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摘 要：我国部分油田地层钻速低，严重制约了钻井效率。俄罗斯是世界上最早研发及推广使用涡轮钻具的国家，具有成熟的生产各种型号涡轮钻具的能力。文章分析了俄罗斯涡轮钻具的发展，将俄罗斯涡轮钻具在我国的部分地区进行了应用，并分析了使用效果，总结了俄罗斯涡轮钻具技术优势分析，对我国部分油田钻井提速提效提供了新的手段。
关键词：俄罗斯；涡轮钻具；发展；优势
中图分类号：TE921 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）15-0073-02
涡轮钻具是一种液动马达，涡轮壳体里面装有多级成对的涡轮定转子，工作时钻井液在泵的作用下首先进入涡轮定子，涡轮定子使钻井液具有一定的方向和速度进入涡轮转子，涡轮转子使钻井液的水力能量转变为涡轮钻具输出轴驱动井底钻头的转动机械能。涡轮钻具转速范围大，可使用牙轮钻头、PDC钻头和各类孕镶金刚石钻头；涡轮钻具定转子使用寿命长，存放时间不受限制；耐高温和高压，适用于高温高压井。涡轮钻具克服了螺杆钻具的缺点，是深井、超深井、高研磨性、高抗压强度、高温地层的有效提速手段。高转速滚动轴承牙轮钻头和滑动轴承牙轮钻头已成功用于深井钻进；孕镶金刚石钻头以微剪切和研磨联合作用方式破碎岩石，通常与高速涡轮钻具（转速>800 rpm）配合使用，用于钻进深部致密难钻地层、研磨性高的地层及软硬交错地层。涡轮动力钻具复合钻井技术具有明显的优势。涡轮钻具所有都是金属件、不受高温及高压限制，高速大扭矩、振动性低，具有输出动力强、转速高的优点。孕镶金刚石钻头具有无活动件、高抗研磨性、地层适应性强、入井作业时间长等特点。适宜于深井和高温环境下作业，对油基钻井液不敏感，能适应在高密度的钻井液中工作。涡轮钻具具有一定的降斜作用。
1 俄罗斯涡轮钻具的发展
20世纪20年代后期前苏联开始研发涡轮钻具，1923年研制成功，到20世纪50年代，前苏联取得了一大批有价值的理论研究成果，使涡轮钻井技术成为前苏联重要的钻井方法。几十年来，前苏联通过对涡轮钻具的性能与结构不断进行完善，基本上满足了现场钻井工艺要求，涡轮钻井技术的钻井进尺占到了总钻井进尺的80%以上。现代涡轮钻具采用专门形状、精密铸造的叶片，有很高的动力特性；采用多级支撑和高耐磨性的止推轴承，使其可靠性大为提高；配上减速接头可与牙轮钻头和PDC钻头配用。其生产的涡轮钻具种类多，适用范围广，可在8 1/2〞井眼使用的类型就多达14种。新型金刚石钻头和高速三牙轮钻头等的快速发展，也为涡轮钻井技术的发展提供了巨大推动力。
2 俄罗斯涡轮钻具在我国的应用
俄罗斯7-2/3〞T1-195C涡轮，在212.7～215.9 mm及241.3 mm井眼使用，推荐排量28～34 l/s，该型号的涡轮是不带减速器的。涡轮的最大寿命可以达到1 200 h，但轴承节部分要求使用200 h就应该起钻检查、维修。该型号涡轮适应于高温180 ℃，高压140 MPa，密度2.0 g/m3的井下复杂条件。172减速涡轮钻具总长14.365 m，总重2 135 kg，涡轮节直径Ф172 mm，减速器直径Ф178 mm，下部输出轴接头扣型为430，可直接与钻头相接；上端扣型为520，需通过一个扣型为521*4A10的短接头与短钻铤相接。T1-195性轴承节式涡轮钻具设计用于215.9 mm直径钻头，井底温度达120℃的油气井钻进，动力液用钻井水或钻井泥浆最大密度为1.50 g/m3，若钻井泥浆密度大于1.50 g/m3，涡轮钻具操作稳定会受到影响。泥浆可以为水基泥浆，或含油品不得超过10%的油基泥浆。
