扭力沖擊器在塔河油田托普臺的鉆井提速試驗應用

張海軍，彭　勇

（中石化西南石油工程有限公司重慶鉆井分公司新疆指揮部，新疆輪臺841600）

扭力沖擊器在塔河油田托普臺的鉆井提速試驗應用

張海軍*，彭勇

（中石化西南石油工程有限公司重慶鉆井分公司新疆指揮部，新疆輪臺841600）

扭力沖擊器和PDC鉆頭配合使用，目的是提高機械鉆速，達到提速提效的作用。扭力沖擊器給PDC鉆頭提供扭向上的沖擊破碎為主，加以旋轉剪切巖層，它巧妙地將泥漿的流體能量轉換成扭向的、高頻的、均勻穩定的機械沖擊能量并直接傳遞給PDC鉆頭，提供的這種額外的扭向沖擊力完全改變了PDC鉆頭的運作，它是一種每分鐘750～1500次高頻的穩定的力，就相當于每分鐘750～1500次切削地層，使鉆頭和井底始終保持連續性切削。這時候PDC鉆頭上有2個力在切削地層：一個是轉盤提供的扭力，一個是扭力沖擊器提供的力，這時侯鉆桿的扭矩基本是穩定的，鉆桿傳達的扭矩可以完全用于切削地層，而不會浪費。

扭力沖擊器；塔河油田；托普臺；鉆井技術；提速提效

1　扭力沖擊器

扭力沖擊器是加拿大聯合金剛石公司（United Diamond）和阿特拉公司（Ulterra）合作研發的一種新型工具，主要用于PDC鉆頭的輔助破巖。

1.1扭力沖擊器的發展背景

在以往的鉆進過程中，井下PDC鉆頭的運動是極其無序的，包括橫向、縱向和扭向的振動及這幾種振動的組合。這種振動帶來的后果就是損壞PDC鉆頭切削齒，從而影響鉆頭壽命，同時無序的振動亦會導致井眼軌跡的不確定性，影響井身質量。為了減小鉆頭在井下有害振動，消除鉆頭粘滑現象，以此為契機研究開發扭力沖擊器工具。

1.2扭力沖擊沖擊器的作用原理

扭力沖擊器配合PDC鉆頭一起使用，是以扭向上的沖擊破碎為主，加以旋轉剪切巖層，主要作用是在保證井身質量的同時提高機械鉆速。它巧妙地將泥漿的流體能量轉換成扭向的、高頻的、均勻穩定的機械沖擊能量并直接傳遞給PDC鉆頭，使鉆頭和井底始終保持連續性。提供的這種額外的扭向沖擊力完全改變了PDC鉆頭的運作。它是一種每分鐘750～1500次高頻的穩定的力，就相當于每分鐘750～1500次切削地層，使鉆頭不需要等待扭力積蓄足夠的能量就可以切削地層。扭力沖擊器能有效減少橫向、縱向和扭向或幾種組合的有害振動對鉆頭的損傷，使鉆頭工作更平穩延長鉆頭的使用時間，同時鉆桿的傳送的扭矩更穩定的。這時候PDC鉆頭上有2個力在切削地層：一個是轉盤提供的扭力，一個是扭力沖擊器提供的力，并直接給到鉆頭本體上。

1.3扭力沖擊器的優缺點

消除了對鉆井有危害的井下振動，粘滑、彈跳及回轉，有效減少反沖扭力，降低鉆柱上的扭力振蕩，并提供額外的高頻的扭向上的沖擊力，真正的優化實現PDC鉆頭剪切破巖，提高機械鉆速。同時延長PDC鉆頭的工作壽命，減少下部鉆具組合疲勞有效保護鉆具，讓使用PDC鉆頭鉆進更堅硬的巖層變為現實，突破了傳統牙輪鉆頭和PDC鉆頭常規鉆井的瓶頸，減少起下鉆次數，有效縮短鉆井周期。該工具是純機械構造，無橡膠元件，無電子元件，即使工具失效仍然可以按常規方式鉆進。該工具的缺點是其安全時限僅有200h，連續工作時間短。

2　提速地層簡況

新疆塔河油田托普臺區域卡拉沙依組、巴楚組、東河塘組、塔塔埃爾塔格組等地層泥巖段可鉆性低，特別是卡拉沙依組上泥巖、巴楚組下泥使用常規PDC+螺桿復合鉆進機械鉆速偏低，平均鉆速僅機械2.68m/h，鉆進周期較長，平均為48.5d，約占全井鉆井周期的53%。因此該區域提高三開井段的機械鉆速是縮短鉆井周期、實現提速提效關鍵。

