TorkBuster扭力冲击器在元坝地区提高钻速中的应用
油气钻井扭力冲击器工作原理及应用探讨
油气钻井扭力冲击器工作原理及应用探讨作者：王朋飞来源：《中国科技博览》2019年第08期[摘要]随着深井和超深井的勘探开发比例不断增加，对提高油气钻井速度和质量提出了新的挑战。
由于深井深部地层岩石坚硬、研磨极值高，PDC钻头易出现粘滑振动现象，严重制约着机械钻速的提高。
扭力冲击器与PDC钻头结合使用能够显著提高机械钻速，减少粘滑、卡钻现象出现，延长钻头使用寿命。
[关键词]扭力冲击器；原理；特点中图分类号：P58 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）08-0300-01前言近年来，随着深井和超深井的勘探开发比例不断增加，深部地层岩石硬度和塑性增大，常规牙轮钻头可钻性差、机械转速低、钻井周期长。
为提高钻头行程机械钻速，PDC钻头得到广泛使用，但在深部地层PDC钻头出现的粘滑振动现象，不仅严重制约机械钻速进一步提升，还极大地影响了其使用寿命。
为消除PDC钻头的粘滑振动现象，经过研究和应用，使用扭力冲击器是减小或消除钻头该现象的最有效方法。
1扭力冲击器在钻井施工中应用的必要性1.1 钻头硬地层钻井过程中，由于地下岩石的坚硬度较高，因而对钻进器的钻头质量要求较高，岩石坚硬，钻进、破碎难度较大，因而需要充分提高钻头研磨性和抗磨损性，否则钻头工作效率下降，钻井速度受影响，严重则会导致井下施工事故产生。
传统的钻进器钻头抗磨损性有限，因而总体钻进效果不理想。
扭力冲击器则将PDC钻头的整体运动状态改变，极大的提高其岩石破碎效率，根据试验分析，扭力冲击器在沟组式地层中试用具有快速钻井的效用，实践应用意义明显。
PDC钻头在井下运动时属于无序状态，因而总体振动形式是扭向振动、横向振动和纵向振动相结合，具有一定的组合效应。
因而单个PDC在井下振动时切削齿会被严重损坏，进而降低钻头的使用寿命，同时随钻测井信号和扭矩波动干扰定向控制也会受到影响。
当井眼出现不规则状态时，井身质量也会下降。
分析PDC钻头转速低的原因，能够进一步促进扭力冲击器应用究。
在强研磨地层使用扭冲工具实现提速提效
３ ２ ６ ５ ～３ ５ ｌ ５ ｍ（ 共２ ５ ０ ｍ ），属沙 三 中、下 ，以深 灰 色泥 岩 、灰 质泥 岩 、砂 质泥 岩 为主 。Ｐ Ｄ Ｃ ＋扭冲 进 尺２ ５ ０ ｍ ，纯钻 时间４ ４ ． ０ ３ ｈ ，机械钻 速 ５ ． ６ ８ ｍ ／ ｈ ，行 程钻 速 ３ ｍ ／ ｈ ，与 同井 同地层 前后 两次 单独 使用 Ｐ Ｄ Ｃ 钻 头钻 进 的井段 相 比，Ｐ Ｄ Ｃ ＋扭 冲 工具 机械 钻速 分 别提 高９ ８ ． ６ ％ 、１ １ １ ． ５ ％ 。而 且录 井数 据表 明 （ 见表 ３ ），同井 同地 层 相邻 的５ 趟 钻 中Ｐ Ｄ Ｃ ＋扭冲 的钻进 井 段钻 时 最 低 ，均 值 １ ０ ． ５ ６ ｍ ｉ ｎ ／ ｍ ，且钻 时波 幅最 小 。同时 ，Ｐ Ｄ Ｃ ＋扭冲 时 的钻 进扭 矩也 最低 ，均值 ２ ． ７ ｋ Ｎ・ｍ 。钻 进 扭 矩 可 以和 牙 轮 钻 头相 媲 美 ，而 且 扭 矩波 动 最 小 ，仅 为 １ ． ４ ｋ Ｎ・ ｍ。在 整 个 钻进 过
２ 扭 冲工 具使用 特点与技 术优势
扭冲工 具使用特 点与技术优 势如 图２ 所示 ：
４ ． １ 樊５ ５ 井
试 验井段 ：３ Ｉ ９ ８． ０ ６～ ３ ４ ３ ０ Ｉ ｌ ｌ 完钻 （ 共
２ ３ ２ ． ９ ４ ｍ ） ，属 沙 四下 ，为紫 红色 细砂 岩 、暗 紫色
关键词 ： 胜 利油 田 ； 钻井 ； 扭 冲 工具 ； 提速提 效 ； 强研磨 地层
中 图分 类号 ： Ｐ ６ ３ ４
文 献标识码 ： Ａ
文章 编号 ： １ ０ ０ ９ — ２ ３ ７ ４（ ２ ０ １ ３） ０ ５ － ０ ０ ３ ３ — ０ ２
１ 扭 冲工具基 本工作原 理和功 能
扭力冲击器在元陆701井的应用实践
扭力冲击器在元陆701井的应用实践摘要：元陆701井下沙溪庙以下陆相地层无法使用空气钻，为提高机械钻速，2982-3497m井段应用了扭力冲击器配合PDC钻井方式。
阿特拉扭力冲击器通常直接安装在旋转钻井总成中PDC钻头的上方。
这种冲击器能给钻头施加一种高频扭转冲击力，当与稳态钻柱扭矩相结合时，能直接对钻头产生很高的功率，从而大大降低钻头的粘、滑现象，大幅度提高机械钻速，延长钻头寿命。
关键词：扭力冲击器阿特拉元坝一、前言元陆701井是部署在川东北九龙山背斜构造的一口开发评价井。
以须家河组三段储层为主要目的层。
设计井深4866m，实际完钻井深4710m，最大井斜51°。
元坝陆相地层埋深平均在4800m左右，砂泥岩交错、多为硅质胶结、岩性致密、非均质性强，岩石抗压强度在68.89-148.05MPa之间，可钻性差，属高硬度、高研磨性地层，导致机械钻速低、钻井效率低、钻井周期长。
沙溪庙组以浅地层应用气体钻井技术，平均机械钻速达到8.82m/h，而下沙溪庙、千佛崖、自流井、须家河组由于地层不稳定，井壁易发生掉快、垮塌现象，导致气体钻井无法实施。
应用常规钻井机械钻速低，邻井牙轮钻头下沙溪庙组平均机械钻速1.09m/h，单只钻头进尺仅57.5m，PDC钻头机械钻速1.55m/h。
鉴于该井造斜点3613m，在直井段进行了扭力冲击器实验。
二、扭力冲击器技术特点1.作用原理扭力冲击器是加拿大联合金刚石公司和阿特拉公司合作研发的一种新型工具，见图1，主要用于PDC钻头的辅助破岩。
在井下，PDC 钻头的运动包括横向、纵向和扭向的振动及这几种振动的组合。
井下振动会损坏PDC 切削齿，引起钻头寿命缩短；引起的扭矩波动易干扰定向控制和随钻测井（LWD）信号，导致井身质量的降低。
为了减弱影响正常钻井的井下振动，消除钻头粘滑现象，研发了扭力冲击器。
它在钻头扭力方向增加一个额外的均匀稳定高频冲击力（750～1500次/min），改变了PDC钻头的运动状态，相当于每分钟750～1500次切削地层，提高PDC钻头的破岩效率，实现机械钻速和使用寿命的显著提高。
扭力冲击器在钻井作业中的应用
2016年第12期科学管理扭力冲击器在钻井作业中的应用王晓松鲍锦祥姬广奇衣金龙冯跃凯蔡玉贵中海油能源发展工程技术公司天津300452摘要：扭力冲击器是利用泥浆的水动力转换为钻头的扭向冲击力，为P D C钻头破岩提供额外的剪切力，达到钻井提速的目的。
