論扭力沖擊器在塔中超深井中的提速效果評價

林高攀 王善文

摘要：新世紀以來，工業活動更加頻繁，各行各業的發展更加快速，工業生產以及社會生活對石油資源的依賴程度日漸加深。石油在國家經濟發展和人民生活中所起的作用越來越重要。隨著油氣勘探的進一步發展，深井、超深井開發越來越頻繁，各種復雜的井鉆應用也越來越多，如何采取科學的鉆井技術及輔助工具提高鉆進速度與效率，進行有效的開采是油田面臨的重大考驗。

關鍵詞：扭力沖擊器;塔中;超深井;提速效果

前言：塔中地區地處沙漠、水網縱橫交錯、生態較為脆弱。所以，油井以深井以及超深井居多，地質極其特殊，巖性可鉆性極差。隨著油井深度的不斷增加，機械鉆速低的問題也愈發突出，對鉆頭的磨損極大。而且部分井PDC鉆頭無法有效穿過，針對此種情況，就需要應用扭力沖擊器來配合PDC鉆頭以提高油井的機械鉆速，以提高鉆井效率，為油田的高產穩產夯實基礎。本文就扭力沖擊器在塔中超深井中的應用效果進行簡要闡述，以供參考。

1.塔中超深井鉆井技術難點

塔中地區是塔里木油田"三大陣地戰"的主戰場之一，由于塔中地區油田以二疊系地層發育火成巖為主，極容易產生井壁垮塌，再由于石炭系東河砂巖、志留系石英砂巖研磨性強，巖性可鉆性差，機械鉆速低，安全鉆井難度大。給鉆井及后續測井造成巨大阻礙，嚴重影響鉆井周期;二是深井鉆井要穿過多套地層，這些地層跨越的地質時代較多、變化也相應的較大，所以地質條件尤為錯綜復雜。地層可鉆性差就會直接導致鉆井周期長，再由于塔中地區油井地質火成巖發育，導致鉆井時跳鉆嚴重，參數強化困難。地層巖性致密，硬度大，導致整體機械鉆速偏低。而且厚度達到130-200m，對鉆頭損壞大，部分井PDC鉆頭難以穿過;上奧陶統泥巖最厚可達1000m，機械鉆速低，容易縮徑，厚砂礫巖區地層均質性差，泥巖、碳質泥巖、玄武巖、凝灰質砂巖軟硬交錯，嚴重制約了鉆井提速。深井段的鉆頭平均機械轉速只有上部井段平均機械轉速的15%～30%，部分地區甚至低于8%，深部鉆柱像發條一樣擰緊，等轉盤扭矩積聚，又快速釋放，這時PDC鉆頭齒上受到的載荷比平常高得多，PDC鉆頭極易受損壞，導致鉆頭壽命短，影響鉆進速度，而且會增加鉆探成本。種種因素都嚴重阻礙鉆井作業的正常開展。

2.扭力沖擊器在塔中超深井中應用的必要性

扭力沖擊器是根據PDC鉆頭剪切破巖原理設計的提速工具，扭力沖擊器內部有沖擊錘，泥漿通過扭力沖擊器內部分流器，分流泥漿為沖擊錘提供動力，使其產生周而往復的擺動。扭力沖擊器直接與PDC鉆頭相連，沖擊錘將產生的沖擊力直接傳遞給鉆頭，使PDC鉆頭產生高頻扭向沖擊，在鉆壓作用下，PDC齒有效吃入深度增加，提高破巖效率。扭力沖擊器在超深井的應用，能夠有效解決PDC鉆頭在堅硬地層吃入深度不夠、機械鉆速低、易卡滑等問題，同時在高研磨、高硬度地層中，扭力沖擊器加PDC鉆頭的機械鉆速也遠大于傳統鉆頭的機械鉆速，有效的降低了牙輪鉆頭在堅硬地層的工程風險，保障了鉆井安全，提高了鉆進效率。

3.扭力沖擊器的結構及組成

扭力沖擊器內部無橡膠件，具有很強的耐高溫能力，這就很好的解決了深井鉆井時由于井底溫度過高而造成的漏失問題。現階段，較為常見的扭力沖擊器分為一體式扭力沖擊器與分體式扭力沖擊器兩種，一體式扭力沖擊器錘敲擊的是扭力沖擊器本體，沖擊錘敲擊的能量不能完全轉換為鉆頭的扭轉沖擊;分體式扭力沖擊器錘敲擊的是扭矩傳遞部位，而非整個本體，錘敲擊能量直接作用于扭矩傳遞部分，而非扭力沖擊器本體，這樣就大大提高了鉆進能量的傳遞效率。除此之外，通過巧妙利用軸向雙作用液動潛孔錘的原理，將其利用到扭力沖擊器上面，軸向雙作用液動沖擊器的主要特點是沖錘的工作沖程與反沖程均由液壓推動，而不依賴彈簧的作用，結構簡單，性能穩定，無易損件。通過利用雙作用軸向液動沖擊器的原理，巧妙地將部分鉆井液的流體能量轉換為高頻的、周向扭轉的、沖擊型的井底機械破巖功率并直接作用在鉆頭上，輔助破巖，使鉆頭穩定鉆進，結構簡單，無易損件，使用壽命長。扭力沖擊器相對軸向液動潛孔錘，能在更大幅度上提高鉆進速度，提高鉆進效率，更適合于深部可鉆性差地層。

4.扭力沖擊器在塔中超深井中的提速效果

以塔中地區約6000米的深井為例，通過應用扭用沖擊器，以提高機械鉆速，達到降本增效目的以及檢驗扭力沖擊器在超深井中的鉆井應用效果，該井段平均機械鉆速為：2.8m/h，使用扭力沖擊器鉆壓在8-14T左右，大于常規的PDC鉆頭鉆壓，鉆頭的PDC齒切入地層更深，更有效的剪切破碎地層，大大增加了機械鉆速。而且泥漿流量和流速越大時，扭力沖擊器產生的能量也越大，對鉆頭產生的機械鉆速以及沖擊頻率也越高。所以說，應用扭力沖擊器可以在塔中地區超深井中起到非常明顯的提速效果。

5 結束語

當前油氣生產的挑戰已與過去大大不同，作業區域延伸到了更加復雜和嚴酷的環境及非常規領域。面對新的挑戰，簡單的鉆井技術已經走到了盡頭，縱觀近年來世界鉆井技術發展動向，鉆井正發生著深刻變化。隨著材料、通訊、計算機技術的飛速發展、鉆井的遠程控制和自動化操作使得作業區域不斷擴大，經過百年的發展，鉆井行業雖然經歷了反復的試驗和打擊，但仍然在加速前進，油企要緊跟鉆井技術的發展動向，并結合實際調整和優化當前的技術研發方向，才能更好的實現油田的可持續發展。

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