宋蘇涵，王春陽，辛常青，黃遠(yuǎn)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(hào)鉆具，二開造斜段使用Φ165型號(hào)鉆具，水平段使用Φ127型號(hào)鉆具。

表1 蘇36 區(qū)塊某井地質(zhì)設(shè)計(jì)

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(jìn)行水平井的施工鉆進(jìn)。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(jì)效益。

某井設(shè)計(jì)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(chǔ)層保護(hù)效果好的優(yōu)點(diǎn)，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(jì)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(jì)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(jì)

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(jī)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(qiáng)的人工造斜能力，對(duì)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(jìn)區(qū)塊鉆井提速，縮短鉆井周期，結(jié)合井況條件，需要進(jìn)行鉆井工具升級(jí)改進(jìn)。

（1）螺桿鉆具整機(jī)從接鉆頭方向至接鉆桿方向由傳動(dòng)軸總成、萬向軸總成、液力馬達(dá)總成及旁通閥總成組成。為應(yīng)對(duì)水平井直井段的提速需要，對(duì)傳動(dòng)軸整體采用防托壓結(jié)構(gòu)，可有效降低摩阻達(dá)15%以上，降低水平井滑動(dòng)鉆進(jìn)期間的脫壓現(xiàn)象，能夠提高整體平均滑動(dòng)機(jī)械鉆速達(dá)20%。通過扶正器支撐點(diǎn)下移，提高造斜能力，可減少滑動(dòng)鉆進(jìn)進(jìn)尺，如圖2、圖3 所示。針對(duì)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(dá)扭矩提高20%，有效提高了傳遞的動(dòng)力效率，液力馬達(dá)效率提高10%。

圖2 扶正器改進(jìn)前

圖3 扶正器下移優(yōu)化后

（2）為應(yīng)對(duì)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(jì)，增強(qiáng)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(shí)提高機(jī)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(jìn)的需要，采用7/8 頭高速中扭矩液力馬達(dá)，針對(duì)液力馬達(dá)導(dǎo)程與直徑比進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，排量在16 L/s 時(shí)，在推薦使用參數(shù)下實(shí)際轉(zhuǎn)速達(dá)180 r/min，可以有效提升機(jī)械鉆速，如圖4 所示。對(duì)傳動(dòng)軸整體采用防托壓結(jié)構(gòu)，可有效降低摩阻達(dá)15%以上，降低水平井滑動(dòng)鉆進(jìn)期間的脫壓現(xiàn)象；整機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高鉆具造斜能力，減少滑動(dòng)鉆進(jìn)，提高時(shí)效。耐磨橡膠配方要保證長壽命鉆具使用。

圖4 液力馬達(dá)導(dǎo)程與直徑比優(yōu)化改進(jìn)

（4）根據(jù)水平井造斜段鉆進(jìn)的需要，采用中等拋物線頭型、三長三短刀翼設(shè)計(jì)，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(qiáng)攻擊性，提高機(jī)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(jì)井深697 m，實(shí)際井深700.88 m，表套下深700.88 m。

（2）二開設(shè)計(jì)井深3562 m，使用改進(jìn)后的鉆進(jìn)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(jìn)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(jìn)了提速工作，700-2999.5 m 井段平均機(jī)械鉆速為31.35 m/h，使用清水聚合物泥漿體系鉆進(jìn)，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(dòng)鉆進(jìn)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(jì)施工要求，安全、圓滿、高效地完成了施工任務(wù)，純鉆時(shí)間542.1 h，完鉆井深4746 m，平均機(jī)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(jìn)提供了可靠的參考。

科技研發(fā)項(xiàng)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(xiàng)目（公司級(jí)），2020 年1 月至2020 年12 月。