自激振蕩式旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具在冀中地區(qū)的應(yīng)用

曹利軍 楊順強(qiáng) 陳偉 孟廣喜（渤海鉆探第五鉆井工程分公司工程技術(shù)中心，河北河間062450）

自激振蕩式旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具在冀中地區(qū)的應(yīng)用

曹利軍 楊順強(qiáng) 陳偉 孟廣喜（渤海鉆探第五鉆井工程分公司工程技術(shù)中心，河北河間062450）

自激振蕩式旋沖工具在井下工作時(shí)能夠同時(shí)對(duì)所鉆地層產(chǎn)生機(jī)械沖擊與水力脈沖的作用。該工具適合定向井不同地層、不同井段的應(yīng)用要求，在中硬、硬地層進(jìn)行滑動(dòng)和復(fù)合鉆進(jìn)時(shí)均能顯示提速效果，具有避免鉆頭重復(fù)破碎巖屑和緩解定向托壓的特點(diǎn)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，掌握了該類型工具的結(jié)構(gòu)和配套參數(shù)優(yōu)化方法，對(duì)于提高冀中地區(qū)鉆井速度，解決長(zhǎng)期困擾冀中地區(qū)鉆井生產(chǎn)的定向托壓?jiǎn)栴}有著重要意義。從實(shí)踐中提煉、探索出新的提速方法，形成相應(yīng)技術(shù)規(guī)范，為今后冀中地區(qū)鉆井提速提供參考。

自激振蕩；沖擊鉆井；滑動(dòng)鉆進(jìn)；定向托壓

隨著國(guó)內(nèi)油田不斷降低鉆井成本，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，要實(shí)現(xiàn)較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，就必須利用新型提速工具來(lái)不斷提高鉆井速度。諸如復(fù)合鉆井、高壓噴射、導(dǎo)向鉆進(jìn)等成熟技術(shù)已廣泛應(yīng)用在冀中地區(qū)鉆井實(shí)踐中，使鉆井速度有了明顯提高。為了進(jìn)一步拓展提速空間，加快鉆井速度，我們?cè)诩街械貐^(qū)試驗(yàn)應(yīng)用自激振蕩式旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具（文中簡(jiǎn)稱旋沖工具），該工具能把水力脈沖和機(jī)械沖擊力相結(jié)合，最大限度的提高機(jī)械鉆速，同時(shí)起到減摩、定向防托壓的作用。

1 旋沖工具的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

旋沖工具適合定向井不同地層、不同井段的應(yīng)用要求，在中硬、硬地層進(jìn)行滑動(dòng)和復(fù)合鉆進(jìn)時(shí)均能顯示提速效果，同時(shí)還具有避免鉆頭重復(fù)破碎巖屑和緩解定向托壓的特點(diǎn)；該工具由自激振蕩式水力元件產(chǎn)生的鉆頭沖擊力具有“小振幅、高頻率”的特點(diǎn)，對(duì)鉆頭和地層的適應(yīng)性強(qiáng)；自激振蕩式水力元件將調(diào)制的水力脈動(dòng)轉(zhuǎn)化為直接作用于鉆頭的機(jī)械沖擊力，能量利用效率高；該工具保養(yǎng)維護(hù)簡(jiǎn)單，使用壽命可達(dá)300h以上，可重復(fù)多次入井使用。

2 旋沖工具原理及破巖機(jī)理

旋沖工具是綜合水力脈沖和沖擊振動(dòng)鉆井兩類技術(shù)優(yōu)勢(shì)的思路進(jìn)行設(shè)計(jì)的。在井下工作時(shí)會(huì)同時(shí)產(chǎn)生機(jī)械沖擊與水力脈沖作用。機(jī)械沖擊：鉆井液高速流經(jīng)自激振蕩器，形成水力脈沖作用于下噴嘴，產(chǎn)生低幅高頻機(jī)械沖擊力經(jīng)鉆頭連接短節(jié)傳遞至鉆頭，對(duì)鉆頭施加5-20KN、40Hz左右的沖擊力，提高鉆頭破巖效果；水力脈沖：鉆井液高速流經(jīng)自激振蕩器所產(chǎn)生的水力脈沖向下傳遞，經(jīng)鉆頭水眼噴出，形成脈沖射流作用于井底，強(qiáng)化井底清洗，改善井底巖石的受力狀況，降低巖石破壞強(qiáng)度。

