涡轮提速技术

1、涡轮钻井提速技术涡轮钻井提速技术兰德集团兰德集团-LandyLandy Group Groupp钻井面临的难点钻井面临的难点p涡轮钻井技术的优势涡轮钻井技术的优势p涡轮钻井技术涡轮钻井技术p涡轮工具在兰德公司的应用涡轮工具在兰德公司的应用p应用条件及前景应用条件及前景一、钻井面临的难点一、钻井面临的难点 随着钻井深度越来越深，机械钻速明显下降随着钻井深度越来越深，机械钻速明显下降：岩石孔隙度降低，可钻性差；高的泥浆密度增加了井底压持效应；大直径井段加深，水力、机械破岩能量不足；井深结构复杂，下部井段采用小井径井眼，钻速慢。 频繁的起下钻，非生产时间长，钻井效率频繁的起下钻，非生产时间长，钻井效

2、率低。低。（建井周期长，钻井成本高） 常规钻具和牙轮或者常规钻具和牙轮或者PDC钻头配合，机械钻速低，钻头寿命钻头配合，机械钻速低，钻头寿命短。短。 特别是西部地区50007000m的深井和超深井数量不断增加，深井钻井过程中遇到的复杂情况增多，钻井速度明显下降，同时钻井成本也急剧增加，这直接影响到油田的勘探开发速度和成本。二二、涡轮钻井技术的优势、涡轮钻井技术的优势u 可以提高机械钻速，大幅度缩短钻井周期。可以提高机械钻速，大幅度缩短钻井周期。u 提高提高钻具稳定性能，保护钻具及井下工具。钻具稳定性能，保护钻具及井下工具。u 配合配合孕镶金刚石钻头，提高单只钻头寿命及进尺，减少起下钻孕镶金刚石

3、钻头，提高单只钻头寿命及进尺，减少起下钻时间时间，与与牙轮钻头钻进相比较，平均涡轮钻井单趟钻进可节约牙轮钻头钻进相比较，平均涡轮钻井单趟钻进可节约5-6次起下钻。次起下钻。u 减少减少钻井液对储层的浸泡时间，有利于保护和发现油气层。钻井液对储层的浸泡时间，有利于保护和发现油气层。u 可可提供良好的井眼条件，有利于提高固井和完井质量。提供良好的井眼条件，有利于提高固井和完井质量。u 涡轮钻井涡轮钻井技术是高研磨性地层提高钻井速度的有效技术，有利于加快油技术是高研磨性地层提高钻井速度的有效技术，有利于加快油气田勘探开发进程。气田勘探开发进程。三三、涡轮钻井技术、涡轮钻井技术涡轮原理在几百年前已存在

4、(如风车), 现在也广泛应用于航空器和发电厂等领域1873年美国就公布了用井下马达给钻头提供动力的技术专利，这个专利比钻转钻井专利早11年。19世纪20年代后期涡轮钻具在俄罗斯开始开发，在1924年成功将涡轮钻具应用到钻井中。1956年法国Neyrpic（目前Sii-Neyrfor公司的前身）公司最先取得俄罗斯工具的生产许可,首次在西方钻井中使用。Neyrfor、Preussag、Dresser、Christensen和其他的一些公司开始生产涡轮钻具，但Neyrfor公司一直占据市场主导地位。1982年Neyrfor公司首次在油田定向井中推广使用定向钻井系统，大大减少了起下钻次数，降低了成本。

5、1992年先进的PDC轴承、平衡鼓和弯筒技术引进到涡轮钻具中，PDC轴承的使用使涡轮钻具适应超高温的钻井环境，平衡鼓大大提高了涡轮的效率，弯筒技术大大提高了钻井定向的能力。2002年低速、大扭矩齿轮系统的开发大大扩展了涡轮钻具的应用优势发展史发展史三三、涡轮钻井技术、涡轮钻井技术三三、涡轮钻井技术、涡轮钻井技术现场可更换的稳定器现场可更换的稳定器现场可更换的稳定器现场可更换的稳定器现场可更换的稳定器现场可更换的稳定器轴承部分轴承部分涡轮涡轮动力第一部分动力第一部分涡轮涡轮动力第二部分动力第二部分涡轮工具现场组合涡轮工具现场组合 - - 涡轮涡轮动力第动力第1 1，2 2，3 3部分任意部分任意

