加强型复合冲击器在渤海潜山地层钻井中的应用.pdf

勘探开发 172 2023年第9期近年来，随着渤海油气勘探程度的不断提高，勘探不断向深层迈进，勘探井深进一步加深1。渤海区域潜山地层发育，深部地层地质结构较为复杂。潜山目的层地层岩性为花岗片麻岩，可钻性差，机械钻速较低、单只钻头进尺普遍较短，造成钻井周期普遍较长、作业成本高，严重影响了油田开发的经济效益2。因此，如何提升钻头抗研磨性和抗冲击性成深层潜山地层高效钻井发展的技术瓶颈。为提高深部潜山地层钻井作业效率，提出在保持现有较大冲击力的情况下，设计双冲击锤结构，以提高复合冲击器的冲击性能，增强了 PDC 钻头抗研磨性，提升了钻头使用寿命。1 提速堵漏钻具组合1.1 复合冲击器提速机理使用常规钻具组合钻进时，PDC钻头吃入地层后，破岩应力需要上部钻具能量积累超过临界破岩应力，才能剪切破岩，然后能量瞬间释放，反映到钻台面上就是扭矩大幅波动，钻进过程中存在stick-slip（粘滑）现象3；复合冲击器通过内部冲击锤将将泥浆水力能量转化为高频、稳定的周向冲击和轴向冲击能量4，为钻头提供了高频稳定的冲击力，使破岩应力迅速达到地层被剪切的临界应力，大幅提高了PDC剪切效率；破岩应力和扭矩波动小，有利于钻头在井底均匀切削，消除了常规钻具下PDC钻头所受的瞬间极高应力，让钻头受到的应力更均匀、更平稳，从而延长了PDC钻头的使用寿命，增加了单只钻头的工作进尺。图1 复合冲击器提速工作状态示意图因此，复合冲击器可以提供额外的复合冲击能量，增加钻头破岩效率，提高机械钻速；还可以消除钻进过程中的stick-slip现象，有利于钻头均匀切削，从而延长钻头使用寿命，增加单只钻头进尺，也减少了起下钻次数，缩短钻井周期，节约钻井成本；使用复合冲击器时，扭矩波动平稳，减轻钻柱疲劳破坏，也可以有效保护地面钻井设备。1.2 加强型复合冲击器优化设计冲击类提速工具提速效果取决于冲击扭矩和加强型复合冲击器在渤海潜山地层钻井中的应用王旭1 张磊2 李林波2 邸毅峰2 李文龙21.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司 天津 3004522.中海石油（中国）有限公司天津分公司 天津 300459摘要：渤海油田潜山花岗岩地层可钻性差，机械钻速较低、单只钻头进尺普遍较短。为提高潜山地层的钻进效率，对复合冲击器进行了优化设计，设计了双冲击锤结构，以提高复合冲击器的冲击性能。现场应用表明，使用优化后的复合冲击器可以提高冲击频率，大幅提高机械钻速，且能有效保护钻头，具有较大的推广前景。关键词：渤海油田 加强型复合冲击器 结构优化 提速A p p l i c a t i o n o f R e i n f o r c e d C o mp o s i t e I mp a c t o r i n B o h a i O i l f i e l d B u r i e d H i l l F o r ma t i o n D r i l l i n gWa n g X u1，Z h a n g L e i2，L i L i n b o2，D i Y i f e n g2，L i We n l o n g21.Tianjin Branch of CNOOC Ltd.，Tianjin 3004592.CNOOC EnerTech-Drilling&Production Co.，Tianjin 300452Abstract：The drillability of the granite formation in the buried hill of the Bohai Oilfield is poor，the ROP is low，and the footage of a single bit is generally short.In order to improve the drilling efficiency of the buried hill formation，the composite impactor was optimized，and the double impact hammer structure was designed to improve the impact performance of the composite impactor.The field application shows that the use of the optimized composite impactor can increase the impact frequency，greatly increase the ROP，and can effectively protect the drill bit，which has a great promotion prospect.Keywords：Bohai Oilfield；reinforced composite impactor；structure optimization；speed increase 173 勘探开发2023年第9期冲击频率。