論扭力沖擊器在塔中超深井中的提速效果評(píng)價(jià)

林高攀 王善文

摘要：新世紀(jì)以來(lái)，工業(yè)活動(dòng)更加頻繁，各行各業(yè)的發(fā)展更加快速，工業(yè)生產(chǎn)以及社會(huì)生活對(duì)石油資源的依賴程度日漸加深。石油在國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活中所起的作用越來(lái)越重要。隨著油氣勘探的進(jìn)一步發(fā)展，深井、超深井開(kāi)發(fā)越來(lái)越頻繁，各種復(fù)雜的井鉆應(yīng)用也越來(lái)越多，如何采取科學(xué)的鉆井技術(shù)及輔助工具提高鉆進(jìn)速度與效率，進(jìn)行有效的開(kāi)采是油田面臨的重大考驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：扭力沖擊器;塔中;超深井;提速效果

前言：塔中地區(qū)地處沙漠、水網(wǎng)縱橫交錯(cuò)、生態(tài)較為脆弱。所以，油井以深井以及超深井居多，地質(zhì)極其特殊，巖性可鉆性極差。隨著油井深度的不斷增加，機(jī)械鉆速低的問(wèn)題也愈發(fā)突出，對(duì)鉆頭的磨損極大。而且部分井PDC鉆頭無(wú)法有效穿過(guò)，針對(duì)此種情況，就需要應(yīng)用扭力沖擊器來(lái)配合PDC鉆頭以提高油井的機(jī)械鉆速，以提高鉆井效率，為油田的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)夯實(shí)基礎(chǔ)。本文就扭力沖擊器在塔中超深井中的應(yīng)用效果進(jìn)行簡(jiǎn)要闡述，以供參考。

1.塔中超深井鉆井技術(shù)難點(diǎn)

塔中地區(qū)是塔里木油田"三大陣地戰(zhàn)"的主戰(zhàn)場(chǎng)之一，由于塔中地區(qū)油田以二疊系地層發(fā)育火成巖為主，極容易產(chǎn)生井壁垮塌，再由于石炭系東河砂巖、志留系石英砂巖研磨性強(qiáng)，巖性可鉆性差，機(jī)械鉆速低，安全鉆井難度大。給鉆井及后續(xù)測(cè)井造成巨大阻礙，嚴(yán)重影響鉆井周期;二是深井鉆井要穿過(guò)多套地層，這些地層跨越的地質(zhì)時(shí)代較多、變化也相應(yīng)的較大，所以地質(zhì)條件尤為錯(cuò)綜復(fù)雜。地層可鉆性差就會(huì)直接導(dǎo)致鉆井周期長(zhǎng)，再由于塔中地區(qū)油井地質(zhì)火成巖發(fā)育，導(dǎo)致鉆井時(shí)跳鉆嚴(yán)重，參數(shù)強(qiáng)化困難。地層巖性致密，硬度大，導(dǎo)致整體機(jī)械鉆速偏低。而且厚度達(dá)到130-200m，對(duì)鉆頭損壞大，部分井PDC鉆頭難以穿過(guò);上奧陶統(tǒng)泥巖最厚可達(dá)1000m，機(jī)械鉆速低，容易縮徑，厚砂礫巖區(qū)地層均質(zhì)性差，泥巖、碳質(zhì)泥巖、玄武巖、凝灰質(zhì)砂巖軟硬交錯(cuò)，嚴(yán)重制約了鉆井提速。深井段的鉆頭平均機(jī)械轉(zhuǎn)速只有上部井段平均機(jī)械轉(zhuǎn)速的15%～30%，部分地區(qū)甚至低于8%，深部鉆柱像發(fā)條一樣擰緊，等轉(zhuǎn)盤(pán)扭矩積聚，又快速釋放，這時(shí)PDC鉆頭齒上受到的載荷比平常高得多，PDC鉆頭極易受損壞，導(dǎo)致鉆頭壽命短，影響鉆進(jìn)速度，而且會(huì)增加鉆探成本。種種因素都嚴(yán)重阻礙鉆井作業(yè)的正常開(kāi)展。

