北石厂耐高温长寿命螺杆钻具典型应用

北石耐高温长寿命螺杆钻具典型应用北石厂正在承担国家高技术研究发展计划（863计划）项目《耐高温长寿命螺杆钻具研制》，该项目的实施将使我国螺杆钻具在复杂井中的使用寿命以及耐温能力有一个质的飞跃。1.引言2.专题研究3.现场应用及数据分析4.螺杆钻具回厂拆检5.现场应用结论6.几点体会7.鸣谢汇报提纲•鉴于普通螺杆钻具在龙岗地区5000m以后的井段的使用寿命最多不超过70小时的问题。•中石油科技发展部和中石油钻井技术研究院迅速在龙岗前线指挥部成立了“集团公司龙岗地区安全快速钻井项目现场工作组”。•2007年3月26日北石厂接到中石油科技发展部领导从龙岗前指打来的要北石厂尽快研制耐高温长寿命螺杆钻具的电话指令，北石厂立即组织橡胶专业、螺杆钻具机械设计的技术人员以及从事螺杆钻具制造方面的相关人员召开了攻关动员会。•尽管在橡胶领域耐高温和长寿命是一个互相矛盾的命题，会上各路专业技术人员畅抒己见，表示，北石厂针对龙岗也要通过不断创新有所作为。并确立了如下攻关路线：一、引言•连夜派技术人员飞赴龙岗地区，了解地层资料、泥浆体系、井眼规格等第一手资料。•橡胶技术人员根据现场提供的相关资料和信息优选至少两种橡胶配方，并立刻着手橡胶密炼工作。•鉴于北石厂在承担集团公司长寿命螺杆钻具期间已经与国际著名轴承供应商确立了战略伙伴关系，所以责成采购部门立刻启动空运进口轴承事宜。•螺杆钻具机械设计的技术人员要针对龙岗地区特点对发往龙岗的螺杆钻具进行技术上的调整，确保万无一失。•生产人员随时按前线的需求指令保证工期和质量。•销售科及时做好发运工作，安全迅捷把工具运送到指定地点。一、引言定子失效降低马达过盈过盈太大过大马达压降转速过快螺杆马达定子弹性体橡胶收缩橡胶溶涨频繁滞动导致转/定子间打滑降低橡胶的机械性能钻井液*井底温度异物侵入钻压过大过大应变/应力产生后滞热43221二、专题研究换算150F=65.5℃250F=121.1℃350=176.6℃不同钻井液与弹性体配方关系二、专题研究•定子橡胶后滞热失效过程•一定体积的橡胶吸收热量后失效的热能总量是一定的•换言之：耐高温和长寿命是一对矛盾二、专题研究二、专题研究二、专题研究马达最佳过盈试验二、专题研究井底静止温度120℃定子弹性体——HRN丁氰类体系井底静止温度150℃定子弹性体——HSN氰化丁氰类体系井底静止温度高于177℃定子弹性体——THE特殊复合类体系常温常温定子内衬弹性体（ELASTOMER）随井底温度的变化所要求的体系为二、专题研究2008年新研制出了最高耐温210℃定子内衬弹性体（ELASTOMER）二、专题研究在180℃高温拉伸强度变化二、专题研究在180℃高温扯断伸长率变化龙2井位于四川省南充市仪陇县悦来镇柏桦山村4社，作业单位为川钻21队。三、现场应用及数据分析三、现场应用及数据分析从4月25日8时开始正常钻进，钻压50～90kN；排量27L/s；转盘转速为50~60r/min；泥浆密度为1.4g/cm3；钻遇的岩层为嘉陵江组的嘉一段、飞仙关组的飞四段及飞三～一段，岩性为灰色/深褐色灰岩、鲕状灰岩、泥云岩、石膏、泥岩；井底温度为120℃～130℃。5月1日22时30分钻至6115m后，由于钻达目的层位，按要求起钻后进行固井作业。经过短起观察后，于5月4日起钻完毕，螺杆钻具在井口试验，工作正常。该次钻进的井段为5538m~6115m，总进尺为577m，使用时间为155h，纯钻时间为135h，平均钻时为14min/m。上趟钻用转盘钻进的平均钻时为22min/m，使用螺杆钻具进行钻进作业后提高功效36%。