新型液力衡扭旋沖提速工具的研制及城深1井應(yīng)用分析

新型液力衡扭旋沖提速工具的研制及城深1井應(yīng)用分析

主講人：王春華大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院

新研制的液力衡扭旋沖提速工具具有衡扭旋沖和水力脈沖功能，輔助鉆頭破巖，已在深井堅(jiān)硬地層提速方面取得較好效果。塔東卻爾卻克組地層研磨性強(qiáng)、機(jī)械鉆速低、單只鉆頭進(jìn)尺少，應(yīng)用該提速工具在新疆城探1井累計(jì)進(jìn)尺1056.2m，機(jī)械鉆速2.65m/h，提速效果顯著，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到了國外同類產(chǎn)品水平，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。摘要

液力衡扭旋沖提速工具（如圖1）通過鉆井液提供的動(dòng)力，周向產(chǎn)生高頻沖擊，軸向產(chǎn)生水力脈沖。鉆壓、旋轉(zhuǎn)沖擊和水力脈沖聯(lián)合作用下，破碎巖石,使鉆頭在傳統(tǒng)刮削破巖的基礎(chǔ)上，增加了機(jī)械沖擊和水力脈沖的輔助作用，有效解決了PDC鉆頭在深井硬地層、軟硬交錯(cuò)地層鉆進(jìn)時(shí)，鉆柱縱向彈跳以及周向“粘滑”問題。工作原理圖14種規(guī)格液力衡扭旋沖提速工具外形圖

如圖2所示，液力衡扭旋沖提速工具包括：下接頭、本體、下止推軸承組、沖擊錘頭、盤閥組、旋轉(zhuǎn)葉輪、導(dǎo)流套、上軸承組、鎖緊螺母和上接頭等零件。工具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

鉆井液通過導(dǎo)流套側(cè)面的進(jìn)液槽帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)葉輪高速旋轉(zhuǎn)，使盤閥組的上盤閥旋轉(zhuǎn)，下盤閥固定在本體上，盤閥組上盤閥的進(jìn)液孔與下盤閥的沖擊孔和復(fù)位孔周期性連通和封閉，使錘頭在周向高頻振動(dòng)，沖擊下接頭，并帶動(dòng)鉆頭周向沖擊復(fù)合鉆進(jìn)。此外盤閥組的高速周期性連通和封閉產(chǎn)生水力脈沖作用，更加有利于井底巖屑清洗和運(yùn)移，減少巖屑的重復(fù)切削，進(jìn)一步提高鉆頭破巖效率。工具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)了新型的盤閥體式?jīng)_擊機(jī)構(gòu)：1.當(dāng)進(jìn)液孔與沖擊孔連通時(shí)錘頭沖擊下接頭；2.當(dāng)進(jìn)液孔與復(fù)位孔連通時(shí)錘頭復(fù)位。實(shí)現(xiàn)了錘頭周向高頻沖擊，輔助鉆頭破巖。上盤閥進(jìn)液口設(shè)計(jì)為橢圓，下盤閥沖擊孔與復(fù)位孔成92.5°分布，從而實(shí)現(xiàn)盤閥旋轉(zhuǎn)一周，56%的時(shí)間一次蓄能，通過沖擊孔釋放，9%的時(shí)間二次蓄能，通過復(fù)位孔釋放，工具壓耗2.0MPa，沖擊力1.32t,頻率21.7Hz。沖擊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

特殊PDC鉆頭研制

根據(jù)液力衡扭旋沖提速工具的工作特點(diǎn)，特殊設(shè)計(jì)了小傾角多噴嘴式Q635PDC鉆頭，采用抗沖擊PDC復(fù)合片，可配合液力衡扭旋沖提速工具在較硬地層鉆進(jìn)。

沖擊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.機(jī)械鉆速高，提速效果好該工具為鉆頭提供了機(jī)械沖擊和水力脈沖的輔助作用，破巖效率更高，同比牙輪鉆頭機(jī)械鉆速最高可提高6倍。2.工具壽命高，單趟進(jìn)尺長

工具內(nèi)部特殊設(shè)計(jì)了耐鉆井液沖蝕導(dǎo)流體和高頻抗沖擊機(jī)構(gòu)，使用壽命已達(dá)175h，單支工具總進(jìn)尺最高597m。3.保護(hù)鉆頭，井眼規(guī)則

與未用工具井段相比，應(yīng)用工具井段PDC鉆頭磨損較小，使用液力衡扭旋沖提速工具所鉆井眼相對(duì)于未使用該工具的井眼更加規(guī)則。技術(shù)特點(diǎn)

