水平井钻磨技术在油田生产中的改进与应用

于吉晖

摘要：为提高水平井钻磨效率，优化钻磨管柱、完善地面配套设施、优选施工参数。形成了一套完整的技术方案：采用Φ150mm六棱钻头+7LZ127螺杆（带Φ146mm扶正器）+Φ121mm液力推进器，流量19L/s，转速180r/min;马达级数5级，马达压降4MPa，扭矩4.7KN·m，钻磨效率高，具有较广泛的应用前景。

关键词：水平井;钻磨;技术方案;效率

1 现状

水平井具有生产井段长、泄油面积大、控制储量高等特点，可实现井间剩余油挖潜，提高区块动用储量。随着油田开发的不断深入，水平井已成为产能建设的重点，开发后期为了有效解决堵水难题，研发了化学分段堵水技术。但是封堵后堵剂会在水平段形成一定距离长度不等的堵塞段。

2 研究内容

2.1钻磨工具的研究与应用

2.1.1大扭矩螺杆钻具

螺杆钻具由传动轴总成、万向轴总成、马达总成和旁通阀总成四部分组成。螺杆马达是钻具的主要部件，螺杆马达的性能参数是螺杆钻具的主要性能参数。

螺杆钻具扭矩与马达压降成正比，螺杆钻具转速与马达流量成正比，所以提高马达压降可增大扭矩，提高马达流量就能提高转速。根据这一工作原理，把Φ100mm螺杆钻改为Φ120mm螺杆钻，流量由最大13L/s提高到19L/s，转速由最高131r/min增大到180r/min;把马达级数由3级增大到5级，马达压降由2.4MPa增大到4MPa，扭矩由1.6KN·m增大到4.7KN·m，扭矩增大两倍。

2.1.2 专用高效磨铣工具

针对特殊磨铣对象，一是引进质量较好的合金材料，提高工具耐磨性和使用寿命;二是改善工具结构，合理布局磨铣齿、水眼、合金位置，通过多次室内和现场试验，设计研发出专用高质、高效六棱钻头。

钻头的耐磨性与切削机理对机械钻速影响较大，不同的钻头在钻磨时的优缺点也各不相同。将三刮刀或平底磨鞋改为六棱钻头，进一步提高钻进速率。六棱钻头侧面是圆柱体六棱，钻头底面半球形，铺焊碳化钨并带有相应利刃，中间三个15mm水眼，缸体最大外径150mm。它具有保护套管、便于排砂、进尺快、强度高、便于加压的优点。

现场应用表明：高效磨铣工具完全满足一口井（最长253m）磨铣施工需求，且表面合金磨损量非常小。与常规磨铣工具相比，钻头寿命大大提高。

2.1.3 液力加压推进器

液力推进器是一种能将螺杆钻具中的马达压降转化为钻压的新型井下工具，液力推力器一般由上接头、活塞、缸体和心轴组成。该工具类似于一个液体弹簧，随着磨铣进程，始终给磨铣工具施加恒定的钻压，提高磨铣作业效率。它有利于克服摩阻，可以施加恒定钻压，起到减震的作用，从而提高钻具的使用寿命。

液力推力器是利用修井液流过钻具马达的压降作用在其活塞上而产生钻压。设活塞面积为S，压力降为△P，则液力推力器产生的钻压为：F=△P?S=4MPa×50cm2=20KN，给予补偿钻压2吨，单缸工作，行程600㎜，外径121㎜，实现钻具均匀加载。

2.1.4专用扶正器

将扶正块改为水平井专用Φ146mm扶正器，保证能够通过大井斜段及水平段;有利于钻压的施加，控制钻头居中。它有沟槽，便于排砂;螺旋设计，减少摩阻，不改变液流方向。

2.2配套地面设施

2.2.1配套连续冲砂装置

该装置利用连续冲砂换向阀、特制自封井口装置及地面三通阀相互协作，实现接单根冲砂管柱时，不停泵连续作业。施工作业每接一根油管，需连接一根连续冲砂换向阀，可实现油管内外液流方向转换;特制自封井口可实现油管与套管的密封，与冲砂换向阀配合，实现油套管与地面之间液流换向;地面三通阀可控制地面液流方向的转换。

2.2.2配套大排量车组

针对大套管上返慢、排量不足的问题，我们采用了一台700型或两台500型水泥车并联循环，排量大，循环彻底干净，一次钻磨到底。

2.2.3配套电磁压力表、电磁流量计

配套了电磁压力表、电磁流量计，可将入井流体泵压、排量直接显示在远程控制器上，可及时判断井下钻磨工具工作状态。

2.2.4配套过滤器

配套过滤器，可将入井流体杂质、脏物清除，降低转子和定子的磨损，防止堵塞保证钻具正常运转。

2.3施工参数

通过开展室内试验得出：当工作压差控制螺杆钻具最大工作压差的60%时，整机效率最高，即：△p=4MPa×0.6=2.4Mpa。

每种型号的钻具都有自身的输入流量范围，只有在此范围内钻具才能有较高的效率，一般应取输入流量范围的中间值为最佳输入流量值。

即：Q=1/2×（6.3L/s+18.9L/s）=12.6L/s

将△p和Q代入扭矩和转速计算公式得出：

Mt=（1/2）△pq=（1/2π）×2.4MPa×6.3L/r=2.4KN·m

nt=60Q/q=（60×12.6L/s）/6.3L/r=120r/min

此时螺杆钻具效率最高。

2.4管柱组合

水平井鉆磨管柱结构优化前为：三刮刀钻头或平底磨鞋+Φ100mm螺杆钻（加焊四个扶正块）+油管，我们对管柱组合进行优化，最后研发出新型水平井钻磨管柱，管柱结构为：Φ146mm扶正器+Φ89mm油管+Φ121mm液力推进器+ Φ120mm螺杆钻（带Φ146mm扶正器）+Φ150mm六棱钻头。

2.5施工工艺

（1）下水平井钻磨管柱。钻磨钻具组合：Φ150mm六棱钻头+7LZ127螺杆（带Φ146mm扶正器）+Φ121mm液力推进器+Φ89mm油管+Φ146mm扶正器+Φ89mm油管。

（2）缓慢下探塞面，开泵循环正常后，下放钻具至塞面。

（3）控制钻压20KN左右，泵压2-10MPa，采用连续冲砂方式钻磨至设计深度。（4）钻磨完毕后，彻底循环干净后起出管柱，按相关方案要求进行下步施工。

3、结论

（1）水平井钻磨技术通过对钻磨管柱优化、地面配套设施完善，施工参数优选，使钻磨效率提升显著，实现了整体工艺创新。

（2）现场应用表明，该技术可一趟钻磨管柱完成长距离堵塞段钻磨作业，具有缩短施工周期、节约作业成本、降低劳动强度等技术优势。

（3）该技术不仅解决化堵措施后水平井段灰塞钻磨难题，而且标志着辽河油田水平井修井技术的阶段性进步，促进修井作业提质提速提效发展。

参考文献：

[1]平恩顺，等.水平井连续油管高效钻磨技术研究[J].钻采工艺，2018，41（5）：56-58，104.

[2]姚凤华，董明.工艺安全管理系统的应用[J].劳动保护，2009（8）：96-97.