使用这一技术能够有效的提高机械钻速，大大减少钻井周期，达到降本增效的目的。
海洋石油某区块首次应用扭力冲击器钻井提速工具。
本文重点介绍了扭力冲击器的应用情况和效果，钻井提速工具的推广应用，有效缩短了该井的钻井周期。
关键词：机械钻速提速地层硬度研磨性剪切破岩随着我国浅层油气资源的不断枯竭，深井钻井已经成为石油开发的新方向。
而深井钻井要穿过多套地层，这些地层跨越的地质时代较多、变化较大，相应的地质条件错综复杂。
传统的钻井工艺、钻井工具等随着井深的不断增加，破岩效率和机械钻速已大大降低。
海洋钻井由于受到地理环境的影响，钻井成本较髙，尤其是在石油行业低迷时代，进一步提髙钻井速度是降本增效行之有效的途径。
扭力冲击器在海洋石油钻井的成功应用，有效解决了PDC钻头在坚硬地层吃人深度不够，机械钻速低，易卡滑等问题，同时在髙研磨、髙硬度地层中，扭力冲击器加PDC钻头的机械钻速也远大于牙轮钻头的机械钻速，有效减少牙轮钻头在坚硬地层的工程风险。
1扭力冲击器介绍扭力冲击器是根据PDC钻头剪切破岩原理设计的提速工具。
扭力冲击器内部有冲击锤，泥浆通过扭力冲击器内部分流器，分流泥浆为冲击锤提供动力，使其产生周向往复摆动。
扭力冲击器直接与PDC钻头相连，冲击锤将产生的冲击力直接传递给钻头，使PDC钻头产生髙频扭向冲击，在钻压作用下，PDC齿有效吃人深度增加，提髙破岩效率。
PDC钻头卡滑现象每10s发生一次，而5”的扭力冲击器冲击频率为11-22H z，因此使用扭力冲击器能有效解决PDC钻头卡滑现象，从而提髙钻头和井下钻具的使用寿命。
目前市场上的扭力冲击器从工具外表分为两种：一体式和分体式。
提速工具及技术(2版-新题)11-19
新型提速工具及技术试题一、单选题1．传统钻井的主要是靠（B）向钻头施加钻压破碎岩石。
A.钻杆B.钻铤或加重钻杆C.扶正器D.增压工具2．国民油井水力振荡器机械结构中动力单元与泥浆马达类似，靠钻井液驱动螺杆做旋转运动，从而带动下端阀片做(D)运动A、向上B、向下C、振动D、往复3．在滑动钻进过程中，水力振荡器可以降低（D），提高钻压传递效率。
A.钻压B.振动C.钻速D.摩阻4．水力振荡器是一种能够在水力作用下，使钻具产生（B）振动，有效降低滑动钻进摩阻的钻井工具。
A.不规则B.轴向C.横向D.规则5．扭力冲击器(TorkBuster)能够产生持续稳定的高频冲击扭力-可达到每分钟（D）A、75-150次B、150-300C、300-700D、750-1500次6．扭力冲击器(TorkBuster)能够在（B）钻压下实现较高的机械钻速。
A.很大B.较小C.很小D.变化7.自带稳定器的扭力冲击器(TorkBuster)在提速的同时，还能起到（C）的作用。
A、导向B、减小托压C、防斜D、提高工具寿命8．自激振旋转冲击钻井是水力脉冲钻井和冲击钻井合二为一的钻井技术。
它的核心部分是（B）。
A. 活塞B.自激振荡器C.冲锤D.节流器9．射流式液动冲击钻井工具，其工作原理是靠双稳射流的射流（A）和切换实现活塞的往复运动。
A. 附壁B. 加速C.流量D.压力10. 旋转冲击钻井时，钻压的作用仅在于保证切削齿与岩石紧密接触，以便更好地传递冲击载荷，（C）对破岩不起主要作用。
A. 排量B. 喷嘴压降C. 钻压D.钻头二、多选题1．下列那种工具可以在水平段钻进施工中，有效降低摩阻？（B、C）A、近钻头扶正器B、水力振荡器C、旋转导向D、螺杆2. 国民油井的水力振荡器，是通过水力作用产生的轴向振动有效降低钻进（A、D）。
A、扭矩B、横向振动C、钻压D、摩阻3. 在大位移井、大斜度井和水平井现场施工中，极易发生托压现象影响（A、C）。
石油钻井扭力冲击钻井系统TIG技术介绍
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5” (127mm) 扭力冲击器
6.5” (165mm) 扭 力冲击器
阿特拉
6.5” (165mm) Stabilized
8 ” (203.2 mm) 扭力冲击器
10 3/8” (263.5mm) 扭力冲击器
KET Energy Tech
扭力冲击器工具特性总结
TIP (扭力冲击器工作系统)
使用扭力冲击器不会产生阳极脉冲，不会影响录井和测井，因 为 扭力冲击器 只作用在钻本 身，并不作用在钻杆上。
扭力冲击器 可以与螺杆钻具一起使用，但是我们需要知道相应 的螺杆钻具的长度和钻井参数。ຫໍສະໝຸດ Page 14阿特拉
KET Energy Tech
扭力冲击器工具规格
5” (127mm) Fusion tool
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当钻头刚 吃入地力 粘滑现象 不足，钻 头暂时停 顿
–
钻头不动，而 当钻柱上的扭 转盘在旋转， 力应力突然释 扭矩的能量就 成本浪费严重 放后，钻头突 积蓄在整个钻 然加速，造成 杆上，钻杆处 钻头损坏 于扭曲状态
阿特拉
KET Energy Tech
扭力冲击器的优异性能
论扭力冲击器在塔中超深井中的提速效果评价
论扭力冲击器在塔中超深井中的提速效果评价新世纪以来，工业活动更加频繁，各行各业的发展更加快速，工业生产以及社会生活对石油资源的依赖程度日渐加深。
石油在国家经济发展和人民生活中所起的作用越来越重要。
随着油气勘探的进一步发展，深井、超深井开发越来越频繁，各种复杂的井钻应用也越来越多，如何采取科学的钻井技术及辅助工具提高钻进速度与效率，进行有效的开采是油田面临的重大考验。
标签：扭力冲击器;塔中;超深井;提速效果前言：塔中地区地处沙漠、水网纵横交错、生态较为脆弱。
所以，油井以深井以及超深井居多，地质极其特殊，岩性可钻性极差。
随着油井深度的不断增加，机械钻速低的问题也愈发突出，对钻头的磨损极大。
而且部分井PDC钻头无法有效穿过，针对此种情况，就需要应用扭力冲击器来配合PDC钻头以提高油井的机械钻速，以提高钻井效率，为油田的高产稳产夯实基础。
本文就扭力冲击器在塔中超深井中的应用效果进行简要阐述，以供参考。
1.塔中超深井钻井技术难点塔中地区是塔里木油田”三大阵地战”的主战场之一，由于塔中地区油田以二叠系地层发育火成岩为主，极容易产生井壁垮塌，再由于石炭系东河砂岩、志留系石英砂岩研磨性强，岩性可钻性差，机械钻速低，安全钻井难度大。
