《鉆井提速工具探究的國內(nèi)外文獻綜述》2400字

鉆井提速工具研究的國內(nèi)外文獻綜述目錄TOC\o"1-2"\h\u16251國內(nèi)研究現(xiàn)狀 167562國外研究現(xiàn)狀 191953發(fā)展趨勢 212051參考文獻 21國內(nèi)研究現(xiàn)狀 自20世紀以來,美、蘇、中、德等國對鉆井提速工具進行了大量的研究和創(chuàng)新,試驗和應用結(jié)果表明振動沖擊工具具有以下幾個優(yōu)點:(1)提高硬地層機械鉆速和進尺深度;(2)有效控制井眼軌跡,提高井身質(zhì)量;(3)緩解鉆柱彎曲和惡性振動;(4)改善鉆頭破巖環(huán)境,提高破巖能量,降低破巖阻力。[4]近幾年吉林大學對射流式?jīng)_擊器內(nèi)部的射流元件的結(jié)構(gòu)與材質(zhì)進行了改進優(yōu)化,將射流元件從傳統(tǒng)三體式結(jié)構(gòu)改進成臉譜型兩體式結(jié)構(gòu),將原有底板和蓋板的長條形上下腔控制信號孔改為在基板上采用電火花方式加工而成的矩形截面控制道,并且在材質(zhì)上全部采用YG11C硬質(zhì)合金。中國石化石油工程技術(shù)研究院對缸體、砧子的結(jié)構(gòu)與材質(zhì)進行了改進,提高了工具的使用壽命,并且通過優(yōu)化性能參數(shù),首次與PDC鉆頭配合在6000m井段實現(xiàn)成功應用[6-7]東北石油大學、西安石油大學和中國石油大學（北京）等高校都在開展射吸式?jīng)_擊器研究。其中，中國石油大學（北京）運用計算流體力學軟件對射吸式?jīng)_擊器內(nèi)部流速場和壓力場進行了分析，進一步優(yōu)化了沖擊器排量、噴嘴直徑、噴嘴結(jié)構(gòu)、沖程等參數(shù)[8]。東北石油大學通過室內(nèi)性能測試，明確了沖擊功和沖擊頻率會隨著排量和沖錘質(zhì)量的增大而增大，研制的0100mm射吸式?jīng)_擊器總長1.2m、工作頻率為1000~4000次/min(16~66Hz)、沖擊力為500~1000N、壓降12MPa,該沖擊器在新疆塔里木地區(qū)配合PDC鉆頭進行了現(xiàn)場應用，機械鉆速同比常規(guī)鉆具組合提高133%[9-10]當前，射吸式?jīng)_擊器應用規(guī)模較小，需要在配流行程優(yōu)化、關(guān)鍵零部件材質(zhì)優(yōu)選、工作穩(wěn)定性和鉆井液能量利用率提升等方面開展深入的攻關(guān)。中國石油大學(華東)研制的自激振蕩式?jīng)_擊器近幾年在新疆塔里木地區(qū)進行了多次應用,機械鉆速與常規(guī)回轉(zhuǎn)鉆進相比提高50%以上,鉆時減少45%以上。其中在TH10435井,使用螺桿+自激振蕩旋沖工具+PDC鉆頭鉆井方式，機械鉆速22.63m/h,較鄰井復合鉆進提高60.9%。[11]2國外研究現(xiàn)狀FluidHammer提速技術(shù)（扭向沖擊）：FluidHammer提速工具是美國國民油井公司(NOV)研制成功的提速工具，目前已成為該公司的主打產(chǎn)品。該工具主要由馬達總成和沖擊短節(jié)兩部分構(gòu)成，其中螺桿馬達為常規(guī)螺桿結(jié)構(gòu)；振動沖擊短節(jié)是FluidHammer的技術(shù)核心，F(xiàn)luidHammer的沖擊短節(jié)由外筒、密封活塞、花鍵心軸、推力軸承組、高強度螺栓、凸輪組和下接頭等組成。外筒與上部螺桿定子連接在一起：下接頭直接與鉆頭相連接；密封活塞將工具分割成上下2個密封腔，在密封腔內(nèi)注入高性能潤滑油，為工具內(nèi)部推力軸承組和凸輪組提供良好的潤滑條件，確保工具井下使用壽命：花鍵心軸與上端螺桿轉(zhuǎn)子相連接，下端與下接頭通過花鍵嚙合在一起；凸輪組分為上下凸輪結(jié)構(gòu)，分別安裝在外筒臺肩處和下接頭處，并通過高強度螺栓固定。技術(shù)優(yōu)勢:施加給鉆頭的沖擊力是通過鉆壓作用而來,即將鉆壓轉(zhuǎn)換為沖擊力,具有較高的沖擊載荷并直接施加給鉆頭,提速效果明顯;FluidHammer提速工具設計有螺桿短節(jié)部分,因此在提速的同時可以較好地進行井斜控制。技術(shù)弊端:下部沖擊短節(jié)機械結(jié)構(gòu)設計復雜,成本較高;密封腔通過旋轉(zhuǎn)密封來實現(xiàn)密封,可靠性難以保證,井下使用壽命較低。