扭力冲击器在鸭深1井志留系地层的试验应用

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石油钻井中旋转冲击钻井技术的应用研究

石油钻井中旋转冲击钻井技术的应用研究1. 引言1.1 石油钻井中旋转冲击钻井技术的应用研究概述石油是世界经济的重要能源，而石油钻井作为从地下储量中提取石油的重要技术之一，一直备受关注。

而其中的旋转冲击钻井技术作为钻井领域的一项创新技术，逐渐受到广泛关注。

旋转冲击钻井技术是一种结合旋转和冲击的钻井方法，通过旋转钻头产生扭矩，并利用持续下压的冲击力来破碎地层，实现井眼的快速钻进。

这种技术不仅可以提高钻井效率，减少钻井时间，还可以减少钻井成本，提高钻井质量。

在石油钻井中，旋转冲击钻井技术已经被广泛应用于各种复杂地质条件下，取得了显著的效果。

通过实际案例分析，我们可以看到，旋转冲击钻井技术在提高钻井速度、降低钻井难度、减少钻井风险等方面都具有显著的优势。

未来，随着石油勘探和开采的深入，旋转冲击钻井技术的发展空间将更加广阔。

我们有理由相信，通过不断的研究和改进，旋转冲击钻井技术将在石油钻井领域发挥更加重要的作用，为石油产业的发展带来新的活力与机遇。

2. 正文2.1 旋转冲击钻井技术原理分析旋转冲击钻井技术是一种结合旋转力和冲击力的钻井方法，通过旋转钻杆和施加冲击力来实现钻进作业。

其原理主要包括以下几个方面：1. 旋转力作用：在钻井过程中，通过顶部设备传递的旋转力作用于钻头，使钻头在地下形成旋转摩擦，从而实现对地层岩石的破碎和钻进。

旋转力的传递需要保证钻杆的稳定和钻头的正常运转，以确保钻井效率和质量。

2. 冲击力作用：冲击力主要由顶部设备通过钻杆传递到钻头，通过冲击力使钻头对地层进行冲击和撞击，加速岩石的破碎和排屑。

冲击力还有助于清除钻孔中的余渣和提高钻进速度。

3. 旋转和冲击的协调作用：旋转冲击钻井技术要求旋转力和冲击力的协调配合，使钻头既能有效地击碎岩石，又能保持钻孔的稳定和清洁。

这需要根据钻井地质条件和岩石性质来调整旋转速度、冲击频率和冲击力大小，以实现最佳的钻进效果。

旋转冲击钻井技术利用旋转力和冲击力相结合的方式来实现钻进作业，通过协调它们的作用，可以提高钻井效率，降低成本，并适应不同地质条件下的钻井需求。

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。

吉林油田新型压裂液体系试验成功

［９］王水，张敏，王钱社，等．ＴｏｒｋＢｕｓｔｅｒ扭力钻井技术在青西
白垩系现场应用［Ｊ］．西部探矿工程，２０１２，９：８１ — ８２．
明，该工具在深部难钻地层中破岩效率较高，平均机
械钻速可提高２～３倍，克服了当前超深井高强度塑分析［Ｊ］．科技致富向导，２０１１，（３３）：２９５．性地层的钻井难题，值得推广应用。［１１］孙明光，张云连，马德坤．适合多夹层地层ＰＤＣ钻头（２）应根据地层特性，匹配合适的ＰＤＣ钻头，选
数评价及钻头选型技术［Ｊ］．石油钻采工艺，２００６，２８
（２）：１ — ３．
［１５］张金龙，于占国，吴志怀，等．钻头泥包原因及对策分析［Ｊ］．石油地质与工程，２００８，２２（３）：９７ — ９８．［１６］赵佩华，朱春启．ＰＤＣ钻头的水利设计和轮廓是减少泥包的关键［Ｊ］．国外石油机械，１９９７，８（５）：８．１４．
２００７．２（３９）：１９．２１．
［８］吕小平，李国兴，王震宇，等．扭力冲击器在鸭深１井志
留系地层的试验应用［Ｊ］．石油钻采工艺，２０１２，３４（２）：
９９— １０１．
３结论
（１）扭力冲击器在新疆玉北地区的现场试验表

