自激振荡式旋冲钻具在塔河油田深井提速中的应用

阿地力萨地尔

（中石化华北石油工程有限公司西部分公司生产技术管理部，新疆轮台841600）

自激振荡式旋冲钻具在塔河油田深井提速中的应用

阿地力萨地尔*

（中石化华北石油工程有限公司西部分公司生产技术管理部，新疆轮台841600）

脉冲射流和轴向振动冲击可经济有效地提高深井硬地层钻井机速。自激振荡式旋转冲击钻井工具综合二者优势，将高速流经自激振荡器的钻井液调制生成水力脉冲，产生低幅高频机械冲击力，并通过冲击传递杆作用于钻头。自激振荡式旋转冲击钻井工具在塔河油田TH12272、S72-27X井深部地层进行试验应用，结果表明：可比条件下，使用旋冲工具可使机械钻速提高40%以上；工具质量可靠，能量利用率高，纯钻191h后仍能保持工作性能；旋冲工具可与螺杆配合使用，并能延长钻头使用寿命；旋冲工具在2口试验井中均取得显著的提速提效效果，适合进一步推广应用。

旋转冲击；脉冲射流；塔河油田；深井提速；现场试验

浅层油气资源勘探开发程度越来越高，深层油气资源成为中国油气资源战略接替的重要领域。而深井、超深井硬地层钻速慢，直接导致钻井周期长、井眼质量差，甚至影响后期作业，使油气田开发成本显著增高，进而制约深部油气藏的开发[1]。自激振荡式旋转冲击钻井工具综合脉冲钻井和冲击振动钻井两类技术的优势[2-4]，改善了井底岩石的受力状态，强化清洗井底，可经济有效地提高深井硬地层机械钻速[5]。华北石油工程有限公司西部分公司在承钻的TH12272、S72-27X井试验应用了自激振荡式旋转冲击钻井工具，以期提高深部地层的钻井效益。

1 自激振荡式旋转冲击钻井工具提速原理

1.1 技术原理

自激振荡式旋冲钻井工具结构如图1所示。

图1 自激振荡式旋转冲击钻井工具示意图

自激振荡式旋冲钻井工具的上、下转换接头可根据钻铤和钻头的螺纹型号进行选配，工具的核心部件由两级自激振荡脉冲发生器组成。工作原理是：连续恒压高速流体进入脉冲发生器后，通过压力的振荡与反馈，转变为具有一定压力波动的流体并继续下行；压力波动在缸套内部进一步调制放大，并直接作用于驱动杆形成低幅高频的周期性冲击力。下转换接头与壳体之间无连接，可伸缩的驱动杆将受到的冲击力传递给钻头，从而使井底岩石面受到的恒定钻压转变为周期性振动冲击载荷。与此同时，来流脉动继续向下传播，通过钻头水眼喷出，形成脉冲射流，有助于强化井底清洗，改变岩石受力状态，减弱压持效应，降低岩石破碎强度。

