張 昕，李曉軍，王 銘，張勝鵬，李夢(mèng)遙，朱偉倫，孟 瀅，張 慧

（1.中國(guó)石油西部鉆探鉆井工程技術(shù)研究院，新疆烏魯木齊830000；2.中國(guó)石油西部鉆探克拉瑪依鉆井公司，新疆克拉瑪依834000）

1 羊塔區(qū)域簡(jiǎn)介

羊塔區(qū)塊所處位置為塔里木盆地塔北隆起羊塔克構(gòu)造帶上。該區(qū)塊白堊系至奧陶系普遍存在一套復(fù)合鹽巖層，埋藏深度較深。其主要巖性為巨厚白色、灰色鹽巖夾褐色膏泥巖，棕紅色、淺棕色、棕褐色膏質(zhì)泥巖，泥巖，發(fā)育石膏，粉砂巖及灰白色、白色鹽巖，泥質(zhì)膏巖，夾欠壓實(shí)的含鹽“軟泥巖″及少量泥質(zhì)粉砂巖，細(xì)砂巖，含膏泥巖互層[1]。目的層巖石硬度高、可鉆性差，尤其小井眼段鉆井參數(shù)難強(qiáng)化，機(jī)械鉆速低、鉆頭壽命短。因此，如何安全、快速、優(yōu)質(zhì)、高效鉆井是本井段的重點(diǎn)與難點(diǎn)。

在白堊系至奧陶系層段，使用常規(guī)PDC+螺桿復(fù)合鉆進(jìn)機(jī)械鉆速偏低，平均鉆速僅機(jī)械2.68m/h，鉆進(jìn)周期較長(zhǎng)，平均為48.5d，約占全井鉆井周期的53%。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況分析，由于鉆井過程中在井下，PDC鉆頭的運(yùn)動(dòng)是極其無序的，包括橫向、縱向和扭向的振動(dòng)及這幾種振動(dòng)的組合，即產(chǎn)生“粘滑效應(yīng)″，該效應(yīng)導(dǎo)致PDC鉆頭出現(xiàn)“蹦齒″以及刀翼損壞現(xiàn)象、頻繁地起下鉆更換鉆頭同時(shí)還會(huì)使得整個(gè)鉆柱產(chǎn)生疲勞損壞[3]。以羊塔X井為例，該井為一口預(yù)探直井，設(shè)計(jì)井深6350m，穿過白堊奧陶系。因此經(jīng)鉆井公司與油田公司相互溝通，決定在四開井段5444.88～6350m（進(jìn)尺905.12m）采用5-7/8″（?149.2mm）鉆頭配合XZ型沖擊提速工具鉆至完鉆井深。

2 XZ型沖擊提速工具在羊塔15井應(yīng)用

2.1 工具工作原理

西部鉆探鉆井工程技術(shù)研究院所獨(dú)立自主研發(fā)的XZ型沖擊提速工具的工作原理為：工作時(shí)，鉆井液由分流機(jī)構(gòu)經(jīng)過節(jié)流噴嘴分流成兩部分：一部分直接到達(dá)鉆頭；一部分流體經(jīng)過分流機(jī)構(gòu)上的分流槽進(jìn)入到鐵砧導(dǎo)流通道，進(jìn)入上部腔室，推動(dòng)配流盤和沖擊錘貼合在一起，形成高壓區(qū)，配流盤和沖擊錘以相同的速度順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，沖擊錘沖擊鐵砧，對(duì)鉆頭產(chǎn)生沖擊。下部腔室與泄流孔相連通形成低壓區(qū)，在壓差作用下，配流盤繼續(xù)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，配流盤和沖擊錘進(jìn)行貼合，高壓流體經(jīng)過芯軸上的導(dǎo)流槽進(jìn)入到下部腔室，形成高壓區(qū)，上部腔室與泄流孔相連通形成低壓區(qū)，在壓差作用下，配流盤和沖擊錘反向旋轉(zhuǎn)，沖擊錘沖擊鐵砧，對(duì)鉆頭產(chǎn)生逆向沖擊作用，如此反復(fù)，如圖1所示，對(duì)鉆頭產(chǎn)生一個(gè)周期的高頻沖擊載荷。

