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。

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。

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。

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）。

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。

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。