扭力冲击器在塔河油田托普台的钻井提速试验应用

张海军，彭　勇

（中石化西南石油工程有限公司重庆钻井分公司新疆指挥部，新疆轮台841600）

扭力冲击器在塔河油田托普台的钻井提速试验应用

张海军*，彭勇

（中石化西南石油工程有限公司重庆钻井分公司新疆指挥部，新疆轮台841600）

扭力冲击器和PDC钻头配合使用，目的是提高机械钻速，达到提速提效的作用。扭力冲击器给PDC钻头提供扭向上的冲击破碎为主，加以旋转剪切岩层，它巧妙地将泥浆的流体能量转换成扭向的、高频的、均匀稳定的机械冲击能量并直接传递给PDC钻头，提供的这种额外的扭向冲击力完全改变了PDC钻头的运作，它是一种每分钟750～1500次高频的稳定的力，就相当于每分钟750～1500次切削地层，使钻头和井底始终保持连续性切削。这时候PDC钻头上有2个力在切削地层：一个是转盘提供的扭力，一个是扭力冲击器提供的力，这时侯钻杆的扭矩基本是稳定的，钻杆传达的扭矩可以完全用于切削地层，而不会浪费。

扭力冲击器；塔河油田；托普台；钻井技术；提速提效

1　扭力冲击器

扭力冲击器是加拿大联合金刚石公司（United Diamond）和阿特拉公司（Ulterra）合作研发的一种新型工具，主要用于PDC钻头的辅助破岩。

1.1扭力冲击器的发展背景

在以往的钻进过程中，井下PDC钻头的运动是极其无序的，包括横向、纵向和扭向的振动及这几种振动的组合。这种振动带来的后果就是损坏PDC钻头切削齿，从而影响钻头寿命，同时无序的振动亦会导致井眼轨迹的不确定性，影响井身质量。为了减小钻头在井下有害振动，消除钻头粘滑现象，以此为契机研究开发扭力冲击器工具。

1.2扭力冲击冲击器的作用原理

扭力冲击器配合PDC钻头一起使用，是以扭向上的冲击破碎为主，加以旋转剪切岩层，主要作用是在保证井身质量的同时提高机械钻速。它巧妙地将泥浆的流体能量转换成扭向的、高频的、均匀稳定的机械冲击能量并直接传递给PDC钻头，使钻头和井底始终保持连续性。提供的这种额外的扭向冲击力完全改变了PDC钻头的运作。它是一种每分钟750～1500次高频的稳定的力，就相当于每分钟750～1500次切削地层，使钻头不需要等待扭力积蓄足够的能量就可以切削地层。扭力冲击器能有效减少横向、纵向和扭向或几种组合的有害振动对钻头的损伤，使钻头工作更平稳延长钻头的使用时间，同时钻杆的传送的扭矩更稳定的。这时候PDC钻头上有2个力在切削地层：一个是转盘提供的扭力，一个是扭力冲击器提供的力，并直接给到钻头本体上。

1.3扭力冲击器的优缺点

消除了对钻井有危害的井下振动，粘滑、弹跳及回转，有效减少反冲扭力，降低钻柱上的扭力振荡，并提供额外的高频的扭向上的冲击力，真正的优化实现PDC钻头剪切破岩，提高机械钻速。同时延长PDC钻头的工作寿命，减少下部钻具组合疲劳有效保护钻具，让使用PDC钻头钻进更坚硬的岩层变为现实，突破了传统牙轮钻头和PDC钻头常规钻井的瓶颈，减少起下钻次数，有效缩短钻井周期。该工具是纯机械构造，无橡胶元件，无电子元件，即使工具失效仍然可以按常规方式钻进。该工具的缺点是其安全时限仅有200h，连续工作时间短。

2　提速地层简况

新疆塔河油田托普台区域卡拉沙依组、巴楚组、东河塘组、塔塔埃尔塔格组等地层泥岩段可钻性低，特别是卡拉沙依组上泥岩、巴楚组下泥使用常规PDC+螺杆复合钻进机械钻速偏低，平均钻速仅机械2.68m/h，钻进周期较长，平均为48.5d，约占全井钻井周期的53%。因此该区域提高三开井段的机械钻速是缩短钻井周期、实现提速提效关键。