該載荷傳遞到鉆頭上，在鉆頭上增加一個(gè)額外的沖擊力矩，使鉆頭產(chǎn)生均勻穩(wěn)定的高頻沖擊力，完全改變了PDC鉆頭的運(yùn)動(dòng)形態(tài)，高頻地切削地層，緩解或消除PDC鉆頭鉆深部硬地層時(shí)存在的“粘滑″現(xiàn)象，從而大幅度提高機(jī)械鉆速。

圖1 沖擊提速工具結(jié)構(gòu)工作原理圖

2.2 XZ型沖擊提速工具獨(dú)有特點(diǎn)

XZ型沖擊提速工具更具有以下幾點(diǎn)獨(dú)有特性：

（1）沖擊頻率更高、沖擊扭力更大。

（2）運(yùn)動(dòng)部件少。

（3）采用流體產(chǎn)生高低壓腔驅(qū)動(dòng)沖擊錘。

（4）采用復(fù)雜動(dòng)力學(xué)環(huán)境下的迷宮式超薄液膜金屬動(dòng)密封技術(shù)，有效解決了該工具高溫高壓強(qiáng)振動(dòng)下密封的技術(shù)難題。

（5）關(guān)鍵部件表面噴涂、焊接硬質(zhì)合金，更耐沖蝕，提高使用壽命。

（6）現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)最優(yōu)化配置技術(shù)，節(jié)流機(jī)構(gòu)的內(nèi)置、易更換設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)沖擊力和沖擊頻率的可調(diào)。

（7）負(fù)壓流場(chǎng)整流降磨抗沖蝕控制機(jī)構(gòu)通過抽吸作用改變工具內(nèi)部流體流場(chǎng)分布，減緩了零件沖蝕，大幅提高了工具的使用壽命。

（8）具有渦流自清洗功能的環(huán)形固相過濾機(jī)構(gòu)使大直徑固相顆粒進(jìn)入芯軸，阻止其經(jīng)分流槽進(jìn)入啟動(dòng)倉(cāng)，滿足循環(huán)堵漏要求。

（9）采用最優(yōu)化沖擊錘導(dǎo)流通道角度設(shè)計(jì)技術(shù)，增大啟動(dòng)區(qū)域錘體初始推動(dòng)力，提高工具的扭轉(zhuǎn)沖擊效能。

2.3 XZ型沖擊提速工具性能參數(shù)

XZ型沖擊提速工具已達(dá)到的技術(shù)主要指標(biāo)：①?zèng)_擊頻率：680～1500次/m in；②扭向沖擊力矩：610～1600N·m；③系統(tǒng)壓降：1～3MPa；④工具使用壽命：大于150h；⑤提速：50%以上，工具外徑?121mm，內(nèi)徑?24mm，總長(zhǎng)為630mm，上下接頭扣型：上API 3-1/2″IF下API3-1/2″REG，適合井眼尺寸：?146.4mm/?152.4mm/?165.1mm。

2.4 XZ型沖擊提速工具在羊塔15井施工的提速效果

XZ型沖擊提速工具在塔里木油田羊塔區(qū)塊羊塔X井共入井2次。

2.4.1 第一趟鉆

該工具入井前在井口進(jìn)行了進(jìn)行了循環(huán)測(cè)試，工具運(yùn)轉(zhuǎn)正常，測(cè)試壓降為1.5MPa，排量15L/s，于16：00下鉆到底，并進(jìn)行鉆進(jìn)，鉆頭使用新疆帝陛艾斯5-7/8″SF64H 3型6刀翼單排齒PDC鉆頭鉆進(jìn)，水眼組合為(3個(gè)22/32″水眼)。

鉆具組合為：?149.2mmPDC+?121mmXZ型沖擊提速工具+311×NC35配合接頭+浮閥+?120mm鉆鋌×7柱+?88.9mm加重鉆桿+?127mm鉆桿。

工具鉆進(jìn)井段：5468.2～6082.48m，進(jìn)尺614.28m；工具入井時(shí)間：254h，井下工作時(shí)間：221.7h，純鉆時(shí)間：140.1h，平均機(jī)械鉆速：4.38m/h。

