自激振荡式冲击钻井工具在大港油田的应用

冲击钻井工具的研制与应用
李相勇
【期刊名称】《西部探矿工程》
【年(卷),期】2016(028)004
【摘要】大庆油田深井数量逐年增多,深部地层研磨极值高,机械钻速低,造成钻井周期和成本增加.研制了一种利用高压液流提供纵向振动的井下工具——冲击钻井工具.对冲击钻井工具的结构、原理、技术特点等方面进行了详细的阐述.现场试验验证冲击钻井工具使用效果良好.
【总页数】2页(P53,57)
【作者】李相勇
【作者单位】大庆钻探钻井工程技术研究院,黑龙江大庆163413
【正文语种】中文
【中图分类】TE21
【相关文献】
1.新型扭转冲击钻井工具的研制与应用 [J], 余涵;陈杰;李波
2.水力脉冲式钻井工具的研制与应用 [J], 王敏生;王智锋;李作会;杨永印
3.旋冲螺杆钻井工具研制与应用 [J], 王伟; 张士新; 郑瑞强; 侯圣; 谷玉堂; 王春华
4.复合冲击钻井工具在大庆徐深气田现场试验 [J], 李博;李相勇;王春华;李玉海;万发明;郑瑞强;柳长鹏
5.井下冲击钻井工具模拟试验装置研制 [J], 车继勇;谯正武;李明娜
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自激式谐振脉冲装置提速应用摘要在石油钻井中，每一次技术革新都给石油钻井带来质的飞跃。

使用现有的钻井设备，同时能有效提高水力破岩效果，必须提高钻井液在钻柱内特别是接近井底的流速，自激式谐振脉冲装置正是在这种设想下孕育而生。

泥浆经过脉冲装置自激振荡后形成了加速后的脉冲泥浆流体，提高了泥浆对地层冲击、冲蚀破岩的能力。

自激式谐振脉冲装置通过在石南31井区的应用，取得了明显的提速效果。

关键词自激式谐振脉冲装置；机械钻速；钻机月速；脉冲喷嘴1自激式谐振脉冲装置原理脉冲装置内部自激式谐振脉冲发生器主要由高耐磨合金制成，上部为谐振导流杯体，下部反射器和多曲面两部分组成谐振荡腔体，其原理是根据自激振荡原理，射流由喷嘴上段内的异流进水腔，经上、下两个撞面反射，上撞面的反射压力波与向下运动的水流压力波的初相相等，形成波形叠加，与下撞面反射的射流相碰，产生强大的圆形剪切应力，使高喷射流剪切成瞬时真空形成交替的水弹，真空中产生的高压，把水弹以高速度排出，形成不连续的水弹射流，提高了射流的瞬时打击力、有效喷射距离和射流到达井底时的水利能量。

2自激式谐振脉冲装置安装及技术说明自激式谐振脉冲装置分为自激式谐振脉冲接头和自激式谐振脉冲喷嘴两种，安装位置见右下图：标示为3、7部位为两脉冲接头，脉冲喷嘴安装在钻头上。

泥浆流入位于方钻杆保护接头下的第一个自激式谐振脉冲接头,经过自激振荡后形成了加速后的脉冲泥浆流体,泥浆在钻杆里流速由原来的流速提高了 1.7~2.5倍,由于泥浆的快速流动到达井底的第二个自激式谐振脉冲接头进行再次谐振加压加速，再通过钻头上的脉冲喷嘴自激振荡达到超音速射流，使井底持续慢流转换为超音速瞬时脉冲流场，提高了泥浆对地层冲击、冲蚀破岩的能力，将井底的持续压力场转换成瞬时压力场，减少了压持现象，将井底岩屑快速脱离井底，最大程度地避免了岩屑对钻头的研磨损伤，大幅度提高了携岩体积，减少了钻头的泥包现象，从而提高钻井速度。

冲击回转钻进在石油钻井中的应用近年来，随着我国对石油需求量的不断增加，石油钻井工程发展的越来越繁荣，在这个过程中，石油钻井的各项要求越来越高，为了充分的满足各项要求，应用了冲击回转钻进。

