TRM涡轮钻具在方13井的试验研究

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摘要：大庆地层硬度高、研磨性强，钻井速度慢，为了钻井提速，在宝一段地层采用俄罗斯钻井研究院生产的trm减速涡轮钻具进行提速试验，本文简单介绍了TRM减速涡轮钻具及参数，并对试验结果进行了分析和效果对比。

关键词：涡轮钻具；提速；牙轮钻头；行星齿轮；钻具组合

中图分类号：TN850.3 文献标识码：A

前苏联的井下动力钻具使用最早,发展最快,技术也最高，前苏联70%以上钻井工作量是用涡轮钻具完成。从20世纪80年代，我国开始自主研发涡轮钻具，国产涡轮钻具的研制从无到有、从弱到强，但还存在一些不尽人意的地方。目前俄罗斯的涡轮钻具已发展到减速器涡轮钻具阶段，西西伯利亚地区几乎全部采用减速器涡轮钻具钻井，使用俄罗斯国产或进口的牙轮钻头。

由于涡轮钻具的优越性，国内一些油田进行了涡轮钻具的应用试验，得到了一定的效果和经验。大庆地层硬度高、研磨性强，钻井速度慢。为了增产提速，2010年大庆油田决定使用涡轮钻具在方13井进行提速试验。方13井是依－舒地堑方正断陷北部凹陷大林子次凹的一口预探井，设计井深3800m，目的层位于达一段、新安村+乌云组、基岩潜山。三开钻至2330m，机械钻速4.7m/h，地层为宝一段粉砂岩及灰色砂质砾岩，该区深层地层倾角较大，地层倾角15.4°，宝一段及以下地层易发生井斜。甲方使用左邦公司提供的俄罗斯全俄钻井研究院-钻井工具有限公司生产的TRM减速涡轮钻具，于2010年5月在三开宝一段地层实施了涡轮动力钻具+SMD537X牙轮钻头提速试验研究。

1 涡轮钻具介绍

俄罗斯研制生产的TRM减速器涡轮钻具采用一节或多节涡轮节，配置了充油密封保护行星齿轮减速器，减速器上下两端连接开式支承节，高速涡轮(空转转速2000-3000r/min)与一级或二级减速器结合，下部通过弯接头或短节与支承节相连，采用整体充油密封保护，形成一个整体密封的钻具，增加了涡轮使用的可靠性。

TRM减速器涡轮钻具的使用参数如表1所示。

2 涡轮钻具使用情况

2.1 钻头

使用江汉钻头厂生产的SMD超高速马达钻头。

规格：φ215.9牙轮钻头

型号：SMD537X

水眼：18*2+16*1

适应转速：200-400rpm

2.2 钻具组合

φ215.9mm牙轮钻头×0.43m＋φ178mm减速器支撑节×6.18m＋φ178mm涡轮钻具×7.58m+φ178mmSUB（521/410）+φ165mm SUB（4A10/411）+φ165mmSUB止回阀（4A10/4A11）+φ214mmSTB×1.5m＋φ159mm钻铤×9m＋φ214mmSTB×1.5m＋φ159mm钻铤×160m＋φ159mm投入式止回阀+φ127mm加重钻杆。

2.3 钻进参数

表2 钻进参数

2.4 试验情况

涡轮钻具自2010年5月10日13：00下第一支钻头至2010年5月17日起出第三只钻头结束试验共计8天；试验井段2330-2782.93m，累计进尺452.93m，纯钻88.45h，平均机械钻速5.12 m/h，行程钻速2.36 m/h，平均单只钻头进尺150.98m，平均单只钻头纯钻29.48h。涡轮累计使用时间108h。

（1）第一只牙轮钻头试验情况

2010年5月10日10：00，配完涡轮钻具在井口进行测试压降，13：00配完双螺扶钟摆钻具下钻，20：30下至井底开泵循环，22：00涡轮钻进，排量30l/s，先以30kN钻压钻进0.5m，然后逐渐增加钻压优选参数，钻压80kN-90kN，钻进扭矩3.5-4.5kN.m。经计算30L/s井底钻头转速260转/分，加转盘转速，最高转速300转/分左右。钻进16m后螺扶进入新井眼，增大钻压至120kN，扭矩达到4.5-5.2kN.m。经过不断优选参数，确定钻压110-130kN、转速30转/分、排量32L/s、泵压13Mpa、扭矩4.5-5.5 kN.m。2010年5月12日3：00为确保钻头安全，决定起钻检查更换钻头。2010年5月12日13：00起完钻，经检查钻头牙齿齿高磨损3/8，2#轮轴承稍有松动，1#、3#轴承磨损较轻，外径磨损0.2mm，磨损分析Y3Z3J0.2，判断牙轮新度70%，仍可钻进10h左右。涡轮地面检测轴向、纵向间隙0.7mm，运转正常。第一只牙轮钻头使用井段2330-2456.85m，累计进尺126.85m，纯钻24.4h，钻速5.2m/h，岩性砂泥岩互层较多。测斜测深2440m井斜3.03°，涡轮使用时间30h。