目前,FluidHammer已在油田進行了推廣應用,從現(xiàn)場應用效果來看,NOV公司在大尺寸井眼的提速效果明顯,且井下使用壽命得到保證;在φ215.9mm井眼中提速效果欠佳。國內(nèi)相關(guān)高校及鉆探企業(yè)進行了FluidHammer的研究工作[12-13],并進行了現(xiàn)場試驗,取得一定的提速效果,但距離商業(yè)化應用尚有一定距離。水力振蕩器（軸向沖擊）：水力振蕩器是水平井鉆井過程中不可缺少的提速工具。在該技術(shù)的研究及應用方面，以NOV公司的Agitator為代表，現(xiàn)場應用效果明顯[14]。Agitator水力振蕩器由振動短節(jié)和動力短節(jié)2部分構(gòu)成。動力短節(jié)為螺桿鉆具結(jié)構(gòu)，在轉(zhuǎn)子下方設計有脈沖動力閥（由轉(zhuǎn)子閥與定子閥構(gòu)成）。在鉆井液作用下，轉(zhuǎn)子驅(qū)動轉(zhuǎn)子閥產(chǎn)生周期往復運動。3發(fā)展趨勢振動沖擊提速工具通過合理利用并轉(zhuǎn)化泥漿水力能量，有效提高了破巖能量，改善了鉆頭破巖環(huán)境，降低了破巖阻力。根據(jù)現(xiàn)場應用情況來看，可以不同程度地提高鉆井過程中的機械鉆速，縮短鉆井周期。而振動沖擊提速工具在未來的發(fā)展過程中，需要進一步開展的優(yōu)化研究分別為：射流式?jīng)_擊器需要降低壓降、提高壽命；射吸式?jīng)_擊器需要提升穩(wěn)定性和能量利用率；自激振蕩沖擊器和脈沖式提速器需要優(yōu)化內(nèi)部流場、提升振動沖擊能量：旋沖螺桿需要降低關(guān)鍵部件磨損速率、減少內(nèi)部損耗；扭轉(zhuǎn)沖擊器需要提高扭轉(zhuǎn)沖擊能量；復合沖擊器需要優(yōu)化軸向沖擊與扭轉(zhuǎn)沖擊的能量分配。與此同時，針對上述鉆井提速用振動沖擊工具尚未得到大面積推廣應用的情況，還需要深入開展不同類型振動沖擊工具與配套鉆頭的優(yōu)選研究，最大限度地發(fā)揮工具與鉆頭的功能特點，進而達到最優(yōu)的協(xié)同提速效果。參考文獻[1]中國礦產(chǎn)資源報告[J].國土資源情報,2021(11):2.[2]孫曉東.深井超深井鉆井技術(shù)創(chuàng)新方法.石油鉆探技術(shù)總目次[J].石油鉆探技術(shù),2016(6).[3]劉廣志.超深井鉆探意義、作用與現(xiàn)狀綜述(上)[J].國外地質(zhì)勘探技術(shù),1987(08):1-8.[4]甘心.鉆井提速用振動沖擊工具研究進展[J].鉆探工程,2021,48(02):85-93.[5]穆總結(jié),李根生,黃中偉,杜彤,史懷忠,田守嶒.振動沖擊鉆井提速技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].石油鉆采工藝,2020,42(03):253-260.DOI:10.13639/j.odpt.2020.03.001.[6]索忠偉.射流式?jīng)_擊器水平井段試驗及失效分析[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2019,46(06):59-63.[7]索忠偉.φ228.6mm射流沖擊器研制及硬地層提速試驗[J].石油鉆探技術(shù),2019,47(04):54-58.[8]蔣宏偉,黃成,王克雄,翟應虎,倪瑞慶.射吸式液動沖擊器內(nèi)部流場數(shù)值模擬研究[J].石油機械,2007(09):25-28.[9]李瑋,高海艦.射吸式?jīng)_擊器在塔里木地區(qū)的現(xiàn)場應用[J].遼寧石油化工大學學報,2017,37(06):36-39.[10]李瑋,高海艦,顧明勇,鄭繼明,李兵.射吸式?jīng)_擊器沖擊效果離散元分析[J].中國煤炭地質(zhì),2017,29(07):60-64.[11]景英華,袁鑫偉,姜磊,張恒,倪紅堅.高速旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井破巖數(shù)值模擬及現(xiàn)場實驗[J].中國石油大學學報(自然科學版),2019,43(01):75-80.[12]張昕,伊明,喬東宇,等.機械式旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井提速工具應用研究[J].新疆石油天然氣,2019(4).DOI:10.3969/j.issn.1673-2677.201