鉆井工作參數(shù)：鉆壓40～80kN，泵壓21～23MPa，轉(zhuǎn)速60～80r/m in，排量15～17L/s，密度1.40～1.45g/cm3。

提鉆原因：工具使用時(shí)間到，井隊(duì)測(cè)斜井斜過大，更換鉆具組合[8]。

2.4.2 第二趟鉆

第二趟鉆時(shí)，XZ型沖擊提速工具井口測(cè)試正常后入井，測(cè)試壓降為1.5MPa，排量15L/s，鉆頭繼續(xù)使用新疆帝陛艾斯5-7/8″SF64H 3型6刀翼單排齒PDC鉆頭，于16：00下鉆到底，并進(jìn)行鉆進(jìn)。

鉆具組合：?149.2mmPDC+?121mm扭沖+311×NC35配合接頭+浮閥+?120mm鉆鋌×2根+? 145mm扶正器+?120mm鉆鋌×19根+?88.9mm加重鉆桿+?127mm鉆桿。

工具鉆進(jìn)井段：6082.48～6273m，進(jìn)尺190.52m；工具入井時(shí)間：303h，井下工作時(shí)間：212.2h，純鉆時(shí)間：152.3h，平均機(jī)械鉆速：1.25m/h。

鉆井工作參數(shù)：鉆壓20～30kN，泵壓22～25MPa，轉(zhuǎn)速60～80r/m in，排量14～16L/s，密度1.40～1.45g/cm3。

提鉆原因：鉆遇復(fù)雜地層，下部地層易漏。

2.4.3 與鄰井機(jī)械鉆速比較

相鄰井英買力30井基巖段鉆頭及機(jī)械鉆速情況匯總?cè)缦拢?/p>

XZ型沖擊提速工具在羊塔X井第一趟鉆完成進(jìn)尺614.28m,純鉆時(shí)間140.1h,工作時(shí)間196.2h,平均機(jī)械鉆速4.38m/h。第二趟入井井深6082.48m,鉆至井深6082.48m，井隊(duì)測(cè)斜井斜過大，更換鉆具組合，第二趟鉆主要采用小鉆壓吊打的鉆進(jìn)方式，排量比第一趟鉆低1～2L/s,井隊(duì)第二趟鉆完成進(jìn)尺190.52m,純鉆時(shí)間152.3h,工作時(shí)間212.2h,平均機(jī)械鉆速1.25m/h。

本井XZ型沖擊提速工具總共工作了2趟鉆，總進(jìn)尺804.8m，總純鉆時(shí)間292.4h，總平均機(jī)械鉆速2.75m/h，總機(jī)械鉆速是鄰井英買力X井的3.09倍。同時(shí)，從第一趟、第二趟鉆起出的鉆頭來看，鉆頭新度達(dá)到80%以上，說明XZ型沖擊提速工具還起到了良好保護(hù)鉆頭的作用。鄰井英買力X井5-7/8″井眼段共使用了23個(gè)PDC鉆頭完成進(jìn)尺1024m，至少進(jìn)行了23趟鉆。

綜上所述，羊塔X井所使用的XZ型沖擊提速工具相比鄰井PDC+螺桿明顯提高了鉆進(jìn)效率，大大節(jié)約了鉆井成本，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和時(shí)間效益。

3 結(jié)論及建議

（1）XZ型沖擊提速工具提速技術(shù)在保證井身質(zhì)量的同時(shí)極大地提高了機(jī)械鉆速和鉆頭壽命，提速效果顯著，該技術(shù)對(duì)羊塔區(qū)塊白堊系至奧陶系地層具有良好的適應(yīng)性，建議推廣使用，但必須做好防泥包等相關(guān)配套工作；

（2）建議結(jié)合鄰井地質(zhì)分析對(duì)比，綜合周期及工具使用成本多方面因素考慮奧陶系桑塔木組等其它組是否能使用“沖擊提速工具+PDC鉆頭″技術(shù)：若泥巖段較長(zhǎng)，灰?guī)r段較短，建議使用；反之則不建議使用；

（3）建議根據(jù)地層巖性、研磨性等相關(guān)因素選擇和調(diào)整相應(yīng)鉆頭類型,加強(qiáng)與沖擊提速工具配合的PDC鉆頭優(yōu)選工作。