目前国内某油田12井区4 500～6 500 m井眼钻井时间约50～60 d，占全井钻井时间的2/3，目前采用的螺杆+PDC的钻井方式，在二叠系以上地层，总的提速效果是比较明显的。由于该井段地层含有砾石等容易破坏PDC钻头的地层，使得PDC钻头应用效果不很稳定，起下钻换钻头次数较多，影响整个钻井的效率的进一步提高。通过试验验证涡轮+孕镶金刚石钻头的钻井方式，对某油田白垩系巴什基奇克组以下地层深井段提高钻速的潜力，即能够提高钻井速度或提高单只钻头进尺，减小钻头用量，将对整个某油田12井区深井段提高钻井效率、缩短钻井周期起到重要的作用。采用俄罗斯7 2/3〞高速涡轮+孕镶金刚石钻头钻至二叠系顶界，可以继续钻进则穿过二叠系地层，并且钻尽可能多的井段。每钻进500 m或2 d做一次短起下钻，以修刮井壁。
3 俄罗斯涡轮钻具技术优势分析
3.1 输出功率的技术优势
相近尺寸的涡轮钻具加减速器时，与螺杆相比，在排量和密度相近的情况下，输出的扭矩几乎一样，但涡轮的压降比螺杆大一半还多。相近尺寸的涡轮钻具无减速器时，与螺杆相比，输出的扭矩只有一半，但涡轮的压降比螺杆大1/3。寿命方面。涡轮节的寿命长，可达1 000 h，但与之配合的减速节只有180～200 h，需要起钻检修，实际上涡轮带减速器时，单次运行时间和螺杆相当。涡轮带减速器时，与螺杆相比没有明显的优点，性价比更差。这就是SMITH不做减速器的原因。
3.2 转盘转速的技术优势
带减速器时，涡流比螺杆大1～2倍，也可以做成一样的转速。当涡轮不带减速器时，转速比螺杆大很多倍。涡轮的优点就是高转速，在井下复杂的情况下，如高温、高压、高密度、地层不均质的条件小，使用性能相当比较稳定。同时，涡轮的寿命远远高于螺杆。涡轮钻具+减速器，转速可以在150～400 rpm之间，比螺杆大，机械钻速应该比现在的螺杆复合钻快，但对PDC的要求就高，而TK1293井并没有见到好的效果。
3.3 复合钻井的技术优势
采用现有的钻井方式（PDC螺杆复合钻或转盘钻）尽量钻近二叠系，然后换俄罗斯7-2/3〞高速涡轮+孕镶金刚石钻穿过二叠系地层，并且钻尽可能多的井段。在继续钻速与目前持平的情况下，如果能提供行程进尺，减少起下钻时间，甲方是可以接受的。采用俄罗斯72/3〞高速涡轮+孕镶金刚石钻头钻至二叠系顶界，可以继续钻进则穿过二叠系地层，并且钻尽可能多的井段。而二叠系以上地层，相对较软，目前的钻井方式，平均机械钻速已经达到5.5 m/h左右，最高可达7～11 m，该方案钻速肯定低于目前的平均水平，而且该井段钻头容易泥包。
4 结论及建议
①加强内锥耐磨性。钻头内锥采用特殊的几何形状，并布置PDC布齿，加深钻头的内锥深度，改变钻头中心部位岩石的应力状态，提高了钻头中心的切削效率，进而增加钻头中心的耐用性。
②针对深井特点，增加固定喷嘴，保证岩屑携带，防止金刚石的烧损。调整孕镶配方，既要防止胎体冲蚀，又要保证金刚石出刃。
参考文献：
[1] 杨世奇.涡轮钻井技术的新进展[J].石油大学学报，2002，（3）.
[2] Dergach，N.D.Drilling results with turbo-drills with RM-195 pressure regulators at super deep wells，Scientific and technical conference on perfecting methods of searching[J].prospecting，and developing petroleum deposits，1982，（13）.
[3] 冯定.涡轮钻具复合钻进技[J].石油钻采工艺，2007，（3）.
