新 疆 石 油 科 技 ２０１３年第３期（第２３卷） ・１・ 自激振荡旋转冲击钻井技术现场应用 刘占魁①邵士柱 太金鱼杨军 李江炜 秦永杰 云涛 马金洪 西部钻探公司克拉玛依钻井公司，８３４００９克拉玛依白碱滩 摘 要 自激振荡旋转冲击钻井技术利用水力能量强化钻头冲击力，同时优化井底流场并改善钻头和岩石受力状况，不改变常 规钻进方式，易于操作。介绍了自激振荡旋转冲击钻井工具技术原理和技术特点，对自激振荡旋转冲击钻井工具相关使用要求进 行了详细说明。通过实例介绍了ｚＪｘｃ一１７８．￣，ＬｚＪｘｃ一２３０两种型号自激振荡旋转冲击钻井工具在油田现场应用情况，对比邻 井分析了机械钻速提高的程度，对提高同类井型或相近地质条件下深井和难钻地层机械钻速具有借鉴意义。 关键词钻井冲击钻井井下工具机械钻速 ●－ｌ 刖＿■‘一０吾 ０●一 头施加５￣２０ｋＮ、４０Ｈｚ左右的周期性的机械冲击作用 力，使钻头承受的钻压产生波动。由于振动载荷可相 近年来，伴随着钻井基础理论研究的进展和综合 技术的进步，各种提速技术在提高钻井速度方面都展 现出了一定的效果。如以高压水射流钻井技术为基 础的井下增压器和配备地面高压泥浆泵的超高压射 流钻井技术、以冲击钻井技术为基础的空气锤以及粒 子射流钻井技术等。一些适用的提速工具应用越来 越广泛，在一定程度上满足了钻井现场更优、更快、更 对降低岩石的破坏强度，故可提高钻头破岩效果。钻 井液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，强化了井 底清洗作用，改善了井底岩石受力状况，提高了机械 破岩效率。 省的需求。自激振荡旋转冲击钻井即是众多提速技 术之一。 通过采用水电比拟的流体网络理论模型对各结构 参数对脉冲射流频率与压力幅值进行分析后，优化了 该工具的水力结构关键部位，确定了上喷嘴与下喷嘴 直径比为１．２，腔径与上喷嘴直径比为２．４，腔长与上喷 嘴直径比例为０．３５５。针对水力元件中一级振荡腔及 二级振荡腔的下喷嘴端面受冲刷最严重的部位，采取 流线型设计、硬质合金局部加强、本体用碳氮共渗处理 ２技术原理和特点 在不增加地面机泵能力的条件下，利用水力能量 或以水力能量驱动井下工具辅助破岩，是目前提高深 部地层钻井速度的有效途径之一。自激振荡旋转冲 击钻井工具是近年来开发应用的一种钻井提速井下 的合金钢、耐高温密封，耐温２ｌ０ｏ【＝等强化措施，确保自 激振荡式旋转冲击钻井工具寿命满足施工需求。 自激振荡旋转冲击钻井工具的技术特点： （１）与常规钻进方式相同，不改变现有工艺，对钻 头和钻具组合无特殊要求； （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，提高钻进效率； （３）整套工具强度不低于钻具的设计强度； （４）采用优化的水力结构和高耐磨材料可使水力 振荡器寿命达到２００ｈ。 工具。自激振荡旋转冲击钻井工具利用井底水力能 量增强钻头冲击力、优化井底流场、改善钻头和岩石 受力状况，自激振荡旋转冲击钻井技术集成了水力脉 冲钻井技术和冲击钻井技术的优势，通过冲击载荷＋ 强化井底净化＋改善岩石受力３种作用，依靠自激振 荡旋转冲击钻井工具提高机械钻速。 