旋冲钻井技术在川西硬地层的应用

注： 分流孔为 ９ｍｉ ｎ Ｘ ２ （ ＋ ２ １ ５ ． ９ｍｍ） 或 ＋１ ２ｍｍ￣ ２ （ ＋ ２ ４ １ ． ３ ｍｍ） 。
数善
２ 现 场 首 次 应 用
根 据优 选 原则 ， 在 Ｘ８ — １ Ｈ井 下 沙溪 庙组 以深井 段 进 行 了试验 。 工具 入 井前 ， 分别对 ２个 排量 （ １ ０ ． ２ ０ Ｌ ／ ｓ ） 进 行 了测 试 ， 加压 ４ ０ ｋ Ｎ后 ， 工具 开始工作 ， 立管 压力分
３ ． ２ 砧子 改进 方案
好。 拆卸 工具 后发 现 ， 冲击器 上压 盖分 流孑 Ｌ 存 在 严重 的 冲蚀 坑 ， 砧 子存 在局 部裂 痕 （ 见图 １ ） 。从 录井 曲线和 工
具 出井 情 况看 ， 冲击 器可 能在 ３ ０ ２ ２ ． ５ ０ ｍ 已开 始失效 。 冲 击器 共 入 井 ５ ８ ． ７ ５ ｈ ， 纯钻时间 ２ ７ ． ７ ７ ｈ ． 钻 进 总 进尺 ２ ６ ． １ ８ ｍ， 平 均机 械 钻 速 ０ ． ９ ４ ｍ ／ ｈ 。从 前期 须 家 河 组五段 钻井 情况看 ．全 井段平 均机 械钻 速 ２ ． ７ ５ ｍ ／ ｈ ． 液
别为 ０ ． ８ ， １ ． ６ ＭＰ ａ 。入井 深 度 ３ ０ ０ ９ ． ３ ０ ｍ， 钻至 ３ ０ ３ ５ ． ４ ８
３ ． １ 元 件 压 盖 改 进 方 案
采 用元 件压 盖与射 流元 件配 合处 断面 形状 相 同设 计， 即将元 件压 盖原来 的 圆形设计 改 为矩形 ， 且与 元件 配合处 的矩 形 面积相 等 ， 形 成等 过流 断面 配合 。 采 用这 种配合 方式 ， 当流体从 元件 压盖 流经 射流 元件 时 ， 消 除 了原来 的阶梯型 过渡 ， 避免 在元 件端 面产 生 涡流 ， 可减 小甚 至避 免冲蚀 。 同时 ， 元件 压盖 与射 流元件 配合 面采
西下 沙 溪庙组 一须 家河 组 。结合 川西 深井井 身 结构 实 际情况 ， 分 别对 ｑ ｂ ２ １ ５ ． ９ ｍ ｍ和 ＋ ２ ４ １ － ３ ｍ ｍ 井 眼推 荐 了
相关 钻 进参数 （ 见表 １ ） 。
表 １ 川 西硬 地 层 旋 冲 钻 井 推 荐 参数
Ｌ ／ ｓ ． 密度 １ ． ９ ８ ～ １ ． ９ ９ ｇ ／ ｅ ａ ｒ ， 固相 体 积 分数 ３ ２ ％， 在 大 排
机械 钻速 １ ． ２ ６ ｍ ／ ｈ 。 比邻 井 牙 轮 钻 头 平 均 钻 速 提 高
２ ５ ％． 工具 失效后 不影 响钻 头应用 效果 和寿命 。
排量存 在 正 比例 关 系 ， 钻 压大 于临界 钻压 时 ， 冲击 器才
能稳定 工 作 ， 排 量为 ３ ｌ ｓ 时， 临 界钻压 达 到 １ ０ ０ ｋ Ｎ。 根 据旋 冲钻 井 工 具作 用 原 理 和川 西 硬地 层 特性 ，
３ ） 首次 在 ６ ２ ４ １ － ３ ｍｍ井 眼应 用 。 工 具 与井 眼适 应
性还 需 进一 步验 证 。ｔ ｈ １ ７ ７ ． ８ ｍｍ 冲击 器 主要 与 ６ ２ １ ５ ． ９