[4] 陈天成.涡轮钻井技术适应性分析与应用探析[J].钻采工艺，2010，（6）.
[5] 郭元桓.涡轮钻具在高陡构造的应用及展望[J].石油钻探技术，2002，（6）.
关键词：俄罗斯；涡轮钻具；发展；优势
中图分类号：TE921 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）15-0073-02
涡轮钻具是一种液动马达，涡轮壳体里面装有多级成对的涡轮定转子，工作时钻井液在泵的作用下首先进入涡轮定子，涡轮定子使钻井液具有一定的方向和速度进入涡轮转子，涡轮转子使钻井液的水力能量转变为涡轮钻具输出轴驱动井底钻头的转动机械能。涡轮钻具转速范围大，可使用牙轮钻头、PDC钻头和各类孕镶金刚石钻头；涡轮钻具定转子使用寿命长，存放时间不受限制；耐高温和高压，适用于高温高压井。涡轮钻具克服了螺杆钻具的缺点，是深井、超深井、高研磨性、高抗压强度、高温地层的有效提速手段。高转速滚动轴承牙轮钻头和滑动轴承牙轮钻头已成功用于深井钻进；孕镶金刚石钻头以微剪切和研磨联合作用方式破碎岩石，通常与高速涡轮钻具（转速>800 rpm）配合使用，用于钻进深部致密难钻地层、研磨性高的地层及软硬交错地层。涡轮动力钻具复合钻井技术具有明显的优势。涡轮钻具所有都是金属件、不受高温及高压限制，高速大扭矩、振动性低，具有输出动力强、转速高的优点。孕镶金刚石钻头具有无活动件、高抗研磨性、地层适应性强、入井作业时间长等特点。适宜于深井和高温环境下作业，对油基钻井液不敏感，能适应在高密度的钻井液中工作。涡轮钻具具有一定的降斜作用。
1 俄罗斯涡轮钻具的发展
20世纪20年代后期前苏联开始研发涡轮钻具，1923年研制成功，到20世纪50年代，前苏联取得了一大批有价值的理论研究成果，使涡轮钻井技术成为前苏联重要的钻井方法。几十年来，前苏联通过对涡轮钻具的性能与结构不断进行完善，基本上满足了现场钻井工艺要求，涡轮钻井技术的钻井进尺占到了总钻井进尺的80%以上。现代涡轮钻具采用专门形状、精密铸造的叶片，有很高的动力特性；采用多级支撑和高耐磨性的止推轴承，使其可靠性大为提高；配上减速接头可与牙轮钻头和PDC钻头配用。其生产的涡轮钻具种类多，适用范围广，可在8 1/2〞井眼使用的类型就多达14种。新型金刚石钻头和高速三牙轮钻头等的快速发展，也为涡轮钻井技术的发展提供了巨大推动力。
2 俄罗斯涡轮钻具在我国的应用
俄罗斯7-2/3〞T1-195C涡轮，在212.7～215.9 mm及241.3 mm井眼使用，推荐排量28～34 l/s，该型号的涡轮是不带减速器的。涡轮的最大寿命可以达到1 200 h，但轴承节部分要求使用200 h就应该起钻检查、维修。该型号涡轮适应于高温180 ℃，高压140 MPa，密度2.0 g/m3的井下复杂条件。172减速涡轮钻具总长14.365 m，总重2 135 kg，涡轮节直径Ф172 mm，减速器直径Ф178 mm，下部输出轴接头扣型为430，可直接与钻头相接；上端扣型为520，需通过一个扣型为521*4A10的短接头与短钻铤相接。T1-195性轴承节式涡轮钻具设计用于215.9 mm直径钻头，井底温度达120℃的油气井钻进，动力液用钻井水或钻井泥浆最大密度为1.50 g/m3，若钻井泥浆密度大于1.50 g/m3，涡轮钻具操作稳定会受到影响。泥浆可以为水基泥浆，或含油品不得超过10%的油基泥浆。
