脈動式扭轉沖擊鉆井工具工作特性分析與測試

汪 偉，柳貢慧,，李 軍,3，查春青，連 威，夏銘莉

（1.中國石油大學（北京）石油工程學院,北京 102249；2.北京工業大學,北京 100124；3.中國石油大學（北京）克拉瑪依校區,新疆克拉瑪依834000；4.中國石油集團西部鉆探工程有限公司吐哈鉆井公司,新疆鄯善 838200）

隨著鉆井深度增加，地層巖石硬度增大、研磨性增強、可鉆性變差。鉆井過程中PDC鉆頭易產生粘滑振動，造成鉆頭切削齒崩壞、鉆柱過早疲勞破壞等井下復雜情況，導致鉆井效率低，嚴重影響了油氣資源的勘探開發進度和成本[1-3]。國內外研究人員為了抑制粘滑振動提出了多種措施，其中扭轉沖擊鉆井技術對減輕PDC鉆頭的粘滑振動效果尤為明顯[4-13]。扭轉沖擊鉆井是利用鉆頭上端安裝的扭轉沖擊工具持續給鉆頭施加周期性沖擊，輔助PDC鉆頭破壞巖石，以減輕鉆頭的振動[14]。TorkBuster扭力沖擊器是利用高壓鉆井液驅動擺錘沖擊與鉆頭相連的砧體為鉆頭提供扭轉沖擊載荷，在國內外深部硬地層的應用中取得了很好的提速效果[15-18]。玄令超等人[19]研制了射流式扭轉沖擊工具，通過射流發生器切換擺錘高低流道。祝效華等人[20]設計了一種具有棘輪機構的扭轉沖擊器，通過渦輪驅動棘輪軸持續敲擊鉆頭中心軸為鉆頭提供扭轉沖擊載荷。查春青等人[21]設計了旋轉配流式扭轉沖擊工具，通過渦輪驅動中心軸來切換擺錘兩端的高低壓流道，實現擺錘的往復運動。以上扭轉沖擊工具均是通過高壓鉆井液推動擺錘沖擊砧體為鉆頭施加沖擊能量，而擺錘運動過程中易產生磨損導致壓力腔體密封失效，影響工具的使用壽命。……