给钻井及后续测井造成巨大阻碍，严重影响钻井周期;二是深井钻井要穿过多套地层，这些地层跨越的地质时代较多、变化也相应的较大，所以地质条件尤为错综复杂。
地层可钻性差就会直接导致钻井周期长，再由于塔中地区油井地质火成岩发育，导致钻井时跳钻严重，参数强化困难。
地层岩性致密，硬度大，导致整体机械钻速偏低。
而且厚度达到130-200m，对钻头损坏大，部分井PDC钻头难以穿过;上奥陶统泥岩最厚可达1000m，机械钻速低，容易缩径，厚砂砾岩区地层均质性差，泥岩、碳质泥岩、玄武岩、凝灰质砂岩软硬交错，严重制约了钻井提速。
深井段的钻头平均机械转速只有上部井段平均机械转速的15%～30%，部分地区甚至低于8%，深部钻柱像发条一样拧紧，等转盘扭矩积聚，又快速释放，这时PDC 钻头齿上受到的载荷比平常高得多，PDC钻头极易受损坏，导致钻头寿命短，影响钻进速度，而且会增加钻探成本。
阿特拉扭力冲击钻井技术在元坝10井的应用分析
图 １ 阿特拉 Ｔ ｒＢ ｓｅ 扭力冲击发生器 ｏｋ ｕ ｔｒ 上 一 趟 钻 使 用 ３ １ １１ 轮 钻 头 钻 进 至 井 深 ３ ３ ． ｍ １．１３牙 ２３ １ ２３ ０ 。 ３ Ｔ ｒＢ ｓ ｒ ｏｋ ｕｔ 试验 于 ２ １ ｅ ０ ０年 ２月 ２ ７日２ １ ０ ０年 ３月 ７日进行 ．开始层 位： 上沙溪庙 ： 结束层位 ： 下沙溪庙组 ． 。 ２３２钻具组合 ．． ｑ３ Ｐ Ｃ钻头 ＋ ０ｋ ｕ ｔ ＋ｂ ２ ．ｒ 钻 铤 ６根 ＋Ｐ ０ ．ｒｍ ９ １ｍｍ Ｄ １ Ｔ ｒＢ ｓ ｒ ｑ２ ８６ ｍ ｅ ａ ｄ２ ３２ ａ 钻 铤 ３根 ＋ 击 器 ＋ １７ ｍ 钻 铤 ＋ ２ｍ 加 重 钻 杆 ２ 震 ｑ ７． ｍ ｂ ８ 中１７ ｍ ２根 ＋
冲击力， 当与稳 态钻柱扭矩相结合 时， 能直接对钻头产 生很高的功率 ， 而大大降低钻 头的粘一 从 滑现 象， 大幅提高机械钻速， 延长钻 头寿命。 由于 该工具的长度不大 ， 以对底部钻具组合 的影响很 小， 所 并且 已 实无论在旋转钻井、 证 定向钻井、 高性能钻井以及旋转导向钻井 中均性能优 良。
开次
０
１
图 ２ 钻头出井照片 钻头磨损情况 钻头磨 损很小 ． 新度 ９ ％ ０ ‘ 钻头磨损等级 ： １ｗ — — 一 一 Ｒ Ｄ Ｆ ０ 一 Ｔ Ｔ Ｘ １Ｒ — Ｓ — ２５ ．试验 总结 试验证 明 Ｔ ｒｂ ｓ ｒ ０ ｕｔ 配合 Ｕ ｅ Ｐ Ｃ 头在元坝 区块 陆相 地层 ｋ ｅ ｈ ｍ Ｄ 钻 提速得到了突破 同井 机械钻速对 比： 在井深 ３ １ — ２ ３３ｍ处 ， ２ ２ ３ ３ ．０ 常规 牙轮钻头钻进 ，平 均机 械钻速 １ ｍ ｓ ． ／。在 ３ ３ ．０ ３ ０ ． ｍ处用 Ｔ ２ ２ ３３ — ５ ２８ ２ Ｂ 配合 Ｐ Ｃ钻头 ．平均机械钻速 ３ ４ ／机 械钻 速提高 了 １ ８ Ｄ ． ｍｓ ３ ７ ％。如图
TorkBuster扭力提速冲击器参数及规格(四种规格)
流量 压降 * 最高作业温度 最大 W O B 钻压 紧扣扭矩
1,100-2,300LPM (300 - 600 GPM)
2.2-2.4MPa
(300 - 350 PSI)
210°C
(400°F)
111,205N
(25,000lbf)
16,000 - 20,000 N-m (12,000 - 16,000 ft-lb)
作业参数
使钻头使用寿命很长 － 消除由于粘滑 而带来的危害 更高的ＲＯＰ机械钻速 － 大大增加在中硬 及特硬岩层的机械钻速 增加整个钻柱的可靠性 给ＰＤＣ钻头提供均匀稳定的、扭向上的 高频冲击力 大大提高了坚硬地层的可钻性 消除在定向井作业时产生的误差和故障
减少因为不均匀的过高扭力而导致马 达失效的情况 大大减少起下钻次数 节省巨大成本和钻井时间
减少因为不均匀的过高扭力而导致马 达失效的情况 大大减少起下钻次数 节省巨大成本和钻井时间
在旋转钻井或定向钻井组合上，直接 配上扭力冲击发生器，再加上扭力冲 击发生器和ＰＤＣ钻头独特的倒扣式连 接，大大减少了粘滑现象。由于通过 扭力冲击发生器给到ＰＤＣ钻头的是一 个高频的、均匀的扭力冲击，相比不 用扭力冲击发生器的普通的ＰＤＣ钻进， 粘滑现象会成倍地减少，而且能极大 地提高ＲＯＰ（机械钻速）和钻头寿命。
设计规格
每分钟冲击频率 扭向冲击力 连接扣型 上扣长度 打捞颈长度 打捞颈ＯＤ外径
1,000-2,400 次／分钟
1,017N-m 4-1/2" Reg. (Pin & Box) 0.67 m 178 mm 165 mm
(750 ft-lbs)
(26.43”) (7.0") (6.50")
*TorkBuster的喷嘴是为了和流量以及钻井液密度相匹配而设计的
旋冲振荡钻井提速工具的应用探讨
旋冲振荡钻井提速工具的应用探讨摘要：随着我国科学技术的深入研究和开发，为了针对PDC钻头受力状态，提高硬质地层的机械钻速，解决PDC钻头在硬质地层出现的黏滑振动问题，对旋冲振荡钻孔提速工具进行了进一步的研究，这类工具是将高压钻井作为驱动介质，形成轴向冲击及扭转冲击。
此次针对旋冲振荡钻井提速工具的内部腔体钻井液压力分布进行了分析，总结了工具的冲击功、频率等性能参数，充分表明旋冲振荡钻井提速工具在双向冲击作业中产生的冲击载荷，会因为排量的增加而上升，旋冲振荡钻井提速工具具有提速减震的作用，在井段中使用将可以有效提高机械钻速，PDC钻头也不会发生崩齿问题。
关键词：旋冲振荡；钻井提速工具；应用引言石油是我们生活、生产等方面不可缺少的能源，随着时代的发展和进步，对石油能源的消耗不断提升，这也推动了我国石油行业的进一步发展，近些年石油行业勘探深度及钻井深度也在逐渐增加，井深从浅层逐渐转入深层，超深层，深部地层和浅层不同，地质条件相对比较复杂，岩石硬度颇高，其可钻性比较差，所以，对钻井提速方面有着极高的要求。
当前深部地层钻井存在较多问题，传统钻井方式一旦探入深层工作，深部硬地层中钻进机械钻速较差，导致钻具较易被损坏，需花费大量的起钻成本；当前高效破岩技术在深部地层使用效果差，导致钻头发生粘滑、钻头拖压等问题；采买国外先进的钻具技术需要投入大量的成本，工具维护方面存在较大难度。
相关数据表明，西南地区等油气田钻高研磨性地层在总钻井深度中达到三分之一，是全井耗费的钻井时间的百分之七十。
旋转冲击钻具提速工具本身的工作特性目前被广泛的运用于石油行业当中。