3　扭力沖擊器在托普臺區域提速試驗應用

3.1托普臺二區TP234X井試驗應用情況

2011年2月在TP234X井試驗應用提速效果顯著，?215.9mm井眼鉆進井段5178.36～6167.84m，使用扭力沖擊器機械鉆速高達7.7m/h，機械鉆速比常規螺桿鉆具提高一倍。

表1　托普臺二區扭力沖擊器與常規螺桿工具機械鉆速對比表

3.2托普臺三區TP337X井試驗應用情況

TP337X井位于塔河油田阿克庫勒凸起西南斜坡部位托普臺三區沙雅縣境內，該區域深部地層卡拉沙依組上泥巖、巴楚組下泥使用常規PDC+螺桿復合鉆進機械鉆速偏低，平均鉆速僅機械2.68m/h。因此TP337X井三開215.9mm井段選擇扭力沖擊器進行鉆井提速實驗，于2013年12月12日下入阿特拉公司扭力沖擊器工具鉆進，12月21日鉆至井深5918m因為扭力沖擊器已經到安全使用時限起鉆，該鉆頭出井僅一個切削齒被磨損，鉆頭出井新度達95%，扭力沖擊器鉆進4889～5918m井段，進尺1029m，純鉆178h，平均機械鉆速5.78m/h，最大井斜1.2°/5908m，鉆遇卡拉沙依組、巴楚組、東河塘組、塔塔埃爾塔格組、柯坪塔格組地層。

鉆進參數：鉆壓40～120kN；轉速60～80r/min；排量29～32L/s；泵壓20～21MPa；

鉆進時泥漿性能：密度1.30～1.33g/cm3，粘度52～55s；

鉆具組合：?215.9mmPDC鉆頭（U516S）+?165mm扭力沖擊器+?159mm DC 1根+?159mm無磁懸掛短節（隨鉆測斜儀器）+?159mm DC 1根+?212mm扶正器1根+?159mmDC22根+?127mmHWDP14根+ ?127mmDP。

現場試驗結果表明，使用扭力沖擊沖擊器可確保PDC鉆頭工作平穩，適用于深部可鉆性低的地層，特別是泥巖段地層提速效果明顯，提高鉆井效率縮短鉆井周期。

表2　TP337X井與鄰井同層位螺桿復合鉆進平均機械鉆速對比表

3.3扭力沖擊器使用技術要點

（1）準備2只完好的鉆桿濾清器；

（2）工具入井前要調整好泥漿性能，確保井壁穩定防止掉塊，降低泥漿含砂量；

（3）確保泥漿泵運轉正常，本井使用工具正常工作排量為24～32L/s；

（4）下鉆過程避免在套管中大排量開泵循環，盡可能減少套管中開泵時間；

（5）若有遇阻井段，要盡量避免長井段劃眼；

（6）下至距離井底10～20m開泵，禁止低排量情況下鉆頭接觸井底，避免井底沉砂堵塞水眼；

（7）造型鉆壓10～20kN，轉速50r/min，造型進尺20cm；

（8）正常鉆進鉆壓40～120kN，一般不超過120kN，轉速50～80r/min；

（9）根據鉆時快慢，及時觀察、判斷工具和鉆頭情況；

（10）觀察返出巖屑，是否有大量掉塊、鐵屑、石英等特殊巖屑，注意觀察鉆井參數；

（11）每個單根需及時清理鉆桿濾清器。

4　結論及建議

（1）扭力沖擊器配合阿特拉公司專用PDC鉆頭提速效果明顯，在深部可鉆性較低的泥巖段優勢非常明顯。

（2）鉆井參數平穩，延長PDC鉆頭使用壽命。

（3）配合隨鉆測斜儀監控井身質量，能進一步解放參數提高鉆井效率。

（4）以上特點確定了扭力沖擊器的應用可以為企業節約成本，提高收益。

（5）該工具需要進一步提高連續工作安全時限，進一步節約成本縮短鉆井周期。

TE2

B

1004-5716（2016）07-0058-03

2015-07-18

2015-07-29

張海軍（1974-），男（漢族），重慶人，工程師，現從事鉆井工程技術及管理工作。