影响液动旋冲工具井斜的因素及参数优化

侯 圣

(大庆油田 钻井工程技术研究院，黑龙江 大庆 163413)①

影响液动旋冲工具井斜的因素及参数优化

侯 圣

(大庆油田 钻井工程技术研究院，黑龙江 大庆 163413)①

液动旋冲工具是一种新型的钻井提速工具，钻井效率高，但由于区块地质条件复杂，部分井段出现井斜角难以控制的现象，制约了工具的推广应用。应用Landmark软件对影响井斜的因素进行分析，优选钻具组合及施工参数，并在莺深6井进行应用，取得良好的效果。

液动旋冲工具；井斜；Landmark软件

液动旋冲工具是一种新型的钻井提速工具，具有结构简单、性能可靠、钻井效率高、钻井成本低等优点。在大庆、塔东地区已经广泛应用，平均机械钻速提高50%以上，取得了良好的提速效果。

由于区块地质条件复杂，部分井段出现井斜角过大的现象。本文应用Landemark软件对不同条件下造斜率进行计算对比，选择合理的钻具组合及施工参数，指导钻井施工。

1 结构及工作原理

液动旋冲工具由锤头、盘阀组、传压传扭机构、冲击机构、动力机构等组成，如图1所示。钻井过程中，钻井液通过驱动动力机构，带动盘阀组对锤头做功，从而在钻头周向上产生均匀稳定的高频冲击力，在轴向上产生高频水力加压脉冲，使钻头和井底始终保持连续的高频切削，减少转矩波动，提高钻头切削效率[1-6]。

图1 液动旋冲工具结构

2 现场应用

2015年，液动旋冲工具在塔东区块应用4口井，层位为却尔却克组，总进尺3 686.15 m，平均单趟进尺307.2 m，平均机械钻速提高1.5倍，单趟进尺平均提高5.23倍。例如，在古城16井取得了单趟进尺876 m，单支工具纯钻时间243.35 h的2项突破。与邻井古城8井的施工对比如表1。

表1 古城16井与邻井古城8#施工对比

3 井斜影响因素及优化

Landmark软件作为成熟的石油工程设计软件，在造斜率计算方面，专门设置了Wellplane模块，根据施工井段、转速、入井井斜、钻压[7]和钻具组合等参数，进行造斜率的计算。根据目前工具施工数据统计，假设施工初始井段为3 200 m，转盘转速70 r/min，入井井斜1～5°，钻压30～140 kN，应用Landemark软件对影响造斜率的因素进行计算分析，进而确定合理的钻井参数及钻具组合。

3.1 钻具组合

在相同条件下，对光钻铤、塔式、满眼、单钟摆和双钟摆钻具组合[8]的造斜率进行计算，得到钻具组合与造斜率的关系曲线，如图2。随着钻压的增加，双钟摆、光钻铤和塔式钻具组合造斜率曲线呈上升趋势且造斜率较高，容易发生井斜；满眼钻具组合和单钟摆钻具组合的造斜率曲线平稳且造斜率较低，稳斜效果更好。

图2 钻具组合与造斜率的关系曲线

3.2 入井井斜角

在其他条件一定时，对单钟摆和满眼钻具组合及不同入井井斜角条件下的造斜率进行计算，得到入井井斜角与造斜率的关系曲线，如图3。入井井斜越大，造斜率越大，越容易发生井斜。

图3 入井井斜角与造斜率的关系曲线

3.3 钻压

在其他条件一定时，对单钟摆和满眼钻具组合，不同钻压条件下的造斜率进行计算，得到钻压与造斜率的关系曲线，如图4。钻压越大，造斜率曲线越小，降斜效果越明显；当钻压加至一定值后，造斜率曲线趋于稳定。

图4 钻压与造斜率的关系曲线

3.4 钻铤尺寸

在其他条件一定时，对单钟摆和满眼钻具组合不同钻铤尺寸条件下的造斜率进行计算，得到钻铤尺寸与造斜率的关系曲线如图5。ø165和ø159 mm钻铤造斜率接近，随着钻压的增大，造斜率曲线降低，降斜效果较好；ø178 mm钻铤造斜率相对较高，随着钻压的增大，造斜率曲线基本不变，稳斜效果较好。

