塔河工区深部井段硬地层提速技术

　　摘要：提出了塔河工区深部井段硬地层提速技术——旋冲钻井技术。在旋冲钻井技术应用的基础上，对旋冲钻井破岩机理进行了描述，分析了钻压、转速、排量对冲击功、冲击频率的影响，阐述了旋冲钻井工具的工作机理，通过室内试验测试，确定了射流冲击器性能参数，进行了射流冲击器配套PDC钻头优选。针对塔河油田油层埋藏深，地层硬，特别215.9mm井眼，机械钻速低问题，突破性地应用射流冲击器与PDC钻头结合使用，为塔河油田深井钻井提速、提效提供了一种行之有效、安全可靠的钻井新工艺。为旋冲冲击器在塔河油田应用推广打开了广阔的应用前景。

　　关键词：深井射流冲击器PDC钻头

　　目前，塔河工区油层埋藏深，井深普遍超过6000m，穿越多套地层，岩性变化频繁，砂砾岩地层对钻头损伤大，全井裸眼段长，4500m以深井段机械钻速低等难点。深部井段（4500米以深）的泥页岩和泥质砂岩等在上覆地层压力下变得非常致密，不仅密度和硬度增大，而且会从常压下的脆性岩石向塑脆性岩石或硬塑性致密岩石转化，钻头在这种岩石中破碎起来非常困难。

　　一、旋冲钻井技术概述

　　旋冲钻井技术是传统的旋转钻井与冲击钻井相结合的一种钻井方法。就是在旋转钻井的基础上，增加一个冲击器产生的高频冲击作用，通过钻头把周期性的冲击载荷作用在地层上，实现冲击载荷与静压旋转联合作用破碎岩石。由于在钻进过程中施加了高频的冲击载荷，使岩石形成体积破碎，从而提高钻井速度，特别在可钻性级值4级以上、抗压强度大于100MPa的硬地层中钻进效果更佳。

　　实现旋冲钻井的主要工具是液动冲击器，它是一种以钻井液为动力，直接在钻头上施加冲击能，实现冲击载荷与静压旋转联合破岩的工具。目前，中国石化石油工程技术研究院已成功研制了YSC-178型液动射流式冲击器，这种冲击器具有结构简单、性能可靠、启动灵活、工作稳定且冲击载荷可调可控，且循环压差较小（1-2Mpa），使用寿命较长（100小时以上），不工作时相当于一根短钻铤，可继续钻进，满足井下安全需要。不改变原钻具结构，可与井下动力钻具结合使用，特别对于深井硬脆性地层，提速效果明显。

　　二、塔河油田旋冲冲击器结构性能参数确定及PDC钻头选型

　　塔河地区石炭系-奥陶系地层岩石强度及范围：5000psi-29000psi（34-200MPa），变化范围较大，下部井段抗压强度相对较高。拟应用井段地层硬度分级为IADC4-7，地层软硬交错，邻井平均机械钻速2m/h左右。

　　综合考虑塔河油田沙雅区块、托普台区块地层特点和PDC钻头的地层适应性，结合本区块钻井实践，对于石炭系及石炭系以下地层以压实性好的泥岩、灰岩为主，可钻性相对较差，推荐选择中等抛物线型、中等布齿密度、13-16mm复合片、负前角20°或25°的胎体PDC钻头。另外，综考虑PDC钻头配合冲击器使用，钻头须能够承受一定冲击力，采用热稳定性好、特别耐磨、耐冲击的X3齿，单个金刚石复合片可承受60J以下的冲击能。215.9mmFX65DX3PDC钻头采用双排齿设计，后排齿可有效降低载荷波动范围，进一步提高钻头安全。

　　三、旋冲冲击器+PDC钻头在塔河油田S116-3井、TP324井的应用

　　1.S116-3井应用情况