平井;運用探討

為了能夠達到縮短建井時間，降低起下鉆的次數，降低建井成本，提高經濟效益，可以通過使用PDC鉆頭鉆井的方法實現。2010年吐哈油田開展“高速渦輪鉆具配常規PDC鉆頭”的實驗項目，實驗結果表明兩口井的開采速度都得到了明顯提升。雖然該實驗項目能夠提高開采速度，但存在費用昂貴、使用時間短的問題。2015年在總結前期實驗的基礎上，改造了螺桿鉆具，并將其運用到定向井與水平井中，且取得良好的實驗效果。

一、三塘湖盆地的基本情況概述

1.地質概況

吐哈油田最近幾年的勘探開發區域是三塘湖盆地，其二開的井身結構在水平井中最為多見，這樣的井身機構造成裸眼長，摩擦阻力大，因此在造斜點選擇時一般會選擇在1300米以下的地層，這些地層多深灰色的泥巖與火山巖為主。在此地質情況鉆井時，水平井出現二開的井身機構，造斜段長度大約為400米，水平段長度為800米左右。

2.鉆進難點與對策

三塘湖盆地的馬郎溝造帶鉆井的難點主要是由于其地形多變且地下巖層構造復雜，在西山窯組與三疊的煤層發育較好，但在中侏羅層與目的層之間存在斷層，鉆井時容易造成卡鉆、塌陷等情況，為鉆井工作帶來了難度，另外，工期的壓縮以及資金的減少的情況，也為鉆井工作增加困難。通過對技術方案對比后，提高鉆井速度能夠將這些問題全部解決，經過對大量鉆井資料的分析整理，可以通過螺桿轉數與定向PDC選型兩方面入手。

二、高速螺桿的選型

在鉆井方式中最常選用的是旋轉鉆井系統，其系統主要作業方式為利用井下動力帶動PDC鉆頭對巖石進行破碎。可以通過加大鉆頭對巖石的剪切力度或提高鉆頭對巖石的剪切頻率的方式，提高鉆頭的工作效率。因此在后期選擇時可以選用高轉速螺桿帶動鉆頭，從而在最大程度上提高鉆頭的破巖效率，根據PDC鉆頭與螺桿鉆具的轉速要相互匹配，通過配比試驗后發現，4LZ172-VI的鉆速最高，與PDC搭配后能夠發揮最大的破巖效率，4LZ172-VI是一款擁有4個轉子頭，大小為172毫米的九級高速螺桿。

三、PDC鉆頭的選型

通過對近幾年數據統計結果分析，三牙輪鉆頭的定向效果比常規PDC鉆頭要更具有優勢，三牙輪鉆頭能夠保持穩定的工具面，造斜率也相對較高，能夠保持較高的機速。通過鉆頭特點、減震結構、布齒結構等綜合分析，中等硬度的地層應該選擇DM653D型號的定向PDC鉆頭，該鉆頭是五刀翼定向鉆頭，能夠在鉆井施工過程中最大程度的保持鉆速，在鉆頭生產時采用了綜合防震設計，能夠保證鉆井施工的時鉆頭的穩定性，避免工作時鉆頭產生損壞，提高鉆頭的工作壽命。

四、鉆井技術措施

下鉆與起鉆前后都要檢查鉆具是否完整，并記錄螺桿鉆具浸入鉆井液后的排量是否符合35L/s的正常排量以及力壓，保證鉆井施工前期的安全性。在鉆頭工作時應保證鉆頭的穩定性，鉆頭與井底的距離小于7米時，應降低轉速至20L/s同時啟動轉盤，當鉆井液從井口返出時要低速的放下鉆頭，將井底清洗干凈后再對井底進行造型，這時需要根據鉆時與轉盤扭矩的變化程度，適當的調整鉆壓，保證機械鉆速的穩定性。

由于是進行地下施工，因此在鉆頭鉆進過程中要開啟除砂器與除泥器，減少在鉆進過程中泥沙對施工的影響。例如可以使用離心機緩解鉆井過程中鉆井液持續加重的現象。另外在鉆進過程中要時刻關注扭矩、泵壓等數據變化，通過數據的變化判斷鉆井內的情況，防止出現卡鉆或螺桿停止工作而引發的其他情況。

當鉆頭鉆至1300米至1500米時，要提前根據周圍鉆井的錄井圖預測地下煤層的位置，如果遇到煤層需要按照煤層鉆井施工流程及操作規則進行煤層鉆井操作，切記不可貿然鉆井。當鉆頭鉆至1650米至1700米之間時，該層主要為火山巖具有凝結效果因此除了做好泥漿性能維護工作外還要提高泥漿的潤滑效果，禁止鉆頭在該層停留靜止，防止泥漿粘在鉆頭造成鉆具粘卡。

如果水平井裸眼段的距離比較長，在操作時要保持短拉，以保證水平井段上部分的暢通，如果單根或保持上下活動的鉆具出現摩擦阻力明顯增大的情況，應該及時保持短拉，若短拉后仍不能夠改變摩擦阻力大的現象，為避免產生更嚴重的后果需要立即起鉆，疏通井道。項目施工人員要時刻觀察巖屑的形狀與顏色變化，根據巖屑的變化調整鉆速，若巖屑變化與鉆速不匹配時，要及時調整泥漿的性能，保證井下鉆頭運轉正常。

五、應用效果分析

2015年在三塘湖盆地的油田鉆井工作中，將4頭九級高速螺桿應用于3口水平井中，通過數據的統計分析發現，應用“4頭九級高速螺桿+定向PDC鉆頭”的組合能夠縮短純鉆時間，提高機械鉆速，在縮短工程周期上也具有明顯效果，后期應該加大對定向PDC與高速螺桿的研究，提高鉆井效率。

結論

隨著我國經濟的發展，國家對石油資源的也逐漸重視，因此對我國石油鉆井技術提出了新的挑戰，通過在新疆吐哈油田項目上的實驗檢測與項目應用的結果分析，在水平井中使用高速螺桿與PDC的組合能夠縮短鉆井周期，擴大經濟效益，在后期應加強相關項目的實驗與推廣，推動我國石油產業的發展。

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