摘要：在胜利油田随着勘探开发向深层发展，由于地质结构复杂，地层可钻性差，井身质量难以控制，钻井难度越来越大，造成钻井周期长，机械钻速低。在胜利油田渤南区块钻井施工中为降低钻井成本，保证井身质量，提高钻井速度，试验应用了一种新型钻井提速工具-钻柱减震增压装置，并在多口中深井得到成功应用。结果证明使用该工具可减少井下钻具震动引起的疲劳破坏，延长钻柱和钻头的使用寿命，并将机械钻速提高了80%-200%。 关键词：胜利油田 钻井提速工具 钻柱减震增压装置渤南区块 机械钻速
随着油气勘探开发向着深部地层方向发展，由于地质构造复杂，造成钻井难度大，周期长，成本高，制约着勘探开发的步伐。胜利油田的渤南区块属济阳坳陷沾化凹陷渤南洼陷潜山带，目的层埋藏深度在3200～4100m左右。根据已钻井资料，在该区块钻井主要存地质构造复杂，地层倾角大易井斜、深部地层可钻性差造成机械钻速（rop）低的难题。为解决地层易斜难题，进一步提高机械钻速，降低钻井成本，胜利油田开展了对钻井提速工具的研究。在破岩工具的优化上，主要通过两种手段达到提速目的：一是改良钻头结构、工艺性和材料，二是增加钻井时液流的压力[1]。随着研究和试验的进行，增压方式越来越被重视，超高压辅助机械破岩
技术被认为是提高机械钻速的根本途径之一[2]。经过研究实验，设计了一种钻柱减震增压装置，并在在渤南区块的多口井进行了现场试验应用。结果表明，该工具性能可靠，使用寿命长，能起到明显降斜效果，并可在相同条件下把机械钻速提高80%-200%，取得了较理想的效果。
1 钻柱减震增压装置介绍
1.1 研究和设计思路
常规旋转钻井的破岩机理主要是依靠钻头破岩，井底水射流主要起清洗岩屑和润滑钻头，随着井深的增加，机械钻速低已成为制约中深井和深井钻探的瓶颈之一。因此利用超高水射流辅助破岩是提高机械钻速的有效途径[3]。美国现场试验表明，当射流压力达到210mpa时，钻井速度可提高3.5倍[4] 。
随着研究和实验的进行，研究人员提出了新的设计思路：即用钻柱振动产生的能量代替以往用流体自身的能量来推动活塞运动[5]。这样不仅能减小钻柱的振动幅度，而且利用钻柱振动产生的能量来给流体加压，产生的高压流体可以起到辅助破岩作用。按照这种思路，研究和
设计出一种新型钻井提速工具，即钻柱减震增压装置。该工具利用钻井过程中由于钻柱纵向振动所引起的井底钻压波动作为能量来源，通过钻柱的纵向振动带动井下柱塞泵的柱塞上下运动，并利用钻压波动压缩钻井液使之增压。实验表明该工具可使钻头喷嘴射流压力达到100mpa以上，有效地实现超高压射流钻井，最终达到钻井提速目的[6, 7]。
1.2 工作原理
1.2.1结构图
钻柱减振增压装置主要结构示意图如图1所示。
1、旁通孔2、增压液腔3、单流阀 4、碟簧组合 5、液流通道 6、外筒 7、活塞
8、吸入阀9、缸套10、高压流体通道11、高压流体喷嘴12、钻头
图1 减振增压装置主要结构示意图
1.2.2减振增压原理
由于钻柱的纵向振动，产生钻压的波动。当钻柱振动产生的作用力超过弹簧的预紧力后，在此作用力下，弹簧被压缩，钻柱带动活塞下行，吸入阀关闭，增压液腔内的流体被压缩，最终成为高压流体，当流体的压力超过一定值后，单向阀打开，高压流体从高压液流通道流向钻头，从钻头上的高压喷嘴喷出，辅助钻头破碎岩石，起到辅助破岩提高钻速的作用。当钻柱带动活塞继续下行，由于高压流体的喷出，增压液腔内的流体压力减小，当其压力小于一定值后，单向阀关闭，直到下一冲程增压腔内的流体压力高于一定值后，单向阀才再次打开。
1.2.3钻井液流程
压力为12～15mpa常规钻井液从钻柱流入减振增压装置后，小部分的钻井液经过减振增压装置处理成压力高达95～120mpa左右的高压流体，高压流体从钻头上的高压喷嘴喷出后，平衡大约2mpa的反向钻压后，它在钻头上产生的压力降约为93～118mpa，而其它大部分流体从旁通孔流经外筒与缸套之间的环空直接进入钻头，从钻头上的普通喷嘴喷出，在钻头上产生大约10～13mpa的压力降[8]。
1.3 工作特点
1）利用钻柱的震动实现高压射流辅助破岩；
2）通过减震作用减少钻具事故的发生，保护钻头提高钻头的寿命和进尺；
3）使用合理的钻压、排量、钻头喷嘴组合等参数，可使该装置发挥最优性能[1]。
2 应用实例
2.1l69井
l69井为一口预探井，完钻井深3390m，目的层位于沙四段。
1）试验井段
使用一只φ228.6mm钻柱减震增压装置自2200m下井，连续钻进至2910m起出。累计在井下工作时间96.5小时，进尺710m。在该井段共钻遇东营组（2200-2510m）、沙一段（ 2510-2750m）、沙二段（2750-2830m）、沙三段（2830-2850m）和沙四段（2850-2910m）等四套地层。
2）试验钻具组合及钻进参数
钻具组合为：φ311.1mmpdc超高压钻头+φ228.6mm井下钻柱减振增压装置+φ203.3mm钻铤6根+φ177.8mm钻铤9根+φ127mm钻杆。钻头水眼采用φ16mm水眼5个+φ1.5mm水眼2个。钻进参数为：钻压6-10t，排量45-48l/min，泵压17-18mpa，转盘转速110-120rpm。
3）钻井液
钻井液类型为水基钻井液，2200-2500m密度为1.10g/cm3,2500-2900m密度为1.20-1.30 g/cm3。
4）时效对比分析
l68井与l69井邻近，地层基本相同，采用的钻井参数基本一致，钻时参数有较好的可比性。
l69井在使用井下钻柱减振增压装置的井段内，全段平均钻时5.2min/m，其中东营组内平均钻时2.87min/m，沙一段平均钻时5.7min/m，沙二段平均钻时9.2min/m，沙三段平均钻时10min/m，沙四段平均钻时8.8min/m。
l68井未使用钻柱减振增压装置，在相同地层井段内，全段平均钻时9.7min/m，其中东营组
内平均钻时6.8min/m，沙一段平均钻时6.7min/m，沙二段平均钻时12min/m，沙三段平均钻时17min/m，沙四段平均钻时31min/m。
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