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技 术 简 报 ［2015］第七期 西南钻井分公司技术发展中心 二〇一五年八月二日 目 录 旋冲工具的应用情况总结 9 旋冲工具的应用情况总结 冯 林 旋冲工具是在井底产生并向钻头传递高频冲击力的钻井工具。其特性是在旋转的钻头上施加高频冲击力，岩石在冲击载荷的作用下，冲击点的作用力来不及重新分配，该点的应力便很快接近或者超过岩石的强度极限。这种冲击载荷的瞬时作用和应力集中特性，岩石不易产生塑性变形而脆性增加，使其产生微裂隙，同时有利于岩石中原有裂隙进一步扩展，岩石强度降低，形成体积破碎，从而大大提高岩石破碎。因此，旋冲钻井技术是提高硬地层钻井速度的有效方法之一。 一、旋冲工具的结构和工作原理 目前常用的旋冲钻具是国民油井华高公司基于常规螺杆钻具技术开发设计的一种钻井提速工具。该旋冲钻具主要由马达、可调弯角外壳及液力锤组成。 图1 NOV旋冲钻具的结构示意图 动力总成为钻头提供转速和输出扭矩；液力锤由上、下心轴，凸轮/滚轮机构及滚柱轴承组组成，轴向冲击轮动由凸轮和滚轮总成实现。通过机械和液力相互作用产生振动力直接作用在钻头上，工具敲击力与所加钻压相关，提离井底即停止敲击，钻压将钻头与地层紧密接触，钻头不离开井底，不会对钻头和钻具造成损害；两个芯轴之间的相互啮合同样向工具的外壳提供轴向动力，达到有效传递钻压的作用。 旋冲钻进过程中，钻头具有两个方向上的作用力：一是径向方向的旋转切削力，具有切削破碎岩石的作用；二是轴向方向的静压力及冲击力，具有静、动载破碎岩石的双重作用。这两个方向上的力是相辅相成的，钻头除冲击岩石外，还有旋转剪切两次冲击间已经产生裂纹但没有崩离的脊部。所以，旋冲钻井具有旋转和冲击钻进的两种特性，从而大幅度提高钻井效率。 旋冲钻具通过使用液力锤代替传统螺杆钻具的轴承总成，以机械和液压综合方式为钻头传递高频轴向冲击力。这种高频的轴向冲击可在钻遇硬地层、高研磨性地层时，为PDC或牙轮钻头提供额外的“冲击破岩力”，增强钻头的破岩能力，提高机械钻速。国民油井华高旋冲钻具有以下的结构特点： （1）纯机械装置，与螺杆尺寸一致，代替螺杆的轴承总成。 （2）采用了油密封总成，100%泥浆可以通过钻头，使钻头获得更优化的水力能量，动力部分各级压降更高。 （3）旋冲工具冲程为3-13mm，冲击频率为马达转速的3倍或4倍，高频轴向冲击，有效提高钻进效率。 （4）工具依靠钻压激活，提离井底时自动解除。加压后，井底钻具产生轴向高频蠕动，克服摩阻，减少托压及粘滑振动的发生，有效的提高钻压传递。 基于旋冲工具所具有的结构特点，可知其破岩方式不同于常规钻井。具有独特的技术优势： （1）将部分泥浆泵能量转化为钻井所用，增加冲击破岩能，提高扭矩传递效率。 （2）消除钻头切屑的分子啮合，避免钻头粘滑、跳钻，保证钻头平稳切屑与钻进，延长钻头的使用寿命。 （3）对排量和泥浆类型没有限制，现有石油钻井设备和钻具可以满足旋冲钻井技术的要求。 （4）高频的冲击载荷有利于减少单位体积岩石的破岩时间，缓解地层岩性变化可能引起的井斜趋势，提高井身质量井眼，减少钻具损坏，尤其对于深井硬地层。 （5）纯机械装置，采用优化的水力结构和高耐磨材料，作业寿命150h，耐温能力177℃，使井底钻具产生良性振动，克服摩阻，旋转同时产生冲击破岩，增加钻速35-100%以上。 二、旋冲工具在现场的应用及效果分析 为了克服不同区块硬地层机械钻速慢的难题，实现优快钻进的目标。旋冲工具+PDC钻头钻井技术在马深1井、焦页9井和明1井进行了应用。 1、马深1井二开406.4mm井眼段的使用情况 二开井眼尺寸406.4mm，井段3493.26-3827.10m，下入国民油井华高285.75mm旋冲钻具（POB，7/8头，4.8级，S/N:FH1125-03）。钻遇地层为雷口坡组，岩性主要为白云质灰岩，灰质白云岩石膏岩。钻进进尺333.84m，纯钻时间116.75h，平均机械钻速2.86m/h。起钻原因：扭矩波动较大起钻。 使用效果分析： 表1 同层位旋冲工具与常规螺杆使用效果对比 序号 钻头尺寸（mm） 工具 层位 井段(m) 进尺(m) 纯钻(h) 机械钻速(m/h) 1 406.4 旋冲+ SKH616S-A1D 雷口坡组 3493.26-3827.10 333.84 116.75 2.86 2 406.4 螺杆+ SKH616S-A1D 雷口坡组 3827.10-4025.08 197.98 75 2.64 通过上表对比分析：与常规螺杆配合相同型号的PDC钻头相比，单只钻头钻进进