本文摘要：摘要：為提高深層天然氣開發效率，解決深部地層機械鉆速低、鉆井周期長等技術難題，大慶鉆探經過多年的科研攻關和技術儲備，相繼開發出液動旋沖、復合沖擊、渦輪鉆具等一系列深井提速工具，并對工具結構和配套工藝流程進行不斷優化，最終形成了適合于深部難
摘要：為提高深層天然氣開發效率，解決深部地層機械鉆速低、鉆井周期長等技術難題，大慶鉆探經過多年的科研攻關和技術儲備，相繼開發出液動旋沖、復合沖擊、渦輪鉆具等一系列深井提速工具，并對工具結構和配套工藝流程進行不斷優化，最終形成了適合于深部難鉆地層的鉆井提速技術及配套工藝。通過現場的規模化應用，深部地層機械鉆速得到明顯改善，同比提高20%以上，鉆井周期平均縮短20d以上。為保障深層天然氣的高效開發提供了有效的技術保障。
關鍵詞：深部地層,機械鉆速,鉆井周期,提速工具
大慶深部地層巖性強度大、可鉆性差，尤其是泉頭組到沙河子組，巖石可鉆性級值在8~10之間，機械鉆速極低，鉆頭磨損嚴重，嚴重影響了大慶油田深層天然氣的勘探開發進度。為了提高深部地層機械鉆速，進行了一系列提速工具的研究，并形成了適合深層的鉆井提速技術，使機械鉆速提高，鉆井周期縮短，為加快大慶油田深層天然氣的開發提供了技術支撐。
1液動旋沖工具
液動旋沖工具通過在常規鉆具組合上安裝液動沖擊器，改變鉆頭破巖方式，從而大幅度提高機械鉆速。技術優勢有以下幾點：(1)產生較高頻率的周向沖擊力，使巖石形成裂紋，改變PDC鉆頭與地層巖石的接觸方式，減少粘滑現象，起到輔助破巖作用;(2)液動旋沖工具內部特殊的水力學轉化機構，能夠改變鉆井液流態，產生高頻水力脈沖波動，輔助破巖并能提高井底巖屑的清洗效果。(3)抗溫性強，能在井底較高溫度條件下使用[1-2]。
由于深部難鉆地層巖性特殊，要求鉆頭必須具有良好的耐磨性及抗沖擊能力，所以鉆頭的選擇和使用受到很大限制，深井直井營城組以下800m左右的井段，占全井的19%，周期占全井的40%，鉆頭用量占全井的60%，常規PDC鉆頭不能應用于該層位，通常使用的牙輪鉆頭也多出現鉆頭斷齒、掉齒、磨尖等現象，4000m以上的平均建井周期仍然高達150d以上。所以，在液動旋沖工具技術基礎上，還需要優選適合該層位的高效鉆頭來配合使用，以達到進一步提高機械鉆速的目的。
通過分析巖石力學特性和地層特點，優化鉆頭冠部曲線，采用高強度PDC球齒，優化高性能脫鈷復合片，提高PDC鉆頭的耐磨性，形成一系列與液動旋沖工具相配套的提速技術，有效解決了深層地層機械鉆速低的難題。
1.1液動旋沖+6刀翼PDC鉆頭
這種提速工具組合在泥巖、砂巖及砂礫巖含量較少的地層中提速效果明顯，進尺和使用壽命不斷提升。在試驗井泉頭組—沙河子組，上部巖性砂泥巖，下部巖性流紋巖、凝灰巖、火山角礫巖，共施工2趟鉆，進尺超過1700m，單支工具最高進尺1300m，最長使用時間275h。與鄰井同井段相比，平均單趟進尺提高6.7倍，機械鉆速提高1.7倍，節省鉆頭8只，減少8趟起下鉆，縮短施工周期39d。
1.2液動旋沖+牙輪鉆頭
對于砂礫巖、火山角礫巖等堅硬研磨性地層，采用液動旋沖工具匹配牙輪鉆頭的提速方式，起到了良好的提速效果。在試驗井中共施工2趟鉆，平均單趟進尺比鄰井提高了近80%，平均機械鉆速提高了15%。
1.3螺桿+液動旋沖+5刀翼PDC鉆頭
