2023年6月，大慶油田鉆井三公司工程開發(fā)分公司30101鉆井隊技術(shù)人員在蒙古國塔木察格區(qū)塊施工期間，針對復(fù)合鉆井技術(shù)應(yīng)用中的關(guān)鍵問題開展技術(shù)革新。該區(qū)塊普遍采用復(fù)合鉆井技術(shù)，配套的測斜工具與常規(guī)測斜工具存在顯著差異，其中作用于螺桿坐鍵接頭的測斜儀器（俗稱“驢蹄子”）在測斜作業(yè)中頻繁發(fā)生卡滯現(xiàn)象，需通過起鉆取出儀器才能繼續(xù)鉆進，且此類問題在復(fù)合鉆井中的發(fā)生率居高不下。通過技術(shù)革新后，到2024年底，在13口井的實驗中實現(xiàn)零卡鉆，平均每口井減少非生產(chǎn)時間17.5小時，鉆井周期縮短2.5%，有效降低了起下鉆風(fēng)險，為區(qū)塊高效施工提供了技術(shù)支撐。
原有技術(shù)痛點分析與問題診斷?
塔木察格區(qū)塊地質(zhì)條件復(fù)雜，復(fù)合鉆井技術(shù)作為提高鉆進效率的關(guān)鍵手段被廣泛應(yīng)用。該技術(shù)通過井下動力鉆具與轉(zhuǎn)盤聯(lián)合驅(qū)動鉆頭作業(yè)，可實現(xiàn)高轉(zhuǎn)速、高扭矩鉆進，但對配套工具的適配性提出了更高要求。測斜儀器作為井眼軌跡控制的核心設(shè)備，其底部“驢蹄子”裝置與螺桿坐鍵接頭的配合精度直接影響施工連續(xù)性。?
現(xiàn)場調(diào)研顯示，原有測斜儀底部“驢蹄子”裝置與測斜儀主體采用硬連接結(jié)構(gòu)，無緩沖設(shè)計，在復(fù)合鉆井高轉(zhuǎn)速、強振動環(huán)境下，儀器與螺桿坐鍵接頭頻繁發(fā)生剛性碰撞（圖1：革新前實物照片）。長期沖擊導(dǎo)致“驢蹄子”裝置變形、磨損加劇，其外形尺寸與坐鍵接頭配合間隙發(fā)生變化，極易造成卡滯。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，2022年該區(qū)塊使用原有裝置施工的20口井中，發(fā)生“驢蹄子”卡鉆事故12起，平均每口井因卡鉆導(dǎo)致的非生產(chǎn)時間達23小時，最長單次處理時間超過36小時，不僅延誤鉆井周期，還增加了起下鉆過程中的井噴、設(shè)備損壞等安全風(fēng)險。?
進一步分析發(fā)現(xiàn)，硬連接結(jié)構(gòu)的缺陷還導(dǎo)致測斜數(shù)據(jù)穩(wěn)定性下降。在振動沖擊下，測斜傳感器易出現(xiàn)瞬時信號中斷，數(shù)據(jù)采集誤差率升高至8%，影響井眼軌跡控制精度。此外，頻繁起下鉆導(dǎo)致泥漿循環(huán)中斷時間延長，井眼凈化效果減弱，部分井段出現(xiàn)井眼縮徑現(xiàn)象，給后續(xù)施工埋下隱患。這些問題成為制約塔木察格區(qū)塊復(fù)合鉆井技術(shù)高效應(yīng)用的主要瓶頸。
圖1：革新前實物照片
測斜儀器緩沖裝置技術(shù)革新與原理設(shè)計?
針對原有“驢蹄子”裝置硬連接缺陷，技術(shù)團隊開展專項攻關(guān)，核心革新思路是在測斜儀與“驢蹄子”之間增設(shè)緩沖結(jié)構(gòu)，通過柔性連接吸收沖擊能量，避免剛性碰撞。該設(shè)計借鑒汽車減震器的工作原理，利用鉆井過程中循環(huán)的泥漿替代減震器中的液壓油，構(gòu)建自適應(yīng)緩沖系統(tǒng)（圖2）。?
圖2：革新后實物照片
緩沖結(jié)構(gòu)主要由活塞、缸體、泄壓孔和復(fù)位彈簧組成（圖2：革新后實物照片）。缸體兩端分別與測斜儀主體和“驢蹄子”裝置連接，內(nèi)部活塞隨沖擊載荷往復(fù)運動。當(dāng)測斜儀器與螺桿坐鍵接頭發(fā)生碰撞時，活塞受壓向缸體內(nèi)部移動，將缸腔內(nèi)的泥漿通過直徑2mm的微小泄壓孔壓出，利用泥漿流動阻力消耗沖擊能量；沖擊載荷消失后，復(fù)位彈簧推動活塞復(fù)位，缸腔通過補液通道從環(huán)空吸入泥漿完成充液，為下次緩沖做好準備。?
結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化通過有限元仿真完成，重點驗證了泄壓孔直徑、活塞行程與緩沖效果的匹配關(guān)系。仿真結(jié)果顯示，當(dāng)泄壓孔直徑為2mm、活塞行程8mm時，可將沖擊加速度從原有硬連接的1500g降至300g以下，沖擊力衰減率達80%，完全滿足儀器抗沖擊要求。同時，緩沖裝置采用高強度合金鋼材質(zhì)，表面經(jīng)氮化處理，硬度達HRC55以上，耐磨性較原有裝置提升3倍，適應(yīng)區(qū)塊高研磨性地層的使用環(huán)境。?