2.扭力沖擊器在塔中超深井中應(yīng)用的必要性

扭力沖擊器是根據(jù)PDC鉆頭剪切破巖原理設(shè)計(jì)的提速工具，扭力沖擊器內(nèi)部有沖擊錘，泥漿通過(guò)扭力沖擊器內(nèi)部分流器，分流泥漿為沖擊錘提供動(dòng)力，使其產(chǎn)生周而往復(fù)的擺動(dòng)。扭力沖擊器直接與PDC鉆頭相連，沖擊錘將產(chǎn)生的沖擊力直接傳遞給鉆頭，使PDC鉆頭產(chǎn)生高頻扭向沖擊，在鉆壓作用下，PDC齒有效吃入深度增加，提高破巖效率。扭力沖擊器在超深井的應(yīng)用，能夠有效解決PDC鉆頭在堅(jiān)硬地層吃入深度不夠、機(jī)械鉆速低、易卡滑等問(wèn)題，同時(shí)在高研磨、高硬度地層中，扭力沖擊器加PDC鉆頭的機(jī)械鉆速也遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)鉆頭的機(jī)械鉆速，有效的降低了牙輪鉆頭在堅(jiān)硬地層的工程風(fēng)險(xiǎn)，保障了鉆井安全，提高了鉆進(jìn)效率。

3.扭力沖擊器的結(jié)構(gòu)及組成

扭力沖擊器內(nèi)部無(wú)橡膠件，具有很強(qiáng)的耐高溫能力，這就很好的解決了深井鉆井時(shí)由于井底溫度過(guò)高而造成的漏失問(wèn)題。現(xiàn)階段，較為常見(jiàn)的扭力沖擊器分為一體式扭力沖擊器與分體式扭力沖擊器兩種，一體式扭力沖擊器錘敲擊的是扭力沖擊器本體，沖擊錘敲擊的能量不能完全轉(zhuǎn)換為鉆頭的扭轉(zhuǎn)沖擊;分體式扭力沖擊器錘敲擊的是扭矩傳遞部位，而非整個(gè)本體，錘敲擊能量直接作用于扭矩傳遞部分，而非扭力沖擊器本體，這樣就大大提高了鉆進(jìn)能量的傳遞效率。除此之外，通過(guò)巧妙利用軸向雙作用液動(dòng)潛孔錘的原理，將其利用到扭力沖擊器上面，軸向雙作用液動(dòng)沖擊器的主要特點(diǎn)是沖錘的工作沖程與反沖程均由液壓推動(dòng)，而不依賴彈簧的作用，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，無(wú)易損件。通過(guò)利用雙作用軸向液動(dòng)沖擊器的原理，巧妙地將部分鉆井液的流體能量轉(zhuǎn)換為高頻的、周向扭轉(zhuǎn)的、沖擊型的井底機(jī)械破巖功率并直接作用在鉆頭上，輔助破巖，使鉆頭穩(wěn)定鉆進(jìn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)易損件，使用壽命長(zhǎng)。扭力沖擊器相對(duì)軸向液動(dòng)潛孔錘，能在更大幅度上提高鉆進(jìn)速度，提高鉆進(jìn)效率，更適合于深部可鉆性差地層。

4.扭力沖擊器在塔中超深井中的提速效果

以塔中地區(qū)約6000米的深井為例，通過(guò)應(yīng)用扭用沖擊器，以提高機(jī)械鉆速，達(dá)到降本增效目的以及檢驗(yàn)扭力沖擊器在超深井中的鉆井應(yīng)用效果，該井段平均機(jī)械鉆速為：2.8m/h，使用扭力沖擊器鉆壓在8-14T左右，大于常規(guī)的PDC鉆頭鉆壓，鉆頭的PDC齒切入地層更深，更有效的剪切破碎地層，大大增加了機(jī)械鉆速。而且泥漿流量和流速越大時(shí)，扭力沖擊器產(chǎn)生的能量也越大，對(duì)鉆頭產(chǎn)生的機(jī)械鉆速以及沖擊頻率也越高。所以說(shuō)，應(yīng)用扭力沖擊器可以在塔中地區(qū)超深井中起到非常明顯的提速效果。

5 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前油氣生產(chǎn)的挑戰(zhàn)已與過(guò)去大大不同，作業(yè)區(qū)域延伸到了更加復(fù)雜和嚴(yán)酷的環(huán)境及非常規(guī)領(lǐng)域。面對(duì)新的挑戰(zhàn)，簡(jiǎn)單的鉆井技術(shù)已經(jīng)走到了盡頭，縱觀近年來(lái)世界鉆井技術(shù)發(fā)展動(dòng)向，鉆井正發(fā)生著深刻變化。隨著材料、通訊、計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展、鉆井的遠(yuǎn)程控制和自動(dòng)化操作使得作業(yè)區(qū)域不斷擴(kuò)大，經(jīng)過(guò)百年的發(fā)展，鉆井行業(yè)雖然經(jīng)歷了反復(fù)的試驗(yàn)和打擊，但仍然在加速前進(jìn)，油企要緊跟鉆井技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向，并結(jié)合實(shí)際調(diào)整和優(yōu)化當(dāng)前的技術(shù)研發(fā)方向，才能更好的實(shí)現(xiàn)油田的可持續(xù)發(fā)展。

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