自激振蕩式旋轉沖擊鉆井工具在冀中地區的應用

曹利軍 楊順強 陳偉 孟廣喜（渤海鉆探第五鉆井工程分公司工程技術中心，河北河間062450）

自激振蕩式旋轉沖擊鉆井工具在冀中地區的應用

曹利軍 楊順強 陳偉 孟廣喜（渤海鉆探第五鉆井工程分公司工程技術中心，河北河間062450）

自激振蕩式旋沖工具在井下工作時能夠同時對所鉆地層產生機械沖擊與水力脈沖的作用。該工具適合定向井不同地層、不同井段的應用要求，在中硬、硬地層進行滑動和復合鉆進時均能顯示提速效果，具有避免鉆頭重復破碎巖屑和緩解定向托壓的特點。通過現場試驗，掌握了該類型工具的結構和配套參數優化方法，對于提高冀中地區鉆井速度，解決長期困擾冀中地區鉆井生產的定向托壓問題有著重要意義。從實踐中提煉、探索出新的提速方法，形成相應技術規范，為今后冀中地區鉆井提速提供參考。

自激振蕩；沖擊鉆井；滑動鉆進；定向托壓

隨著國內油田不斷降低鉆井成本，市場競爭日趨激烈，要實現較好的經濟和社會效益，就必須利用新型提速工具來不斷提高鉆井速度。諸如復合鉆井、高壓噴射、導向鉆進等成熟技術已廣泛應用在冀中地區鉆井實踐中，使鉆井速度有了明顯提高。為了進一步拓展提速空間，加快鉆井速度，我們在冀中地區試驗應用自激振蕩式旋轉沖擊鉆井工具（文中簡稱旋沖工具），該工具能把水力脈沖和機械沖擊力相結合，最大限度的提高機械鉆速，同時起到減摩、定向防托壓的作用。

1 旋沖工具的應用優勢

旋沖工具適合定向井不同地層、不同井段的應用要求，在中硬、硬地層進行滑動和復合鉆進時均能顯示提速效果，同時還具有避免鉆頭重復破碎巖屑和緩解定向托壓的特點；該工具由自激振蕩式水力元件產生的鉆頭沖擊力具有“小振幅、高頻率”的特點，對鉆頭和地層的適應性強；自激振蕩式水力元件將調制的水力脈動轉化為直接作用于鉆頭的機械沖擊力，能量利用效率高；該工具保養維護簡單，使用壽命可達300h以上，可重復多次入井使用。

2 旋沖工具原理及破巖機理

旋沖工具是綜合水力脈沖和沖擊振動鉆井兩類技術優勢的思路進行設計的。在井下工作時會同時產生機械沖擊與水力脈沖作用。機械沖擊：鉆井液高速流經自激振蕩器，形成水力脈沖作用于下噴嘴，產生低幅高頻機械沖擊力經鉆頭連接短節傳遞至鉆頭，對鉆頭施加5-20KN、40Hz左右的沖擊力，提高鉆頭破巖效果；水力脈沖：鉆井液高速流經自激振蕩器所產生的水力脈沖向下傳遞，經鉆頭水眼噴出，形成脈沖射流作用于井底，強化井底清洗，改善井底巖石的受力狀況，降低巖石破壞強度。

鉆頭連接短節與殼體下端的配合通孔端加工成多邊形，工具內部設計兩級水力振蕩腔，殼體上端通過上接頭與上部鉆柱相連。鉆井液進入水力振蕩腔后，經過諧振、反饋、選頻及放大等自激振蕩過程，形成壓力脈動作用于下噴嘴頂端，經鉆頭連接短節傳遞，形成對鉆頭周期性的沖擊作用力，使鉆頭產生縱向的機械振動，改善鉆頭與井底附近巖石的受力狀況，有效提高鉆頭的破巖鉆進效率。

3 現場應用及效果評價

3.1 現場應用情況

留70-63X井在降斜和下直井段應用旋沖工具，工具加裝在螺桿與無磁鉆鋌之間。與參照井在地層、井深、井眼軌跡幾近相同的情況下，試驗井與其相比提速32.59%，減少滑動進尺24m，定向降斜井段未出現托壓現象，而參照井相近井段滑動鉆進時托壓達到250-300KN，控制井斜和定向均困難。由此看來，旋沖工具既有利于提高機械鉆速，又能夠提高定向效率。

高68X井是一口五段制定向井、預探井，在二開井段穩斜、降斜井段應用旋沖工具，應用進尺709m，純鉆時間52h，平均機械鉆速13.63m/h。鉆頭起出后新度達到95%，工具有效的保護了PDC鉆頭，實現了多復合少滑動的目的，機械鉆速較參照井提高34.37%。

3.2 利用旋沖工具解決托壓問題

冀中地區定向井在滑動鉆進井段經常產生托壓現象。要解決這一難題，找準產生托壓的原因是關鍵。首先，定向中的托壓與施工的井眼軌跡存在很大的關系。冀中地區每年完成井中的定向井占90%以上，在實際施工中，很多定向井因為地層或施工的原因造成井眼軌跡偏離設計，被迫進行導向反扣鉆進。造成定向過程中托壓的另一個原因是泥餅虛厚、泥漿摩阻系數大。

旋沖工具縱向振動所產生的減摩作用在防托壓方面能夠起到很好的效果。鄚32-2X井在穩斜和降斜段應用旋沖工具，滑動鉆進260m，每單根定向滑動4-5m，降斜率可達0.8-1.1°，未出現托壓現象且工具面穩定。實例表明，旋沖工具在滑動鉆進時提高了施工效率，該工具產生的縱向機械振動，可減小鉆具與井壁滑動摩阻，即便不能直接消除托壓現象，也可起到減摩和緩解托壓的作用。

4 結語

自激振蕩式旋沖工具可有效提高冀中地區定向井機械鉆速，緩解滑動鉆進時產生的托壓問題。工具與鉆頭、鉆具組合、鉆井參數和地層巖性均具有良好的適應性。機泵能力是發揮該工具提速效果的保障，鉆井液排量越大，工具提速防托壓效果越明顯。進一步優化和改進工具結構、性能，在不同區塊推廣應用，是今后該技術的主要研究方向。

[1]雷鵬，倪紅堅.自激振蕩式旋沖工具在深井超深井中的試驗應用[J].石油鉆探技術，2013，41（6）：41-42.

[2]劉天科.自激振蕩式旋轉沖擊鉆井工具在勝利油田的應用[J].石油鉆采工藝，2012,34（4）54-56.

曹利軍（1979-），男，畢業于中國石油大學石油工程專業，工程師。