三、现场应用及数据分析三、现场应用及数据分析螺杆钻具是从嘉一段开始入井，在之前的转盘钻已经在该地层里钻进了一段，在这里我们可以对同一地层，相同的岩性条件下转盘钻和螺杆钻两种工具的效果作个直接的对比：附表1、附表2分别是现场随钻录井记录的在嘉一段这个层位中用转盘钻和螺杆钻时的机械钻速情况。直接分析这些数据可以得出下表：从上表的分析不难看出，在岩性基本一致的同一层位，螺杆钻与转盘钻相比，机械钻速有了大幅度提升。钻井方式层位总进尺（m）总钻时（min）平均钻时（min/m）转盘钻嘉一段1737722.2螺杆钻234309313.2三、现场应用及数据分析表1转盘钻的机械钻速：层位井深（m）钻时（min/m）层位井深（m）钻时（min/m）嘉一段552122嘉一段553019嘉一段552225嘉一段553122嘉一段552323嘉一段553222嘉一段552422嘉一段553321嘉一段552523嘉一段553419嘉一段552622嘉一段553519嘉一段552727嘉一段553622嘉一段552824嘉一段553722嘉一段552923三、现场应用及数据分析表2螺杆钻的机械钻速：层位井深（m）钻时（min/m）层位井深（m）钻时（min/m）嘉一段553822………………嘉一段553920嘉一段576118嘉一段554013嘉一段57629嘉一段554122嘉一段57639嘉一段554218嘉一段57648嘉一段554314嘉一段57659嘉一段554413嘉一段576616嘉一段554511嘉一段576711嘉一段554613嘉一段576813嘉一段554712嘉一段576915嘉一段554812嘉一段577020………………嘉一段577116三、现场应用及数据分析飞四段57729………………飞四段577310飞四段579218飞四段577419飞四段579322飞四段577515飞四段579416………………飞四段579515飞三～一579618………………飞三～一579719飞三～一610716飞三～一579825飞三～一610813飞三～一579932飞三～一610912飞三～一580020飞三～一611011飞三～一580114飞三～一611111飞三～一580215飞三～一611214飞三～一580317飞三～一611310飞三～一580417飞三～一611414………………飞三～一611515注：由于受篇幅所限，中间大部分数据省去，敬请谅解。三、现场应用及数据分析趋势分析图05101520253055005600570058005900600061006200井深（m）钻时（min/m）螺杆下入点岩性界面嘉一段飞四～飞一段三、现场应用及数据分析155h转盘钻平均钻时三、现场应用及数据分析四、螺杆钻具回厂拆检马达拆检情况马达是螺杆钻具的核心部分，在井下工作过程中，不仅承受钻井液的剧烈冲蚀磨损，在深井中，过高的井底温度也会造成定子橡胶提前老化失效。经过6000米深井下155h的连续工作，该套螺杆钻具的定子橡胶及转子表面电镀层基本完好，试验压力在出厂时设定的正常范围内。四、螺杆钻具回厂拆检万向轴拆件情况万向轴的作用是把上部马达转子的偏心运动转化成下部传动轴的定轴运动，是传动结构中必不可少的一环，在现场使用中万向轴在钻井液环境中不断承受剧烈的冲蚀摩擦。经过井下155h的连续工作，该套螺杆钻具的万向轴轴体活瓣的割缝径向间隙增量仅为1.74～2.44mm。四、螺杆钻具回厂拆检TC轴承TC轴承的作用是承载马达转子的偏心运动、万向轴轴体的摆动及传动轴的定轴旋转产生的径向力，在井下工作时会受到钻井液的冲蚀磨损。经过井下155h的连续工作，该套螺杆钻具上下TC轴承工作副的磨损总量只有0.15mm止推轴承止推轴承在螺杆钻具中的作用主要是承载加在钻头上的钻压。