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1、自激振荡式旋转冲击钻井工具在大港油田的应用摘 要：自激振荡式旋转冲击钻井是十二五国家重大专项渤海湾盆地黄骅坳陷滩海开发技术示范工程的示范技术之一，该技术能够显著提高深井硬地层的钻井速度，与脉冲射流辅助破岩相比增加了钻头对地层冲击力的作用，改变了岩石的破碎机理，形成大量岩石的体积破碎。该技术可改善钻井液对井底岩屑的“压持效应”，强化井底净化，降低了钻头对岩屑的重复切削，同时，整套系统简单可靠，不改变现有钻井流程，现场易于接受。本论文主要介绍了自激振荡式旋转冲击钻井的提速机理、技术优势和现场应用效果。目前现场成功试验两口井，整体提速效果达20%以上。 关键词：自激荡式 旋冲钻井 钻压 托压 提速一
2、、自激振荡式旋转冲击钻井原理及参数1.旋转冲击钻井原理自激振荡式旋转冲击钻井工具合理利用井底水力能量增强钻头冲击力，优化井底流场，改善岩石受力状况，达到提高机械钻速的目标。其在井下工作时会产生机械冲击与水力脉冲的作用。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冲击传递杆，产生低幅高频机械冲击力传递至钻头，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在向下传递，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。旋转冲击钻井工具能够实现硬地层岩石体积破碎，从而提高机械钻
3、速，同时在软地层中硬地层也能起到较好的辅助破岩及井眼清洁作用。2.工具技术特点2.1对钻头和钻具结构没有特殊要求，不改变现有工艺。2.2有利于改善底部钻具组合力学特性，延长钻头的使用寿命，提高直井段钻进效率。2.3采用优化的水力结构和高耐磨材料，水力振荡器寿命可达200小时以上。2.4整套工具强度不低于钻具的设计强度。2.5工具压力损耗小于1.0Mpa。二、现场试验情况2012年9月-2012年11月大港油田使用自激振荡式旋转冲击钻井工具在张海28-26井和庄海8Es-L8井成功进行了现场试验。试验表明，使用该类型工具可提高机械钻速20%以上，效果显著，对常规PDC钻头具有良好的适应性，压力损
4、耗约为1.0MPa，证明了本次研究所提出的技术思路确实可行，为提高钻井速度提供了一个有效途径，具有广阔的应用前景。1.张海28-26井2012年9月ZJXC-178型自激振荡式旋转冲击钻井工具在大港油田张海28-26井进行现场试验，试验井段为3344-3382 m，地层为沙河街组沙二段；岩性：灰色泥岩、浅灰色细砂岩。张海28-26井为高危地区实施的滩海丛式井，为定向注水井；按工程设计，本井自100m开始造斜，至521m终点处造斜至33.7，之后3047m处为调整点，至井底井斜角控制在30.4。1.1使用旋冲钻具下钻钻具结构：215.9PDC钻头0.23m+172马达8.43m+165浮阀0.5
5、m+198扶正器1.54m+178自激振荡式旋转冲击钻井工具1.25m+167无磁钻挺8.73m+166 MWD短节1.95m+167无磁钻挺9.11m+127加重钻杆1195.9m+钻杆柱。钻井参数：钻压：40-60 KN，转速：80+马达RPM，排量：30 L/s、泵压：20 MPa，泥浆密度：1.62 g/cm3。使用效果：井段：3344-3382 m，钻至3382 m井深时发现井漏，钻井液漏失67m3，打堵漏剂后钻头起至技套内循环，未能实现有效堵漏后，现场起钻换用常规钻具下井堵漏。工具出井后观察结构完整、未见损伤；观察钻头发现钻头只有微量磨损，崭新度达到99%以上；钻进过程中，自激旋冲
6、工具不干扰MWD信号；不影响定向井的井斜、方位；不影响螺杆钻具正常工作。使用自激旋冲工具井段，钻时均匀，钻速波动小，说明使用自激旋冲工具有利于缓解定向井托压现象。1.2未使用旋冲钻具下钻作为对比依据，在3220-3344井段使用复合钻具进行钻进。钻具结构：215.9PDC钻头0.23m+172马达8.43m+165浮阀0.5m+198扶正器1.54m+167无磁钻挺8.73m+166 MWD短节1.95m+167无磁钻挺9.11m+127加重钻杆1195.9m+钻杆柱。钻井参数：钻压：140-160 kN，转速：80+马达RPM，排量：30 L/s、泵压：19 MPa，泥浆密度：1.52-1.