3　扭力冲击器在托普台区域提速试验应用

3.1托普台二区TP234X井试验应用情况

2011年2月在TP234X井试验应用提速效果显著，Ø215.9mm井眼钻进井段5178.36～6167.84m，使用扭力冲击器机械钻速高达7.7m/h，机械钻速比常规螺杆钻具提高一倍。

表1　托普台二区扭力冲击器与常规螺杆工具机械钻速对比表

3.2托普台三区TP337X井试验应用情况

TP337X井位于塔河油田阿克库勒凸起西南斜坡部位托普台三区沙雅县境内，该区域深部地层卡拉沙依组上泥岩、巴楚组下泥使用常规PDC+螺杆复合钻进机械钻速偏低，平均钻速仅机械2.68m/h。因此TP337X井三开215.9mm井段选择扭力冲击器进行钻井提速实验，于2013年12月12日下入阿特拉公司扭力冲击器工具钻进，12月21日钻至井深5918m因为扭力冲击器已经到安全使用时限起钻，该钻头出井仅一个切削齿被磨损，钻头出井新度达95%，扭力冲击器钻进4889～5918m井段，进尺1029m，纯钻178h，平均机械钻速5.78m/h，最大井斜1.2°/5908m，钻遇卡拉沙依组、巴楚组、东河塘组、塔塔埃尔塔格组、柯坪塔格组地层。

钻进参数：钻压40～120kN；转速60～80r/min；排量29～32L/s；泵压20～21MPa；

钻进时泥浆性能：密度1.30～1.33g/cm3，粘度52～55s；

钻具组合：Ø215.9mmPDC钻头（U516S）+Ø165mm扭力冲击器+Ø159mm DC 1根+Ø159mm无磁悬挂短节（随钻测斜仪器）+Ø159mm DC 1根+Ø212mm扶正器1根+Ø159mmDC22根+Ø127mmHWDP14根+ Ø127mmDP。

现场试验结果表明，使用扭力冲击冲击器可确保PDC钻头工作平稳，适用于深部可钻性低的地层，特别是泥岩段地层提速效果明显，提高钻井效率缩短钻井周期。

表2　TP337X井与邻井同层位螺杆复合钻进平均机械钻速对比表

3.3扭力冲击器使用技术要点

（1）准备2只完好的钻杆滤清器；

（2）工具入井前要调整好泥浆性能，确保井壁稳定防止掉块，降低泥浆含砂量；

（3）确保泥浆泵运转正常，本井使用工具正常工作排量为24～32L/s；

（4）下钻过程避免在套管中大排量开泵循环，尽可能减少套管中开泵时间；

（5）若有遇阻井段，要尽量避免长井段划眼；

（6）下至距离井底10～20m开泵，禁止低排量情况下钻头接触井底，避免井底沉砂堵塞水眼；

（7）造型钻压10～20kN，转速50r/min，造型进尺20cm；

（8）正常钻进钻压40～120kN，一般不超过120kN，转速50～80r/min；

（9）根据钻时快慢，及时观察、判断工具和钻头情况；

（10）观察返出岩屑，是否有大量掉块、铁屑、石英等特殊岩屑，注意观察钻井参数；

（11）每个单根需及时清理钻杆滤清器。

4　结论及建议

（1）扭力冲击器配合阿特拉公司专用PDC钻头提速效果明显，在深部可钻性较低的泥岩段优势非常明显。

（2）钻井参数平稳，延长PDC钻头使用寿命。

（3）配合随钻测斜仪监控井身质量，能进一步解放参数提高钻井效率。

（4）以上特点确定了扭力冲击器的应用可以为企业节约成本，提高收益。

（5）该工具需要进一步提高连续工作安全时限，进一步节约成本缩短钻井周期。

TE2

B

1004-5716（2016）07-0058-03

2015-07-18

2015-07-29

张海军（1974-），男（汉族），重庆人，工程师，现从事钻井工程技术及管理工作。