图5 钻铤尺寸与造斜率的关系曲线

3.5 扶正器尺寸

在其他条件一定时，对单钟摆和满眼钻具组合不同扶正器尺寸条件下的造斜率进行计算，扶正器尺寸与造斜率的关系曲线如图6。随钻压的增大，210型和212型扶正器均有不同程度的增斜，而214型扶正器呈降斜趋势。

图6 扶正器尺寸与造斜率的关系曲线

3.6 参数优化

以莺深6井为例，该井2 772.04～2 966.79 m井段入井井斜0.7°，采用三螺扶钻具组合。即采用ø215.9 mmPDC+DQY178型液动旋冲工具+ø178 mmDC×1根+ø214扶正器+ø178 mmDC×1根+ø214扶正器+ø178 mmDC×1根+ø214扶正器+ø159 mmDC+ø127 mmHWDP+ø127 mmDP钻具组合，进尺194.75 m后井斜2.5°，造斜率约为0.28 °/30 m。

为保证井身质量，综合考虑钻井速度等因素[9]，通过Landemark软件对钻井参数及钻具组合进行优选，井深2 966.79～3 061.36 m开始，钻压80～100 kN。选用ø215.9BIT×0.24 m+ø178型液动旋冲工具×1.58 m+ø214STB×0.22 m+ø178DC×1.8 m+ø214STB×1.58 m+ø178DC×9.23 m+ø214STB×1.58 m+ø165DC×221.52 m+ø127DP满眼钻具组合。通过对螺扶间钻铤长度的计算，确定螺扶间短钻铤长度为3.06～3.16 m，如图7。最终测得出井井斜2.4°，造斜率约为0.034°/30 m，达到了较好的稳斜效果。

图7 螺扶间钻铤长度与造斜率的关系

4 结论

1) 通过现场施工对比，液动旋冲工具可大幅度提高机械钻速。

2) 通过不同钻具组合条件下的造斜率计算，满眼钻具组合及单钟摆钻具组合的稳斜效果较好。入井井斜、钻铤尺寸和螺扶尺寸与造斜率成正比；而钻压与造斜率成反比。

3) 根据计算优选钻具组合及施工参数来控制井斜，取得了较好的稳斜效果。

[1] 马占云．旋冲钻井：具有生命力的新型技术[N].中国石化报，2005-10-31(3).

[2] 袁新梅，孙起昱，王爱芳，等．旋冲钻井技术及装备的发展现状和展望[J]．石油矿场机械，2007，36(3)：7-10.

[3] 陶兴华．冲击旋转钻井破岩特点分析[J]．钻采工艺，1996(3)：1-3.

[4] 陶兴华，张建龙，曾义金．石油旋冲钻井技术研究及应用[J]．石油钻采工艺，1998，20 (2)：27-30.

[5] 王克雄．冲击旋转钻井技术在石油钻井中的应用研究[J]．石油钻采工艺，1999(5)：5-9.

[6] 刘希圣.钻井工艺原理[M].北京：石油工业出版社，1988.

[7] 李国华，鲍洪志，陶兴华．旋冲钻井参数对破岩效率的影响研究[J]．石油钻探技术，2004，32 (2)：4-7.

[8] 韩来聚，孙铭新，徐济银，等．大倾角地层防斜打快技术[J].石油钻探技术，2001，29(4)：36-38.

[9] 刘伟．四川地区防斜打直新技术的运用[J]．西部探矿工程，2013(7)：93-99.

Well Deviation Impacting Factors and Parameters Optimization of Hydraulic Rotary Percussion Tool

HOU Sheng

(DrillingEngineeringTechnologyResearchInstitute，DaqingOilfield，Daqing163413，China)

As being a new drilling tool，hydraulic rotary percussion tool can increase drilling ability significantly.But some wells have an excess of deviation angle，restraint the using of the tool.To avoid borehole inclination，Landmark is used to analyze the reasons of borehole inclination elements，optimize drilling parameters and combination of drill tool，and achieve positive effect in Yingshen6 well.

hydraulic rotary percussion tool；borehole inclination；Landmark

2016-10-14 基金项目：中国石油天然气集团公司重大科技专项“重大工程关键技术装备研究与应用”之子课题“高效破岩工具”(2013A-B4) 作者简介：侯 圣(1984-)，男，辽宁大连人，工程师，硕士，现从事钻完井工具设计工作，E-mail：houstwj@163.com。

1001-3482(2017)02-0016-03

TE921.2

B

10.3969/j.issn.1001-3482.2017.02.004