4.適應(yīng)性強(qiáng)，可滿足不同井型的需求

可在直井、水平井、定向井應(yīng)用，提速效果顯著。5.現(xiàn)場操作簡單可行、安全可靠

液力衡扭旋沖提速工具配合特殊高效PDC鉆頭現(xiàn)場應(yīng)用簡單，僅需要將工具和鉆頭接在鉆柱下端即可，無需額外的設(shè)備，對(duì)現(xiàn)場條件要求較少，現(xiàn)場使用工藝安全可靠。

技術(shù)特點(diǎn)

城探1井位于塔里木盆地北部坳陷古城低凸起，西南距古城8井約6.9km，設(shè)計(jì)井深7150m，其中3165m～5507m為卻爾卻克組，巖石較為堅(jiān)硬，對(duì)鉆頭磨損嚴(yán)重。主要巖性上部以中厚層～巨厚層狀灰色、淺灰色、褐色細(xì)砂巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖互層；中部以巨厚層狀灰色、深灰色泥巖為主，夾灰褐色、灰色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖；下部為巨厚層狀灰色泥巖夾灰色粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖；底部為薄層灰褐色泥灰?guī)r。參照古城8井平均機(jī)械鉆速僅為1m/h左右。

城探1井現(xiàn)場應(yīng)用情況

城探1井液力衡扭旋沖提速工具共下入四只工具，從三開3040-4400m井段使用液力衡扭旋沖提速工具施工，累計(jì)進(jìn)尺1056.2m，平均機(jī)械鉆速2.65/h。液力衡扭旋沖提速工具施工情況表1城探1井液力衡扭旋沖提速工具使用情況表

序號(hào)尺寸mm型號(hào)井段m進(jìn)尺m/h純鉆h鉆速m/h層位1241.3工具＋Q635鉆頭4357～4954597141.84.21卻爾卻克組2241.3工具＋Q635鉆頭4954～5258304137.92.20卻爾卻克組3241.3工具＋Q635鉆頭5258～534788.943.62.04卻爾卻克組4241.3工具＋Q635鉆頭5423.7～549066.373.30.91卻爾卻克組城探1井液力衡扭旋沖提速工具施工采用雙鐘擺鉆具組合，具體如下：φ241.3Q635BIT×0.3m+

Φ196mm液力衡扭旋沖提速工具×1.66m+

61/2〞螺旋鉆鋌×9.38m×2+Φ240螺扶×1.56m+

61/2〞螺旋鉆鋌×9.35m+Φ240螺扶×1.55m+

61/2〞螺旋鉆鋌×9.35m×23+Φ165接頭（4A11/520）×1.11m+

51/2〞加重鉆桿×9.35m×15+

51/2〞鉆桿×9.65至井口。

鉆具組合工具現(xiàn)場應(yīng)用情況

施工參數(shù)表2施工參數(shù)表鉆壓T轉(zhuǎn)數(shù)rpm扭矩kN.m排量L/s泵壓MPa密度g/cm3粘度s含沙量8～1260～8015～2535181.2447～520.1%古城8井3315m-5605m為241.3mm井眼與本井井眼一致，其鉆頭使用情況如表所示。應(yīng)用效果分析序號(hào)尺寸(mm)鉆頭型號(hào)廠家使用井段(m)進(jìn)尺(m)機(jī)械鉆速(m/h)1243.1TS1952BEST3315～40237085.492243.1MS1952SSBEST4031～43903593.93243.1MS1952SSBEST4390～46752853.314243.1U416M扭力沖擊器4675～48752002.245243.1MT1355CS扭力沖擊器4875～50551801.576243.1M1665DBEST5055～5091392.67243.1M1665DBEST5091～51951041.068243.1M1665DBEST5195～53121171.639243.1M1665DBEST5312～5322100.8310241.3SJT517GK川石5322～5356340.6311241.3HJ537G江漢5356～5379230.4712241.3M1665DBEST5379～5400210.8113241.3Q605休斯5400～5413130.4414241.3M1665DBEST5413～5422.529.520.3515241.3T1375BBEST5422.52～543512.480.516241.3MM55RHDBS5435～5557.72122.721.117241.3FX55DX3DBS5557.72～5569.4911.770.318241.3FX64DDBS5569.49～560535.511.2