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。

大庆油田应用扭力冲击器深井应用效果分析

机械钻速为４ｍ／ｈ，机械钻速提高了１倍。钻进周期：试验井段３２４６～３７３０ｍ，累计进尺
４８４ｍ，耗时７．２ｄ。如果用常规牙轮钻进登娄库组及营城组需要约５只牙轮钻头，进尺时间约为１５．２ｄ，进尺时间节约８ｄ；起下５趟钻，每趟起下钻需要用时约２４ｈ，
２０１３年第６期
西部探矿工程
２．１肇深１７井基本情况
８３
力完全改变了ＰＤＣ钻头的运作，其每分钟７５Ｏ～１５００
次高频稳定的冲击力，相当于每分钟７５０￣１５００次切削
地层（如图３所示），这就使钻头不需要等待扭力积蓄足够的能量就可以切削地层。这
的，钻杆传达的扭矩可以完全
用于切削地层，而不会浪费。１．３扭力冲击器技术特点
（１）扭力冲击器内部机械
结构合理，泥浆流道通畅，无
任何橡胶件，无任何电子元器件。可以抗高温达２１０ ℃。图３击器Ｔ作状态另外，即使扭力冲击器失效，它也只是相当于一个钻头短节和ＰＤＣ钻头一起继续旋转并不影响继续钻进，并不需要对此进行起下钻，但性能
肇深１７井是位于松辽盆地东南断陷区徐家围子断陷徐西一肇州斜坡带的一口预探井，设计井深３８５５ｍ，目的层位是营城组火山岩、砾岩，兼探登娄库组、沙河子

石油钻井扭力冲击钻井系统TIG技术介绍

扭力冲击器将泥浆的流体能量通过带有金刚石敷面的涡轮组的上部动力站,经过中间的转换构件传递到同样带有金刚石敷面的涡轮组的下部动力站. 泥浆首先进入过滤系统, 内部的多组构件由装有特殊材料的加重棒的偏心块由芯轴带动(一体式)扭向反复作用,在给钻头驱动轴一个径向推力的同时, 使钻头产生扭向上的高频冲击力. 由于形成了高频的、均匀稳定的机械冲击能量, 使钻头和井底能始终保持连续的高频切削, 提高剪切效率，消除钻头运动时可能出现的一种或多种有害振动。消除粘滑现象.
Page 15
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

东页深1井钻井设计与施工

２０１９年第５期内蒙古石油化工
４５
＊
东页深１井钻井设计与施工
黄志远
（中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院，山东东营２５７０００）
摘要：东页深１井是四川盆地川东北通江凹陷兴隆断褶带的一口预探井，完钻井深６０６２ｍ。该井面临压力系统复杂、地层易漏失、机械钻速慢、地层含硫化氢等诸多技术难题。通过优化井身结构、井眼轨道等技术手段，综合垂直钻井、混合钻头、扭力冲击器、旋流清砂器等先进工艺技术，顺利完成钻探任务并试获日产３１万方工业气流，为深层页岩气的勘探开发打下基础。
表层套管尽量坐在稳定地层，不钻电测口袋，水泥返
至地面。
二开使用 Ф３１１．２ｍｍ钻头钻至井深３５５２ｍ左右，下入 Ф２４４．５ｍｍ及其外加厚套管至井深３５５０ｍ左右，以封隔栖霞组为原则确定中完深度，为下一开
导眼２采用 Φ６６０．４ｍｍ或 Φ５５８．８ｍｍ钻头钻进至３０１ｍ左右，下入 Φ４７６．２５ｍｍ套管中完，以封隔浅层水和漏失层为原则确定中完深度。
一开使用 Ф４４４．５ｍｍ钻头或 Ф４０６．４ｍｍ钻头钻进至１８６７ｍ左右，下入 Ф３３９．７ｍｍ表层套管中完。表层套管下深１８６５ｍ左右，以封隔雷口坡组地层、不钻开嘉陵江组任何产层为原则确定中完深度，
邻井实钻情况，东页深１井井身结构如下表所示：