在应用了此项技术之后，石油钻井的效率得到了大大的提升，同时，钻具、钻头的寿命也到了延长，从而使企业的效益显著的提升。

基于此，在石油钻井工程中，冲击回转钻进得到了广泛的应用。

标签：石油钻井；冲击回转钻；应用冲击回转钻进技术目前在石油钻井中已应用，在加拿大油田钻井中所达到的钻进速度及钻头进尺比纯旋转钻进提高数倍，在西德克萨斯，用冲击器同三牙轮钻头纯旋转钻进在坚硬的石英岩层钻进比较提高钻速1倍，贝壳公司在加拿大用冲击回转钻进方法在花岗岩中钻进与纯旋转钻井相比，机械钻速提高了200%。

在国内，一些单位也正在积极研究适应恶劣的井下条件下的石油钻井冲击器。

已研究应用的结果表明，采用冲击回转钻进技术，进行石油钻井可大大提高钻井效率，降低钻井成本。

如我国某油田采用冲击回转钻进技术在8口井试验，机械钻速提高了30%左右，地矿部石油钻并研究所已在这方面进行了大量工作。

我国最早自行设计了石油钻井用的液力冲击器并获得专利，试验表明，机械钻速在硬地层提高30%，在软地层提高21%。

近几年的实践进一步证明了冲击回转钻井技术应用于石油钻井的可行、可靠性。

1 冲击回转钻进概述所谓冲击回转钻进，是指利用专门的冲击器和钻机回转器共同驱动钻头破碎孔底岩石的钻进方法。

从特点上来看，冲击回转钻进具备三方面的特点，一是钻进效率高，尤其是岩石的坚硬程度比较高的岩层中，其所具备的钻进效果更为明显，与回转钻进相比，冲击回转钻进所具备的效率要显著的高出几十倍；二是钻头寿命长，在其工作的过程中，钻头承受的磨损性降低，从而延长钻头的寿命；三是钻孔偏斜等问题得到了有效的预防，提升了钻孔的质量。

冲击回转钻进有两种，一种是液动冲击器，从19世纪60年代开始研发，在随后的几年时间里，液动冲击器的种类增加，并且用到了石油钻井中；一种是气动冲击器，从20世纪30年代中期开始研究，气动冲击回转钻进研制成功之后，得到了比较好的应用，在40年代末，美国在进行矿山开采时应用了气动回转钻进方式。

2017年10月自激振荡式旋转冲击钻井工具在冀中地区的应用曹利军杨顺强陈伟孟广喜（渤海钻探第五钻井工程分公司工程技术中心,河北河间062450）摘要：自激振荡式旋冲工具在井下工作时能够同时对所钻地层产生机械冲击与水力脉冲的作用。

该工具适合定向井不同地层、不同井段的应用要求，在中硬、硬地层进行滑动和复合钻进时均能显示提速效果，具有避免钻头重复破碎岩屑和缓解定向托压的特点。

通过现场试验，掌握了该类型工具的结构和配套参数优化方法，对于提高冀中地区钻井速度，解决长期困扰冀中地区钻井生产的定向托压问题有着重要意义。

从实践中提炼、探索出新的提速方法，形成相应技术规范，为今后冀中地区钻井提速提供参考。

关键词：自激振荡；冲击钻井；滑动钻进；定向托压随着国内油田不断降低钻井成本，市场竞争日趋激烈，要实现较好的经济和社会效益，就必须利用新型提速工具来不断提高钻井速度。

诸如复合钻井、高压喷射、导向钻进等成熟技术已广泛应用在冀中地区钻井实践中，使钻井速度有了明显提高。

为了进一步拓展提速空间，加快钻井速度，我们在冀中地区试验应用自激振荡式旋转冲击钻井工具（文中简称旋冲工具），该工具能把水力脉冲和机械冲击力相结合，最大限度的提高机械钻速，同时起到减摩、定向防托压的作用。

1旋冲工具的应用优势旋冲工具适合定向井不同地层、不同井段的应用要求，在中硬、硬地层进行滑动和复合钻进时均能显示提速效果，同时还具有避免钻头重复破碎岩屑和缓解定向托压的特点；该工具由自激振荡式水力元件产生的钻头冲击力具有“小振幅、高频率”的特点，对钻头和地层的适应性强；自激振荡式水力元件将调制的水力脉动转化为直接作用于钻头的机械冲击力，能量利用效率高；该工具保养维护简单，使用寿命可达300h 以上，可重复多次入井使用。