自激振荡旋转冲击钻井工具由上部接头和中部 自激振荡器以及下部接头３部分组成。中部的水力 振荡元件调制生成脉冲射流经由八方杆作用于下接 头从而带动钻头。钻井液流经自激振荡器产生的水 力脉冲，形成低幅高频机械冲击力传递至钻头，对钻 与其它井下提速工具相比，自激振荡旋转冲击钻 井工具优点： （１）采用优化的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 ①作者简介：副教授，１９８７—０７毕业于华东石油学院钻井工程专业 ・２・ 新 疆 石 油 科 技 ２０１３年第３期（第２３卷） （３）结构简单，稳定性高，寿命长。 其它参数见表１。 用率高，工具压降小； （２）由自激振荡水力元件产生的冲击力具有“小 振幅、高频率”的特点，对钻头和地层的适应性强； 表１自激振荡旋转冲击钻井工具部分参数 ３工具使用要求 钻具组合：钻头＋自激振荡旋转冲击钻井工具＋钻 具止回阀（或浮阀１＋钻铤。 （１）钻具止回阀（或浮阀）根据实际需要配置； （２）易蹩跳钻地层钻进时，加减震器等以减少钻 具疲劳破坏，同时改善钻头在井底的工作状况； （３）如果使用钻具单流阀，下钻时应按规定灌浆。 ３．１准备 下入自激振荡旋转冲击钻井工具前一趟钻，起钻 时按照使用自激振荡工具推荐排量洗井、并记录泵 压。起钻至表层套管适当位置时同样循环记录泵 压。下人白激振荡旋转冲击钻井工具后在相同井深 处重复上述过程、记录泵压，比较工具实际压降，为后 续钻进奠定基础。注意以下事项： （１）工具上下钻台戴好护丝，防止伤扣； （２）按照规定扭矩上扣； （３）坐好安全卡瓦，正常上扣和卸扣，不得在鼠洞 内操作； （４）涂丝扣油前清理干净，确保丝扣螺纹和端面完 好，并且确保丝扣油内没有杂质后按常规涂丝扣油； （５）泥浆泵上水端滤清器和立管滤子完好，尽可 能减少布条、塑料袋和橡胶块等进入； （６）使用牙轮钻头时，根据井下工况采用３个不 等径喷嘴，按大中小顺序组装，同时尽可能增大最大 喷嘴和最小喷嘴直径的差值；使用ＰＤＣ钻头时，在综 合考虑防漏堵漏前提下确保钻头压降； （７）入井工具丝扣需要定期探伤。 ３．２钻进 钻进中，确保机泵工作状态良好，并注意以下事 项： （１）为充分发挥自激振荡旋转冲击钻井工具提速 效果，使用型号ＺＪＸＣ一１７８工具时，钻井液排量需大于 ３２Ｌ／ｓ，使用型号ＺＪＸＣ一２３０工具时排量需大于５０Ｕｓ； （２）均匀送钻，蹩跳现象时及时调整钻进参数，待 蹩跳现象消除后再逐步恢复正常钻进参数； （３）控制纯钻时间在２００ｈ。工具累计使用时间达 到２００ｈ后，提钻后检查并更换损耗过大的零部件。 钻进中若钻井液密度超过１．４５ｇ／ｃｍ ，除密切关注泵压 和钻时的变化外，适当缩短工具井下使用时间； （４）当出现泵压异常、卡钻、井涌或井漏等情况时 立即执行现场工程技术预案； （５）定期检查滤清器，发现异常立即更换。 ３．３起下钻 （１）起下钻过程中必须按照要求灌浆。记录泥浆 的体积变化； （２）起钻过程避免拔活塞； （３）出现井下复杂情况，以井下安全为原则并立 即执行工程预案； （４）工具起出井口后认真检查工具，如果有损伤 和裂纹，需要进行更换。 ４现场应用情况 ４．