扭力冲击工具在白垩系硬质地层的应用与分析

1 应用背景玉门油田白垩系地层埋藏深、岩性致密坚硬、研磨性强、可钻性差，极值达到8～9级，该地层所用的牙轮钻头断掉齿较多、磨损严重，而采用目前普遍推广应用的PDC+螺杆复合钻井工艺钻遇该地层时，由于较高的钻头转速及粘滑作用，PDC钻头所受扭矩忽大忽小易使复合片崩碎，降低机械钻速，缩短钻头寿命，严重制约了钻井提速。

其中，粘滑现象是指当钻头刚吃入硬质地层或吃入地层过深时，PDC钻头切削片处的扭矩不足以剪切破岩时，钻头会暂时停止转动，而井口转盘仍在旋转，扭矩的能量就蓄积在整个钻杆上，钻杆处于扭曲状态，当钻柱蓄积的扭矩达到破岩能量时，钻柱上的扭力应力突然释放，钻头突然快速旋转，造成PDC钻头切削齿的损坏。

这种剧烈而不稳定的钻进过程的危害：（1）使传递到钻头的破岩动力大打折扣，能量传递效率不高；（2）导致整条钻柱受力工况恶劣、疲劳寿命短；（3）钻头切削齿工作面不稳定，影响PDC切削效果和破岩速度；（4）容易造成复合切削片崩齿，致使PDC钻头失效，缩短寿命；（5）高频交变的扭转震荡易使钻头等钻具松扣，诱发井下事故。

2 作用原理为解决粘滑现象，玉门油田引进扭力冲击工具。

扭力冲击工具分为机械式和液动式。

机械式扭力冲击器利用螺杆或涡轮带动棘轮转动，由棘轮自身工作原理产生对外壳体的周期性冲击，但由于内部元件易损坏，逐步被液动式取代。

液动式扭力冲击器利用液压摆动液缸原理，通过钻井液驱动冲击锤，冲击锤冲击锤座，锤座带动钻头往复运动，将泥浆的流体能量转换成扭向的、高频的、均匀稳定的机械冲击能量并直接传递给PDC钻头，使钻头保持连续均匀旋转，发挥PDC钻头横向切削破岩的优势。

扭力冲击发生器的冲击力冲击频率为每分钟750～1500次，PDC钻头上部配合扭力冲击器后，额外的扭向冲击力改变了PDC 钻头的运动状态，切削齿会像一个个小锤子，高频冲击齿前岩石，不断产生微裂缝，从而达到均匀持续破岩的效果，极大提高破岩效率，从而提高了机械钻速。

扭力冲击器在渤海某探井中的应用

2019年06月扭力冲击器在渤海某探井中的应用汤柏松1崔国杰1徐鲲1杨林朋2谭雨亭2（1.中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津300459；2.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津300452）摘要：垦利某1井深部地层岩性复杂、可钻性差等因素是制约工程施工的主要因素，引入国内外较为先进的扭冲钻具来攻克潜山硬地层取得了很好的效果，为深层探井钻井提速积累了宝贵经验。

关键词：潜山地层；旋转防喷器；扭冲钻具；配套技术；作业效率1背景扭力冲击器以攻击性强、循环压耗小而著称[1]，该工具配合高强度PDC 钻头在硬、极硬地层钻进中效果突出，成为目前国内外深井硬地层破岩工具首选；其在垦利某1井成功应用有效地提高了机械钻速，降低作业成本，实现了垦利某1井复杂深部井段的成功钻探，为深层探井钻井提速积累了宝贵经验。