6、组合组合+ + 1 1套套轴承轴承结构原理结构原理移动盘固定盘垫环移动盘前轴承前轴承稳定器迷宫环止推轴承可调弯筒挠性轴钻头母扣稳定器三三、涡轮钻井技术、涡轮钻井技术结构与原理结构与原理三三、涡轮钻井技术、涡轮钻井技术结构与原理结构与原理向下推力转子叶片盘定子叶片盘泥浆流组配的单级马达转子叶片盘定子叶片盘涡轮本体马达部分涡轮驱动轴和百勤涡轮有什么区别？和百勤涡轮有什么区别？三三、涡轮钻井技术、涡轮钻井技术Mk#1 叶轮叶轮稳压性叶轮稳压性叶轮Mk#2 叶轮叶轮标准压力型叶轮标准压力型叶轮Mk#3 叶轮叶轮高压力剖面型叶轮高压力剖面型叶轮, 适用于欠平衡钻井适用于欠平衡钻井钻井液通过两级叶轮钻井液

7、通过两级叶轮第一级第一级第二级第二级三三、涡轮钻井技术、涡轮钻井技术结构与原理结构与原理三三、涡轮钻井技术、涡轮钻井技术轴向推力轴向推力旋转旋转扭扭 矩矩结构与原理结构与原理三三、涡轮钻井技术、涡轮钻井技术结构与原理结构与原理涡轮钻具叶片的设计原理定子(上)和转子(下)尾流状态图等同于飞机机翼的原理,利用涡流在叶片两面产生的压差来使转子发生转动,压差的大小和叶片的形状和进入涡轮叶片的角度相关MK1是恒压降型,不管驱动轴的转速有多快,叶片产生的压降不变,这是三种叶片中效率最高的,主要应用在直井钻井中MK2是压降变化型,地面压力随着驱动轴转速的降低而减小,它的工作效率比MK1稍低,但是给司钻的提供

8、了更多的钻头运转状况的反馈信息,主要应用在定向井钻井中MK3和MK2同属于压降变化型,但是比MK2结构性能加强了,从而可以用在高压、大排量的环境中三三、涡轮钻井技术、涡轮钻井技术结构与原理结构与原理涡轮钻具和容积式液动马达 对比三三、涡轮钻井技术、涡轮钻井技术结构与原理结构与原理涡轮钻具和容积式液动马达 对比三三、涡轮涡轮钻井钻井技术技术不稳定的容积式马达能够使钻头产生过多的横向运动，从而导致井眼质不稳定的容积式马达能够使钻头产生过多的横向运动，从而导致井眼质量非常差，出现螺旋形井眼量非常差，出现螺旋形井眼稳定的涡轮钻具带有长保径的母扣钻头，这极大地减少了钻头的横向运稳定的涡轮钻具带有长保径的

9、母扣钻头，这极大地减少了钻头的横向运动，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动，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风险特点与优势特点与优势特点与优势特点与优势三三、涡轮涡轮钻井钻井技术技术用涡轮钻具时的颤动性用容积式马达时的颤动性三三、涡轮涡轮钻井钻井技术技术特点与优势特点与优势定向钻井稳定的工具面控制能力提离井底时工具面提离井底时工具面提离井提离井底底时工时工具面具面反向反向扭矩扭矩 波波动动扭矩扭矩适用于高温井和超高温井的环境 涡轮钻具可适用的最高循环井下温度： 260C定子和转子叶轮定子和转子叶轮全金属径向轴承全金属径向轴承PDC材质轴向