一、工作原理旋冲钻井技术以旋转钻井为前提，提升一个自激振荡式旋转冲击钻井工具形成的高频冲击作用，让钻头承受周期性的冲击载荷辅助破岩。
自激振荡器及冲击传递杆是旋冲短节的主要部件，辅助破岩的方式主要为下面几种。
首先，机械冲击。
钻头能够直接连接旋冲短节，钻井液流经内部自激振荡器，产生水力脉冲冲击传递杆上产生作用，形成低幅高频机械冲击力传递到钻头，给钻头增加冲击力为5-20kN、40Hz，让钻头破岩效果得到有效提升。
深部地层扭力冲击器破岩提速效果评价及应用
２０２４年第５３卷第１期第１１页石油矿场机械犗犐犔 犉犐犈犔犇 犈犙犝犐犘犕犈犖犜２０２４，５３（１）：１１ １６文章编号：１００１ ３４８２（２０２４）０１ ００１１ ０６深部地层扭力冲击器破岩提速效果评价及应用李文龙，徐 鲲，陶 林，李庄威，林家昱（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津３００４５９）摘要：中深层是渤海油田进一步勘探开发的重点，但在钻探过程中面临各种各样的挑战，其地层抗压强度高，破岩难度大，机械钻速低，钻井周期长等特点导致渤海中深层勘探经济性差。
为了解决中深层钻具憋跳严重及机械钻速慢的问题，渤海油田引入了扭力冲击器提速工具，为定量认识提速机理，建立了扭力冲击器的扭转力学特性模型，通过Ａｂａｑｕｓ有限元软件模拟了在扭冲条件下，ＰＤＣ钻头的破岩过程，分析静载与扭冲条件下的破岩比功。
结果表明，安装扭力冲击器后的破岩效率可提高约３６％。
在渤海某探井实现了现场实施，机械钻速提升了７３％。
研究成果对渤海油田中深层钻进提速及参数优化有一定的参考意义。
关键词：扭力冲击器；深部地层；提速效率；破岩比功中图分类号：ＴＥ９５１ 文献标识码：Ａ 犱狅犻：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１ ３４８２．２０２４．０１．００２犈狏犪犾狌犪狋犻狅狀狅犳犚狅犮犽犅狉犲犪犽犻狀犵犃犮犮犲犾犲狉犪狋犻狅狀犈犳犳犲犮狋狅犳犜狅狉狊犻狅狀犪犾犐犿狆犪犮狋狅狉犻狀犇犲犲狆犉狅狉犿犪狋犻狅狀ＬＩＷｅｎｌｏｎｇ，ＸＵＫｕｎ，ＴＡＯＬｉｎ，ＬＩＺｈｕａｎｇｗｅｉ，ＬＩＮＪｉａｙｕ（犜犻犪狀犼犻狀犅狉犪狀犮犺狅犳犆犖犗犗犆（犆犺犻狀犪）犔犻犿犻狋犲犱，犜犻犪狀犼犻狀３００４５９，犆犺犻狀犪）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｍｉｄｄｌｅ ｄｅｅｐｌａｙｅｒｓａｒｅｔｈｅｆｏｃｕｓｏｆｆｕｒｔｈｅｒｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅＢｏｈａｉｏｉｌ ｆｉｅｌｄｓ，ｂｕｔｔｈｅｙｆａｃｅｖａｒｉｏｕｓｃｈａｌｌｅｎｇｅｓｉｎｔｈｅｄｒｉｌｌｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ，ａｎｄｔｈｅｉｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｓｕｃｈａｓｈｉｇｈｆｏｒｍａｔｉｏｎｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｒｏｃｋｂｒｅａｋｉｎｇ，ｌｏｗｍｅｃｈａｎｉｃａｌｄｒｉｌｌｉｎｇｓｐｅｅｄａｎｄｌｏｎｇｄｒｉｌｌｉｎｇｃｙｃｌｅｌｅａｄｔｏｐｏｏｒｅｃｏｎｏｍｉｃｓｉｎｔｈｅｍｉｄｄｌｅａｎｄｄｅｅｐｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＢｏｈａｉＳｅａ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｓｅｒｉｏｕｓｃｈｏｋｉｎｇｏｆｍｅｄｉｕｍａｎｄｄｅｅｐｄｒｉｌｌｉｎｇｔｏｏｌｓａｎｄｓｌｏｗｍｅ ｃｈａｎｉｃａｌｄｒｉｌｌｉｎｇｓｐｅｅｄ，ｔｈｅｔｏｒｓｉｏｎｉｍｐａｃｔｏｒｓｐｅｅｄｉｎｇｔｏｏｌｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｈｅＢｏｈａｉＯｉｌｆｉｅｌｄ，ｂｕｔｔｈｅｒｅｗａｓｓｔｉｌｌａｌａｃｋｏｆｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇｏｆｉｔｓｓｐｅｅｄ ｕｐｍｅｃｈａｎｉｓｍ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｌｙｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｓｐｅｅｄｉｎｇｕｐｔｈｅｔｏｏｌ，ｔｈｅｔｏｒｓｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｃｓｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｔｏｒｓｉｏｎｉｍｐａｃｔｏｒｗａｓｓｅｔｕｐ，ａｎｄｔｈｅｒｏｃｋ ｂｒｅａｋｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｅＰＤＣｄｒｉｌｌｂｉｔｕｎｄｅｒｔｈｅｔｏｒ ｓｉｏｎｉｍｐｕｌｓｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｗａｓｓｉｍｕｌａｔｅｄｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅＡｂａｑｕｓｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｏｆｔｗａｒｅｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｓｐｅｃｉｆｉｃｗｏｒｋｏｆｔｈｅｒｏｃｋ ｂｒｅａｋｉｎｇｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｓｔａｔｉｃｌｏａｄｉｎｇａｎｄｔｏｒｓｉｏｎｉｍｐｕｌｓｅ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｒｏｃｋ ｂｒｅａｋｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｃａｎｂｅｉｎｃｒｅａｓｅｄｂｙａｂｏｕｔ３６％ａｆｔｅｒｔｈｅｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｏｒｑｕｅｉｍｐａｃｔｏｒ．Ｉｔｈａｓｃｅｒｔａｉｎｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｆｏｒｔｈｅｓｐｅｅｄｕｐａｎｄｐａｒａｍｅｔｅｒｏｐｔｉ ｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｍｅｄｉｕｍａｎｄｄｅｅｐｄｒｉｌｌｉｎｇｉｎｔｈｅＢｏｈａｉＯｉｌｆｉｅｌｄ． 收稿日期：２０２３ ０７ ０８ 基金项目：“十三五”国家科技重大专项“渤海油田高效开发示范工程”（２０１６ＺＸ０５０５８）。
