新型提速工具在石油鉆井中的應(yīng)用與實(shí)踐

曹利軍 張洪強(qiáng) 楊蘋利（渤海鉆探第五鉆井工程分公司工程技術(shù)中心，河北河間 062465）

新型提速工具在石油鉆井中的應(yīng)用與實(shí)踐

曹利軍 張洪強(qiáng) 楊蘋利（渤海鉆探第五鉆井工程分公司工程技術(shù)中心，河北河間 062465）

在油田鉆井施工中廣泛應(yīng)用的高壓噴射、復(fù)合鉆井等成熟鉆井技術(shù)，使鉆井速度有了一定提高，但由于受地面設(shè)備的限制，泵壓也不可能再大幅提高，并且超高壓鉆井會(huì)增加相應(yīng)投入和成本，總體經(jīng)濟(jì)效益不一定好。通過深入分析研究鉆井提速問題，選用適合的井下增壓工具，增加鉆頭的破巖效率，改善井底流場(chǎng)，加速巖屑快速帶離井底，減少巖石的重復(fù)破碎，最終實(shí)現(xiàn)以較小的投入取得良好的提速效果。應(yīng)用水力加壓器、自激振蕩式旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具、頻率可調(diào)脈沖工具提高不同井型的鉆井速度。

提速；水力加壓器；旋沖工具；頻率可調(diào)脈沖工具

在推廣應(yīng)用高壓噴射、復(fù)合鉆井等成熟鉆井技術(shù)后，鉆井速度有了一定提高，但由于受地面設(shè)備的限制，泵壓也不可能再大幅提高，并且超高壓鉆井會(huì)增加相應(yīng)投入和成本，總體經(jīng)濟(jì)效益不一定好。隨著油田勘探開發(fā)的不斷深入，定向井、叢式井、大斜度大位移井、水平井、深井越來越多，通過調(diào)研實(shí)際鉆井情況，發(fā)現(xiàn)目前還存在未使用提速工具、鉆井速度慢的問題。因此開展鉆井提速問題的分析研究，針對(duì)不同井型、不同層段選用適合的新工具助力提速，以適應(yīng)市場(chǎng)激烈競(jìng)爭(zhēng)的需要和實(shí)現(xiàn)有效益可持續(xù)發(fā)展。

1 鉆井提速問題分析與解決對(duì)策

在定向井、叢式井中如何選用適合的提速工具以消除對(duì)對(duì)MWD儀器信號(hào)的影響；在不更換機(jī)泵設(shè)備及增加機(jī)泵功率的情況下，如何增加鉆頭噴嘴射流沖擊力，強(qiáng)化射流的脈沖效應(yīng)，改善井底流場(chǎng)，提高鉆頭的破巖效率；在調(diào)整井斜、方位時(shí)，如何在使用PDC鉆頭的情況下保持工具面穩(wěn)定，盡量減少滑動(dòng)鉆進(jìn)進(jìn)尺；如何在不增加鉆鋌及鉆具事故率的情況下，采用井下水力增壓，提高鉆頭對(duì)巖石的打擊力。

在水平井、大斜度井定向段應(yīng)用水力加壓器，深井、中硬地層應(yīng)用自激式水力旋轉(zhuǎn)沖擊工具，造斜點(diǎn)在上部的定向井、叢式井應(yīng)用頻率可調(diào)脈沖工具，基本可以滿足不同井型、不同層段都有相應(yīng)的提速工具，在定向井、叢式井、大斜度大位移井能夠取得較好的提速效果。

2 提速工具的試驗(yàn)應(yīng)用

2.1 水力加壓器

2.1.1 工具結(jié)構(gòu)及工作原理

水力加壓器主要由缸體、活塞、芯軸等部分組成，缸體用于連接鉆具并傳遞扭矩、活塞在缸體內(nèi)滑動(dòng)、密封并傳遞壓力，芯軸上下分別和活塞、鉆頭相連，將鉆井液壓力傳給鉆頭。開泵循環(huán)泥漿時(shí)，鉆具內(nèi)的流體直接作用在活塞端面上，形成推力，推動(dòng)活塞下行，通過與活塞相連的心軸傳遞推力給鉆頭，鉆頭接觸井底后，此推力即為鉆進(jìn)時(shí)的鉆壓。