城探1井液力衡扭旋沖提速工具第一趟鉆，鉆進(jìn)井段4357～4954m；進(jìn)尺597m；機(jī)械鉆速4.21m/h。同層位古城8井4390～4675m用了一只百施特MS1952SS鉆頭，進(jìn)尺285m，鉆速3.9m/h，液力衡扭旋沖提速工具與之相比進(jìn)尺提高109%，鉆速提高7%；古城8井4675～4875m用一只扭力沖擊器，進(jìn)尺200m，鉆速2.24m/h，液力衡扭旋沖提速工具與扭力沖擊器相比，進(jìn)尺提高198.5%，鉆速提高88%，各項(xiàng)指標(biāo)均超過扭力沖擊器，1只液力衡扭旋沖提速工具的進(jìn)尺相當(dāng)于1只扭力沖擊器和1只百施特鉆頭的進(jìn)尺，為施工單位節(jié)省1趟起下鉆。第一趟鉆對(duì)比情況分析

城探1井液力衡扭旋沖提速工具第二趟鉆，4954～5258m；進(jìn)尺304m；機(jī)械鉆速2.20m/h。同層位古城8井4875～5055m用了一只扭力沖擊器，進(jìn)尺180m，鉆速1.57m/h，液力衡扭旋沖提速工具與之相比，進(jìn)尺提高68.9%，鉆速提高40%；古城8井5055～5312m用了3只百施特M1665D鉆頭，平均進(jìn)尺86.7m，鉆速1.76m/h，液力衡扭旋沖提速工具與其相比，進(jìn)尺提高251%，鉆速提高25%。1只液力衡扭旋沖提速工具的進(jìn)尺相當(dāng)于1只扭力沖擊器和3只百施特鉆頭的進(jìn)尺，為施工單位節(jié)省3趟起下鉆。第二趟鉆對(duì)比情況分析

城探1井液力衡扭旋沖提速工具第三趟鉆，鉆進(jìn)井段5258～5347m；進(jìn)尺88.9m；機(jī)械鉆速2.04m/h。同層位古城8井5195～5312m用了一只百施特M1665D鉆頭，進(jìn)尺117m，鉆速1.63m/h，由于該只工具比液力衡扭旋沖提速工具提前63m下井，液力衡扭旋沖提速工具與之相比進(jìn)尺減少了28.1m，但鉆速提高25%；古城8井5312～5322m用了1只百施特M1665D鉆頭，進(jìn)尺10m，鉆速0.83m/h，液力衡扭旋沖提速工具與其相比，進(jìn)尺提高789%，鉆速提高146%。古城8井5322～5356m用了1只川石SJT517GK鉆頭，進(jìn)尺34m，鉆速0.63m/h，液力衡扭旋沖提速工具與其相比，進(jìn)尺提高161.5%，鉆速提高224%。1只液力衡扭旋沖提速工具的進(jìn)尺相當(dāng)于2只百施特M1665D鉆頭和1只川石SJT517GK鉆頭的進(jìn)尺，為施工單位節(jié)省2趟起下鉆。

第三趟鉆對(duì)比情況分析

城探1井液力衡扭旋沖提速工具第四趟鉆，鉆進(jìn)井段5423.7～5490m；進(jìn)尺66.3m；機(jī)械鉆速0.91m/h。城探1井這趟鉆之后，5490-5554m，用休斯Q506鉆頭，進(jìn)尺64.57m，純鉆時(shí)87.12h，平均機(jī)械鉆速0.74m/h，起出鉆頭磨損嚴(yán)重，新度75%左右。液力衡扭旋沖提速工具與其相比進(jìn)尺提高了2%，與休斯鉆頭基本一致，鉆速提高23%，減少14h純鉆進(jìn)時(shí)間。

第四趟鉆對(duì)比情況分析

1.采用盤閥體式?jīng)_擊機(jī)構(gòu)的液力衡扭旋沖提速工具，能夠產(chǎn)生高頻沖擊輔助鉆頭破巖，配合特殊研發(fā)的Q635PDC鉆頭可在深層較硬地層中取得較好的提速效果，能夠大幅提高機(jī)械鉆速，提高單只鉆頭進(jìn)尺，減少起下鉆次數(shù)，降低鉆井成本。

2.通過城探1井液力衡扭旋沖提速工具4趟鉆使用情況分析及古城8井同層位鉆頭使用情況對(duì)比，液力衡扭旋沖提速工具進(jìn)尺、機(jī)械鉆速都達(dá)到了國外同類產(chǎn)品相應(yīng)指標(biāo)，且液力衡扭旋沖提速工具為鉆井研究院自主研發(fā)產(chǎn)品，使用成本低于國外產(chǎn)品，經(jīng)濟(jì)效益高于國外