扭力冲击器在A超深井钻井提速中的应用
158钻井速度对油气的勘探开发提速增产和降本增效起着至关重要的作用。
西部某区块钻井过程中易发生井漏，部分井段可钻性很差，机械钻速低，容易缩径，同时压力系数差距小，针对这些钻井难点，引进了扭力冲击器+PDC 钻头钻井技术。
1 扭力冲击器简介1.1 工作原理扭力冲击器消除了横向涡动、纵向弹跳、扭向粘滑这些对钻井有危害的井下振动，优化了PDC钻头破岩时的剪切作用，在扩大钻压范围的情况下实现更高的机械钻速。
未配扭力冲击器的钻头先期损坏，造成金刚石覆合片崩齿、断裂，直接影响成本；配有扭力冲击器的钻头，金刚石覆合片表面只是受到正常的平滑磨损，而不会破裂或崩齿。
扭力冲击器和PDC钻头一起使用，是以冲击破碎为主，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，扭力冲击器的具体工作原理如下：钻井液经过流量分配器流进冲击器，并二次分配到管状接头内。
钻井液的巨大能量使得接头内的2个动力锤相互反转起来，产生的机械冲击能量由驱动短节内的驱动轴集中均匀地传送到钻头上，在钻头上增加一个额外的扭向冲击力使钻头产生均匀稳定的高频冲击力，完全改变了PDC钻头的运动，相当于每分钟750~1500次切削地层。
扭力冲击发生器产生的扭向冲击力只作用在钻头上，减少了钻柱振荡和钻具疲劳。
1.2 技术特点（1）扭力冲击发生器为纯机械元件，且内部结构合理，无任何橡胶件、电子件。
（2）内部结构通畅，保证泥浆流动能量不会流失。
（3）对现场的钻井设备及配套工艺无特殊要求，即使老旧差的钻机也能适用。
（4）提速的同时能起到防斜的作用，保证井身质量。
（5）排量和流速越大，扭力冲击器产生的冲击能量也越大，对钻头产生的冲击能量以及冲击的频率也越高。
（6）配合PDC钻头使用时，更好控制井下振动，减少井眼扭曲，减小钻具组合的疲劳强度，延长钻头寿命。
（7）卡、滑钻风险降低，减少划眼起下钻次数，节省了时间。
（8）阻力较小更易控制钻压。
（9）即使工具失效之后不会造成作业风险，钻进可依然进行。
扭力冲击器提升钻井施工速度方面的应用
石油是地球上重要的能源资源之一，但是在开采过程中，受地下岩石岩性的影响，石油开采难度较大，尤其是在硬地层开采中，钻井钻探效率相较于大地层开采较低。
在石油钻井施工中为避免或减少井下事故的产生、降低钻井钻探复杂度，可以使用扭力冲击器作为主要的钻井施工效率，提升钻井施工速度 [1] 。
1 扭力冲击器在钻井施工中应用的原因及必要性1.1 钻头硬地层钻井过程中，由于地下岩石的坚硬度较高，因而对钻进器的钻头质量要求较高，岩石坚硬，钻进、破碎难度较大，因而需要充分提高钻头研磨性和抗磨损性，否则钻头工作效率下降，钻井速度受影响，严重则会导致井下施工事故产生。
传统的钻进器钻头抗磨损性有限，因而总体钻进效果不理想。
扭力冲击器则将PDC钻头的整体运动状态改变，极大的提高其岩石破碎效率，根据试验分析，扭力冲击器在沟组式地层中试用具有快速钻井的效用，实践应用意义明显。
PDC钻头在井下运动时属于无序状态，因而总体振动形式是扭向振动、横向振动和纵向振动相结合，具有一定的组合效应。
因而单个PDC在井下振动时切削齿会被严重损坏，进而降低钻头的使用寿命，同时随钻测井信号和扭矩波动干扰定向控制也会受到影响。
当井眼出现不规则状态时，井身质量也会下降。
分析PDC钻头转速低的原因，能够进一步促进扭力冲击器应用研究。
1.2 机械钻速井下钻进工作中使用扭力冲击器能够有效消除钻头在运动状态下出现的多种振动和单项振动现象，其中多种振动包括纵向振动、横向振动和扭向振动等，钻柱扭矩在平衡和稳定状态下，能够将泥浆的整体流体能量进一步转换为高频、稳定均匀的扭向冲击性机械能，在此过程中，能够将这种冲击性机械能量传导给PDC钻头，使井底和钻头均能够保持一定的稳定性和连续性。
使用扭力冲击器可以提供扭向冲击力，这种冲击力处于额外性质的，可以改变PDC钻头运行状态，冲击力每分钟的运作频次是750~1500次。
因而钻头在切削地层时不需要扭力积蓄、提供的能量即可完成。
元坝提速新手段：扭力冲击器——扭力冲击器+PDC钻头在元坝陆相地层的应用
械钻速的提高。
但 是 由于 地层 研 磨性 强 、可 钻性
区陆相地层硬度高 、非均质性强 ，在上
角 为 ２ ． ～ ８４ 。 ，可 钻 性 级 值 达 ５ ８ ６６ ４ ．４ ５ ～
元 坝地 区天然 气资源丰 富，是 中石 化重点勘 探 区块 ，但 陆相地层埋 深平均４ ０） ８ （ｍ左右 。岩性致 密、非 均质 性强 ，机械钻速低 ，特 别是 下沙溪庙纽 以深地 层 ，硬度 高，可钻性极差 ，是 制约该地 区 钻 井提速 的瓶颈。 引进扭力冲击器配合专用Ｐ 钻 头在元坝地 区应用９ Ｄｃ 井次，能够较好地 克服地层硬 度 高、软硬 交错 的影响 ，在提 高机械 钻速 的同时，延 长钻头的使 用寿命 。
井时间 占全井钻井周期 的３ ％。由此可 ９ 见 ，元坝提速的关键 是实现陆相地 层机
已有ｌ 多 口井获得工业气流 ，天然气 最 右 ，砂 泥 岩交 错 、多 为硅 质胶 结 、岩 ０ 高无阻流量达． ７ １ Ｏ ｍ ／ ，揭示了 性 致 密 、非均 质性 强 ，岩 石抗 压强 度 ￣ ５ ｌ Ｊ Ｘ ｄ
用常 规钻 井机 械 钻速 低 ，平 均机 械钻 速０９ ｍ／ ．５ ｈ，单 只钻头 进尺 仅５ ．ｍ， ７５
上 ，该区块是中国石化 继普光气 田之 后 天然气增储上产的又一重点探区。 目前
钻 速瓶颈急需破 除