2.1.2 工具技術(shù)特點(diǎn)

改變了鉆頭加壓方式，把機(jī)械式剛性加壓鉆進(jìn)變?yōu)樗θ嵝约訅恒@進(jìn)；克服定向井、水平井受到鉆具重力分力、浮力和摩擦阻力的影響，使鉆頭獲得穩(wěn)定的鉆壓，有效解決定向造斜中“托壓”難題；水力加壓器提高了鉆具的穩(wěn)定性，平穩(wěn)加壓防止跳鉆，減震效果好，可以避免鉆頭受到非正常損壞，延長鉆頭和鉆具使用壽命。

2.1.3 應(yīng)用情況

蘇76-16-10H井在2745-3467m造斜井段試用工具，與鄰井相近井段相比，平均機(jī)械鉆速提高78.04%。

2.2 自激振蕩式旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具

2.2.1 工具結(jié)構(gòu)及工作原理

自激振蕩式旋沖工具是將水力脈沖與機(jī)械沖擊鉆井技術(shù)相結(jié)合的一種提速工具，工具主要由自激振蕩器和沖擊傳遞桿組成。鉆井液高速流經(jīng)自激振蕩器，形成水力脈沖作用于沖擊傳遞桿，產(chǎn)生低幅高頻機(jī)械沖擊力傳遞至鉆頭，對(duì)鉆頭增加5-20KN、40Hz左右的沖擊力，提高鉆頭破巖效果，同時(shí)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。

2.2.2 工具技術(shù)特點(diǎn)

由工具水力元件產(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)；采用優(yōu)化的自激振蕩式水力元件將調(diào)制的水力脈沖轉(zhuǎn)化為直接作用于鉆頭的機(jī)械沖擊力，能量利用效率高，工具壓力損耗??；工具結(jié)構(gòu)簡單，安全性和穩(wěn)定性高，可滿足施工井長井段安全鉆進(jìn)的要求。

2.2.3 應(yīng)用情況

西41-4X井在二開定向增斜段2055-2795米試驗(yàn)旋沖工具。試驗(yàn)進(jìn)尺740m，平均機(jī)械鉆速14.65 m/h，較未使用工具的同臺(tái)第一口井機(jī)速提高54.21%。

2.3 頻率可調(diào)脈沖工具

2.3.1 工具結(jié)構(gòu)及提速機(jī)理

頻率可調(diào)脈沖提速工具包括工具本體、渦輪動(dòng)力系統(tǒng)、脈沖調(diào)制系統(tǒng)和脈沖諧振放大系統(tǒng)。渦輪動(dòng)力系統(tǒng)鉆井液部分動(dòng)能轉(zhuǎn)換成中心軸的旋轉(zhuǎn)機(jī)械能，脈沖調(diào)制系統(tǒng)將連續(xù)鉆井液流動(dòng)轉(zhuǎn)換成間歇流動(dòng)，即脈沖流動(dòng)，通過脈沖諧振腔的放大，脈沖頻率不變，幅值將進(jìn)一步增加，這將有效地提高脈沖射流的破巖能力。

2.3.2 試驗(yàn)應(yīng)用情況

路46-61X井試驗(yàn)井段343—2035m，平均機(jī)械鉆速47.66m/ h，試驗(yàn)井地層、井身結(jié)構(gòu)、造斜點(diǎn)位置與鄰井相近，使用鉆頭一致，機(jī)速提高59.13%；該工具具備了與定向MWD儀器配合使用的功能和較高的提速性能。

3 認(rèn)識(shí)和結(jié)語

3.1 在不更換設(shè)備、不增加地面機(jī)泵功率和改變鉆井參數(shù)的情況下，通過應(yīng)用提速工具，在提速提效上可以收到事半功倍的效果。

3.2 應(yīng)用水力加壓器，可以大大提高大斜度大位移、水平井定向段的機(jī)械鉆速。

3.3 應(yīng)用頻率可調(diào)脈沖工具，可以提高定向井、叢式井的鉆井速度。

3.4 應(yīng)用自激式水力旋沖工具，可以提高在深井、硬地層鉆進(jìn)的機(jī)械鉆速。