YTJ型液力推进器在塔河油田应用及分析

刘希茂，范春英，段马利，周 斌，高巧娟，张进攀

（1.北京石油机械厂，北京 100083；2.中石化中原石油工程有限公司钻井四公司，河南濮阳 457000）

YTJ型液力推进器在塔河油田应用及分析

刘希茂1，范春英1，段马利1，周 斌2，高巧娟1，张进攀2

（1.北京石油机械厂，北京 100083；2.中石化中原石油工程有限公司钻井四公司，河南濮阳 457000）

塔河油田主要勘探区块的成藏复杂、储层埋藏深，下部地层多为泥岩、砂岩互层，易井斜，可钻性差。为提高井眼质量，保护钻头及钻柱，降低井下事故发生率，TK915-4井在钻进施工过程中采用带有YTJ型液力推进器的“复合”钟摆钻具组合。2种型号YTJ型液力推进器在TK915-4井3次入井使用，通过现场使用数据、甲方数据以及大量邻井数据，分析了YTJ型液力推进器的使用效果。结果表明：YTJ型液力推进器可在防斜的同时，防止跳钻的发生，有效提高机械钻速，保护钻具，降低井下事故几率，减少非生产用时，从而提高经济效益。

液力推进器；防斜打直；减震；机械钻速

塔河油田是中石化西北分公司产量贡献的主力产区，其中奥陶系油藏开发井所占比例较大。其上部地层胶结疏松，可钻性较好，下部地层多为泥岩、砂岩互层，部分层段为砂砾岩与泥岩、砂质泥岩的频繁互层，倾角通常高于40°，最高达60°，易井斜，且受上部地层压实作用，胶结好，可钻性差。由于储层埋藏深，钻遇地层类型较多、岩性复杂，导致钻井施工难度较大。某邻井钻井施工过程中井斜上升超过10°，严重超标，填井重钻后恢复正常，严重影响了钻井施工进度。为减少类似事故发生机率，施工方决定在TK915-4井钻进过程中采用带有YTJ型液力推进器的“复合”钟摆钻具组合，以期在防斜的同时，减轻跳钻，保护钻头，提高机械钻速。

1 YTJ型液力推进器简介

YTJ型液力推进器采用液力加压的方式，实现了给钻头准确加压及均匀送钻。YTJ型液力推进器不仅能够解决定向井、大位移井、水平井和小井眼难以向钻头施加钻压的问题，而且有效地减小了扶正器以下钻铤的弯曲程度，使钻头偏角减小，有效地控制井斜，是1种新的防斜打直工具；在海洋钻井中使用可起到升沉补偿器的作用；减震效果显著，尤其适用于特殊地层（例如砾石层）钻进，可有效防止跳钻，提高机械钻速。

1.1 结构及工作原理

YTJ型液力推进器主要由上接头、筒体、压力心轴、密封、花键心轴等部件组成，上接头与钻铤相连，下连筒体，如图1所示。压力心轴在筒体内，转矩通过筒体传递给心轴并驱动下部钻具组合及钻头。

工作原理是：利用钻井液流过YTJ型液力推进器以下钻具（例如螺杆、钻头）的压降作用在其活塞面产生钻压。设活塞面积为S，压力降Δp，则YTJ型液力推进器产生的钻压为F＝Δp·S。因此，它产生钻压的大小与活塞面积和压力降有关，活塞的面积一定，可通过适当调整钻井参数，改变压力降，从而得到合适的钻压［2］。

图1 YTJ型液力推进器结构

1.2 典型钻具组合

安装液力推进器时，应保持心轴端向下。须结合钻井设计及钻压要求组合钻具，以保证其实现液力加压的同时，有效地发挥其减震及保护作用。通常情况下，液力推进器组合方式主要有2种［1-3］：