元坝陆相地层埋深平均在４ ０ ｍ左 ８０
见表 １ 。地层厚 度 占全 井的２ ％，但钻 ０
元 坝 提 速 新 手 段 ：扭 力 冲 击器
— —
扭严焱诚 朱礼平 ／ 中国石化西南油气分公 司工程技术研究院 关 义 君 ／ 国石 化 集 团华 北 石 油 局 西 部 工 程 公 司 中
扭力冲击器在尖北难钻地层的应用
第16卷第2期新疆石油天然气Vol.16No.22020年6月Xinjiang Oil &GasJun.2020文章编号：1673—2677（2020）02—093-05扭力冲击器在尖北难钻地层的应用张抒夏1，孙澜江1，张武涛1，雷彪2（1.中国石油集团西部钻探工程技术研究院，新疆克拉玛依834000；2.中国石油天然气股份有限公司青海油田分公司钻采工艺研究院，甘肃敦煌736200）摘要：柴达木盆地阿尔金山前构造带尖北地区是目前青海油田分公司进行勘探开发的重点区域，近年来先后在深部基岩地层获得工业气流。
由于尖北地区基岩地层为花岗闪长岩，岩石硬度大、抗压抗剪切性强，可钻性极值达8~10，致密难钻，以常规的PDC 钻头加螺杆、牙轮钻头等钻进钻速普遍较低。
基于扭力冲击器提速工具减少钻具震摆、提高钻头效率的特性，开展了对尖北地区深部难钻地层使用扭力冲击器进行钻井提速的试验，综合提速效果良好。
本文就扭力冲击器提速工具近年来在尖北地区的使用情况进行总结，并从岩石物理特性、钻井参数及钻头优选等方面对扭力冲击器提速工具使用效果进行了分析，并提出了优化建议。
关键词：尖北构造；扭力冲击器；钻井提速；难钻地层；基岩中图分类号：TE921文献标识码：A收稿日期：2019-09-18修改日期：2020-04-17作者简介：张抒夏（1989-），男，工程师，毕业于长江大学地球科学学院，主要从事钻井工艺研究与钻井优化等工作。
1地质及钻探概况尖北地区位于青海省柴达木盆地阿尔金山前东段，区内自北向南发育尖北斜坡、尖北潜伏、尖顶山构造三个次级构造单元。
尖北构造位于尖顶山构造北边，受尖北及其反冲断层的控制形成的东西向背斜构造。
其自上而下主要分布新近系七个泉组、狮子沟组、上油砂山组、下油砂山组、上干柴沟组，古近系下干柴沟组上段、下干柴沟组下段、路乐河组等陆相砂泥质沉积地层，路乐河组后见以变质岩为主的区域基底，基岩埋深受构造运动及沉积剥蚀影响，埋深达4500~5000m 左右。
钻井提速用振动冲击工具研究进展
钻井提速用振动冲击工具研究进展发布时间：2021-05-28T10:17:06.687Z 来源：《基层建设》2021年第3期作者：许宏楷[导读] 摘要：钻井工程的最终目标是以最低的成本钻出高质量的孔。
中原石油工程有限公司管具公司西南项目部四川南充 637000摘要：钻井工程的最终目标是以最低的成本钻出高质量的孔。
然而，为了实现低成本钻井，在固定的钻头和钻机成本下，必须在尽可能短的时间内获得更多进尺。
实践表明，振动冲击工具在不增加地面设备能力的情况下，可以合理地利用和转化泥浆的水力能辅助破岩。
振动冲击工具作为降低成本、提高效率最直接有效的手段之一，在行业中得到了广泛的认可和重视。
自20世纪以来，美国、苏联、中国、德国等国家对钻井速度工具进行了大量的研究和创新。
试验和应用结果表明，振动冲击工具具有以下优点：（1）提高硬地层机械钻速和进尺深度；（2）有效控制井眼轨迹，提高井身质量；（3）缓解钻柱弯曲和恶性振动；（4）改善钻头破岩环境，提高破岩能量，降低破岩阻力。
关键词：钻井；提速用；振动冲击；工具1轴向振动冲击工具经过几十年的发展，在油气钻井领域成功应用的主要轴向振动冲击工具有射流冲击器、注吸式冲击器、自激振荡冲击器、脉冲加速器和旋转冲击器。
1.1射流式冲击器射流式冲击器又称射流式液动锤（见图1），主要利用一个双稳态射流元件的射流附壁切换特性，控制高压液体交替进入冲击器缸体上下腔，从而推动活塞冲锤往复运动。
其结构尺寸及性能参数如表1所示。
图1射流式冲击器结构示意表1射流式冲击器性能参数射流式冲击器具有结构简单、运动件少、工作稳定、不受井底背压影响等特点，与此同时也存在射流元件易冲蚀、液体能量利用率低等不足。
近几年吉林大学对射流式冲击器内部的射流元件（见图2）的结构与材质进行了改进优化，将射流元件从传统三体式结构改进成脸谱型两体式结构，将原有底板和盖板的长条形上下腔控制信号孔改为在基板上采用电火花方式加工而成的矩形截面控制道，并且在材质上全部采用YG11C硬质合金。
扭力冲击器在坚硬地层钻井提速技术研究
扭力冲击器在坚硬地层钻井提速技术研究霍 新（中国石油集团长城钻探工程有限公司工程技术研究院 辽宁盘锦 124010）摘 要：为了提高坚硬地层钻井速度、减小钻井周期、降低钻井成本，根据坚硬地层的岩性特点，研究了PDC钻头的破岩机理，分析了目前坚硬地层钻进中存在的问题，研究出不但能够提高钻井速度，还能有效防止井斜、狗腿等井身问题，提高井身质量的优质井下工具扭力冲击器，本文通过扭力冲击器的原理、特点，结合PDC钻头钻进过程中出现的问题，最终确定了钻进提速的PDC+扭力冲击器的钻具组合，在提高机械钻速的同时，延长了PDC钻头的使用寿命。
关键词：扭力冲击器 钻井提速 坚硬地层 PDC钻头1 引言坚硬地层的岩性可钻性差、研磨性高、机械钻速低、钻井难度大，当遇到这样的地层时，不但耗时长、钻头磨损快、钻进成本高，而且井眼尺寸不规则、井壁不光滑，容易出现井斜、狗腿等问题，给下一步的钻井作业带来了许多困难。
正常情况下在坚硬地层都应用耐磨性高的孕镶金刚石钻头，该种钻头没有切削齿，只能靠钻头上的每粒金刚石在钻压的作用下压入岩石使下面的岩石处于极高的应力状态，呈现塑性，同时在旋转扭矩的作用下产生切削作用，破碎岩石的体积大体上等于金刚石吃入岩石的位移体积，因为金刚石粒直径特别小，因此机械钻速极低。
对于坚硬地层，耗时越长，出现井下复杂情况的概率就会越大，为了提高机械钻速及降低井下复杂情况的发生，经过不断的研究，应用PDC钻头+扭力冲击器组合能够大幅提高坚硬地层钻井速度及井身质量。
2 扭力冲击器的提速机理PDC钻头在井下切削地层的过程中受到地层各方向无序的反作用力，同时受到横向、纵向和扭向振动及这几种振动组合的影响，而且运动是极其无序的。
无序的运动及振动很容易造成PDC切削齿的损坏，单个切削齿的损坏严重影响整个钻头的寿命，随钻测量和定向控制的信号也会受到钻头扭矩波动的干扰，产生不规则井眼且会降低井身质量。