10、止推轴承材质轴向止推轴承三三、涡轮涡轮钻井钻井技术技术特点与优势特点与优势三三、涡轮涡轮钻井钻井技术技术结构与原理结构与原理涡轮钻具和容积式液动马达 对比温度温度寿命寿命井下振动井下振动工具面稳定工具面稳定性性螺杆120175150hr极大4590涡轮260800hr非常小510使用要求使用要求三三、涡轮涡轮钻井钻井技术技术1.1. 选对地层：选对地层：火成岩、花岗岩，致密胶结砂岩、含砾石地层以及软火成岩、花岗岩，致密胶结砂岩、含砾石地层以及软硬交错冲击性强的地层硬交错冲击性强的地层等，地层研磨性强，抗压强度等，地层研磨性强，抗压强度20000psi20000psi以以上，普通牙轮和上，普通牙

11、轮和PDCPDC机械钻速机械钻速0.50.51.01.0米米/ /小时左右。小时左右。2.2. 井队配合：钻井泵，循环管汇长时间井队配合：钻井泵，循环管汇长时间在在3030MPaMPa左右工作；司钻操作左右工作；司钻操作要精细。要精细。3.3. 选选对钻头：适应对钻头：适应80080012001200转转/ /分钟，仅孕镶金刚石钻头和分钟，仅孕镶金刚石钻头和孕镶孕镶PDCPDC钻头钻头适合。适合。孕孕镶金刚石钻头镶金刚石钻头三三、涡轮涡轮钻井钻井技术技术8 ” K507QTBPXXC 孕孕镶钻头切削结构是由天然镶钻头切削结构是由天然金刚石砂、人造金刚石颗粒金刚石砂、人造金刚石颗粒、碳化钨粉末以

12、及粘合剂（、碳化钨粉末以及粘合剂（钴、镍等稀有金属）浇注而钴、镍等稀有金属）浇注而成成。 具有极高具有极高的的抗抗研磨研磨性和耐性和耐久久度。度。 特别适特别适合合于具有挑于具有挑战性的火战性的火成岩成岩、花岗岩，致、花岗岩，致密胶结砂密胶结砂岩、含砾石地层以及软硬交岩、含砾石地层以及软硬交错冲错冲击性强的地层。击性强的地层。涡轮钻井配套的钻头孕镶钻头孕孕镶金刚石钻头镶金刚石钻头三三、涡轮涡轮钻井钻井技术技术史密斯孕镶金刚石钻头 专利技术支撑的品质保证专利技术支撑的品质保证GHI孕镶齿金刚石镶嵌工艺铸造工艺加强性的耐磨与保径设计孕孕镶金刚石钻头镶金刚石钻头三三、涡轮涡轮钻井钻井技术技术孕镶钻头

13、金刚石颗粒大小和密度软地层软地层超硬地层超硬地层金刚石颗粒大金刚石颗粒大机械钻速高机械钻速高抗研磨性好抗研磨性好钻钻头寿命长头寿命长中硬地层中硬地层涡轮涡轮+ +孕镶孕镶四四、涡轮工具在兰德公司的应用涡轮工具在兰德公司的应用 2010年减速涡轮：年减速涡轮：2010年 开始引进俄罗斯减速涡轮，组建涡轮服务队伍2010年9月 塔里木第一口减速涡轮井，哈9-1，进尺376m 2011年减速涡轮：年减速涡轮：2011年04月 塔里木第二口减速涡轮井，哈6-1，进尺370m 2012年高速涡轮：年高速涡轮：2012年04月 塔里木启动涡轮提速科研项目立项2012年12月 塔里木塔中项目部第一口涡轮科研

14、井，TZ169-1H，进尺157m2012年12月 塔里木塔中项目部第二口涡轮科研井，ZG157H，进尺1305m 2013年高速涡轮年高速涡轮2013年10月 塔里木塔中项目部第三口涡轮科研井，ZG10-H1，进尺96m2013年12月 塔里木库车项目部高速涡轮钻井，博孜102井，进尺704m 2014年高速涡轮：年高速涡轮：2014年5月 塔里木库车项目部高速涡轮钻井，克深301井，进尺230米2014年6月 塔里木第一勘探公司，克深209井，进尺105.81米一、涡轮钻井在博孜102井的应用q钻井挑战钻井挑战 在博孜地区含砾硬地层，常规牙轮钻头和钟摆钻具机械钻速低（1米/小时），单趟钻钻