裝配工藝上，緩沖裝置與測斜儀主體采用螺紋連接加定位銷固定，確保同心度誤差不超過0.1mm，避免因偏心導(dǎo)致的附加振動。裝置整體長度控制在150mm以內(nèi)，重量增加不超過1.5kg，不會對測斜儀器的下放深度和靈活性產(chǎn)生影響，完全適配區(qū)塊現(xiàn)有鉆井工具串組合。?
配套技術(shù)優(yōu)化與現(xiàn)場應(yīng)用創(chuàng)新?
2023年6月，在解決“驢蹄子”卡鉆問題的基礎(chǔ)上，鉆井三公司工程開發(fā)分公司30101鉆井隊技術(shù)團隊結(jié)合塔木察格區(qū)塊施工特點，開展多項配套技術(shù)優(yōu)化，進一步提升施工效率與安全性。?
泥漿回收系統(tǒng)革新是降低勞動強度的關(guān)鍵舉措。原有起下鉆作業(yè)中，轉(zhuǎn)盤下方泥漿飛濺問題突出，不僅污染封井器、鉆臺等設(shè)備，還導(dǎo)致泥漿浪費，單日清理耗時超過2小時。技術(shù)人員利用廢舊鐵板焊接制成直徑1.2m的錐形泥漿傘，通過支架固定在轉(zhuǎn)盤下方，傘面坡度設(shè)計為30°，確保泥漿定向?qū)Я鳎煌瑫r加裝DN100mm泥漿管線，將收集的泥漿直接輸送至泥漿罐，實現(xiàn)循環(huán)利用。現(xiàn)場應(yīng)用顯示，該裝置泥漿回收率達90%以上，設(shè)備清潔周期從每日1次延長至每周1次，單井節(jié)約泥漿材料成本約8000元。?
鉆井參數(shù)優(yōu)化通過井下動力鉆具與復(fù)合鉆進參數(shù)匹配實現(xiàn)。技術(shù)團隊建立了“轉(zhuǎn)速-扭矩-排量”動態(tài)調(diào)整模型，根據(jù)不同井段巖性特點實時優(yōu)化參數(shù)：在松散砂巖段采用低轉(zhuǎn)速（80-100r/min）、高排量（30-35L/s）組合，減少井眼垮塌風(fēng)險；在致密泥巖段提高轉(zhuǎn)速至120-150r/min，配合高扭矩螺桿鉆具增強破巖能力。同時建立24小時參數(shù)監(jiān)控機制，通過隨鉆監(jiān)測系統(tǒng)實時采集鉆壓、扭矩、井斜等12項參數(shù)，發(fā)現(xiàn)異常立即停機調(diào)整，確保參數(shù)始終處于最優(yōu)區(qū)間。?
設(shè)備維護保養(yǎng)技術(shù)升級同樣不可或缺。針對區(qū)塊低溫環(huán)境（冬季最低溫度-35℃）對鉆井設(shè)備的影響，技術(shù)團隊對動力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)進行防寒改造：將液壓油更換為低溫抗磨型號，油箱加裝電加熱裝置；對鉆井泵缸套、活塞等易損件采用鍍鉻工藝處理，配合保溫套防護，使設(shè)備冬季故障率下降40%。建立“班前檢查-班中巡檢-班后保養(yǎng)”三級維護制度，關(guān)鍵設(shè)備實行“一備一用”冗余配置，確保施工連續(xù)性。
綜合成效與技術(shù)啟示?
到2024年底，革新成果應(yīng)用取得了較好的經(jīng)濟效益：13口實驗井累計減少非生產(chǎn)時間227.5小時，按鉆井日費2萬元計算，節(jié)約成本約18.96萬元；設(shè)備損耗率降低使維修費用減少12萬元；加之泥漿節(jié)約與效率提升，總經(jīng)濟效益超50萬元。安全方面，全年未發(fā)生因起下鉆導(dǎo)致的人身傷害或井眼事故，安全隱患整改率達100%，實現(xiàn)“零事故、零污染”施工目標。?
技術(shù)革新成果獲甲方高度肯定，鉆井總監(jiān)評價：“別看30101隊是‘新來的’，打出來的井可都是‘免檢產(chǎn)品’”。在年度審核中，團隊施工的4口交井全部獲評“優(yōu)質(zhì)工程”，成為區(qū)塊標桿。蒙古國石油公司已將緩沖式測斜裝置納入推薦技術(shù)目錄，邀請團隊開展技術(shù)交流培訓(xùn)。?
本次攻關(guān)形成三項關(guān)鍵經(jīng)驗：一是堅持問題導(dǎo)向，從現(xiàn)場痛點出發(fā)逆向設(shè)計解決方案，確保技術(shù)實用性；二是注重低成本革新，利用廢舊材料與成熟原理改造設(shè)備，降低推廣門檻；三是強化系統(tǒng)思維，將單一裝置革新與參數(shù)優(yōu)化、流程改進相結(jié)合，實現(xiàn)全鏈條效率提升。這些經(jīng)驗為海外復(fù)雜區(qū)塊鉆井技術(shù)升級提供了可復(fù)制的“大慶方案”。?
塔木察格區(qū)塊的技術(shù)革新實踐證明，基層技術(shù)團隊的創(chuàng)新活力是破解開發(fā)難題的關(guān)鍵。面對海外市場的嚴峻挑戰(zhàn)，唯有持續(xù)深耕技術(shù)、優(yōu)化工藝，才能在復(fù)雜環(huán)境中筑牢發(fā)展根基，為油田海外開發(fā)事業(yè)注入不竭動力。?
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