1.2 技术特点

（1）采用优化的自激振荡式水力元件将调制的水力脉动转化为直接作用于钻头的机械冲击力，能量利用效率高，工具压力损耗小（约0.5MPa）；

（2）由自激振荡式水力元件产生的钻头冲击力具有“小振幅、高频率”的特点，对钻头和地层的适应性强；

（3）工具近钻头安装，不改变钻井参数和钻具结构，适应性强；

（4）结构简单，稳定可靠，可免维护使用200h以上；

（5）有效防止PDC钻头粘滑振动，减低钻头的冲击破坏，有效保护钻头。

1.3 使用要求及规格型号

（1）钻进时要求送钻均匀，当发现井底憋跳较严重时，应适当减小钻压，待憋跳现象消除后再逐渐增大钻压。

（2）尽可能使用无固相或低固相、低粘度钻井液。

（3）当发现钻开地层中含有H2S等有害气体可能会对井下工具损害时，在井控允许的情况下，及时把工具起至地面。

（4）如果使用牙轮钻头，推荐采用3个不等径喷嘴，同时尽可能增大最大喷嘴和最小喷嘴直径的差值，钻头水眼推荐按照图2排列。

（5）为满足不同直径井眼的钻井提速需求，工具进行序列化设计。自激振荡式旋转冲击钻井工具结构参数见表1。

表1 自激振荡式旋转冲击钻井工具规格

图2 牙轮钻头水眼排列方式

2 自激振荡式旋转冲击钻井工具现场应用

2.1 TH12272井

TH12272井是塔河油田奥陶系12区一口三开结构制的开发井，井型为直井，位于库车县境内。2014年5月，ZJXC-203型自激振荡式旋转冲击钻井工具在TH12272井5172～6318m井段（层位亚格列木组—东河塘组）进行了钻井提速试验。钻具组合为：Ø250.88mmPDC钻头+自激振荡式工具+Ø197mm螺杆+Ø203.2mmDC× 1根+631×410接头+Ø248mm扶正器+411×630接头+ Ø203.2mmDC×1根+631×410接头+Ø177.8mm无磁DC×1根+Ø177.8mmDC×8根+Ø165.1mmDC×9根+ Ø127mmHWDP×15根+411×520+Ø139.7mmDP。采用常规钻井参数，钻压：40～60kN，转速：50r/min+螺杆，排量：34L/s，泵压：21MPa，钻井液密度：1.29～1.30g/cm3；岩层以侏罗系、三叠系、石炭系的砂泥岩互层为主，岩石可钻性差。

自激振荡式旋转冲击钻井工具入井时间共计261h，纯钻进时间191.33h，出井后观察工具整体结构完整，未见损伤。使用PDC钻头进尺1146m，平均机械钻速5.99m/h，TH12272井与TH12423井、TH12527井位于同一区块，具有较强的可比性。由表2可以看出，在相同井段，使用自激振荡式旋转冲击钻井工具的TH12272井要比未使用的TH12423、TH12527井的机械钻速提高70.66%、75.66%，提速提效效果显著。

2.2 S72-27X井

S72-27X井是塔河油田奥陶系S77井区的一口三开结构制的开发井，井型为直井，位于轮台县境内。2014年8月，S72-27X井2520～4575.60m井段使用ZJXC-203型自激振荡式旋转冲击钻井工具进行提速试验。钻具结构为：Ø250.88mmPDC钻头+自激振荡式旋转冲击钻井工具+Ø197mm螺杆+Ø203.2mmDC× 1根+631×410接头+Ø248mm扶正器+Ø177.8mmDC× 9根+Ø165.1mmDC×9根+Ø127mmHWDP×15根+ 411×520+Ø139.7mmDP。采用常规钻井参数，钻压：20～60kN，转速：60r/min+螺杆，排量：40～60L/s，泵压：22MPa，钻井液密度：1.15～1.28g/cm3；钻遇岩层以康村组、吉迪克组、苏维依组、库姆格列木群、巴什基奇克组、巴西盖组、舒善河组、亚格列木组、侏罗系下统、哈拉哈塘组、阿克库勒组的砂泥岩互层为主，岩石可钻性差。

自激振荡式旋转冲击钻井工具入井时间共计156h，纯钻进时间109h，出井后观察工具整体结构完整，未见损伤。使用PDC钻头进尺2055.60m，平均机械钻速18.86m/h，S72-27X井与S72-17井、S72-24井位于同一区块，地层完全相同，且2口井均未使用自激振荡式旋转冲击钻井工具，具有较强的可比性。S72-17、S72-24井钻井数据见表3，由此可以看出，S72-27X井使用自激振荡钻井工具井段平均机械钻速比S72-17、S72-24井提高43.75%以上，提速提效效果显著。

表2 TH12272井与TH12423、TH12527井对比分析结果

表3 S72-27X井与S72-17、S72-24井对比分析结果

3 结论及建议

自激振荡式旋转冲击钻井工具提速效果明显，且工具结构简单，工作安全可靠，安装使用方便，不影响现有的钻具结构，不会对钻井施工形成负面影响；可与螺杆配合使用，进行深井硬地层钻井提速；建议在多区块、多层位钻井中进行大量的试验与推广，更好地在深井硬地层中发挥提速效果。

[1]韩来聚,周延军,唐志军.胜利油田非常规油气优快钻井技术[J].石油钻采工艺,2012,3(43):11-15.

[2]吕晓平,李国兴,王震宇，等.扭力冲击器在鸭深1井志留系地层的试验应用[J].石油钻采工艺,2012,34(2):99-101.

[3]王瑞和,倪红坚.高压水射流破岩钻孔过程的理论研究[J].石油大学学报：自然科学版,2003,27(4):44-46.

[4]倪红坚,韩来聚,马清明.水力脉冲诱发井下振动钻井工具研究[J].石油钻采工艺,2006,28(2):15-17.

[5]雷鹏,倪红坚,王瑞和,等.自激振荡式旋冲工具在深井超深井中的试验应用[J].石油钻探技术,2013,41(6):40-43.

TE921

B

1004-5716(2015)12-0058-03

2015-07-03

2015-08-13

阿地力萨地尔（1976-），男（维吾尔族），新疆喀什人，工程师，现从事生产技术管理技术工作。