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国外涡轮钻具技术新进展(一):Neyrfor涡轮钻具,钻速2.66m/h,共钻284.4m,节省了至少3周时间
发布时间:2020-12-03 16:38:19
来源:油媒方
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摘要:随着非常规油气资源的开发,特别是超深层、高温高压等复杂地层资源的开采,以及钻头技术的不断进步,涡轮钻具因具备高转速、耐高温和振动小等特点而得到大规模推广应用,且提速效果显著。论述了涡轮钻井的最新技术成果,重点介绍了国外几家典型公司———法国Neyr-for公司、俄罗斯VNIIBT-DrillingTools公司和美国HalliburtonSperry公司的涡轮钻具关键技术,从涡轮钻具的发展特点、不同种类涡轮钻具的创新设计及基本参数、减速器涡轮钻具的研发、涡轮钻具复合钻井技术和典型应用案例等5个方面,对国外涡轮钻具的研究进展进行了综述。


一、Neyrfor公司常规涡轮钻具

Neyrfor公司常规涡轮钻具的创新设计包括扶正器和可调弯外壳部分,用于定向造斜、垂直和旋转导向钻井。全金属同心旋转主轴驱动系统可使钻头具备更高的旋转速度,动力部分的平衡设计使其具有较好的振动控制特点,可减少底部钻具组合的失效和钻头的磨损,从而使涡轮钻具获得极高的机械钻速。


由于钻头的高速旋转,相对于螺杆钻具,涡轮钻具钻出的井眼连续平滑,加上扶正器后,极大地减少了钻头的横向运动,并使狗腿度降至最低,从而获得了高质量的井眼,同时也极大地降低了出现螺旋形井眼的风险。


图1为螺杆钻具和涡轮钻具所钻井眼示意图。


图1  螺杆钻具和涡轮钻具所钻井眼示意图


Neyrfor公司常规涡轮钻具具有较高的钻井效率,传动寿命也得到了延长,运行时间可达800h。其方位控制、连续稳定的工具界面和较好的随钻测量信号为优质井眼提供了保障,可最大限度地降低高温高压油气井应用过程中出现井下工具故障的风险。


Neyrfor公司常规涡轮钻具结构如图2所示,主要由动力部分、可替换扶正器和FBS定向支承节或可转向支承节组成。目前该工具有外径分别为73.2、85.9、120.7、168.4、127.0、184.2和241.3mm等7种规格。


图2  Neyrfor公司常规涡轮钻具


二、Neyrfor公司新型Delta高性能定向涡轮钻具

Neyrfor公司新型Delta高性能定向涡轮钻具(见图3)是第2代导向涡轮钻具,主要应用于弯曲井段、水平井和长稳斜段定向钻井。这种新型涡轮钻具是同类产品中弯角距离钻头最短的工具,并配有专用的扶正器及安装位置设计软件,增强了钻头的能量传递,从而改善了井眼清洁状况。


与Neyrfor公司常规涡轮钻具相比,新型Delta涡轮钻具弯角与钻头距离更短,可获得更小的井眼轨迹曲线半径,缩短在水平和切线段钻进时的轨迹修正时间,从而增加目标区域的进尺。


图3  Neyrfor公司新型Delta高性能定向涡轮钻具


为了消除常见的涡轮钻具高速钻进时低切削深度的左漂趋势,Neyrfor公司新型Delta高性能定向涡轮钻具配备了专门设计的耐磨模块,在轴承外壳与井眼接触的同时不会增加与底部钻具组合损坏的风险,减小了滑动钻进比例,从而提高了总的机械钻速,节约了钻井时间。


表1和表2分别列出了Neyrfor公司Delta系列120.7和168.3mm涡轮钻具的基本技术参数。


表1  Neyrfor公司Delta系列120.7mm涡轮钻具基本参数


表2  Neyrfor公司Delta系列168.3mm涡轮钻具基本参数


三、Neyrfor公司TTT过油管涡轮钻具

Neyrfor公司TTT过油管涡轮钻具除了具备Neyrfor常规涡轮钻具转速高、扭矩小和振动轻等优点外,还在欠平衡压力环境、酸化环境、气液两相系统以及高温生产系统中表现优异,全金属结构使这些涡轮钻具系统耐高温、耐腐蚀。