7、62 g/cm3。使用情况：地层为沙河街组沙一段；岩性：灰色泥岩、浅灰色细砂岩。井段：3220-3344m。平均钻时5.22分，钻速较快，但波动很大；钻速波动具体体现为：复合钻进时钻时快时达到0.8 min/m，慢时达到10 min/m以上；导向钻进时钻时快时18 min/m，慢时达到38 min/h；大的钻速波动说明井下存在托压现象。1.3对比分析ZJXC-178型自激振荡式旋转冲击钻井工具在张海28-26井的使用情况如下示。使用旋冲钻具的井段为3344-3382 m，地层为沙河街组沙二段，机械钻速达到12.9m/h；本井沙二段3220-3344 m使用复合钻具，平均机械钻速为11.5 m/
8、h。相对于使用复合钻具，使用自激振荡式旋转冲击钻具钻速平均提高12.2%。具体钻进参数及对比结果如下表所示。对比分析结果使用结果表明工具结构简单、工作安全可靠、安装使用方便，不影响现有的钻具结构，不会对钻井施工造成负面影响。根据可比原则（层位相同、钻头相同、钻具结构相同和钻井参数相近），与本井同为沙二段使用复合钻具钻进的3220-3344 m井段进行对比，机械钻速提高12.2%，提速效果明显。钻进过程中，自激旋冲工具不干扰MWD信号；不影响定向井的井斜、方位；不影响螺杆钻具正常工作。 2.庄海8Es-L8井自2012年10月29日至11月3日自激振荡式旋转冲击钻井工具在大港油田庄海8Es-L8
9、井进行现场试验，试验井段为1200-2135m、2671-3356m。地层明化镇组，馆陶组，沙河街组；岩性：泥岩。庄海8Es-L8井是一口大斜度井，构造位置位于埕海油田一区庄海8断块构造北部部位。按照钻井设计，本井最大井斜角达到80.56，大斜度井定向钻进时会因托压导致机械钻速大幅降低，甚至造成井下钻具事故。因此，使用自激振荡式旋转冲击钻井工具配合螺杆钻具跟PDC钻头使用，以期减轻大斜度井钻井托压，实现钻井提速。2.1使用旋冲钻具第一趟下钻：钻具结构：215.9PDC钻头0.27m+172马达7.37m+200扶正器1.53m+178自激振荡式旋转冲击钻井工具1.25m+172无磁钻挺9.12
10、m+166 MWD短节1.84m+167无磁钻挺8.43m+钻杆柱。钻井参数：钻压：80-160kN，转速：0-200 RPM+马达，排量：33 L/s、泵压：11-15 MPa，泥浆密度：1.10-1.12 g/cm3。使用效果：井段：1200-2135m，井上发现泵压突然下降，起钻检查为与无磁钻铤相接的钻杆刺漏。工具出井后观察结构完整、未见损伤；本趟钻钻进造斜井段，井斜角自1192m处的52.6增至1653m处的79.4（设计要求为井深1660m处增至80.5），方位介于73-75；稳斜段内试验井段井斜介于79-82之间；方位介于73-75之间；达到钻井设计要求。定向钻进井段平均钻压10.
11、0吨，平均机速15.6m/h；复合钻进井段平均钻压7.0吨，平均机速74.0m/h。2.2使用常规钻具第二趟下钻：为对比分析自激振荡式旋转冲击钻井工具在大斜度井中防托压和钻井提速的使用效果，本井第二趟下钻2135-2671m井段使用常规复合钻具钻进，具体使用情况如下：钻具结构：215.9PDC钻头0.27m+172马达7.37m+200扶正器1.53m+172无磁钻挺9.12m+166 MWD短节1.84m+167无磁钻挺8.43m+钻杆柱。钻井参数：钻压：80-160 kN，转速：0-200 RPM+马达，排量：33 L/s、泵压：11-18 MPa，泥浆密度：1.10-1.14 g/cm3
12、。使用效果：地层为馆陶组；岩性：泥岩。井段2135-2671m；其中定向井段的最大钻压为20.2t，平均钻压12.2t，平均机速18.0m/h；复合井段最大钻压12.3t，平均钻压4.6t，平均机速73.0m/h。2.3使用旋冲钻具第三趟下钻钻具结构：215.9PDC钻头0.27m+172马达7.37m+200扶正器1.53m+178自激振荡式旋转冲击钻井工具1.25m+172无磁钻挺9.12m+166 MWD短节1.84m+167无磁钻挺8.43m+钻杆柱。钻井参数：钻压：80-160 KN，转速：0-200 RPM+马达，排量：33 L/s、泵压：14-18 MPa，泥浆密度：1.12-1
13、.14 g/cm3。使用效果：本趟钻配好钻头、马达、自激旋冲工具、MWD以及无磁钻挺后进行井口测试（排量33 L/s，密度1.12 g/cm3时泵压最大8 MPa），结果表明，MWD数据读取正常。钻进过程中MWD数据读取正常。钻进井段：2671-3356m，工具入井34h，纯钻10.8h。在钻井参数正常的情况下突然没有进尺，井队起钻换螺杆钻具。工具出井后观察结构完整、未见损伤；本趟钻全部钻进稳斜井段，其中复合钻进井段的平均钻压为8.5t，平均机速83.8m/h；定向钻进井段的平均钻压17.8t，平均机速27.2m/h。2.4对比分析ZJXC-178型自激振荡式旋转冲击钻井工具在庄海8Es-L8
14、井的使用情况如下表示。表6 对比分析结果经对比分析发现，增斜段（1200-1660m）平均钻压105.6kN，平均机速达到21.0m/h；稳斜段（1660-3356m）选择本井使用相同钻头，相同钻具组合，相近钻井参数钻进的相同地质层段（馆陶组）的钻速、钻压数据分别进行定向井段和复合钻进井段的对比分析。使用自激旋冲工具定向井段平均提速32.8%；复合钻进井段平均提速12.4%。现场试验表明工具结构简单、工作安全可靠、安装使用方便，不影响现有的钻具结构，不会对钻井施工造成负面影响。不影响MWD测量和传输井眼轨迹参数，对井眼轨迹控制无不利影响。试验井段有效避免了托压现象，机械钻速提高明显。三、认识1.通过使用自激振荡式旋转冲击钻井工具结果表明该钻井系统结构简单，可靠性和安全性高，对于解决定向井、大位移井因托压引起的钻速低下的问题，优势非常显著，应用前景广阔。2.根据可比原则（层位相同、钻头相同、钻具结构相同和钻井参数相近），与本井同为沙二段使用复合钻具钻进的3220-3344 m井段进行对比，机械钻速提高12.2%，提速效果明显。3.钻进过程中，自激旋冲工具不干扰MWD信号；不影响定向井的井斜、方位；不影响螺杆钻具正常工作。：汤新国，1966.11.9生，毕业于天津大学石油分校，现任大港油田滩海开发公司高级专家，主要研究钻井技术。