2钻探技术难点垦利某1井是一口部署在垦利某北构造的预探井，设计井深4110m 。

本井主要钻探目的是揭示下古生界和太古界潜山内幕含油气性；探索垦利某北构造潜山内幕地层层序。

本井6″井眼揭示下古生界和太古界潜山内幕含油气性。

寒武-奥陶系和太古界经历多期构造地质运动，地层岩屑较为复杂。

寒武-奥陶系以安山岩、玄武岩、英安岩、凝灰质泥岩等岩性为主，太古界界面为混合岩，根据测井资料显示3856m 至井底，地层密度高达3.4g/cm 3。

地层古老、致密、研磨性强、硬度高、机械钻速低。

3扭力冲击器应用效果3.1扭冲工具介绍在钻进过程中PDC 钻头的运动是极其无序的，包括横向、纵向和扭向的振动及这几种振动的组合。

钻遇硬地层时由于PDC 钻头上的扭力不足而出现暂时停顿，当钻柱上的扭力应力突然达到剪切破碎地层所需的扭矩时，则钻柱上积蓄的能量突然得到释放。

PDC 钻头的粘滑现象导致钻柱扭转振荡、钻进过程不稳定，不但容易造成复合切削片崩齿，也易使钻头松扣，诱发井下事故。

扭力冲击器是针对地层研磨性强，可钻性差，机械钻速低等技术难点研发的钻井技术，扭力冲击器给PDC 钻头的是一个高频、均匀的扭力冲击，顶驱提供给钻头径向剪切力，同时扭力冲击器给钻头施加一个径向剪切力，两种剪切力的叠加能有效破碎岩石，极大提高机械钻速，并能延长钻头寿命[2]。

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。

扭力冲击器-螺杆复合钻进工艺应用实践

第50卷增刊2023年9月Vol. 50 Sup.Sep. 2023：399-404钻探工程Drilling Engineering扭力冲击器-螺杆复合钻进工艺应用实践兰永飞1，2，韩玉香1，2，陈明勇1，2，王虎*1，2（1.贵州省地质矿产勘查开发局111地质大队，贵州贵阳 550081；2.贵州地质工程勘察设计研究院有限公司，贵州贵阳 550081）摘要：扭力冲击器可以将钻井液的动能转化成下部钻具的高频周向动能，从而消除粘滑振动，保护PDC钻头，提高施工效率。

在广西百色及贵州毕节2口地热钻井施工过程中，受软硬夹层的影响，粘滑振动效应强烈，导致PDC钻头的复合片迅速崩碎，钻头提前报废。

使用扭力冲击器-螺杆钻具复合钻进工艺，通过合理设计钻具组合和钻进参数，与单纯的螺杆钻进工艺相比，因粘滑振动得到有效控制，钻头复合片崩齿现象显著减少，使用寿命增加，平均机械钻速提高了1倍以上，整体提高了施工效率和经济效益，为软硬夹层等易发生粘滑效应的地层施工提供了新的解决方案。

关键词：扭力冲击器；螺杆钻具；粘滑振动；软硬夹层；地热井中图分类号：P634.5；TE249 文献标识码：A 文章编号：2096-9686（2023）S1-0399-06The application and practical of torque impactor + screw drilling toolcomposite drilling technologyLAN Yongfei1,2，HAN Yuxiang1,2，CHEN Mingyong1,2，WANG Hu*1,2(1. No. 111 Geological Team, Bureau of Geological and Mineral Exploration and Development of Guizhou Province,Guiyang Guizhou 550081, China；2.Guizhou Geological Engineering Survey, Design and Research Institute Co., Ltd., Guiyang Guizhou 550081, China)Abstract：The torque impactor can convert the kinetic energy of drilling fluid into high‑frequency circumferential kinetic energy of the lower drilling tool，thereby eliminating stick‑slip vibration，protecting PDC drill bits，and improving construction efficiency. During the construction of two geothermal wells in Baise， Guangxi and Bijie， Guizhou， due to the influence of soft and hard interlayers，the stick‑slip vibration effect was strong，causing the composite pieces of PDC drill bits to quickly collapse and the drill bits to be scrapped in advance. A composite drilling process of torque impactor + screw drilling tool is used. By reasonably designing the drilling tool combination and drilling parameters，compared with the simple screw drilling process， due to the effective control of stick‑slip vibration， the phenomenon of tooth collapse of the drill bit composite piece is significantly reduced，the service life is increased，and the average mechanical drilling speed is increased by more than twice，Overall construction efficiency and economic benefits has been improved. It provides a new solution for the construction of formations prone to stick‑slip effects such as soft and hard interlayers.Key words：torsion impactor; screw drilling tools; stick‑slip vibration; soft and hard interlayers; geothermal well收稿日期：2023-05-28；修回日期：2023-08-15 DOI：10.12143/j.ztgc.2023.S1.063基金项目：贵州省科学技术厅科技支撑计划（编号：黔科合支撑［2022］一般245）；贵州省地质矿产勘查开发局地质科研项目（编号：黔地矿科合［2019］13号、黔地矿科合［2019］14号、黔地矿科合［2021］25号、黔地矿科合［2021］28号）第一作者：兰永飞，男，汉族，1990年生，助理工程师，主要从事钻探技术研究工作，贵州省贵阳市观山湖区石林西路171号贵州地质科技园5号楼402室，****************。

