旋转冲击钻井提速装置的研制与应用

Development and Application of a Rotary Percussion Drilling Apparatus for Improving Rate of Penetration

张昕 乔东宇 王新 王新东 李富强 赵益书 唐顺东 汤历平 徐小喧

ZHANG Xin QIAO Dongyu WANG Xin WANG Xindong LI Fuqiang ZHAO Yishu TANG Shundong TANG Liping XU Xiaoxuan

螺杆钻具配合PDC钻头钻井技术广泛应用于深部地层的钻进中，该钻井方式中钻头主要采用剪切破岩方式，对研磨性地层效果不佳。深部研磨性地层岩石强度高、研磨性强， 钻齿常无法有效地吃入地层，机械钻速普遍较低。针对这一难题，研制了旋转冲击钻井提速装置，用于在常规钻井方式的基础上对钻头施加高幅低频的轴向冲击载荷。旋转冲击一方面在对岩石冲击后形成破碎坑便于钻齿吃入，另一方面对钻头施加周期性的钻压，改善钻头的破岩状态并大幅提高机械钻速。在给出旋转冲击钻井提速装置结构与工作原理的基础上，开展了冲击频率、冲击力、冲击功和关键零件强度等计算，分析表明所设计结构满足现场对复合钻进的要求。该装置在玉门油田鸭西区块进行了现场测试，将PDC钻头与旋转冲击结合的钻进和同一井上趟钻的PDC钻头与螺杆钻具的钻进对比，结果表明采用旋转冲击时机械钻速提高113% 。