目前Neyr-for公司TTT涡轮钻具有54.0和73.0mm两种直径规格,在任何井下条件下均可为不同类型的钻井流体提供最佳机械动力,如标准动力(T1)、扩展动力(T1XL)和双动力(T2)。


这些高性能涡轮钻具在额定速度下可产生54.4kW的功率,与常规螺杆钻具相比,Neyrfor公司TTT涡轮钻具多产生37.3kW的功率图4为Neyrfor公司TTT过油管涡轮钻具。


图4 Neyrfor公司TTT过油管涡轮钻具


表3列出了Neyrfor公司TTT过油管54.0和73.0mm涡轮钻具的基本技术参数。


表3  Neyrfor公司TTT过油管54.0和73.0mm涡轮钻具基本参数


四、主要技术优势

1、动力部件和轴承部件


Neyrfor公司涡轮钻具的全金属结构和同心旋转特点可以使传动轴有更高的旋转速度,动力部分的平衡设计具有较好的振动控制特点,可减少底部钻具组合的失效和钻头的磨损,从而使涡轮钻具产生高的机械转速。


Neyrfor公司可提供3种叶片型号———MK1、MK2和MK3,以满足不同的现场工艺需求。其动力部件(见图5)包括4个径向轴承,由高温硅胶和超高温全金属组成,具备良好的耐高温性能。此外,PDC止推轴承的负载均分设计和钛合金钻杆的设计(见图6)可减少振动和噪声,从而避免钻井液对井下测量工具脉冲信号的干扰。


图5  Neyrfor公司涡轮钻具动力部件


图6  Neyrfor公司涡轮钻具PDC止推轴承和钛合金杆


2、扶正器设计


Neyrfor公司新型Delta扶正器采用简化的螺旋缠绕设计,在减小与井筒接触面积的同时也加宽了叶片。对扶正器的前缘和后缘旋转角度进行了优化,选定最佳方向角,可将钻压转移到钻头上,同时减少垂向滑动。同心驱动系统加上特定的定向扶正器,使井眼的表面粗糙度降到最低,提高了井筒评价性能,降低了套管下入、生产封隔器下入和固井等方面生产事故的风险。


Neyrfor公司新型Delta扶正器与标准工业扶正器相比具有更大的流动面积和更小的表面接触面积(见图7),有助于大角度定向井的钻井液流动和井眼清洁。目前可用的规格为有120.7、168.3和241.3mm等3种。


图7  Neyrfor公司常规扶正器和Delta扶正器


五、典型应用案

由Neyrfor公司涡轮钻具和Smith钻头组成的钻进系统创下了非洲钻进记录———用215.9mm的孕镶钻头钻进了713.2m。


在第1轮作业中,井底钻具组合由152.4mm的NeyrforTSXL涡轮钻具和215.9mm的SmithK503动力学孕镶金刚石钻头组成。


最初以小钻压钻进,进行钻头型面造型,然后逐渐增加钻井参数到最高机械钻速,直到贯穿AEB地层至底下4287.0m,钻头一直以极高的转速保持着最高的机械钻速。中间进行了一次修泵,最终钻穿AEM和 Khataba 地层至4897.2m,并保持 2.68m/h 的机械转速钻进了 713.2m ,创造了在非洲使用215.9mm 孕镶钻头钻井的新纪录。


在第2轮作业中,第2套Neyrfor涡轮钻具和215.9mm的SmithK507动力钻头组成的钻具组合下入井中,进行钻头型面造型,再次以小钻压开始钻进,然后增加钻井参数至最高机械钻速。从Khataba地层的4897.2m钻进至5181.6m的涡轮钻具,钻速为2.66m/h,共钻284.4m,节省了至少3周的钻井时间。


本文作者:冯定,刘统亮,王健刚,张红,章由油媒方整理发布,内容不做商用,仅用于技术交流,如有侵权,请联系小编,欢迎业内朋友投稿交流,共同传播油气创新知识。


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