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）：１１１６文章编号：１００１３４８２（２０２４）０１００１１０６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．１００１３４８２．２０２４．０１．００２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：ＭｉｄｄｌｅｄｅｅｐｌａｙｅｒｓａｒｅｔｈｅｆｏｃｕｓｏｆｆｕｒｔｈｅｒｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅＢｏｈａｉｏｉｌｆｉｅｌｄｓ，ｂｕｔｔｈｅｙｆａｃｅｖａｒｉｏｕｓｃｈａｌｌｅｎｇｅｓｉｎｔｈｅｄｒｉｌｌｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ，ａｎｄｔｈｅｉｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｓｕｃｈａｓｈｉｇｈｆｏｒｍａｔｉｏｎｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｒｏｃｋｂｒｅａｋｉｎｇ，ｌｏｗｍｅｃｈａｎｉｃａｌｄｒｉｌｌｉｎｇｓｐｅｅｄａｎｄｌｏｎｇｄｒｉｌｌｉｎｇｃｙｃｌｅｌｅａｄｔｏｐｏｏｒｅｃｏｎｏｍｉｃｓｉｎｔｈｅｍｉｄｄｌｅａｎｄｄｅｅｐｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＢｏｈａｉＳｅａ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｓｅｒｉｏｕｓｃｈｏｋｉｎｇｏｆｍｅｄｉｕｍａｎｄｄｅｅｐｄｒｉｌｌｉｎｇｔｏｏｌｓａｎｄｓｌｏｗｍｅｃｈａｎｉｃａｌｄｒｉｌｌｉｎｇｓｐｅｅｄ，ｔｈｅｔｏｒｓｉｏｎｉｍｐａｃｔｏｒｓｐｅｅｄｉｎｇｔｏｏｌｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｈｅＢｏｈａｉＯｉｌｆｉｅｌｄ，ｂｕｔｔｈｅｒｅｗａｓｓｔｉｌｌａｌａｃｋｏｆｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇｏｆｉｔｓｓｐｅｅｄｕｐｍｅｃｈａｎｉｓｍ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｌｙｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｓｐｅｅｄｉｎｇｕｐｔｈｅｔｏｏｌ，ｔｈｅｔｏｒｓｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｃｓｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｔｏｒｓｉｏｎｉｍｐａｃｔｏｒｗａｓｓｅｔｕｐ，ａｎｄｔｈｅｒｏｃｋｂｒｅａｋｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｅＰＤＣｄｒｉｌｌｂｉｔｕｎｄｅｒｔｈｅｔｏｒｓｉｏｎｉｍｐｕｌｓｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｗａｓｓｉｍｕｌａｔｅｄｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅＡｂａｑｕｓｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｏｆｔｗａｒｅｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｓｐｅｃｉｆｉｃｗｏｒｋｏｆｔｈｅｒｏｃｋｂｒｅａｋｉｎｇｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｓｔａｔｉｃｌｏａｄｉｎｇａｎｄｔｏｒｓｉｏｎｉｍｐｕｌｓｅ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｒｏｃｋｂｒｅａｋｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｃａｎｂｅｉｎｃｒｅａｓｅｄｂｙａｂｏｕｔ３６％ａｆｔｅｒｔｈｅｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｏｒｑｕｅｉｍｐａｃｔｏｒ．ＩｔｈａｓｃｅｒｔａｉｎｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｆｏｒｔｈｅｓｐｅｅｄｕｐａｎｄｐａｒａｍｅｔｅｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｍｅｄｉｕｍａｎｄｄｅｅｐｄｒｉｌｌｉｎｇｉｎｔｈｅＢｏｈａｉＯｉｌｆｉｅｌｄ．　收稿日期：２０２３０７０８　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。

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。