为了提高复合冲击器的破岩效率，对复合冲击器结构进行了优化：采用双锤设计，如下图所示，增加冲击力比原来的冲击力提高1倍以上；采用宽大流道设计，实现双向高低压变频转换，形成高频率冲击，宽大流道设计可以提高工具抗冲蚀能力，提高工具使用寿命；优质材料选用和工艺处理，大大延长了工具使用有效寿命。图2 脉冲器结构示意图对复合冲击器进行台架试验，结果如图3所示。215.9mm井眼内，优化后的复合冲击器的冲击频率由17-25Hz提高至23-36Hz，因此，可以有效提高破岩效率。2 现场应用渤海某区域邻近区块太古界潜山地层岩性为花岗岩，通过对几口探井地层抗压强度进行分析，该花岗岩地层抗压强度在18-40kpsi之间，抗压强度高，波动范围大，容易对PDC钻头的切削齿造成前期的冲击破坏，从而降低钻头使用寿命及影响机械钻速。应用效果如下表：1井潜山地层使用常规复合冲击器及配套钻头，2井和5井潜山地层使用加强型复合冲击器及配套钻头，对比整体平均机械钻速，加强型工具提效92.9%，出井钻头如下图，表明使用加强型复合冲击器时的钻头磨损相对较轻，说明加强型复合冲击器提高了对钻头的保护作用。图3 冲击频率对比（上：原复合冲击器，下：加强型复合冲击器）井号尺寸/in型号入井深度/m出井深度/m进尺/m纯钻时间/hr机械钻速/（m/h）磨损特征18.5HPG336MDA2114229918534.9 5.33-2-WT-A-X-I-NO-BHAHPG336MDA2299247217327.9 6.21-2-WT-A-X-I-NO-TQHPG336MDA2472260813630.2 4.50-1-WT-A-X-I-NO-LOGHPG336MDA2608276015220.3 7.51-2-WT-A-X-I-NO-TD646113.3 5.728.5HPG336MDA-186P-321122241.3129.38.0 16.161-1-WT-A-X-I-NO-CPHPG336MDA-186P-32246.3229043.75.0 8.741-1-WT-A-X-I-NO-LOG6HPG336MDA-140P2290248819824.0 8.251-1-WT-A-X-I-NO-TD表1 应用提速效果对比勘探开发 174 2023年第9期原冲击器复合冲击器图4 出井钻头对比3 结论（1）优化设计了双冲击锤复合冲击器，提高了复合冲击器的冲击频率，能够达到提高钻进效率、延长钻头使用寿命的目的，节省了钻井作业成本。（2）现场应用表明，钻头选型相同时，地层机械钻速对比提高了92.9%。（3）针对渤海地区潜山地层，加强型复合冲击器及配套钻头是一种有效的提速提效方案，该型号提速工具可以有效提高潜山地层机械钻速，增加单趟钻进尺，从而降低钻井成本。参考文献1邓建明，马英文.渤海中深层天然气田钻完井关键技术现状及展望 J.石油钻采工艺，2018，40（6）：677-683.2许杰，窦蓬，林海，等.渤中凹陷西南环深层探井钻井难点与技术对策 J.石油钻采工艺，2021，43（2）：177-183.3毛良杰，马茂原，刘立鹏，等.扭力冲击器对钻柱黏滑振动的影响分析 J.断块油气田，2022，29（4）：545-551.4苏崭，王博，盖京明，等.复合式扭力冲击器在坚硬地层中的应用 J.中国煤炭地质，2021，33（5）：47-50.58.5HPG336MDA-186P-31983215116816.0 10.51-0-WT-A-X-I-NO-LOGHPG336MDA-186P-32151242627521.0 13.11-0-WT-A-X-I-NO-TD81474.0 11.0续表16 结论（1）对工作面顶板的水力压裂处理，主要是弱化顶板的完整性，使其在工作面上部围岩关键层随采动影响能够及时垮落，对工作面顶板进行持续压裂，可以降低初次垮落步距及平均来压步距。（2）在3413工作面坚硬顶板定向长钻孔开展分段水力压裂技术研究，三个压裂钻孔单段压力峰值最大达到37.5MPa，单段注水量最大达到36.8m3，单段压裂时长最大达到196min。（3）坚硬顶板定向长钻孔开展分段水力压裂对工作面本煤层及其围岩裂隙发育具有明显促进效果，对3个定向长钻孔及本煤层区域瓦斯抽采效果压裂前后对比分析，得出水力压裂后抽采浓度、纯量均有大幅提升。参考文献1 王向东.高瓦斯矿井水力压裂卸压增透技术研究与应用 J.自动化应用，2020（1）：3.2 冯纬.水力冲孔卸压增透技术在高瓦斯矿井中的应用研究 J.山东煤炭科技，2021，39（7）：4.（上接第2 1 6 页）