蘇里格南區塊小井眼鉆井工具改進研究

宋蘇涵，范 英，宋 燁，李明謙

（中國石油渤海石油裝備鉆井裝備分公司，天津 300280）

0 引言

蘇里格南區塊位于內蒙古自治區鄂托克前旗南部地區毛烏素沙漠南部，近年來蘇里格南區塊的鉆井工程施工以小尺寸井眼為主導，小井眼鉆井施工具有成本低、環境污染小等優勢，為油氣田開發帶來可觀的經濟效益。油氣田建設方在該區塊90%以上井位采用該方案進行鉆進施工，以達到節約投資的目的。2022 年中期，在原有的6＂小井眼基礎上，改變井身設計，開始采用″小井眼進行試驗鉆進，并開展相關鉆井提速試驗。

1 現場生產技術需求

長慶油氣田蘇里格南區塊某平臺09 井地質層位情況如表1 所示。

表1 蘇里格南區塊某井地質設計

2 鉆井工具改進方案

2.1 原有方案

使用135 mm 螺桿鉆具，工具新度100%。使用短幅馬達線型結構，采用定子輪廓掃描技術控制輪廓線型的加工精度，提供較穩定的機械鉆速。

應用于某平臺09 井，在安定組至劉家溝組的上部地層，使用高速中扭矩螺桿鉆具，具備高抗研磨的耐磨帶，傳動軸殼體使用耐磨合金柱支撐，馬達轉速更高，適應可鉆性高的上部地層，提高機械鉆速。劉家溝組至本溪組的下部地層，使用低速高扭矩螺桿鉆具，具備高抗研磨的耐磨帶，傳動軸殼體使用耐磨合金柱支撐，扭矩更大，馬達轉速相對更低，更適應下部地層，有力支持鉆進破巖、傳遞扭矩。

2.2 改進方案

2.2.1 馬達總成

全新設計135 mm 螺桿鉆具，工具新度100%。馬達線型使用內擺線結構，增大了配合尺寸。定子橡膠配方采用全新設計思路，使用反應型增硬劑及納米級內潤滑劑，有效解決了高硬度橡膠定子生產加工問題，使定子橡膠硬度提升20%，賦予馬達更大的動力和輸出扭矩。使用激光全輪廓掃描技術，全面掌握定子內螺旋輪廓尺寸，指導轉子螺旋線型加工，提升馬達配合精度，從而使馬達獲得更好的密封性能。

在全井段使用改進后的硬質橡膠馬達螺桿鉆具，在保持同等鉆壓和轉速的情況下，輸出扭矩可以提高24.78%，在鉆井施工作業中可提供更為強勁的動力，進一步提高機械鉆速，有效應對不同地層夾層，提升破巖效果。

為了保證輸出性能的穩定，降低高參數下的螺桿鉆具性能損耗，對定子提供保護，采用更大扭矩的硬橡膠螺桿鉆具用于該區塊小井眼全井段。該型號轉速相對低，但在排量、鉆壓接近極限參數的條件下性能接近，在可鉆性更差的劉家溝組、石千峰組地層適應性更強，能實現下部地層的有效鉆進，有利于提升整體平均機械鉆速，馬達改進前后的動力參數見表2。

表2 135 mm 螺桿參數對比

2.2.2 旁通閥總成

采用旁通閥總成設計，保證起、下鉆時鉆井液不溢出于鉆井平臺，同時起到保護馬達的作用。

2.2.3 傳動軸總成

為了適應鉆進施工中提高機械鉆速、強化參數對工具強度的需求，傳動軸選用高強度材料，優化內部應力，優化熱處理工藝，在原有40CrNiMo 鋼基礎上提高強度，相比原有的127 mm公稱直徑總成適合更激進鉆井參數。135 mm 螺桿鉆具可適應最大10 t 鉆壓，最大24 L/s 的排量。采用防托壓結構，可有效降低摩阻達15%以上，降低滑動鉆進期間的脫壓現象。整機結構的優化設計，提高鉆具造斜能力，減少滑動鉆進，提高時效。

2.2.4 萬向軸總成

采用弧形滾柱設計的球鉸接，在原有設計上采用加粗軸設計，提升使用壽命，避免斷裂失速風險。

改進方案應用于蘇里格南區塊某平臺08 井與09 井，08 井設計井深3996 m，09 井設計井深3836 m。一開241.3井眼，08 井井深757 m，09 井井深751 m；二開165.1 mm井眼，08 井設計井段757～3996 m（3239 m），09 井設計井段751～3836 m（3085 m）。該區塊井位表層可鉆性較好，機械鉆速提升空間小，需重點圍繞二開進行135 mm 螺桿鉆具優選和個性化改進設計。

二開鉆進使用公稱尺寸135 mm 螺桿鉆具，提速空間大，對螺桿鉆具優選和個性化改進設計要求較高[2]。為了提升鉆井機械鉆速，在原有二開鉆具組合基礎上進行井下作業工具的改進，在2 口井眼鉆進中進行試驗，整理使用數據，與該區塊其他井數據進行對比分析。

3 現場應用效果

改進型號135 mm 螺桿鉆具于2022 年8～9 月使用于蘇里格南區塊某平臺08、09 井。為了對比工具效果，保持該兩口井與蘇里格南同平臺其他井鉆進施工參數基本一致（表3）。

表3 蘇里格南區塊某平臺135 mm 螺桿鉆具鉆進參數對比

使用期間，08 井二開進尺2599 m，純鉆時間117 h，二開平均機械鉆速22.21 m/h；09 井二開進尺2469 m，純鉆時間97 h，二開平均機械鉆速25.45 m/h。以08、09 井對比同平臺及同區塊附近平臺″井眼的機械鉆速數據見表4。

表4 鉆進時效對比表

經過對比得出，試驗井位09 井進尺2469 m、比平均值高8.39%，純鉆時間97 h、比平均值高22.67%；08 井進尺2599 m、比平均值高14.09%，純鉆時間117 h、比平均值高47.97%。

09 井復合鉆進進尺為2152.5 m，08 井復合鉆進進尺為2223 m，在復合鉆進進尺相仿的井眼內比較數據見表5、表6。

表5 2100～2200 m 進尺的井眼復合鉆進時效對比

表6 2100～2200 m 進尺的井眼復合鉆進時效對比

09 井復合鉆進純鉆時間為52.5 h，08 井復合鉆進純鉆時間為63.5 h，在復合鉆進純鉆時間相仿的井眼內比較數據見表7、表8。

表7 純鉆50～60 h 的井眼復合鉆進時效對比

表8 純鉆60～70 h 的井眼復合鉆進時效對比

分析以上數據，如果在同等類似復合鉆進進尺和時間范圍內比較，09 井的復合機械鉆速較平均值分別高12.72%和5.75%；08 井復合機械鉆速較平均值分別高1.93%和4.08%。

4 結束語

08、09 井使用135 mm 改進后螺桿鉆具，按照設計施工要求，安全、圓滿、高效完成了施工任務。經過與同區塊的同類型井眼數據對比，此次″小井眼對比試驗中，改進螺桿鉆具在復合鉆進中對生產施工效率有所提高，在滑動鉆進中的效率未能得到證實，需要在后續的試驗中，進行更多數據的收集與對比以確認，該對比試驗為下一步鉆井提速與區塊開發、鉆具組合的改進提供參考。