1） 顶驱或常规转盘钻井作业中，可直接接在钻头上。典型钻具组合1：

钻头＋YTJ型液力推进器＋防斜钻具组合或定向钻具组合＋钻铤＋钻杆。

2） 使用井下动力钻具钻井时，可将液力推进器接在动力钻具上。典型钻具组合2：

钻头＋马达＋YTJ型液力推进器＋定向或造斜钻具组合＋钻铤＋钻杆。

1.3 主要技术特点

1） 液力推进器采用液力柔性加压，为钻头提供稳定钻压。

2） 改善了钻具的受力状态，降低了底部钻具组合的中和点高度，钻具稳定和导向性好，在大钻压、高转速下工作仍具有吊打功效，能有效控制井斜。

3） 减震效果明显，可延长钻头、钻具使用寿命，降低钻井成本，减少井下事故的发生，相应提高钻井综合效益。

4） 具有行程范围内自动送钻功能，提高了井眼轨迹质量，并且相对减轻司钻的劳动强度。

5） 定长的工作行程补偿了失控滑动钻进，防止溜钻事故的发生。

6） 改变水力因素调节钻压大小，可节省钻铤、减轻钻机负荷［1］。

2 在TK915-4井的应用效果分析

TK915-4井位于轮台县境内、塔河油田九区，是1口开发评价井，于2013-01开钻，距离同时期开钻的TK915-2井、TK915-3井的水平距离分别为500 m和1 500 m。主要钻遇新生代第四系、新近系、古近系、中生代白垩系、侏罗系、三叠系及古生代石炭系等地层，目的层为古生代奥陶系中－下统鹰山组（O1-2y）。

2.1 钻具组合

TK915-4井分别在一开、二开钻进过程中使用了2种不同型号的YTJ型液力推进器，配合2种钻具组合形式：一开钻进使用了PDC钻头直接与液力推进器连接的组合方式，二开钻进使用了PDC钻头＋螺杆＋YTJ型液力推进器的组合方式，具体钻具组合参数如下：

1） 一开钻具组合 346.1 mm牙轮钻头／346.1 mm PDC钻头＋229 mm YTJ型液力推进器＋228.6 mm钻铤×2根＋345 mm扶正器＋203.2 mm钻铤×3根＋177.8mm钻铤×9根＋139.7mm加重钻杆×3根＋139.7 mm钻杆；

2） 二开钻具组合 241.3 mm PDC钻头＋5LZ185×7.0螺杆＋178 mm YTJ型液力推进器＋177.8 mm钻铤×1根＋238 mm扶正器＋177.8 mm钻铤×11根＋139.7 mm钻杆。

2.2 钻井参数

TK915-4井分别在148～2 610 m、2 610～4 797 m、5 220～5 693 m使用了2种型号的YTJ型液力推进器。根据实际钻压要求，结合现场情况及钻井设计要求，确定钻井参数如表1所示。

表1 TK915-4井YTJ型液力推进器钻井参数

2.3 使用效果分析

TK915-4井及其邻井现场使用数据的对比分析包括：TK915-4井使用及未使用液力推进器井段数据的对比分析，同时开钻邻井同井段数据的对比分析。分别从减震、保护钻头及钻柱效果、防斜打直效果以及提速效果3方面进行对比分析。

2.3.1 减震及保护钻头和钻柱效果

该井使用了2种型号YTJ型液力推进器，累计3次入井，总入井时长约493.2 h，纯钻约318.8 h。4 797～5 220 m井段未使用液力推进器，期间跳钻严重，如图2所示。重新组合使用液力推进器后跳钻消除。其他使用液力推进器井段亦未出现跳钻现象，如图3所示。液力推进器使用过程中，有效抑制了震动，保护了钻头和钻柱。

图2 未使用液力推进器井段钻压及转矩曲线

图3 使用液力推进器后钻压及转矩曲线

1） 148～2 610 m井段 TK915-4井一开钻进过程中，使用PDC钻头配合YTJ型液力推进器进行了148～2 610 m井段的钻进，较牙轮钻头效果好，钻头出井后基本无磨损，新度达90%，如图4所示。临井TK915-3及TK915-2使用牙轮钻头，均为两趟钻完成。

图4 应用液力推进器完成一开钻进后钻头状况

图5 应用液力推进器完成2 610～4 797 m进尺后钻头各刀翼状况

2） 2 610～4 797 m井段 TK915-4井二开钻进过程中，首先使用PDC钻头＋螺杆＋YTJ型液力推进器的组合方式完成了2 610～4 797 m井段的钻进，PDC钻头如图5所示。

该井段钻遇吉迪克组、苏维依组、库姆格列木群、巴什基奇克组、卡普沙良群、侏罗系下统、哈拉哈塘组、阿克库勒组、柯吐尔组等，地层较多，岩性变化大。上部吉迪克组，遇长段泥岩，哈拉哈塘出现砾岩，阿克库勒及柯吐尔互层频繁，柯吐尔后泥岩为主。预计在阿克库勒组底部钻头开始磨损，进入柯吐尔组后泥岩磨损钻头较严重。该井段使用YTJ型液力推进器钻进过程中无跳钻现象。钻头出井后，主切削齿有不同程度磨损，1颗崩落，新度60%。

邻井TK915-2井4 620～4 650 m井段钻进过程中未使用YTJ型液力推进器或其他减震工具，期间跳钻严重，起钻后发现刚下入的全新钻头被严重磨损。如图6所示。

