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。
图1 阿特拉公司的扭力冲击器
2.工作特点
2.1配合PDC 钻头使用,以冲击破碎为主,加以旋转剪切岩层,在保证井身质量的同时提高机械钻速;