扭力冲击器主要由钻井液流量分配器、动力冲击部分、驱动短接以及钻头接头组成，主要原理是通过扭力冲击器配合PDC钻头将原来的剪切破岩为主变为冲击破岩为主、剪切破岩为辅，通过能量转换的方式将无序的、不利的能量转换为有序的、有利于钻头冲击破碎地层的能量，消除了井下钻头运动时出现的一种或者多种振动的影响，使钻具扭矩保持平衡和稳定，同时传递高频、均匀、有效的机械冲击能量使钻头和井底始终保持连续，防止钻头在刚吃入地层时因扭力不足、钻头暂时停顿及钻头不动而转盘转动造成的钻杆能量积蓄产生的钻具扭曲，扭曲扭矩突然释放时高速的旋转导致钻头损坏。
TorkBuster在麦盖提地区提速提效技术
TorkBuster在麦盖提地区提速提效技术邱在磊;朱兵;王浩任;陈涛;陈红壮【期刊名称】《西部探矿工程》【年(卷),期】2014(026)005【摘要】阐述了TorkBuster扭力冲击器的工作原理及技术参数,结合麦盖提地区复杂地层现状,尝试采用PDC+扭力冲击器来提高机械钻速,并在三开井段的YB6A、YB10、YB9、YB1-3H井分别进行实验.实验表明,TorkBuster可削减硬地层钻进的“卡—滑”现象,在一定程度上提高机械钻速;麦盖提地区断褶构造多,井下情况复杂,地层差异性大;同一工具在不同井适应性不同,需进一步优化工具选择.【总页数】3页(P47-48,51)【作者】邱在磊;朱兵;王浩任;陈涛;陈红壮【作者单位】德州大陆架石油工程技术有限公司,山东德州253000;德州大陆架石油工程技术有限公司,山东德州253000;德州大陆架石油工程技术有限公司,山东德州253000;德州大陆架石油工程技术有限公司,山东德州253000;德州大陆架石油工程技术有限公司,山东德州253000【正文语种】中文【中图分类】TE921【相关文献】1.TORKBUSTER扭力冲击器+PDC钻头技术在玉北6A井的应用 [J], 巴依曼·买买提明2.TorkBuster扭力冲击器在元坝地区提高钻速中的应用 [J], 郭元恒;何世明;宋建伟;胡旭光3.TorkBuster扭力冲击器在元坝地区提高钻速中的应用 [J], 郭元恒;何世明;宋建伟;胡旭光4.TorkBuster扭力冲击器在元坝地区的试验应用 [J], 周祥林;张金成;张东清5.张家垛地区钻井液提速提效技术浅析 [J], 杨立因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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“ ｏｋ ｕｔ 扭 力 冲 击 器 ＋Ｐ Ｔ ｒＢ ｓ ｒ ｅ ＤＣ钻 头 ” 钻 井 新 技 术 ，取 得 了较 好 的 应 用效 果 ， 同时 也 暴 露 出一 些 问题 为 此 ，介 绍
了扭 力冲 击器的工作原理 、特点和技 术参数 ，对钻 头扭 力冲击技 术在 元坝地 区的应用情况及现场应 用中出现 的问 题进行 了初步分析 。应用结果表明 ：该技 术在元坝地 区钻井提速 效果明显 ，单 井机械钻速达到 了２４ ． ｍ／ｈ ５ ，特 别
５２ ／ ａｕａ Ｇ ｓ ｅｈ ｏ ｇ ｎ ｃ ｎ ｍ Ｎ ｔｒｌ ａ ｃ ｎ ｌ ｙ ｄＥ ｏ ｏ ｙ Ｔ ｏ ａ
总第 ３ 期 ３
天然 气技术 与经济 ・ 钻井工程
２ ）使 用 时 能 承 受 的 温 度 较 高 ，最 高 温 度 达 到
２１ ℃ ： ０
０６ ． ８～ １２ Ｉ ．０Ｉ。 Ｔ
Ｔ ｒＢ ｓｅ 扭力冲击器在元坝地 区提高钻速 中的应用 ｏｋ ｕ ｔｒ
郭元恒 何世 明 宋建伟 胡旭光
（． １ 中国石化石油工程管理部 ，北京 １０ ２ ； ０ ７ ８ ６ｏｏ ） １ ５ｏ ２西南 石油大学 石油 工程学 院 ，四Ｊ 成都 ． ｔ Ｉ
摘
要 针 对元 坝地 区陆相下部地层常规钻 井机械钻速低 、单 只钻 头进尺 少的难题 ，中国石化近年 来引进 了
３３ ．４ ２９ ．０
３． ６８ ２．５ ４ ２．７ ６
１ ７８％
８ ４
１ ９％ ８
２ ６８ ％ １ ４５％ １ ６１％
元坝 ２２ ７
３ ２ ６ ４—３ ４ ８ ９ ９ ． １ ． ３４ ８９—３６ ０ １ １ ． ３ ．
１ ５
天然气技术 与经济 ／ ５３
ｌ Ｔ ｒＢ ｓ ｒ ｏｋ ｕｔ 扭力冲击器的工作原理及特 点 ｅ
１１ 工作 原 理 ．
Ｔ ｒＢ ｓ ｒ ｏｋ ｕｔ 扭力冲击器配合 Ｐ Ｃ ｅ Ｄ 钻头一起使用 的
破 岩 机 理 是 以 冲击破 碎 为 主旋 转 剪 切破 岩 为辅 ，在 保 证 井 身 质量 的 同时 提高 机 械钻 速 ｎ１ 通 常被 直 。它
平 均 机 械 钻 速 为 １１ ． ｍ／ｈ 。 随后 ，在 元 陆 ６ 、 ０ ］ 井
元 坝 ２ ３ 、元 陆 ３ 和元 陆 ９ 等 的推 广 应 用都 取 ２井 井 井
自２ ２ ～ ０ ．１，第二趟钻至 ３ ０ ．～ ５ｍ。 ０ ３ ６ ８ ４ ７１ ３ ６ ３ ７ ４ ７ ７
文献标识码 ：Ｂ
Ｏ 引 言
元 坝 地 区是 中 国石 化 天然 气 增 储 上 产 的 重 点探 区 ，上 部 地 层 采用 泡沫 钻 进 和 空 气钻 进 已是 较 为 成 熟 的提 速 手 段 ，平 均机 械 钻 速 较 高 。但 下 部 陆 相 地
击 力 ，完 全 改 变 了 Ｐ Ｃ钻 头 的运 动 ，使 钻头 不需 要 Ｄ 等 待扭 力 积 蓄 足 够 的 能量 就 可 以切 削 地 层 。 当 与稳 态 钻柱 扭 矩 相 结合 时 ，能 直 接对 钻 头 产 生很 高 的 功
使用 ３ ０～４ ０ｍ。 ０ ０
ｍｍ钻杆 。 第 二 趟 钻 ： （ ２ ５ ５ ３＋Ｔｒｂ ｓ ｒ ２ ２ １． ｍｍ Ｄ １ ｊ ． ９ ｏｋｕｔ ＋ｆ ｅ ｊ
１ ７８ｍ ７ ． ｍ钻铤 ２ ＋ ２ ４ｍ 根 １ ｍ扶 正器 ＋（ ７８ｍ ２１ ． ｍ ｊ７ 钻 铤 １ 根 ＋ １ ７ｍ ０ ２ ｍ加 重钻 杆 ＋（ ７ｍｍ钻 杆 。 ２１ ｊ２ ２２２ 试验 情 况 ．．
２ ）第 二趟 钻 。使 用井 段 ３４６７～３７７０ｍ，进 ０ ． ５ ． 尺 ３ ０３ｍ，纯钻时间为 ８ ．ｈ ５． ８５ ，机械钻速为 ３９ ｈ ． ｍ／ 。 ２
在３４ ６７ ３６ ００ｍ ０ ．— ５ ． 井段泥 艳 １ ２ ．０ｇ ｃ ． ～１ ／ ｍ ， ２ ４
第６ 卷