在井下工作过程中也会受到钻井液的冲蚀磨损。经过井下155h的连续工作，该套螺杆钻具的止推轴承组的轴向游隙经测量仅为1mm(出厂时为0.8mm)。•耐高温螺杆钻具的使用，为龙2井提升机械钻速、提高钻井效率有明显效果，具有很好的推广价值•北石耐高温螺杆钻具在龙2井的成功应用，把螺杆钻具的使用井深由5000米级推进到了6000米以上级•螺杆钻具在龙2井上的成功应用，创造了国内螺杆钻具的两项新纪录：–国内螺杆钻具使用井深最深（新疆解放128井为5330米）–国内高温井使用耐高温螺杆钻具时间最长五、现场应用结论五、现场应用结论五、现场应用结论龙岗10井高温螺杆钻具型号为C5LZ165×7.0G（编号为Z0709204-2）的螺杆于10月13日在井口试验正常后入井，于10月14日02:50下至井底5243.77m，层位嘉四段，10月25日12:50正常钻进至井深5950m（四开完），10月26日起出螺杆（起钻前螺杆工作正常）。此只螺杆总使用时间275:00小时，纯钻时间270:00小时，进尺706.23m。大庆徐深1平1井高温螺杆钻具大庆徐深1平1井，使用北京石油机械厂C5LZ216X7.0－DW螺杆钻具在800米～3600米井段使用，循环温度40℃～100℃，其中一套纯钻128小时、另一套使用142小时。施工井队70150队。大庆升深平1井，使用北京石油机械厂C5LZ172X7.0－DW螺杆钻具在2600米～3700米井段使用，井温100℃～110℃，其中一套纯钻77小时、另一套使用139小时。施工井队50111队。吉林长深平1井高温螺杆钻具高温井段为3380m~4366m,井温130℃～135℃，总进尺986m。龙岗2井：使用井段6115米，使用时间155小时完钻，井温120℃。龙岗11井：使用井段5222米，使用时间183小时，井温120℃。龙岗10井：使用井段5950米，使用时间275小时完钻，井温122℃。新疆大北3井：使用井段6582米，使用时间89小时完钻，井温130℃。大庆徐深平1井：使用井段3600米，使用时间142小时，井温100℃大庆升深平1井：使用井段3700米，使用时间139小时，井温110℃。吉林油田的长深平1井：使用井段3380～4366米，使用时间95天，井温130～135℃。五、现场应用结论耐高温螺杆钻具很好地满足了深井和超深井钻井提升机械钻速、提高钻井效率的需求，具有很好的推广价值。北石耐高温螺杆钻具的成功应用，把螺杆钻具的使用井深由5000米级推进到了6500米以上级。高温螺杆钻具产品目前已形成系列。五、现场应用结论五、现场应用结论•高温螺杆钻具不适合在常温井使用•常温螺杆钻具不适合在高温井使用所以对井底温度的掌握要尽量准确六、几点体会六、几点体会延长定子使用寿命的现场措施1.鉴于一定体积的橡胶类弹性体吸收热量后失效的热能总量是一定的，所以尽量让其避免不必要的高温有助于其延长工作寿命。2.根据第一条件，螺杆钻具下到井底时，要尽快开泵循环钻井液（气），以降低弹性体的热能积聚。3.充分循环钻井介质（推荐循环1.5~2小时）以后，方可正常钻进。六、几点体会三种弹性体的成本计价分别为：HRN：HSN：HTE＝1：2.5：10所以从井身设计开始供方需要与现场及时交流和沟通以便选择经济合理的弹性体配方。最高耐温120℃150℃210℃七、鸣谢七、鸣谢耐高温长寿命螺杆钻具的研制开发得到了集团公司科技发展部及钻井工程技术研究院领导和相关研究所的大力支持，在工业应用中得到四川石油管理局、西南油气田分公司、大庆钻探、吉林钻探等的通力支持与合作；特别在此一并表示感谢！谢谢各位专家和领导！