（2）第二只牙轮钻头试验情况

2010年5月12日14：00换新SMD537X牙轮钻头，继续下双钟摆钻具组合下钻，22:00下至井底循环，23:30涡轮钻进，转速30转/分，排量32l/s，泵压14Mpa，扭矩4.5-5.5 kN.m。5月13日6：00井深2490m，井段2456-2490m，进尺34m，纯钻5.9h，钻速5.2m/h，岩性为宝一段粉砂岩及泥质粉砂岩，钻压110-130kN。5月13日22:00扭矩波动较大4.5-8.5 kN.m，采用20 kN钻压摩铣井底，扭矩逐渐恢复平稳，继续钻进。5月14日6：00井深2593m，井段2456-2593m，进尺137m，纯钻25.5h，钻速5.2m/h；之上5米钻时较慢，平均20min/m，泥岩较多。5月14日14:00-16:00扭矩再次波动3次，在3.5-8.5 kN.m，后小钻压磨铣正常。5月15日12:00起钻，经检查钻头1#、2#轮卡死，2#轮牙齿磨去4/8，磨损分级Z6Y4J0.2，涡轮纵轴向间隙0.7mm。第二个牙轮钻头使用井段2456.85-2662.22m，进尺205.37m，纯钻40h，钻速5.13 m/h，岩性灰色泥质粉砂岩。测斜2607m井斜3°，涡轮使用48h。

（3）第三只牙轮钻头试验情况

5月15日13:00第三个SMD537X牙轮钻头+涡轮钻具，继续下双钟摆钻具组合，22：00到底循环活动牙轮，钻进0.5m，然后逐渐增加钻压正常钻进。5月16日6:00井深2700m，使用井段2662.22-2700m，进尺37.78m，纯钻8h，钻速4.87 m/h，岩性为砂泥岩互层，扭矩4.2-4.8 kN.m，钻压100-120 kN。5月17日17：00起出钻头轴承磨损正常，崩断17个齿，无旷动现象，磨损分级Y4Z3J0.2；检查涡轮轴向间隙1mm，磨损正常。第三个牙轮钻头使用井段2662.22-2782.93m，井深2782.93m，进尺120.71m，纯钻24.02h，钻速5.03 m/h。测斜2768m井斜2.6°，呈下降趋势，降斜效果较好，涡轮使用时间30h。

3 效果分析

3.1 试验井段平均机械钻速5.12m/h，与方正宝一段以下1000m同层位平均钻速4.03 m/h相比，机械钻速提高27%。

3.2 涡轮下井试验前井斜3.5°，通过钻进450m降斜至2.6°，在不牺牲钻速的前提下，达到了控制井斜，保证井身的质量。

3.3 试验井段2330-2782.93m，累计进尺452.93m，耗时8天，如果用常规转盘钻进，需两只钻头，两趟钻，耗时7天，用涡轮比转盘多用1天时间（根据方正地区宝一段以下牙轮使用情况统计，单只钻头平均进尺240m，平均机械钻速4.03m/h）。

3.4 成本比较

用涡轮成本：钻头成本三只 SMD537，每只8万，共24万元，涡轮租金按每日0.5万元计，8天共4万元，两项共28万元。

常规转盘钻进成本：两只HJT537GK钻头，每只6万元，共12万元。

用涡轮比常规转盘钻进成本增加=（28-12）+1天钻井时间（1天日费）6.5万元=22.5万元。

4 结论与认识

4.1 从涡轮钻具使用上看，钻进中安全稳定，寿命长、承受钻压大，在适合层位利用其高转速可以达到提速目的。

4.2 涡轮钻具高速旋转钻井，能有效地降低井斜。

4.3 在此次试验中，共使用了三只高转速牙轮钻头，涡轮钻具的高速旋转降低了牙轮的寿命，致使钻井成本增大，针对涡轮钻具的转速，还需使用与之匹配的钻头。

4.4 利用其寿命长、抗高温的优势，在缩短整体涡轮长度，增加弯支撑短接，可以在浅层水平井及深层水平井使用，达到一只涡轮钻完水平段的目的。

参考文献

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