郭元恒 ，等 ：Ｔ ｒＢ ｓ ｒ ｏｋ ｕｔ 扭力 冲击器在元坝地 区提高钻速 中的应用 ｅ
第３ 期
２２１ 钻 具组 合 ．． 第 一 趟 钻 ： ２ ５９ｍ Ｄ １ １ ． ｍＵ ５ ３＋Ｔ ｒｂ ｓ ｒ ｏｋ ｕｔ 十 ｅ １ ７８ｍｍ钻 铤 １ 根 ＋（ ２ ７． ２ ２ １７ｍｍ加 重 钻 杆 ＋ １ ７ ｊ ２
组 ，３１６ ０ ． ０ ．ｍ为下 沙 溪 庙 组 。钻 头新 度 为 ０～３４ ６７
９ ５％，可 人井 再用 。
５ ）钻开坍塌层之后 ，井下静止时间不宜过长 ， 过长 可 能 会 出 现下 钻 困难 ，甚 至卡 钻 的情 况 ；在 泥
浆 密 度 较 高 的情况 下 （ 于 １ ／ｃ ，冲 蚀 较 高 ， 大 ．ｇ ｍ ） ５ 工具 和钻 头寿命 降低 。
损 ，钻 头性 能 比较之前 选 型 ，寿命 大 大提 高 。 ３ ）经 济 效益 得 到提 高 。预计 使用 牙 轮钻 头钻 进 需要 ３ ７～４ ，节 省 钻 井 周 期 ２ ，节 省 钻 井 费 用 ０ｄ ５ｄ １５ 万元 。另外第 一 只钻 头起 出新 度很 高 ，可再 入井 １
４ ）低 固相 聚合物在钻进 过程 中提 速效果较 明
显 ，对 工具 和 钻 头 磨损 小 。但 是 由于上 、下 沙 溪庙
组交界面易坍塌 ，长时间维持较低密度易造成井下
掉 块 较 多 。 可 考 虑 使 用 ２ ，密 度 为 １ ５～１１ ～３ｄ ． ０ ． ０ ｇ ｍ ，然 后 提高 密度 至 １１ ／ｅ ． ５～１ ０ｇ ｍ ，这 样有 ． ／ｃ ２
接安装在旋转钻井或定向钻井总成中 Ｐ Ｃ Ｄ 钻头 的上 方 ，这种扭力 冲击器能给钻头施加一种高频扭转 冲
１ ）内部机械结构合理 ，泥浆流道通畅 ，无橡胶 件和电子元器件 ；
收 稿 日期 ：２ １ ０ ０ ２— ２—２ 修 订 日期 ：２ １ —０ ～２ ７ ０２ ５ ８ 命 『 门然科 堪 项 日 “ 叫家 智能井 外下流埘控制 系统饥卵研究”（ 编号 ：５ ６ ４ ７ ） ０ ７０ ７ Ｆ 删火 键 披 术研 究 ” （ 号 ：２ ０ Ａ ０ Ｚ １ ） 编 ０ ６ Ａ ９ ３ ２ 作者 简介 ：郭 兀 （９ ２ ，南级 帅 ，从 事石油 Ｊ 管胂 ｒ ，Ｅ ｍ ｉ ｙｚ ＠ｌ６ ｒ １６ 一） 作 － ａｌ ｈｊ ２ … 】 ：ｇ ｙ
２０１ ２正
天 然 气 技 术 与 经 济
Ｎａ ｕ ａ ｓＴ ｃ ｎ ｌ ｇ ｎｄ Ｅ ｏ ｏ ｔ ｒｌ Ｇａ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ａ ｃ ｎ ｍｙ
Ｖｏ１ ． Ｎ Ｏ． ６． ３
Ｊ ｎ２ １ ｕ ．０ ２
第６ ・ ３ 卷 第 期
ｄ ｉ ０ ３ ６ ／ｊｉ ｎ ２ ９ ｏ：１ ． ９ ９ ．ｓ ． ０ ５—１３ ．
表 １ Ｔ ｒＢ ｓ ｒ 要 技 术 参 数 及 规 格 表 ｏｋ ｕｔ 主 ｅ
未 取 得 成功 。２ １ 年 ２ ２ ００ 月 ７日又在 元 坝 ｌ 井 进行 了 Ｏ
得 了很 好 的经 济效 益 和社会 效益 。见 表 ２ 和表 ３ 。 ２２ 元 陆 ９ 应用 情况 ． 井 元 陆 ９ 使 用 Ｔ ｒＢ ｓ ｒ 井 ｏｋ ｕｔ 扭力 冲击 器钻 井 技 术 自 ｅ ２８０ｍ钻 至 ３７７ｉ，所 钻 遇层 位 包 括 上沙 溪 庙 组 、 ２ ５ ｎ 下 沙溪 庙 组 、千 佛 崖 组 、 自流 井 组 。其 中第 一 趟钻
是在元坝 １ 井、元陆 ９ ，其机械钻速相 比常规 钻井分别提 高 了３ ４ ｆ ） 井 ０％和 ３ ２％，解决 了该地 区复杂地层机械钻速 ２
低的难题 。
关键词 节扭 力冲击器 中图分类号 ：Ｔ ２ ２ Ｅ ４
Ｐ Ｃ钻头 Ｄ
元坝地 区
机械钻速 文章 编号 ：２ ９ — １ ２ ２ １ ）３ ０ ５ — ３ ０ ５ １３ （０ ２ ０ — ０ ２ ０
率。
ＴｒＢ ｓ ｒ 力 冲击器 由钻井 液 流量 分 配器 、动 ｏｋ ｕｔ 扭 ｅ
层砂泥岩交错变化大 ，砂岩石英含量高 ，地层可钻
性 差 ，加 之在 自流 井 和 须 家河 组 存 在 高 压气 层 ，使 用 的钻 井液 密度 高 （．～２１ ／ｃ ，导 致机 械 钻速 １ ５ ．ｇ ｍ ） 很低 － － 。如 果 仍 采 用 牙 轮 钻 头 钻 进 ，平 均 机 械 钻 速 只 有 ０６ ． ｍ／ｈ［ ９ ２ １ 提 高 机 械钻 速 ，近 年来 中 国石 。为 化 引 进 尝试 了 Ｔ ｒＢ ｓ ｒ 力 冲击 器 ＋ Ｄ 钻 头钻 井 ｏｋ ｕｔ 扭 ｅ ＰＣ 新技 术 ，取 得 了 比较 明显 的提 速效 果 。
表 ２ 元 坝 区 块 ０２ ６ ｍ井 眼陆 相 井 应 用 情 况 表 １ｍ
元 坝 １ ０ 元坝 ２３ ２
３ ２ ３ ３～３ ５ ２ ８ ３ ． ０ ． ３４ ５ ０～ ３６ １０ ６ ． １ ． ３ １ ３６～３２ ６ ４ ２ ． ９ ．
沙溪庙组 千佛崖组 沙溪庙组 下沙溪庙组 千佛崖组
试 验 ，取 得 了突 破 性 的进 展 ，在 上 、下 沙 溪庙 组 地
层 ，进尺 ２ ０５ ７ ．２ｍ，纯钻 时 间为 ８ ，平 均机 械 钻速 １ ｈ
为 ３３ ／ ，机 械 钻 速 是 常 规 钻 井 的 ３ 。 据 统 ． ｍ ｈ ４ 倍 计 ，元 坝 地 区陆 相 地层 上 、下 沙 溪庙 组 牙 轮钻 头 的
力 冲击部分 、驱动短节以及钻头接头组成。泥浆从
上接 头 经 过 泥浆 流 量 分 配器 流 进 冲击 器 并 二次 分 配
到管 状 接 头 内 ，来 源 于 泥 浆 的 巨大 能 量 使得 接 头 内 的两 个 动 力 锤相 互 反 转 起 来 ，产 生 的机 械 冲击 能量 由驱 动 短 节 内 的驱 动 轴 集 中 均 匀 地 传 送 到 钻 头 上 ， 持续 稳 定 的 高频 冲击 扭 力 可 达 ７０～１５０ ／ｍｎ ５ ０ 次 ｉ。 这 时候 Ｐ Ｃ钻 头 上 就有 两个 力 在切 削地 层 ，一个 是 Ｄ 钻 盘提供 的扭 力 ，一个 是 Ｔ ｒＢ ｓ ｒ 供 的力 ，并 且 ｏｋ ｕｔ 提 ｅ 这 个 力 直接 给到 钻 头本 身 ，对 钻 杆 并 不 产生 任 何 作 用 和 改 变整 个 冲击 能量 的荷 载 ，从 而 大 大 降低 钻 头 的粘滑 现象 ，大 幅提 高钻进 速度 ，延 长钻 头寿命 。 １ 技 术特点 ． ２