１吉３３井与吉３４井应用情况 吉３３井构造位置在准噶尔盆地东部隆起吉木萨 尔凹陷东斜坡区二叠系芦草沟组致密油藏。实钻井 身结构ｑｂ３３９．７ｍｍ表套ｘ３９９．６ｍ＋ｄ￣２４４．５ｍｍ技套Ｘ ２ ５９７．９６ｍ＋￣１３９．７ｒａｍ油套３ ８４８．１７ｍ。为加快二开井 段钻井速度，吉３３井在１ ７４０ ２ ６００ｍ井段使用了 ＺＪＸＣ一２３０自激振荡旋转冲击钻井工具，进尺８６０ｍ。 钻进地层为侏罗系头屯河组（灰色泥岩夹砂质泥岩及 砂岩）、西山窑组（灰色、深灰色泥岩、泥质粉砂岩，细 砂岩夹煤层）、三工河组（灰色、深灰色泥岩、泥质粉砂 岩，下部为厚层细砂岩）、八道湾组（深灰色、灰色泥岩 夹粉砂岩、细砂岩及煤层）及三叠系克拉玛依组（中厚 层灰色泥质粉砂岩、细砂岩、粉砂岩不等厚互层）。 ＰＤＣ钻头型号ＤＦＳ１６０４Ｕ，钻井液密度１．３７一１．４２ｇ／ｃｍ 、 排量４８～５０Ｕｓ。工具使用时间１３６ｈ，平均机械钻速 ６．３２ｍ／ｈ。与邻井相比，机械钻速较吉１７３井相同地层 自激振荡旋转冲击钻井技术现场应用 ・３・ 提高２８％，自激振荡旋转冲击钻井工具提速效果明 显。 应井段相比，机械钻速提高２７．６％。两口井为同一只 钻井队施工，技术力量、机泵条件、钻进地层的岩性以 吉３４井是该钻井队继吉３３井后在该区块承钻的 另一口井。井身结构：＠３３９．７ｒａｍ表套×５００ｍ＋ ２４４．５ｒａｍ技套×２ ９３０ｍ＋ １３９．７ｒａｍ油套×３ ９６０ｍ。 及使用的钻头型号和钻进参数等均相同，对比性较 强，表明使用自激振荡旋转冲击钻井工具起到了提高 机械钻速的效果。 为加快二开井段速度，在５００～２ ２０１ｍ井段使用了 ＺＪＸＣ一２３０自激振荡旋转冲击钻井工具，进尺 １ ７０１ｍ。钻进地层为新近系至侏罗系。ＰＤＣ钻头型 号与吉３３井相同、ＤＦＳ１６０４Ｕ。排量４８～５２Ｌ／ｓ。工具 ４．２推广应用情况 自激振荡旋转冲击钻井工具部分应用情况见表２。 自激振荡式旋转冲击钻井工具累计在准噶尔盆 地油田的７个区块推广应用１７井次，总进尺 ９ ２２１ｍ，平均机械钻速６．１ｌｍ／ｈ，整体提速３７％。单只 使用时间１０６ｈ，平均机械钻速１６．１ｍ／ｈ。与吉３３井对 表２自激振荡旋转冲击钻井工具部分应用情况 工具现场应用纯钻时间达到２５０ｈ，工具安全可靠，未 出现问题。 提速效果的保障，在综合考虑井眼稳定、井下复杂等 条件下，钻井液排量越大自激振荡旋转冲击钻井工具 提速效果越明显。 参考文献 １倪红坚，韩来聚，马清明，刘科峰．水力脉冲诱发井下振动钻井 工具研究［Ｊ］．石油钻采工艺，２００６，２８（２） 总体上，自激振荡旋转冲击钻井工具可以改善井 底净化效果，减少岩石重复破碎，返出的岩屑颗粒较 通常情况粗。此外，自激振荡旋转冲击钻井工具与钻 头及地层有良好的适应性，牙轮钻头及ＰＤＣ钻头均可 配合使用。使用自激振荡旋转冲击钻井工具不影响 钻进参数调整、井身质量合格。 ２倪红坚，马清明，韩来聚，等．一种水力脉冲诱发井下振动钻井 工具．２００４２００４０９０６．８【Ｐ】．２００５—０８—１０ ５结论 （１）自激振荡旋转冲击钻井工具可以满足现场难 钻地层提速技术需要，具有广泛的适用性； （２）机泵能力是发挥自激振荡旋转冲击钻井工具 责任编辑：张怀文 收稿日期：２０１３—０３—２６
