李秋杰，萬發(fā)明，鄭殿富，肖 健，鄭瑞強(qiáng)

(大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院，黑龍江 大慶 163413)

1 概述

衡扭矩鉆井工具是大慶油田近年來自主研發(fā)的一種提速工具，它能夠智能調(diào)節(jié)PDC 鉆頭吃入深度，平穩(wěn)井下扭矩，提高鉆進(jìn)效率，提高鉆頭使用壽命。同時，通過優(yōu)化設(shè)計，使工具不依靠鉆井液提供動力，保證足夠的過流面積，不產(chǎn)生額外的壓耗，以減輕鉆機(jī)循環(huán)系統(tǒng)的負(fù)荷，減少因泵壓過高產(chǎn)生的設(shè)備損壞。

2 衡扭矩技術(shù)研究

2.1 工具基本原理

鉆遇軟硬互層、堅硬夾層時，扭矩經(jīng)常會出現(xiàn)異常波動。產(chǎn)生的異常扭矩給鉆具、鉆頭等造成了額外的負(fù)荷，易產(chǎn)生疲勞破壞；另一方面，異常扭矩未能起到破巖作用，造成了能量的無用損耗。衡扭矩鉆井工具能夠智能調(diào)節(jié)鉆頭吃入深度，當(dāng)扭矩過大時，將過量的扭矩存儲起來，當(dāng)扭矩降低時再將其釋放，保證PDC鉆頭持續(xù)穩(wěn)定地剪切地層，提高鉆進(jìn)效率。

2.2 創(chuàng)新技術(shù)

（1）創(chuàng)新設(shè)計了高載荷蓄能及釋放機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)了有限空間內(nèi)過量扭矩的頻繁存儲和釋放，具備較高的抗壓和抗疲勞能力；

（2）創(chuàng)新設(shè)計了高靈敏度、低能量損耗的傳壓傳扭機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)了鉆壓和扭矩的及時傳遞，有效地將過量的扭矩轉(zhuǎn)化成上部碟簧的彈性勢能，進(jìn)行存儲和釋放；

（3）創(chuàng)新設(shè)計了高穩(wěn)定性的懸掛機(jī)構(gòu)，提高了工具的可靠性。

2.3 性能參數(shù)

（1）工具總長：4068mm；

（2）工作扭矩：0～20kN·m;

（3）最大伸縮距：150mm；

（4）扭轉(zhuǎn)角度：120°；

（5）工具壓耗：0.2MPa。

3 室內(nèi)試驗分析

3.1 循環(huán)試驗

為驗證工具性能，進(jìn)行了室內(nèi)循環(huán)模擬試驗。使用F1300 泥漿泵，循環(huán)介質(zhì)為清水，0～40L/s 排量下，工具壓耗均為0.2MPa；共計進(jìn)行循環(huán)試驗5次，總循環(huán)時長170h，過程中無滲漏現(xiàn)象，密封符合設(shè)計要求。

3.2 扭矩加載試驗

利用拉力計、旋轉(zhuǎn)擰扣機(jī)等設(shè)備進(jìn)行了扭矩加載試驗，在0～20kN·m 扭矩范圍內(nèi)，工具縮回量為0～5mm，工具扭轉(zhuǎn)角度120°，卸載扭矩后工具復(fù)位及時；扭矩超過20kN·m，限位機(jī)構(gòu)達(dá)到上死點；繼續(xù)加大扭矩至30kN·m，拆開工具檢查限位機(jī)構(gòu)，無異常變形，滿足設(shè)計要求。

4 S48井現(xiàn)場施工分析

4.1 衡扭矩工具施工情況

試驗井號為S48 井，共計施工3 井次，累計進(jìn)尺896m，平均鉆速21.53m/h，出井工具正常，鉆頭無磨損（見表1）。

表1 衡扭矩應(yīng)用情況統(tǒng)計表

4.2 與鄰井對比情況

鉆速對比：與鄰井CH19井同井段使用常規(guī)方式提高21%（見圖1）。

圖1 S48井與鄰井鉆速對比表

扭矩對比：通過扭矩曲線可以看出，使用衡扭矩工具扭矩小且平穩(wěn)，隨井深緩慢平穩(wěn)上漲，扭矩波動小，較鄰井扭矩平均水平降低35%左右（見圖2）,平穩(wěn)井下扭矩效果明顯。

圖2 S48井與鄰井扭矩對比表

5 結(jié)論

（1）工具能夠?qū)⑦^量的扭矩及時存儲和釋放，解決了常規(guī)PDC鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)的扭矩波動大、跳鉆甚至憋停等問題，為鉆頭提供更好的工作環(huán)境，提高鉆頭及鉆具使用壽命，提高鉆進(jìn)效率；

（2）工具純機(jī)械構(gòu)造，不需依靠節(jié)流鉆井液來提供動力，壓耗較小僅為0.1MPa，有效解放了施工排量，減輕鉆機(jī)循環(huán)系統(tǒng)負(fù)荷，減少因泵壓過高產(chǎn)生的設(shè)備損壞，更適合老舊鉆井設(shè)備提速施工。性能指標(biāo)達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。