目前国内某油田12井区4 500～6 500 m井眼钻井时间约50～60 d，占全井钻井时间的2/3，目前采用的螺杆+PDC的钻井方式，在二叠系以上地层，总的提速效果是比较明显的。由于该井段地层含有砾石等容易破坏PDC钻头的地层，使得PDC钻头应用效果不很稳定，起下钻换钻头次数较多，影响整个钻井的效率的进一步提高。通过试验验证涡轮+孕镶金刚石钻头的钻井方式，对某油田白垩系巴什基奇克组以下地层深井段提高钻速的潜力，即能够提高钻井速度或提高单只钻头进尺，减小钻头用量，将对整个某油田12井区深井段提高钻井效率、缩短钻井周期起到重要的作用。采用俄罗斯7 2/3〞高速涡轮+孕镶金刚石钻头钻至二叠系顶界，可以继续钻进则穿过二叠系地层，并且钻尽可能多的井段。每钻进500 m或2 d做一次短起下钻，以修刮井壁。
3 俄罗斯涡轮钻具技术优势分析
3.1 输出功率的技术优势
相近尺寸的涡轮钻具加减速器时，与螺杆相比，在排量和密度相近的情况下，输出的扭矩几乎一样，但涡轮的压降比螺杆大一半还多。相近尺寸的涡轮钻具无减速器时，与螺杆相比，输出的扭矩只有一半，但涡轮的压降比螺杆大1/3。寿命方面。涡轮节的寿命长，可达1 000 h，但与之配合的减速节只有180～200 h，需要起钻检修，实际上涡轮带减速器时，单次运行时间和螺杆相当。涡轮带减速器时，与螺杆相比没有明显的优点，性价比更差。这就是SMITH不做减速器的原因。
3.2 转盘转速的技术优势
带减速器时，涡流比螺杆大1～2倍，也可以做成一样的转速。当涡轮不带减速器时，转速比螺杆大很多倍。涡轮的优点就是高转速，在井下复杂的情况下，如高温、高压、高密度、地层不均质的条件小，使用性能相当比较稳定。同时，涡轮的寿命远远高于螺杆。涡轮钻具+减速器，转速可以在150～400 rpm之间，比螺杆大，机械钻速应该比现在的螺杆复合钻快，但对PDC的要求就高，而TK1293井并没有见到好的效果。
3.3 复合钻井的技术优势
采用现有的钻井方式（PDC螺杆复合钻或转盘钻）尽量钻近二叠系，然后换俄罗斯7-2/3〞高速涡轮+孕镶金刚石钻穿过二叠系地层，并且钻尽可能多的井段。在继续钻速与目前持平的情况下，如果能提供行程进尺，减少起下钻时间，甲方是可以接受的。采用俄罗斯72/3〞高速涡轮+孕镶金刚石钻头钻至二叠系顶界，可以继续钻进则穿过二叠系地层，并且钻尽可能多的井段。而二叠系以上地层，相对较软，目前的钻井方式，平均机械钻速已经达到5.5 m/h左右，最高可达7～11 m，该方案钻速肯定低于目前的平均水平，而且该井段钻头容易泥包。
4 结论及建议
①加强内锥耐磨性。钻头内锥采用特殊的几何形状，并布置PDC布齿，加深钻头的内锥深度，改变钻头中心部位岩石的应力状态，提高了钻头中心的切削效率，进而增加钻头中心的耐用性。
②针对深井特点，增加固定喷嘴，保证岩屑携带，防止金刚石的烧损。调整孕镶配方，既要防止胎体冲蚀，又要保证金刚石出刃。
参考文献：
[1] 杨世奇.涡轮钻井技术的新进展[J].石油大学学报，2002，（3）.
[2] Dergach，N.D.Drilling results with turbo-drills with RM-195 pressure regulators at super deep wells，Scientific and technical conference on perfecting methods of searching[J].prospecting，and developing petroleum deposits，1982，（13）.
[3] 冯定.涡轮钻具复合钻进技[J].石油钻采工艺，2007，（3）.
[4] 陈天成.涡轮钻井技术适应性分析与应用探析[J].钻采工艺，2010，（6）.
[5] 郭元桓.涡轮钻具在高陡构造的应用及展望[J].石油钻探技术，2002，（6）.