新型提速工具在石油鉆井中的應用與實踐

曹利軍 張洪強 楊蘋利（渤海鉆探第五鉆井工程分公司工程技術中心，河北河間 062465）

新型提速工具在石油鉆井中的應用與實踐

曹利軍 張洪強 楊蘋利（渤海鉆探第五鉆井工程分公司工程技術中心，河北河間 062465）

在油田鉆井施工中廣泛應用的高壓噴射、復合鉆井等成熟鉆井技術，使鉆井速度有了一定提高，但由于受地面設備的限制，泵壓也不可能再大幅提高，并且超高壓鉆井會增加相應投入和成本，總體經濟效益不一定好。通過深入分析研究鉆井提速問題，選用適合的井下增壓工具，增加鉆頭的破巖效率，改善井底流場，加速巖屑快速帶離井底，減少巖石的重復破碎，最終實現以較小的投入取得良好的提速效果。應用水力加壓器、自激振蕩式旋轉沖擊鉆井工具、頻率可調脈沖工具提高不同井型的鉆井速度。

提速；水力加壓器；旋沖工具；頻率可調脈沖工具

在推廣應用高壓噴射、復合鉆井等成熟鉆井技術后，鉆井速度有了一定提高，但由于受地面設備的限制，泵壓也不可能再大幅提高，并且超高壓鉆井會增加相應投入和成本，總體經濟效益不一定好。隨著油田勘探開發的不斷深入，定向井、叢式井、大斜度大位移井、水平井、深井越來越多，通過調研實際鉆井情況，發現目前還存在未使用提速工具、鉆井速度慢的問題。因此開展鉆井提速問題的分析研究，針對不同井型、不同層段選用適合的新工具助力提速，以適應市場激烈競爭的需要和實現有效益可持續發展。

1 鉆井提速問題分析與解決對策

在定向井、叢式井中如何選用適合的提速工具以消除對對MWD儀器信號的影響；在不更換機泵設備及增加機泵功率的情況下，如何增加鉆頭噴嘴射流沖擊力，強化射流的脈沖效應，改善井底流場，提高鉆頭的破巖效率；在調整井斜、方位時，如何在使用PDC鉆頭的情況下保持工具面穩定，盡量減少滑動鉆進進尺；如何在不增加鉆鋌及鉆具事故率的情況下，采用井下水力增壓，提高鉆頭對巖石的打擊力。

在水平井、大斜度井定向段應用水力加壓器，深井、中硬地層應用自激式水力旋轉沖擊工具，造斜點在上部的定向井、叢式井應用頻率可調脈沖工具，基本可以滿足不同井型、不同層段都有相應的提速工具，在定向井、叢式井、大斜度大位移井能夠取得較好的提速效果。

2 提速工具的試驗應用

2.1 水力加壓器

2.1.1 工具結構及工作原理

水力加壓器主要由缸體、活塞、芯軸等部分組成，缸體用于連接鉆具并傳遞扭矩、活塞在缸體內滑動、密封并傳遞壓力，芯軸上下分別和活塞、鉆頭相連，將鉆井液壓力傳給鉆頭。開泵循環泥漿時，鉆具內的流體直接作用在活塞端面上，形成推力，推動活塞下行，通過與活塞相連的心軸傳遞推力給鉆頭，鉆頭接觸井底后，此推力即為鉆進時的鉆壓。

2.1.2 工具技術特點

改變了鉆頭加壓方式，把機械式剛性加壓鉆進變為水力柔性加壓鉆進；克服定向井、水平井受到鉆具重力分力、浮力和摩擦阻力的影響，使鉆頭獲得穩定的鉆壓，有效解決定向造斜中“托壓”難題；水力加壓器提高了鉆具的穩定性，平穩加壓防止跳鉆，減震效果好，可以避免鉆頭受到非正常損壞，延長鉆頭和鉆具使用壽命。

2.1.3 應用情況

蘇76-16-10H井在2745-3467m造斜井段試用工具，與鄰井相近井段相比，平均機械鉆速提高78.04%。

2.2 自激振蕩式旋轉沖擊鉆井工具

2.2.1 工具結構及工作原理

自激振蕩式旋沖工具是將水力脈沖與機械沖擊鉆井技術相結合的一種提速工具，工具主要由自激振蕩器和沖擊傳遞桿組成。鉆井液高速流經自激振蕩器，形成水力脈沖作用于沖擊傳遞桿，產生低幅高頻機械沖擊力傳遞至鉆頭，對鉆頭增加5-20KN、40Hz左右的沖擊力，提高鉆頭破巖效果，同時脈沖射流作用于井底，強化井底清洗，改善井底巖石的受力狀況，降低巖石破壞強度。

2.2.2 工具技術特點

由工具水力元件產生的鉆頭沖擊力具有“小振幅、高頻率”的特點，對鉆頭和地層的適應性強；采用優化的自激振蕩式水力元件將調制的水力脈沖轉化為直接作用于鉆頭的機械沖擊力，能量利用效率高，工具壓力損耗小；工具結構簡單，安全性和穩定性高，可滿足施工井長井段安全鉆進的要求。

2.2.3 應用情況

西41-4X井在二開定向增斜段2055-2795米試驗旋沖工具。試驗進尺740m，平均機械鉆速14.65 m/h，較未使用工具的同臺第一口井機速提高54.21%。

2.3 頻率可調脈沖工具

2.3.1 工具結構及提速機理

頻率可調脈沖提速工具包括工具本體、渦輪動力系統、脈沖調制系統和脈沖諧振放大系統。渦輪動力系統鉆井液部分動能轉換成中心軸的旋轉機械能，脈沖調制系統將連續鉆井液流動轉換成間歇流動，即脈沖流動，通過脈沖諧振腔的放大，脈沖頻率不變，幅值將進一步增加，這將有效地提高脈沖射流的破巖能力。

2.3.2 試驗應用情況

路46-61X井試驗井段343—2035m，平均機械鉆速47.66m/ h，試驗井地層、井身結構、造斜點位置與鄰井相近，使用鉆頭一致，機速提高59.13%；該工具具備了與定向MWD儀器配合使用的功能和較高的提速性能。

3 認識和結語

3.1 在不更換設備、不增加地面機泵功率和改變鉆井參數的情況下，通過應用提速工具，在提速提效上可以收到事半功倍的效果。

3.2 應用水力加壓器，可以大大提高大斜度大位移、水平井定向段的機械鉆速。

3.3 應用頻率可調脈沖工具，可以提高定向井、叢式井的鉆井速度。

3.4 應用自激式水力旋沖工具，可以提高在深井、硬地層鉆進的機械鉆速。