田军武梁玉仙(.西部钻探塔里木勘探公司技术服务站， 新疆 库尔勒 84000；.西部钻探克拉玛依钻井公司管具公司， 新疆 克拉玛依 834000)

高速旋冲钻井技术研究及现场试验

田军武1梁玉仙2(1.西部钻探塔里木勘探公司技术服务站， 新疆 库尔勒 841000；2.西部钻探克拉玛依钻井公司管具公司， 新疆 克拉玛依 834000)

为解决深井硬地层机械钻速低的难题，基于复合钻井技术和旋冲钻井技术优势，提出高速旋冲钻井提速技术。研制了结构简单使用寿命长的自激振荡式旋冲工具作为该技术的轴向冲击工具，进行了四口井的现场试验，平均机械钻速提高42%，工具最长单次入井时间261小时。研究结果为高速旋冲钻井技术的可行性、有效性以及现场应用过程中钻井参数的选取提供了依据。

硬地层提速；高速旋冲；自激振荡旋冲工具；现场试验

随着我国油气勘探开发向深部地层的发展,深井和超深井的比例不断增加,深部地层坚硬、非均质性和软硬交互性强、可钻性差，导致实际钻井中机械钻速低、钻井成本高，已成为制约我国油气钻探开发效率的难题之一[1-4]。目前国内的提速技术均存在一定的适应性和局限性，不能满足深井、超深井复杂工况下的提速提效需要，迫切需要发展新的提速技术。笔者在分析现有技术基础上，提出了结合井下动力钻具高转速和轴向冲击工具高效破岩的优势发展高速旋冲钻井技术的新思路，并在国内某油田进行四口井的现场试验，提速效果显著。

1 高速旋冲提速技术

高速旋冲技术通过将螺杆钻具和自激振荡式旋冲工具组合使用，旋冲工具结构如图1所示[5]。自激振荡式脉冲发生器位于该工具上部，当流体流入其腔室时，通过压力的振荡与反馈，将连续恒压高速流体转变成具有一定压力波动的流体后继续下行，进入冲击杆上部的腔室，来流压力波动在该腔室进一步放大，在近钻头附近形成周期性压力波动，产生的压力波动直接作用于冲击杆的顶面，对冲击杆形成一定的冲击力，并通过冲击杆的运动将冲击力传递至钻头；与此同时，来流脉动继续向下传递，通过钻头水眼喷出，形成脉冲射流[6]，强化井底清洗效果。

图1 自激振荡式冲击工具结构

采用自激振荡式旋冲工具的高速旋冲钻井具有如下特点：(1)与常规复合钻井相比，复合冲击钻井采用“井下动力钻具+高频轴向冲击器”结构，冲击器的频率高达400.700Hz的轴向冲击，与高转速相结合能够产生倾斜度更大的斜冲击，由于岩石的抗剪能力等于其抗压强度的1/12.l/6，因此更有利于单次破岩，且不容易产生黏滑及钻头泥包，轴向和扭转方向的冲击强度(即冲击速度)取决于轴向冲击速度和周向旋转速度的相对值，当需要加强轴向冲击时，可降低井下动力钻具转速，当需要加强周向冲击时，可通过提高井下动力钻具转速实现；(2)复合冲击钻井过程中井底空间某点单位时间内被切削及冲击的次数提高，尤其是冲击次数可提高为常规旋冲钻进的8.12倍(常规旋冲钻井冲击频率＜50Hz)，更有利于破岩。(3)在轴向冲击分量都和周向冲击分量的作用下，导致钻头牙齿附近岩石产生微裂隙，同时，水力脉冲进入微裂隙，强化了原有连续射流产生的水楔效应，使裂纹扩展并形成体积破碎。由于该工具采用自激振荡原理调制冲击振动，直接将水力能量转化为机械振动，工具结构简单，免维护使用寿命长(＞200h)，能够适应于螺杆配合使用时的恶劣工况。

2 现场试验

2.1 提速效果分析

2014年在某油田TH10435H井、TH10293井、TH12272井和TH12273井等4口井进行了高速旋冲钻井现场试验。钻具组合为PDC钻头+178mm自激振荡式旋冲工具+直螺杆+转换接头+DC1根+满眼扶正器+DC+HWDP+127mmDP。TH 10435H井采用TS1952S型PDC钻头，TH10293井和TH12272井采用MQ516J-5223型PDC钻头，TH12273井采用MQ519型PDC钻头，详细钻井参数如表1所示。

从表1中可以看出，TH10435H井相比邻井提速24.3%.90.5%，TH12272井 相 比 邻 井 提 速35.5%.45.0%，TH12273井相比邻井提速45.7%.64.2%，TH10293井相比邻井提速37.5%.73.5%，四口井平均提速42%。其中，TH10435H井和TH12272、TH10293井应用井段分别节约钻井周期15.58天、15.38天和2.58天。

2.2 工具及钻头可靠性

试验井共使用四套旋冲工具，纯钻时间在141.7h.260.6h之间。如图2显示的是自激振荡式旋转冲击钻井工具在TH10435H井纯钻时间达到260h后第二趟钻最后出井时的照片，图中可以看出工具外观完整，无明显损伤。图3给出了TH12272井中使用的PDC钻头，在自激振荡式旋转冲击钻井工具与螺杆钻具联合作用下纯钻时间达167h后的出井与入井前照片对比，从图中可以看出所有PDC齿保持完好，少量磨损。

3 结语

(1)针对硬地层机械钻速低的难题，基于两种现有提速技术的优势，提出“螺杆+轴向冲击工具”的高速旋冲钻井提速技术。优选出自激振荡式旋冲工具作为冲击工具在某油田进行了4口井的现场试验，平均机械钻速提高42%，自激振荡式旋冲工具寿命满足工况要求，对螺杆钻具无影响，且对PDC钻头具有一定的保护作用。

表1 高速旋冲钻井技术试验井提速效果对比

图2 TH10435H自激振荡旋冲工具出井照片

图3 TH12272井PDC入井和出井照片

(2)建议进一步优化自激振荡式冲击工具性能参数以及冲击参数与钻井参数的匹配关系，以进一步提高机械钻速，缩短钻井周期。

[1]沈忠厚.现代钻井技术发展趋势[J].石油勘探与开发,2005，32(1)∶89-91.

[2]汪海阁,郑新权.中石油深井钻井技术现状与面临的挑战[J].石油钻采工艺,2005,27(2)∶4-8.

[3]刘汝山,朱德武.中石深井钻井主要技术难点及对策[J].石油钻探技术,2005,33(5)∶ 6-10.

[4]周玉仓,宋勇.某油田大尺寸井眼提高钻井速度初探[J].石油钻探技术,2004,32(6)∶ 62-63.

[5]雷鹏,倪红坚,王瑞和等.自激振荡式旋冲工具在深井超深井中的试验应用[J].石油钻探技术,2013,41(6)∶ 40-43.

[6]雷鹏,倪红坚,王瑞和等.自激振荡式旋转冲击钻井工具水力元件性能分析与优化[J].振动与冲击,2014,33(19)∶175-180.