15、井进尺少（最高120米）。 主要以砂砾岩、小砾岩、细砾岩及含砾细砂岩主要以砂砾岩、小砾岩、细砾岩及含砾细砂岩等岩性为主的高研磨性康村组等岩性为主的高研磨性康村组地层地层解决解决方案方案 应用史密斯9 ”涡轮钻具配合使用Smith孕镶金刚石钻头q应用成果应用成果 实现单趟钻进尺384米、320米，平均机械钻速1.73米/小时。单根涡轮进尺704米。涡轮涡轮+ +孕镶孕镶四四、涡轮工具在兰德公司的应用、涡轮工具在兰德公司的应用涡轮涡轮+ +孕镶孕镶四四、涡轮工具在兰德公司的应用、涡轮工具在兰德公司的应用尺寸型号入井井深 出井井深进尺纯钻时间 机械钻速13 1/8”K7054590497438422

16、11.73 13 1/8”K70549745294320185.751.72博博孜孜102102井井 13 13 1/8” K7051/8” K705孕镶孕镶钻头钻头+ +涡轮涡轮涡轮涡轮+ +孕镶孕镶四四、涡轮工具在兰德公司的应用、涡轮工具在兰德公司的应用康康村组（村组（3755375553305330）井段主要为砂砾岩，地层）井段主要为砂砾岩，地层非常难打，非常难打，PDCPDC钻头在本地层容易崩齿，通常使用钻头在本地层容易崩齿，通常使用牙轮钻头进行钻进牙轮钻头进行钻进，贝克休斯的牙轮钻头贝克休斯的牙轮钻头MX-MX-30GDX30GDX在这里用了三个，分别打了在这里用了三个，分别打了12

17、0120米米,66,66米米,59,59米；而米；而国产国产的牙轮厂家川石表现就更差。的牙轮厂家川石表现就更差。成果：成果：史史密斯密斯K705K705孕镶钻头配合涡轮钻具取得了单趟钻孕镶钻头配合涡轮钻具取得了单趟钻384384米，平均机械钻速米，平均机械钻速1.731.73米米/ /小时的优异表现小时的优异表现。与同地层使用的其他钻井方式相比，单趟钻进尺增与同地层使用的其他钻井方式相比，单趟钻进尺增加了加了480%480%，平均钻时，平均钻时3535分钟分钟。博博孜孜102102井井 13 13 1/8” K7051/8” K705孕镶孕镶钻头钻头+ +涡轮涡轮涡轮涡轮+ +孕镶孕镶四四、涡

18、轮工具在兰德公司的应用、涡轮工具在兰德公司的应用二二、克深、克深301301井井 6 6 5 5/8/8” K705” K705孕镶孕镶钻头钻头+ +涡轮涡轮q 钻井钻井挑战挑战主要岩性：以中厚层巨厚层状棕褐、灰褐色中砂岩、细砂岩为主，其次为粉细砂岩、粉砂岩，砂岩中常含泥砾，且局部富集，夹薄层-中厚层状褐色泥岩、粉砂质泥岩。p 解决方案解决方案应用4-3/4”TSXL MK1 138级涡轮钻具 和史密斯 K505孕镶金刚石钻头q 应用应用成果成果在6 5/8“ 井段单只孕镶钻头230米。带一体式涡轮套带一体式涡轮套筒的母扣型钻头筒的母扣型钻头末端公扣型驱动轴末端公扣型驱动轴下下径向轴承径向轴承

19、PDCPDC止推轴承止推轴承钛金属挠性驱动轴钛金属挠性驱动轴下轴承稳定器下轴承稳定器弯外壳弯外壳可调稳定器可调稳定器单级马达单级马达涡轮涡轮止推平衡鼓止推平衡鼓四四、涡轮工具在兰德公司的应用、涡轮工具在兰德公司的应用井号 井段（m）工具 进尺（m）平均钻时（min/m）立压（MPa）钻压（T）排量（L/S）涡轮压耗（MPa）输出马力（KW）克深20566953-6984 常规32217.852410-1214 克深3016953-6984涡轮3231.66291-21410146克深2056984-7017常规33115.96241214 克深3016984-7017涡轮3336.21291-