图6 TK915-2井4 620～4 650 m井段钻头状况

3） 5 220～5 693 m井段 TK915-4井二开5 220～5 693 m井段再次使用了PDC钻头＋螺杆＋YTJ型液力推进器的组合方式，完成进尺后，PDC钻头状况如图7所示。

图7 使用液力推进器完成5 220～5 693 m进尺后钻头各刀翼状况

该钻头自取芯后入井，完成了二开5 220～5 693 m的进尺，使用螺杆及YTJ型液力推进器组合，钻压控制在80 k N以内，防止了钻头的异常磨损，保护了钻头。该井段未出现跳钻。钻头出井后，有16个齿有轻微磨损，仍有修复价值，可重复使用。

2.3.2 防斜打直效果

甲方电测数据显示：TK915-4井4 797～5 220m井段未使用YTJ型液力推进器，井斜上升，最大升至1.26°（于4 946.2 m处），如图8及表2所示，其他使用YTJ型液力推进器井段井斜控制平稳，最大为1.01°（于3 219.2 m处）。

图8 TK915-4井及其邻井井斜数据

如图8所示，相比邻井，TK915-2井最大井斜为2.35°，同井段井斜均高于TK915-4井，TK915-3井钻井过程中出现井斜偏大甚至超出钻井设计要求。同时开钻邻井DK25-1井，水平距离约2 000 m，在井深4 690 m测多点井斜数据如图8所示，井斜均高于TK915-4井，最大2.17°。

表2 TK915-4井4 797～5 220 m未使用液力推进器井段井斜数据

2.3.3 提速效果

根据甲方统计数据：TK915-4井一开钻进使用PDC钻头＋YTJ型液力推进器组合方式，二开采用螺杆＋YTJ型液力推进器钻具组合方式，在使用过程中均起到了防斜打直、提高机械钻速的目的，钻井周期缩短率达33%。如表3所示，相比同时期开钻的TK915-2井、TK915-3井，相同井眼直径的同井段，使用YTJ型液力推进器后机械钻速最高提高了121.4%。如表3。

表3 TK915-4井使用液力推进器后提速效果数据

3 结论

1） 综合对比TK915-4井不同井段电测数据及邻井测斜数据，可见YTJ型液力推进器可有效起到防斜打直效果，保证钻井施工进度的同时有效提高了井眼质量。

2） YTJ型液力推进器具有600 mm长自由行程段，配合其柔性加压特性，可在钻井施工过程中有效降低甚至消除跳钻危害。从出井钻头状况及邻井对比数据可见，YTJ型液力推进器可在减震的同时有效保护钻头及钻柱，降低钻井事故发生率及钻头使用成本。

3） TK915-4井与邻井起下钻次数的对比数据及甲方所统计的同开钻邻井机械钻速对比数据显示，YTJ型液力推进器可有效减少起下钻次数，提高机械钻速，从而大幅减少非钻进用时，降低钻井成本，有效提高钻井效率及经济效益。

［1］ 北京石油机械厂.YTJ型液力推进器使用说明书［Z］.2013.

［2］ 苏义脑，窦修荣.钻压推加器及其应用［J］.石油钻采工艺，2005，27（3）：79-81.

［3］ 马泽永，姜东哲，楚合川，等.液力加压器使用中的相关问题探讨［J］.石油矿场机械，2010，39（6）：79-81.

Effectiveness Analysis of YTJ Thrusters in Tarim River Oilfield

Reservoirs of the Tarim River oilfield are deeply buried.It is hard and easily inclined in the lower strata where mostly mudstone，sandstone interbedded.To improve ROP and reduce the incidence of drilling accidents in the drilling process of the TK915-4，pendulum BHA with YTJ type hydraulic thrusters was used.Two models YTJ thrusters were used in TK915-4 wells for three times.The application data，as well as a large number of data of adjacent wells，show that，YTJ thrusters can effectively improve ROP，prevent the occurrence of jumping and deviating while drilling，thus reduce downhole accident probability，reducing non-productive time，enhancing economic efficiency.

thrusters；borehole deviation；absorption of shock；rate of penetration

TE921.207

A

10.3969／j.issn.1001-3482.2014.10.018

1001-3482（2014）10-0076-06

2014-03-30

国家科技重大专项“大型油气田及煤层气开发”子课题“煤层气水平井、多分支水平井钻技术”（2011ZX05036－002）

刘希茂（1985-），男，河北东光人，工程师，硕士，主要从事井下工具的技术研究。