自激振荡式旋转冲击钻井工具在冀中地区的应用

曹利军 杨顺强 陈伟 孟广喜（渤海钻探第五钻井工程分公司工程技术中心，河北河间062450）

自激振荡式旋转冲击钻井工具在冀中地区的应用

曹利军 杨顺强 陈伟 孟广喜（渤海钻探第五钻井工程分公司工程技术中心，河北河间062450）

自激振荡式旋冲工具在井下工作时能够同时对所钻地层产生机械冲击与水力脉冲的作用。该工具适合定向井不同地层、不同井段的应用要求，在中硬、硬地层进行滑动和复合钻进时均能显示提速效果，具有避免钻头重复破碎岩屑和缓解定向托压的特点。通过现场试验，掌握了该类型工具的结构和配套参数优化方法，对于提高冀中地区钻井速度，解决长期困扰冀中地区钻井生产的定向托压问题有着重要意义。从实践中提炼、探索出新的提速方法，形成相应技术规范，为今后冀中地区钻井提速提供参考。

自激振荡；冲击钻井；滑动钻进；定向托压

随着国内油田不断降低钻井成本，市场竞争日趋激烈，要实现较好的经济和社会效益，就必须利用新型提速工具来不断提高钻井速度。诸如复合钻井、高压喷射、导向钻进等成熟技术已广泛应用在冀中地区钻井实践中，使钻井速度有了明显提高。为了进一步拓展提速空间，加快钻井速度，我们在冀中地区试验应用自激振荡式旋转冲击钻井工具（文中简称旋冲工具），该工具能把水力脉冲和机械冲击力相结合，最大限度的提高机械钻速，同时起到减摩、定向防托压的作用。

1 旋冲工具的应用优势

旋冲工具适合定向井不同地层、不同井段的应用要求，在中硬、硬地层进行滑动和复合钻进时均能显示提速效果，同时还具有避免钻头重复破碎岩屑和缓解定向托压的特点；该工具由自激振荡式水力元件产生的钻头冲击力具有“小振幅、高频率”的特点，对钻头和地层的适应性强；自激振荡式水力元件将调制的水力脉动转化为直接作用于钻头的机械冲击力，能量利用效率高；该工具保养维护简单，使用寿命可达300h以上，可重复多次入井使用。

2 旋冲工具原理及破岩机理

旋冲工具是综合水力脉冲和冲击振动钻井两类技术优势的思路进行设计的。在井下工作时会同时产生机械冲击与水力脉冲作用。机械冲击：钻井液高速流经自激振荡器，形成水力脉冲作用于下喷嘴，产生低幅高频机械冲击力经钻头连接短节传递至钻头，对钻头施加5-20KN、40Hz左右的冲击力，提高钻头破岩效果；水力脉冲：钻井液高速流经自激振荡器所产生的水力脉冲向下传递，经钻头水眼喷出，形成脉冲射流作用于井底，强化井底清洗，改善井底岩石的受力状况，降低岩石破坏强度。

钻头连接短节与壳体下端的配合通孔端加工成多边形，工具内部设计两级水力振荡腔，壳体上端通过上接头与上部钻柱相连。钻井液进入水力振荡腔后，经过谐振、反馈、选频及放大等自激振荡过程，形成压力脉动作用于下喷嘴顶端，经钻头连接短节传递，形成对钻头周期性的冲击作用力，使钻头产生纵向的机械振动，改善钻头与井底附近岩石的受力状况，有效提高钻头的破岩钻进效率。

3 现场应用及效果评价

3.1 现场应用情况

留70-63X井在降斜和下直井段应用旋冲工具，工具加装在螺杆与无磁钻铤之间。与参照井在地层、井深、井眼轨迹几近相同的情况下，试验井与其相比提速32.59%，减少滑动进尺24m，定向降斜井段未出现托压现象，而参照井相近井段滑动钻进时托压达到250-300KN，控制井斜和定向均困难。由此看来，旋冲工具既有利于提高机械钻速，又能够提高定向效率。

高68X井是一口五段制定向井、预探井，在二开井段稳斜、降斜井段应用旋冲工具，应用进尺709m，纯钻时间52h，平均机械钻速13.63m/h。钻头起出后新度达到95%，工具有效的保护了PDC钻头，实现了多复合少滑动的目的，机械钻速较参照井提高34.37%。

3.2 利用旋冲工具解决托压问题

冀中地区定向井在滑动钻进井段经常产生托压现象。要解决这一难题，找准产生托压的原因是关键。首先，定向中的托压与施工的井眼轨迹存在很大的关系。冀中地区每年完成井中的定向井占90%以上，在实际施工中，很多定向井因为地层或施工的原因造成井眼轨迹偏离设计，被迫进行导向反扣钻进。造成定向过程中托压的另一个原因是泥饼虚厚、泥浆摩阻系数大。

旋冲工具纵向振动所产生的减摩作用在防托压方面能够起到很好的效果。鄚32-2X井在稳斜和降斜段应用旋冲工具，滑动钻进260m，每单根定向滑动4-5m，降斜率可达0.8-1.1°，未出现托压现象且工具面稳定。实例表明，旋冲工具在滑动钻进时提高了施工效率，该工具产生的纵向机械振动，可减小钻具与井壁滑动摩阻，即便不能直接消除托压现象，也可起到减摩和缓解托压的作用。

4 结语

自激振荡式旋冲工具可有效提高冀中地区定向井机械钻速，缓解滑动钻进时产生的托压问题。工具与钻头、钻具组合、钻井参数和地层岩性均具有良好的适应性。机泵能力是发挥该工具提速效果的保障，钻井液排量越大，工具提速防托压效果越明显。进一步优化和改进工具结构、性能，在不同区块推广应用，是今后该技术的主要研究方向。

[1]雷鹏，倪红坚.自激振荡式旋冲工具在深井超深井中的试验应用[J].石油钻探技术，2013，41（6）：41-42.

[2]刘天科.自激振荡式旋转冲击钻井工具在胜利油田的应用[J].石油钻采工艺，2012,34（4）54-56.

曹利军（1979-），男，毕业于中国石油大学石油工程专业，工程师。