20、21410146克深2057018-7049常规 32 125.75 24 12 14 克深3017018-7049涡轮3232.06291-214 10 146博孜博孜301301井井 6 6 5 5/8/8” K705” K705孕镶孕镶钻头钻头+ +涡轮涡轮井号井号井眼井眼井段井段临井或此井同井段临井或此井同井段ROP及进尺及进尺使用涡轮后使用涡轮后ROP及进尺及进尺为客户节省费用和周期为客户节省费用和周期备注备注克深克深2-1-148 1/26802-6947.共计145米ROP: 0.45m/h每个钻头进尺约20-30米，预计需6-7个钻头ROP: 2.06m/h.一个钻头钻完145

21、米.纯钻时间72小时节省13天周期节省5-6个钻头起钻进行堵漏作业博孜博孜10213 1/84590-5292共计702米ROP: 0.68m/h.每个钻头进尺约70米，预计约10个钻头，需要56天工期ROP: 1.73m/h.第一趟钻384米第二趟钻318米纯钻时间22天节省36天工期节省费用约500万 克深克深1066 5/87060-7281共计221米ROP：0.4m/h左右预计4-5个钻头，需要工期36天。ROP：1.38m/h.一个钻头完成，用时14.58天节省20天工期，节省费用约300万随钻堵漏2天大北大北201-16 5/85888-6045共计168米 ROP: 0.7m/

22、h.预计3-4个钻头ROP: 2.1m/h.一个钻头完成，用时13天节省7-10天周期，钻头2个左右 克深克深2-1-125 7/865766698共计122.36米 ROP: 1.25 m/h.一个钻头钻完进尺122.36米 因堵漏作业起钻。克深克深3016 5/86844-6946/6952-7080共计230米邻井克深205井ROP：0.62m/h左右ROP: 1.42 m/h.一个钻头钻完进尺230米塔里木油田新技术钻井提质高效第一趟井漏ROP:1.15m/h.第二趟ROP:1.73m/h.克深克深2096 5/86710.16-6809.38共99.22米 ROP: 1.43 m/h

23、. 四四、涡轮工具在兰德公司的应用、涡轮工具在兰德公司的应用Smith Smith 孕孕镶镶钻头钻头+ +涡轮涡轮在塔里木应用情况在塔里木应用情况五五、应用条件及、应用条件及前景前景涡轮钻具应用条件分析涡轮钻具应用条件分析涡轮钻具需要一定的压力损耗以提供足够的能量输出，要求钻井涡轮钻具需要一定的压力损耗以提供足够的能量输出，要求钻井泵具有足够的功率，以保障涡轮钻具需要的水力能量。泵具有足够的功率，以保障涡轮钻具需要的水力能量。涡轮钻具特性需要足够的稳定性，长保径钻头及扶正器的使用要涡轮钻具特性需要足够的稳定性，长保径钻头及扶正器的使用要求具备良好的井眼条件，钻井液应具有良好的携岩能力及护壁性能

24、求具备良好的井眼条件，钻井液应具有良好的携岩能力及护壁性能，提高井壁稳定性，减少井下掉块，以避免蹩跳钻等现象的发生。，提高井壁稳定性，减少井下掉块，以避免蹩跳钻等现象的发生。涡轮作业范围及潜在涡轮作业范围及潜在风险风险(以克深以克深209井为例井为例) 计划涡轮钻进井段为6631米至6690米、6710米至6960米。就涡轮钻井技术而言，本井地质条件复杂，施工过程中不可预见因素较多，面临着井眼尺寸小、裸眼井段深、井温高、环空间隙小、易发生沉沙卡钻和井壁掉块卡钻；涡轮工具下入点离套管鞋距离短（只有21米），绝大部分钻挺在上层套管底部，顶驱转动时，会导致钻头侧向力较大，涡轮工具相对容易发生制动，不能很好的发挥其有效钻进攻击效率，并且钻挺也会碰击套管鞋，增加水泥块掉