鉆頭連接短節(jié)與殼體下端的配合通孔端加工成多邊形，工具內(nèi)部設(shè)計(jì)兩級(jí)水力振蕩腔，殼體上端通過(guò)上接頭與上部鉆柱相連。鉆井液進(jìn)入水力振蕩腔后，經(jīng)過(guò)諧振、反饋、選頻及放大等自激振蕩過(guò)程，形成壓力脈動(dòng)作用于下噴嘴頂端，經(jīng)鉆頭連接短節(jié)傳遞，形成對(duì)鉆頭周期性的沖擊作用力，使鉆頭產(chǎn)生縱向的機(jī)械振動(dòng)，改善鉆頭與井底附近巖石的受力狀況，有效提高鉆頭的破巖鉆進(jìn)效率。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果評(píng)價(jià)

3.1 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

留70-63X井在降斜和下直井段應(yīng)用旋沖工具，工具加裝在螺桿與無(wú)磁鉆鋌之間。與參照井在地層、井深、井眼軌跡幾近相同的情況下，試驗(yàn)井與其相比提速32.59%，減少滑動(dòng)進(jìn)尺24m，定向降斜井段未出現(xiàn)托壓現(xiàn)象，而參照井相近井段滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)托壓達(dá)到250-300KN，控制井斜和定向均困難。由此看來(lái)，旋沖工具既有利于提高機(jī)械鉆速，又能夠提高定向效率。

高68X井是一口五段制定向井、預(yù)探井，在二開井段穩(wěn)斜、降斜井段應(yīng)用旋沖工具，應(yīng)用進(jìn)尺709m，純鉆時(shí)間52h，平均機(jī)械鉆速13.63m/h。鉆頭起出后新度達(dá)到95%，工具有效的保護(hù)了PDC鉆頭，實(shí)現(xiàn)了多復(fù)合少滑動(dòng)的目的，機(jī)械鉆速較參照井提高34.37%。

3.2 利用旋沖工具解決托壓?jiǎn)栴}

冀中地區(qū)定向井在滑動(dòng)鉆進(jìn)井段經(jīng)常產(chǎn)生托壓現(xiàn)象。要解決這一難題，找準(zhǔn)產(chǎn)生托壓的原因是關(guān)鍵。首先，定向中的托壓與施工的井眼軌跡存在很大的關(guān)系。冀中地區(qū)每年完成井中的定向井占90%以上，在實(shí)際施工中，很多定向井因?yàn)榈貙踊蚴┕さ脑蛟斐删圮壽E偏離設(shè)計(jì)，被迫進(jìn)行導(dǎo)向反扣鉆進(jìn)。造成定向過(guò)程中托壓的另一個(gè)原因是泥餅虛厚、泥漿摩阻系數(shù)大。

旋沖工具縱向振動(dòng)所產(chǎn)生的減摩作用在防托壓方面能夠起到很好的效果。鄚32-2X井在穩(wěn)斜和降斜段應(yīng)用旋沖工具，滑動(dòng)鉆進(jìn)260m，每單根定向滑動(dòng)4-5m，降斜率可達(dá)0.8-1.1°，未出現(xiàn)托壓現(xiàn)象且工具面穩(wěn)定。實(shí)例表明，旋沖工具在滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)提高了施工效率，該工具產(chǎn)生的縱向機(jī)械振動(dòng)，可減小鉆具與井壁滑動(dòng)摩阻，即便不能直接消除托壓現(xiàn)象，也可起到減摩和緩解托壓的作用。

4 結(jié)語(yǔ)

自激振蕩式旋沖工具可有效提高冀中地區(qū)定向井機(jī)械鉆速，緩解滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)產(chǎn)生的托壓?jiǎn)栴}。工具與鉆頭、鉆具組合、鉆井參數(shù)和地層巖性均具有良好的適應(yīng)性。機(jī)泵能力是發(fā)揮該工具提速效果的保障，鉆井液排量越大，工具提速防托壓效果越明顯。進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)工具結(jié)構(gòu)、性能，在不同區(qū)塊推廣應(yīng)用，是今后該技術(shù)的主要研究方向。

[1]雷鵬，倪紅堅(jiān).自激振蕩式旋沖工具在深井超深井中的試驗(yàn)應(yīng)用[J].石油鉆探技術(shù)，2013，41（6）：41-42.

[2]劉天科.自激振蕩式旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具在勝利油田的應(yīng)用[J].石油鉆采工藝，2012,34（4）54-56.

曹利軍（1979-），男，畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)石油工程專業(yè)，工程師。