ｍ ｍ井 眼匹配 ， Ｘ ８ — １ Ｈ 井 是 该 工 具 首 次 在 ２ ４ １ ． ３ ｍ ｍ 井 眼应用 ， 井 眼大 。 排量 也大 ， 在高 密度 、 高 固相体 积 分
具 冲蚀 风险 。 在 此原则 下 ，优选 适合 实施旋 冲钻井 的井 段为 川
图 １ 上 压 盖 分流 孔 被 冲 蚀 情 况
一
试验 效果 未达 到预期 的主要原 因有 ：
１ ） 钻井 液 固相体 积 分 数 高 ， 高 流速 下 工具 被 快 速
冲蚀 是应用 效 果不 理想 的 主要原 因 。试 验排 量 ３ １ ～ ３ ７
影 响旋 冲钻 进 效 率 的 主要 参 数 有 钻 压 、 转速 、 排
量、 冲击 功 、 冲击 频 率等 Ｍ ］ 。以 ￣ ｂ １ ７ ７ ． ８ ｍ ｍ 冲击 器 为
例． 通 过 室 内实 验 和数值 模 拟 分析 ， 钻 压 所形 成 的 最 大压 应力 必须 大于岩 石抗 压强 度 ， 才 能破 坏地 层 ； 频 率为 １ ５ ～ ２ ０ Ｈ ｚ时 ， 转速 宜在 ６ ０ １ ５ ０ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ ： 随着 排量 增 加， 冲击功 、 冲击 频率 增大 ， 破岩 效率 提高 ； 临 界钻 压与
确定 了 ４条 井段优 选原 则 ： １ ） 井 眼尺寸 为 ＋ ２ １ ５ ． ９ ～ ２ ４ １ ． ３
ｍｍ； ２ ） 岩石 可钻性 级值 在 ５以上 、 气 层较 少 、 井壁 稳定 性较 好 的井段 ； ３ ） 适 于牙 轮钻 头钻 进 的井 段 ； ４ ） 钻 井 液
固相 体 积分 数尽 量低 于 １ ５ ％， 排量 小 于 ３ ５ Ｌ ／ ｓ 。 减 少工
Ｉ ｌ ｌ 时， 因钻 速较 慢 （ 比常规 Ｐ Ｄ Ｃ钻头 慢 ， 与邻 井 牙 轮钻 头相当） 而起 钻 。工具 出井 后 ， 井 口测 试发 现工 具 已不 工作 ，钻 杆过 滤器 中堆积 了大量大 颗粒 固相 。钻 头完
用镀 铬表 面处 理技 术 ， 提 高二 者配 合面 的抗 冲蚀能 力 。
量 情况 下 ， 分 流孔 被 冲蚀 。 ２ ） 工具 结构 设计 和材 质选择 还不 能完 全 满足 高密 度、 大 排量 钻进 的需要 。从 上压 盖被 冲蚀 情况 看 ， 过流
断 面不 一致 、 抗 冲 蚀性 差 、 硬 度 不够 高 是 重要 因素 ， 工
具加 工和热 处理 工艺 还需 进一 步改进 。
断
块
油
气
田
２ ０ １ ３年 ７月
器＋ 钻杆。
体欠 平衡 时达 ４ ． ０ ３ ｍ ／ ｈ 。若 以钻 头类 型划 分 ， Ｐ Ｄ Ｃ 钻 头
平 均机 械钻 速 ２ ． ９ ０ ｍ ／ ｈ ，牙 轮 钻头 平 均机 械钻 速 １ ． ０ １ ｍ ／ ｈ ， 冲击钻 井 钻速 仅 与 牙轮 钻 头相 当 ， 远 低 于Ｐ Ｄ Ｃ钻 头。 通 过工具 失效前 后对 比分析发 现 ， 工 具失效前 平 均