論扭力沖擊器在塔中超深井中的提速效果評價

林高攀 王善文

摘要：新世紀(jì)以來，工業(yè)活動更加頻繁，各行各業(yè)的發(fā)展更加快速，工業(yè)生產(chǎn)以及社會生活對石油資源的依賴程度日漸加深。石油在國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活中所起的作用越來越重要。隨著油氣勘探的進(jìn)一步發(fā)展，深井、超深井開發(fā)越來越頻繁，各種復(fù)雜的井鉆應(yīng)用也越來越多，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)行有效的開采是油田面臨的重大考驗。

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、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)械鉆速低的問題也愈發(fā)突出，對鉆頭的磨損極大。而且部分井PDC鉆頭無法有效穿過，針對此種情況，就需要應(yīng)用扭力沖擊器來配合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)行簡要闡述，以供參考。

1.塔中超深井鉆井技術(shù)難點

塔中地區(qū)是塔里木油田"三大陣地戰(zhàn)"的主戰(zhàn)場之一，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多套地層，這些地層跨越的地質(zhì)時代較多、變化也相應(yīng)的較大，所以地質(zhì)條件尤為錯綜復(fù)雜。地層可鉆性差就會直接導(dǎo)致鉆井周期長，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，對鉆頭損壞大，部分井PDC鉆頭難以穿過;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，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)盤扭矩積聚，又快速釋放，這時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)計的提速工具，扭力沖擊器內(nèi)部有沖擊錘，泥漿通過扭力沖擊器內(nèi)部分流器，分流泥漿為沖擊錘提供動力，使其產(chǎn)生周而往復(fù)的擺動。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鉆頭在堅硬地層吃入深度不夠、機(jī)械鉆速低、易卡滑等問題，同時在高研磨、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硬地層的工程風(fēng)險，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由于井底溫度過高而造成的漏失問題?，F(xiàn)階段，較為常見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，通過巧妙利用軸向雙作用液動潛孔錘的原理，將其利用到扭力沖擊器上面，軸向雙作用液動沖擊器的主要特點是沖錘的工作沖程與反沖程均由液壓推動，而不依賴彈簧的作用，結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，無易損件。通過利用雙作用軸向液動沖擊器的原理，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)簡單，無易損件，使用壽命長。扭力沖擊器相對軸向液動潛孔錘，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，扭力沖擊器產(chǎn)生的能量也越大，對鉆頭產(chǎn)生的機(jī)械鉆速以及沖擊頻率也越高。所以說，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

當(dāng)前油氣生產(chǎn)的挑戰(zhàn)已與過去大大不同，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。面對新的挑戰(zhàn)，簡單的鉆井技術(shù)已經(jīng)走到了盡頭，縱觀近年來世界鉆井技術(shù)發(fā)展動向，鉆井正發(fā)生著深刻變化。隨著材料、通訊、計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展、鉆井的遠(yuǎn)程控制和自動化操作使得作業(yè)區(qū)域不斷擴(kuò)大，經(jīng)過百年的發(fā)展，鉆井行業(yè)雖然經(jīng)歷了反復(fù)的試驗和打擊，但仍然在加速前進(jìn)，油企要緊跟鉆井技術(shù)的發(fā)展動向，并結(jié)合實際調(diào)整和優(yōu)化當(dāng)前的技術(shù)研發(fā)方向，才能更好的實現(xiàn)油田的可持續(xù)發(fā)展。

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