2旋冲工具原理及破岩机理旋冲工具是综合水力脉冲和冲击振动钻井两类技术优势的思路进行设计的。

在井下工作时会同时产生机械冲击与水力脉冲作用。

机械冲击：钻井液高速流经自激振荡器，形成水力脉冲作用于下喷嘴，产生低幅高频机械冲击力经钻头连接短节传递至钻头，对钻头施加5-20KN 、40Hz 左右的冲击力，提高钻头破岩效果；水力脉冲：钻井液高速流经自激振荡器所产生的水力脉冲向下传递，经钻头水眼喷出，形成脉冲射流作用于井底，强化井底清洗，改善井底岩石的受力状况，降低岩石破坏强度。

自激振荡式冲击振动钻井工具现场应用分析作者：曹家利来源：《中国化工贸易·中旬刊》2017年第08期摘要：随着勘探开发的不断深入，复杂结构井已成为油气开发的最有效手段。

由于摩阻大的问题，滑动定向钻进时间占复杂结构井建井周期的三分之二以上，滑动定向钻进机械钻速不到复合钻进的30%，严重制约了定向钻进速度的提高。

振动减摩阻技术已经成为仅次于旋转导向减摩阻技术的一种高效防拖压提速技术。

而自激振荡式冲击振动工具可直接连接在底部钻具中，通过轴向震动，减缓钻柱与井壁粘附力，降低摩阻，且不损坏MWD，对提高定向钻井效率有着极其重要的意义。

关键词：自激；振荡式；钻井工具；原理；应用自激振荡式冲击振动钻井工具主要由自激振荡腔和冲击传递杆组成，其工作原理是将水力振荡元件置于工具壳体内部，水力振荡元件调制生成脉冲射流作用于与钻头/下部钻柱相连的八方驱动杆上端，对下部钻柱施加5-20kN、40Hz左右的周期性机械冲击作用力，激发与驱动杆相连接的下部钻柱产生轴向振动，显著减小滑动钻进时下部钻柱与井壁之间的摩阻，提高钻柱载荷传递效率和井底钻压，最终减少摩阻，提高复杂结构井的机械钻速和极限延伸距离。

1自激振荡冲击振动工具现场施工工艺1.1钻具组合①根据钻具尺寸选择工具型号，钻具间的转换接头可以根据实际情况确定，上部钻具组合由井队根据实际情况配置；②在钻铤间，装钻具回压阀、旁通阀（旁通侧孔尽量大、通径能够保证投入式止回阀阀芯的通过），投入式钻具回压阀安装在旁通阀下面且其投杆可以顺利穿过旁通阀。

如果使用钻具单流阀，下钻时应向钻杆内按规定灌注泥浆。

1.2使用参数①排量，由于工具采用自激振荡腔作为水力振荡元件，为保证工具能够正常工作，钻进过程中必须达到一定排量：ZJXC-178工具钻井液排量≥32L/s；②钻压，工具采用可轴向滑动的冲击振动传递机构，为使工具在开泵后能够将冲击振动有效传递给钻头，而不是消耗在上部钻具，钻进过程中所施加的钻压必须超过定值We，即“闭合钻压”。

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。

新型提速工具在石油钻井中的应用与实践研究董鑫鑫刘云飞发布时间：2021-11-10T08:21:36.581Z 来源：《基层建设》2021年第21期作者：董鑫鑫刘云飞[导读] 我国从事石油和钻井活动的工作都是很有系统性的,对于个人和财物消耗量也很多。

