扭转冲击钻井提速工具.pdf

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1、石油机械2012年第40卷第2期CHINAPETROLEUMMACHINERY—15—钻井新技术*SLTIT型扭转冲击钻井提速工具1，22222周燕安庆宝蔡文军谢慧罗熙(1.中国石油大学(华东)2.胜利石油管理局钻井工艺研究院)摘要在我国钻井大提速的背景下，提出了一种集机械剪切、水力和扭转冲击3种破岩方式共同作用的复合钻井工艺新技术及装备。旋转钻井过程中，在不影响钻进的情况下，扭冲工具利用钻井液驱动内部冲击锤做反复的扭转冲击，将部分流体能量转换成一定频率、周向扭转、冲击型的井底机械破岩能量，并直接传递给钻头。5口井的现场试验结果

2、表明，扭转冲击复合钻井技术与装备适合我国的钻井技术环境，能够有效消除PDC钻头的卡滑现象，减轻钻柱扭转振荡，能够有效保护钻头和钻具等配套部件，有效降低钻井成本。关键词扭转冲击卡滑提速工具难钻地层剪切破岩中图分类号:TE924文献标识码:A文章编号:1001－4578(2012)02－0015－03技术。一方面，该装置能解决PDC钻头的卡滑问0引言题，提高从旋转驱动系统到钻头的能量传递效率，同时能够保护钻头;另一方面，该装置在PDC剪提速是钻井工程永恒的主题。随着钻井深度的切破岩的基础上增加了扭转冲击破岩方式，使不断增加，钻遇地层日益

3、复杂，一方面，难钻地层PDC钻头的破岩能力更强，为拓展其新的应用领的机械钻速有待提高;另一方面，作为石油钻井的域奠定基础;再者，在目前旋转钻井体系下提高难主力钻头———PDC钻头的卡滑现象亟待解决。卡钻地层机械钻速的所有手段中，扭冲工具是较为简滑导致钻柱扭转振荡、钻进过程不稳定，以剪切破便且综合效益较高的产品，该工具只需在钻头上端岩为机理的PDC钻头普遍存在卡滑问题，平均每加装一套长约0.5m的扭冲工具即可，更加适合我10s发生1次卡滑。这种剧烈不稳定的钻进不但容国的钻井技术环境。易造成复合切削片崩齿，导致PDC钻头失效，也易使钻头

4、松扣，诱发井下事故;而且钻柱配套部件1扭冲工具技术分析及与国外相关技及井下工具组合受力工况恶劣，疲劳寿命低，也在术产品对比一定程度上降低了钻井效率。面对难钻地层，破岩依赖刀具的研磨能力而非剪切性能，为此出现了更1.1扭转冲击工作原理［1－2］加耐磨的孕镶钻头，与PDC钻头同属金刚石钻扭冲工具安装在PDC钻头上面(图1)。旋转头，都有不同程度的卡滑现象。PDC钻头的吃入深钻井过程中，在不影响正常钻进的情况下，扭冲工度不够，机械钻速低，例如我国川东北地区坚硬地具利用钻井液驱动内部冲击锤在图2所示的位置层平均机械钻速≤3m/h，高钻压会加

5、剧卡滑现象。1、2做反复的扭转冲击，将部分流体能量转换成在我国钻井大提速的背景下，胜利石油管理局一定频率、周向扭转、冲击型的井底机械破岩能钻井工艺研究院从2010年开始致力于SLTIT型扭量，并直接传递给钻头。［3－4］转冲击钻井提速工具(以下简称扭冲工具)1.2扭冲工具钻井提速机理的研究，并创新性地提出一种集机械剪切、水力和由于岩石的各向异性，钻进过程受力不平衡，扭转冲击3种破岩方式共同作用的复合钻井工艺新为积聚足够的破岩能力，PDC钻头的卡滑现象频*SLTIT型扭转冲击钻井提速工具已获国家专利，专利号:ZL20102056701

6、1.5。—16—石油机械2012年第40卷第2期繁出现。扭冲工具在钻进过程中对钻头施加一定频具能够提高难钻地层机械钻速的物理基础。率的扭转冲击，好似一把无形的小榔头，在旋转动1.3扭冲工具主要技术参数力系统将扭矩传递给PDC钻头的同时，增加了脉适用井眼:215.9～311.2mm(8～12动冲击破岩的能力。难钻地层如火成岩，多为易破in);裂的脆性岩层，扭冲工具增加的高频冲击能量更容压降:2.0～2.4MPa;易使这些质密的脆性岩层内部的微裂缝发展为宏观冲击频率:15～40Hz;裂缝，从而有效降低岩石的整体强度，更容易使

7、岩冲击扭矩:500～1200N·m。石块状剥落，在达到提高机械钻速的同时，起到稳1.4与国外相关技术产品对比［1］定钻进过程和保护钻头等钻井工具的目的。美国的Torkbuster扭转冲击发生器(图4)利用高速钻井液涡轮带动锤体旋转敲击钻头连接短节，将扭转冲击能量传递给钻头。Torkbuster扭转冲击发生器涡轮部件多，易损坏，传递效率低(50～60%)，必须配备专用的PDC钻头，且技术垄断，只租不卖，服务费用昂贵。图1SLTIT型扭转冲击钻井提速工具结构示意图1—钻铤短节;2—扶正块;3—钻头座;4—PDC钻头。图4美国的Torkb

8、uster扭转冲击发生器哈里伯顿公司的扭转装置(图5)利用钻井液带动叶轮旋转，控制旋转阀体导通流量，冲击2个封闭区域内的冲击块，对PDC钻头产生扭转冲击。冲击锤采用分体式设计，转动惯量小，相同频率时冲击能量小，且分体设计不能保证扭转冲