針對強塑性泥巖地層，采用螺桿和液動旋沖工具相結合的方式，通過復合鉆進提高鉆頭鉆速，取得了較好的提速效果。在試驗井中，使用井段2100~2500m，平均鉆速達到了4.5m/h，與同井段鄰井相比，平均機械鉆速提高20%以上。目前大慶油田自主研發的液動旋沖提速工具及配套工藝技術已在深層鉆井施工中推廣應用80口井以上，總進尺超過5×104m，平均機械鉆速2.8m/h，與常規鉆進方式相比平均提速120%以上，單井鉆井周期平均縮短15d左右。
2渦輪鉆具
渦輪鉆具是一種通過鉆井液驅動的井下液動馬達。工作時高壓鉆井液能夠沖擊葉片和彎曲的渦輪定子，將鉆井液的壓能和動能轉化為機械能，進而驅動鉆頭高速轉動，達到提高機械鉆速的目的。該工具耐高溫性能好、橫向振幅小、耐鉆井液腐蝕、井眼規則、穩定性高，比螺桿鉆具更適合用于深部高溫油氣井的開采[3]。
從美國和俄羅斯引進的渦輪鉆具在大慶油田的3口深井中進行了現場試驗。大慶油田自主研發的渦輪鉆具配合優選的孕嵌金剛石鉆頭在SS9H等井進行了現場試驗。其中SS9H三開一趟鉆鉆至設計井深，大幅度提高了機械鉆速，減少了起下鉆等停時間和鉆頭使用數量，整體指標已接近國外同類產品。
3復合沖擊工具
復合沖擊工具工作原理是在井下環境中，鉆井液流經節流裝置，產生驅動橫向沖擊裝置和縱向沖擊裝置所需的內部液體壓差。在內部液體壓差的驅動下，橫向沖擊裝置和縱向沖擊裝置分別往復撞擊殼體，使復合沖擊器產生一定頻率的周向和軸向振動。該工具所產生的三維沖擊振動具有高頻率和均勻穩定的特點，并能夠直接傳遞給PDC鉆頭，使得在鉆井過程中顯著提高機械鉆速[4-5]。
在現場試驗中，復合沖擊工具下井50h，純鉆時間40h，進尺超過850m，機械鉆速超過12m/h。現場泥漿泵的排量為30L/s，最大鉆壓為80kN，復合沖擊器的壓降為2MPa，整個現場試驗過程中，性能穩定。與鄰井螺桿和PDC鉆頭組合施工情況相比，平均機械鉆速提高150%以上，說明復合沖擊工具具有良好的提速效果。鉆完井后，PDC鉆頭冠部齒無磨損，只有側齒有輕微磨損，比鄰井PDC鉆頭磨損程度下降很多。
4旋轉導向鉆井技術
旋轉導向鉆井系統是鉆柱在旋轉鉆進過程中實現準確增斜、穩斜、降斜及扭方位的技術，已經成為復雜超深定向井和大位移水平井使用的必備技術，在尋找油藏、提高機械鉆速方面，具有其他技術無可比擬的優勢。大慶油田在深層天然氣鉆井中，全部使用國外旋轉導向鉆井系統，在提高機械鉆速方面也取得了顯著效果。由于國外公司旋轉導向系統引進費用和租賃費用昂貴，近年來大慶油田也開展了旋轉導向鉆井系統的自主研發，技術已經日趨成熟，將來在深層天然氣的開發過程中會發揮更大的作用。
5結論
(1)大慶深部天然氣開采過程中，普遍存在著因地質條件復雜、巖石可鉆性差而引起的機械鉆速低、鉆井周期長等技術難題。為解決此類問題，大慶油田研發了液動旋沖、渦輪鉆具等一系列深井提速工具和配套工藝技術。(2)在大量現場應用過程中，提速工具提速效果明顯，使鉆井周期縮短，節約了大量鉆井成本，說明形成的提速工具及配套工藝技術能夠滿足大慶深層天然氣的高效開發。
參考文獻：
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[5]李瑞營，王峰，陳紹云，等.大慶深層鉆井提速技術[J].石油鉆探技術，2015，43(6):130-134.
天然氣方向論文范文：天然氣工藝發展現狀及環保措施
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