为降低石油开挖钻井的费用,就要引入新的工艺和技术,以改善和增加石油开挖钻井速度。

随着我国石油钻井技术和工艺的改革与发展,新型的提速机械设备应运而生。

中国石化中原石油工程公司钻井二公司河南濮阳 457001摘要:我国从事石油和钻井活动的工作都是很有系统性的,对于个人和财物消耗量也很多。

为降低石油开挖钻井的费用,就要引入新的工艺和技术,以改善和增加石油开挖钻井速度。

随着我国石油钻井技术和工艺的改革与发展,新型的提速机械设备应运而生。

此篇论文是针对石油天然气钻井中新型提速机械设备的应用和实践而写的。

关键词:石油钻井;新型提速工具;应用;实践由于我国油田土壤勘探的新技术不断地被科学家们研究和开发出来, 新型的提速钻井工具也越来越引起关注。

尤其是目前我国深井工程的数量正在逐步增加,那么新型的提速手段就一定会切实发挥作用。

1 石油勘探新型技术作用随着我国特色社会主义经济和市场的不断繁荣与完善,石油工业的价值也逐渐得到人们的广泛关注和高度重视。

为更好地促进我国石油生产率的提高,就需要充分运用科学和技术来加强石油开采勘探。

因此新型技术在我国石油开采活动中运用的几率得到持续增加,同时在一定程度上也降低石油开采的成本。

因此,结合实际情况深入分析对石油资源勘探新型技术的应用。

2 钻井提速的过程中所存在的问题以及需要采取的解决策略无论是锥式定向井的提速钻入,还是丛式钻入井的提速钻入,为有效避免对于 mwd 仪器钻入信号提速传输的巨大干扰,就要及时采取提速钻入手段。

在不必再因为需要同时针对机械水泵钻头装置和气动设备本身进行定期修理或者进行更换时,就已经可以充分考虑并做到通过提升机械水泵的气动操作控制功率,由于机泵钻头的气动喷嘴产生射流所致而引起的钻头冲击控制能力可以有所提高。

钻井提速用振动冲击工具研究进展发布时间：2021-05-28T10:17:06.687Z 来源：《基层建设》2021年第3期作者：许宏楷[导读] 摘要：钻井工程的最终目标是以最低的成本钻出高质量的孔。

中原石油工程有限公司管具公司西南项目部四川南充 637000摘要：钻井工程的最终目标是以最低的成本钻出高质量的孔。

然而，为了实现低成本钻井，在固定的钻头和钻机成本下，必须在尽可能短的时间内获得更多进尺。

实践表明，振动冲击工具在不增加地面设备能力的情况下，可以合理地利用和转化泥浆的水力能辅助破岩。

振动冲击工具作为降低成本、提高效率最直接有效的手段之一，在行业中得到了广泛的认可和重视。

自20世纪以来，美国、苏联、中国、德国等国家对钻井速度工具进行了大量的研究和创新。

试验和应用结果表明，振动冲击工具具有以下优点：（1）提高硬地层机械钻速和进尺深度；（2）有效控制井眼轨迹，提高井身质量；（3）缓解钻柱弯曲和恶性振动；（4）改善钻头破岩环境，提高破岩能量，降低破岩阻力。

关键词：钻井；提速用；振动冲击；工具1轴向振动冲击工具经过几十年的发展，在油气钻井领域成功应用的主要轴向振动冲击工具有射流冲击器、注吸式冲击器、自激振荡冲击器、脉冲加速器和旋转冲击器。

1.1射流式冲击器射流式冲击器又称射流式液动锤（见图1），主要利用一个双稳态射流元件的射流附壁切换特性，控制高压液体交替进入冲击器缸体上下腔，从而推动活塞冲锤往复运动。

其结构尺寸及性能参数如表1所示。

图1射流式冲击器结构示意表1射流式冲击器性能参数射流式冲击器具有结构简单、运动件少、工作稳定、不受井底背压影响等特点，与此同时也存在射流元件易冲蚀、液体能量利用率低等不足。

近几年吉林大学对射流式冲击器内部的射流元件（见图2）的结构与材质进行了改进优化，将射流元件从传统三体式结构改进成脸谱型两体式结构，将原有底板和盖板的长条形上下腔控制信号孔改为在基板上采用电火花方式加工而成的矩形截面控制道，并且在材质上全部采用YG11C硬质合金。

自激振荡式旋转冲击钻井工具在营922—斜7井的应用为提高深井、硬地层等钻探难度大地层的钻探效率，减少井下复杂事故的产生，综合脉冲钻井和冲击振动钻井两类技术的优势，研发了新型辅助破岩工具——自激振荡式旋转冲击钻井工具。

