论扭力冲击器在塔中超深井中的提速效果评价

林高攀 王善文

摘要：新世纪以来，工业活动更加频繁，各行各业的发展更加快速，工业生产以及社会生活对石油资源的依赖程度日渐加深。石油在国家经济发展和人民生活中所起的作用越来越重要。随着油气勘探的进一步发展，深井、超深井开发越来越频繁，各种复杂的井钻应用也越来越多，如何采取科学的钻井技术及辅助工具提高钻进速度与效率，进行有效的开采是油田面临的重大考验。

关键词：扭力冲击器;塔中;超深井;提速效果

前言：塔中地区地处沙漠、水网纵横交错、生态较为脆弱。所以，油井以深井以及超深井居多，地质极其特殊，岩性可钻性极差。随着油井深度的不断增加，机械钻速低的问题也愈发突出，对钻头的磨损极大。而且部分井PDC钻头无法有效穿过，针对此种情况，就需要应用扭力冲击器来配合PDC钻头以提高油井的机械钻速，以提高钻井效率，为油田的高产稳产夯实基础。本文就扭力冲击器在塔中超深井中的应用效果进行简要阐述，以供参考。

1.塔中超深井钻井技术难点

塔中地区是塔里木油田"三大阵地战"的主战场之一，由于塔中地区油田以二叠系地层发育火成岩为主，极容易产生井壁垮塌，再由于石炭系东河砂岩、志留系石英砂岩研磨性强，岩性可钻性差，机械钻速低，安全钻井难度大。给钻井及后续测井造成巨大阻碍，严重影响钻井周期;二是深井钻井要穿过多套地层，这些地层跨越的地质时代较多、变化也相应的较大，所以地质条件尤为错综复杂。地层可钻性差就会直接导致钻井周期长，再由于塔中地区油井地质火成岩发育，导致钻井时跳钻严重，参数强化困难。地层岩性致密，硬度大，导致整体机械钻速偏低。而且厚度达到130-200m，对钻头损坏大，部分井PDC钻头难以穿过;上奥陶统泥岩最厚可达1000m，机械钻速低，容易缩径，厚砂砾岩区地层均质性差，泥岩、碳质泥岩、玄武岩、凝灰质砂岩软硬交错，严重制约了钻井提速。深井段的钻头平均机械转速只有上部井段平均机械转速的15%～30%，部分地区甚至低于8%，深部钻柱像发条一样拧紧，等转盘扭矩积聚，又快速释放，这时PDC钻头齿上受到的载荷比平常高得多，PDC钻头极易受损坏，导致钻头寿命短，影响钻进速度，而且会增加钻探成本。种种因素都严重阻碍钻井作业的正常开展。

2.扭力冲击器在塔中超深井中应用的必要性

扭力冲击器是根据PDC钻头剪切破岩原理设计的提速工具，扭力冲击器内部有冲击锤，泥浆通过扭力冲击器内部分流器，分流泥浆为冲击锤提供动力，使其产生周而往复的摆动。扭力冲击器直接与PDC钻头相连，冲击锤将产生的冲击力直接传递给钻头，使PDC钻头产生高频扭向冲击，在钻压作用下，PDC齿有效吃入深度增加，提高破岩效率。扭力冲击器在超深井的应用，能够有效解决PDC钻头在坚硬地层吃入深度不够、机械钻速低、易卡滑等问题，同时在高研磨、高硬度地层中，扭力冲击器加PDC钻头的机械钻速也远大于传统钻头的机械钻速，有效的降低了牙轮钻头在坚硬地层的工程风险，保障了钻井安全，提高了钻进效率。

3.扭力冲击器的结构及组成

扭力冲击器内部无橡胶件，具有很强的耐高温能力，这就很好的解决了深井钻井时由于井底温度过高而造成的漏失问题。现阶段，较为常见的扭力冲击器分为一体式扭力冲击器与分体式扭力冲击器两种，一体式扭力冲击器锤敲击的是扭力冲击器本体，冲击锤敲击的能量不能完全转换为钻头的扭转冲击;分体式扭力冲击器锤敲击的是扭矩传递部位，而非整个本体，锤敲击能量直接作用于扭矩传递部分，而非扭力冲击器本体，这样就大大提高了钻进能量的传递效率。除此之外，通过巧妙利用轴向双作用液动潜孔锤的原理，将其利用到扭力冲击器上面，轴向双作用液动冲击器的主要特点是冲锤的工作冲程与反冲程均由液压推动，而不依赖弹簧的作用，结构简单，性能稳定，无易损件。通过利用双作用轴向液动冲击器的原理，巧妙地将部分钻井液的流体能量转换为高频的、周向扭转的、冲击型的井底机械破岩功率并直接作用在钻头上，辅助破岩，使钻头稳定钻进，结构简单，无易损件，使用寿命长。扭力冲击器相对轴向液动潜孔锤，能在更大幅度上提高钻进速度，提高钻进效率，更适合于深部可钻性差地层。

4.扭力冲击器在塔中超深井中的提速效果

以塔中地区约6000米的深井为例，通过应用扭用冲击器，以提高机械钻速，达到降本增效目的以及检验扭力冲击器在超深井中的钻井应用效果，该井段平均机械钻速为：2.8m/h，使用扭力冲击器钻压在8-14T左右，大于常规的PDC钻头钻压，钻头的PDC齿切入地层更深，更有效的剪切破碎地层，大大增加了机械钻速。而且泥浆流量和流速越大时，扭力冲击器产生的能量也越大，对钻头产生的机械钻速以及冲击频率也越高。所以说，应用扭力冲击器可以在塔中地区超深井中起到非常明显的提速效果。

5 结束语

当前油气生产的挑战已与过去大大不同，作业区域延伸到了更加复杂和严酷的环境及非常规领域。面对新的挑战，简单的钻井技术已经走到了尽头，纵观近年来世界钻井技术发展动向，钻井正发生着深刻变化。随着材料、通讯、计算机技术的飞速发展、钻井的远程控制和自动化操作使得作业区域不断扩大，经过百年的发展，钻井行业虽然经历了反复的试验和打击，但仍然在加速前进，油企要紧跟钻井技术的发展动向，并结合实际调整和优化当前的技术研发方向，才能更好的实现油田的可持续发展。

参考文献：

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