探析扭力冲击器研究进展

探析扭力冲击器研究进展

丁梦真

中石化江钻石油机械有限公司 湖北省武汉市 430070

[摘要]：随着石油勘探开发的不断推进，地质条件越来越复杂，钻井难度越来越大，严重制约了各个区块的勘探开发进程。本文主要介绍了扭力冲击器的结构及工作原理，重点阐述了扭力冲击器的技术特点以及目前在我国的应用效果，最后对我国扭力冲击器的研究趋势进行了展望，旨在为我国钻井工具的发展奠定一定的理论基础。

[关键词]：扭力冲击器 研究 应用 展望

一 引言

石油是重要的国家战略储备物质一直备受关注，随着多年的开采，石油开采难度越来越大，尤其是在硬质地层中，钻井效率相对较低。而且随着勘探开发的边缘化越来越严重，硬地层钻井的难点越来越明显，如何高效提高硬地层钻井速度成为各大油田急需解决的难点。近些年，扭力冲击器这一新型工具的问世在一定程度上解决了硬地层钻井提速提效的难点。例如在我国的玉北油田、玉门油田以及四川元坝区块等，通过采用扭力冲击器配合PDC钻钻进的方式，在一定程度上达到了提速增效的作用。本文主要介绍了扭力冲击器的结构及工作原理，重点阐述了扭力冲击器的技术特点以及目前在我国的应用效果，最后对我国扭力冲击器的研究趋势进行了展望。

二 扭力冲击器结构及工作原理

扭力冲击去的内部结构下图所示。在钻进的过程中，钻井液通过过滤分流系统，在上部和下部的涡轮动力系统带动非平衡配重系统高速旋转，中心传动轴将动力系统和非平衡配重系统的高速旋转传递给冲击系统，然后冲击系统将一定状态下的高速旋转转化为高频的脉冲冲击，这种冲击与稳态的钻具扭矩共同作用于钻头，从而达到扭力冲击钻井的目的。扭力冲击器内部的非平衡配重系统的作用就是在相同的涡轮转速下，通过改变其自身的重力产生不同的冲击力。

图1 扭力冲击器内部结构示意图

三 扭力冲击器技术特点及应用情况

3.1 扭力冲击器特点

TorkBuster主要技术参数如下表1：

表1 TorkBuster主要技术参数及规格

通过对扭力冲击器结构以及参数的分析，该工具具备如下特点：

1. 扭力冲击发生器的内部机械结构比较合理，连接比较牢固，不存在电子件橡胶件等，所以失效的风险较低，即便失效，该工具也相当于一个接头随着钻头一起旋转，尽管机械转速降低，但是会在一定程度上降低井下风险；

2）扭力冲击器与PDC钻头配合使用时会产生较大的振动和冲击，这可以消除钻头钻入地层时产生的黏滑现象，从而达到延长钻头使用寿命的作用；

3）扭力冲击器的排量和流速越大，所产生的冲击能量与冲击频率也越高；

4）扭力冲击器的使用会使PDC钻头更加高效快速地剪切破碎地层，从而增加机械钻速。

3.2 扭力冲击器使用效果分析

扭力冲击器在国外应用比较广泛，但是在我国还处在初步使用阶段。目前，在国内的元坝地区、塔河油田、玉北区块以及青西白垩系现场等区域进行了实验研究。其中元坝区块地层砂泥岩交错，地层可钻性较差，粘滑现象严重；祈参１井由于地质资料不完整，岩层夹层较多，钻头优选比较困难，这大大制约了该区块的钻井效率；青西现场钻井提速难点主要表现在白垩系地层岩性硬度达到6～8级，钻头破岩效率较低，在利用扭力冲击器之前钻进30%的进尺就耗费了钻井周期的60%。通过在上述地层使用了扭力冲击器之后，取得了很好的钻进效果，大大提升了钻进效率，具体表现在如下方面：

1）采用扭转冲击器+PDC钻头钻井，转盘扭矩整体比较平稳，而且额外提供的力作用在钻头体本身，并没有作用在钻杆上，钻杆的扭矩基本保持稳定，所以使用扭转冲击器钻井时并不会对录井和测井产生影响。

2）采用扭力冲击器能够较大的提高机械转速。扭转冲击器很好地解决了地层钻速较慢的问题，消除钻头钻进时可能出现的振动以及粘滑现象，通过实验显示该钻具平均机械钻速可以达到常规钻速的3倍以上。

3）使用扭力冲击器可以提升钻头寿命。根据使用效果来看，，钻头提取出来完好，损害程度较低，冲蚀也不是很严重，经济效益大幅提高；

4）经济效益得到提高。使用扭力冲击器+PDC钻头，起下钻次数减少，钻井时间减短，节省钻机租赁费用、材料和人工成本。

四 钻井扭力冲击器发展趋势

目前国外扭力冲击器技术较为成熟，基本实现了大范围商业化应用。但是我国起步较晚，还需要加大研究力度，为了进一步充分发挥PDC 钻头的潜能，提高机械钻速，我国针对扭力冲击器未来发展研究可以朝如下的方向发展：

（1）进一步的研发专用配套的PDC 钻头，充分发挥 PDC 钻头的最大优势，使得两者的结合更加完美；

（2）进一步的朝着多样化、智能化方向发展。多样化、智能化将会进一步扩大扭力冲击器与专用 PDC 钻头组合工具的使用范围，更好的满足 MWD、LWD测井等相关作业要求，使其能满足直井、定向井及水平井等各种复杂地质条件下的钻井作业要求；

（3）在保证各项功能可靠性前提下进一步的优化结构设计，朝着体积小、活动部件少、结构简单、便于操作的方向发展。

参考文献

[1]祝效华，汤历平，吴华，等．扭转冲击钻具设计与室内试验［Ｊ］．石油机械，2011,39(5):27-29．

[2]王水，张敏，王钱社，等．TorkBuster扭力钻井技术在 青西白垩系现场应用［Ｊ］．西部探矿工程，2012（9）：81-82.

[3] 张怀文，马玉佼．TorkBuster扭力冲击器应用研究分析［Ｊ］．辽宁化工，2012，41（8）:841-843．