以往的自激振荡式旋转冲击钻井工具都是安装在钻头与钻铤之间的双母形式的工具，公母扣接头形式的工具以其同样的工作原理，但工作位置不同，同样有提高钻头破岩效能，提高机械钻速的效果，有其更广泛的使用空间。

标签：自激震荡钻井工具；提高钻速；胜利油田一、工具原理1.工作原理其工作原理是将水力振荡元件置于钻柱上方的工具壳体内部，水力振荡元件调制生成脉冲射流作用于与下部钻具相连的八方钻具驱动杆上端，对钻头形成5-20KN、40Hz左右周期性的机械冲击作用力，使得钻头所承受的连续钻压产生波动，由于振动载荷可使岩石的破坏强度相对降低，同时水力振荡元件所产生的水力脉动作用向下传递至井底，也有助于改善井底岩石的受力状况和岩屑的净化，二者综合作用使得钻头的破岩效率提高。

通过短节的流体的压力周期性的变化作用在短节内在的弹簧这样由于压力时大时小所以短节的活塞就在压力和弹簧的双重作用下轴向上往复运动这样就造成与工具连接的其他钻井工具在轴向上的往复运动。

由于弹簧的压缩是消耗能量的所以当能量释放时75%的作用力向下就是指向钻头的方向其余25%作用力向上钻头的背向。

水力振荡器使自己上下的钻具在井眼产生纵向的往复运动这样钻具在井底暂时的静摩擦变成动摩擦这样摩擦阻力就大大降低所以工具可以有效的减少因井眼轨迹而产生的钻具拖拉现象。

保证有效的钻压。

2、技术特点（1）工具主体是用高性能合金钢制造，整体强度与钻具相匹配。

（2）工具采用优化的水力结构和高耐磨材料，使用寿命可达200小时以上。

（3）工具密封元件耐油、酸、碱、耐温200℃。

（4）公扣段驱动杆和壳体下端的配合八方驱动杆，用以平稳传递扭矩。

（5）工具不存在滑动密封，且水力脉冲具有“高频率、小幅度”的特点，适用于任何钻头和钻具结构[1]。

自激振荡式旋转冲击钻井工具在大港油田的应用周明信;汤新国;郭海涛;夏汉玲;熊波【期刊名称】《中国化工贸易》【年(卷),期】2013(5)5【摘要】自激振荡式旋转冲击钻井是十二五国家重大专项《渤海湾盆地黄骅坳陷滩海开发技术示范工程》的示范技术之一，该技术能够显著提高深井硬地层的钻井速度，与脉冲射流辅助破岩相比增加了钻头对地层冲击力的作用，改变了岩石的破碎机理，形成大量岩石的体积破碎。

该技术可改善钻井液对井底岩屑的“压持效应”，强化井底净化，降低了钻头对岩屑的重复切削，同时，整套系统简单可靠，不改变现有钻井流程，现场易于接受。

本论文主要介绍了自激振荡式旋转冲击钻井的提速机理、技术优势和现场应用效果。

目前现场成功试验两口井，整体提速效果达20%以上。

【总页数】2页(P80-81)【作者】周明信;汤新国;郭海涛;夏汉玲;熊波【作者单位】大港油田滩海开发公司，天津 300000;大港油田滩海开发公司，天津 300000;大港油田滩海开发公司，天津 300000;大港油田滩海开发公司，天津300000;大港油田第二采油厂，天津 300000【正文语种】中文【相关文献】1.自激振荡式旋转冲击钻井工具在胜利油田的应用 [J], 刘天科2.自激振荡式旋转冲击钻井工具在大港板深19-64井的应用 [J], 鄢松意;陶瑞东;陈建华;许京国;杨静3.自激振荡式冲击钻井工具在大港油田的应用 [J], 许京国;尤军;陶瑞东;张建荣;柳耀泉;杨静4.自激振荡式旋转冲击钻井工具在大港油田的应用 [J], 许京国;尤军;陶瑞东;张建荣;鄢松意;靳大松5.自激振荡式旋转冲击钻井工具在冀中地区的应用 [J], 曹利军;杨顺强;陈伟;孟广喜因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。