提速工具简介培训讲义PPT内容详细

1、提速工具简介目录一、液动旋冲工具二、涡轮钻具三、水力震荡器四、冲击钻井工具 油田深部地层岩石坚硬、研磨极值高，应用常规牙轮钻头钻进，单只钻头进尺少，需要多次起下钻且机械钻速较低；应用螺杆进行复合钻进时，由于深井中温度较高，螺杆寿命低、使用效果不理想；此外采用气体钻井技术钻进可较大提高机械钻速，但还存在地层出水易引起的泥包卡钻和气液转换后井壁稳定问题等，且气体钻井设备复杂，成本相对较高。一、液动旋冲工具1.研发背景 针对以上问题，国内外已尝试了多种工具，见到一定的提速效果，但存在工具寿命低、技术不成熟、工具数量不足、费用高等诸多问题。一、液动旋冲工具国内水力脉冲提速工具 井底增压辅助射流工具 S

2、LTIT型扭力冲击器国外液动冲击锤 扭力冲击器1.研发背景 一、液动旋冲工具国内1.研发背景 冲击锤 SLTIT型扭力冲击器是胜利油田钻井院研发的产品，它能够实现机械剪切、水力和扭转冲击3种破岩方式。该工具利用钻井液驱动内部冲击锤做反复的扭转冲击，将部分流体能量转换成一定频率、周向扭转、冲击型的井底机械破岩能量，并传递给钻头。锤座一、液动旋冲工具国外1.研发背景 分流机构钻头连接短节锤体 TorkBuster 扭力冲击器是美国阿特拉( ULTERRA)UD 公司研发的产品，是一种纯机械动力工具。它将钻井液的流体能量转换成扭向的、高频的 (每分钟7501500次)均匀稳定的机械冲击能量，并直接传

3、递给PDC钻头。一、液动旋冲工具国外1.研发背景 TorkBuster 扭力冲击器系列产品(a)127mm 扭力冲击器(b)165mm 自带扶正器(c)219mm 扭力冲击器 (d)279mm 自带扶正器 使用TorkBuster时，使用与之配套的阿特拉UD型PDC钻头，以达到最理想的应用效果。 自主研发的液动旋冲工具能够通过钻井液提供的动力，在周向产生高频冲击，在轴向产生水力脉冲，使钻头的破岩方式由普通的刮削转变为机械冲击与水力脉冲相结合的破岩方式，有效提高PDC钻头在深井硬地层中的剪切岩层效率。一、液动旋冲工具2.结构及原理 一、液动旋冲工具 液动旋冲工具有效解决了PDC钻头在深井硬地层、

4、软硬交错地层钻进时，钻柱的纵向弹跳以及扭向粘滑现象。 钻井液驱动动力机构带动上盘阀产生周期性脉冲对锤头做功，从而在钻头扭向上产生均匀稳定的高频冲击力，使钻头和井底始终保持连续的高频切削, 提高剪切效率。2.结构及原理 一、液动旋冲工具(1）提供额外的周向高频冲击力，消除粘滑现象，辅助PDC钻头剪切岩层； 液动旋冲工具内部的高频冲击机构带动PDC钻头在圆周方向实现高频冲击运动，可有效减少了粘滑现象，提高破岩效率，减少反冲扭力，有利于定向工具面的控制；这种高频冲击力能够在较硬地层钻进时预先形成岩石裂纹和预破碎，改善了PDC钻头的切削环境，达到辅助PDC钻头剪切岩层的作用。(2）提高PDC钻头的适用

5、性和耐久性； 针对液动冲击特殊研制了高效PDC钻头，采用优质抗冲击PDC复合片，并设计了适合冲击钻进的冠部曲线及翼型，配合液动旋冲工具使用，使原来只能用牙轮钻头钻进的深部地层实现了PDC钻头钻井，提高机械钻速、使用寿命和安全性。3.技术特点 一、液动旋冲工具（3）液动脉冲辅助破岩； 液动旋冲工具内部独特的液力冲击转化机构，改变了钻井液水力流场，形成了高频的水力脉冲波动，提高了井底岩屑的清洗和运移，减少岩石重复切削，进一步提高钻速。（4）纯机械构造，适用温度高； 工具内部为纯机械零件构造，无电子元件，适用温度高，可满足深层高温的钻井的工况要求。（5）现场操作简单可行、安全可靠。 液动旋冲工具配合

6、与北京合作研发的特殊高效PDC钻头现场施工简单，对现场条件要求较少，无需额外的设备，即使工具失效也可作为短接继续钻进，确保施工安全可靠。安全可靠的防脱结构3.技术特点 一、液动旋冲工具序号型号适应井眼尺寸总长m外径mm两端扣型压降MPa总重Kg112761.22132上：NC38、下：3 1/2REG2-38621788 1/21.66182上:NC46、下:4 1/2REG2-327031969 1/21.66196上:NC56、下:4 1/2REG2-3360427912 1/41.58279上:NC61、下:6 5/8REG2-36004.技术参数 试验目的：1.测试工具在钻压下运转情况

7、；2.测试工具在设计排量下运转情况。试验结果：工具6L/s时启动，30L/s时运转正常，加钻压16t工具动作正常。5.室内试验 一、液动旋冲工具试验目的：1.测试工具在设计排量下震动频率。试验结果：运转正常，各型号工具测试频率分别为4060Hz。5.室内试验 一、液动旋冲工具BSZ600高级震动分析仪 F1300泥浆泵 由于工具对钻头施加额外的周向高频冲击和轴向水力脉冲，因此对钻头提出了更高的要求。结合工具特点及不同地层的地质情况，研发了635系列专用PDC钻头（已升级至四代），并优选了616系列进口钻头。635/1400井号：城探1井段：4357-4954m进尺：597m钻速：4.21m/h

8、纯钻：141.75h 井号：古城9井段：4526-5157 m 进尺：631m钻速：5.06m/h纯钻：124.92h 635/82636.现场工艺研究配套钻头研选 一、液动旋冲工具 由于工具对钻头施加额外的周向高频冲击和轴向水力脉冲，因此对钻头提出了更高的要求。结合工具特点及不同地层的地质情况，研发了635系列专用PDC钻头（已升级换代至四代），并优选了616系列进口钻头。616/A195313井号：芳深4-平1井段：2502-2811 m进尺：309m钻速：8.22m/h纯钻：37.61h 起钻原因：地质取心井号：达深21井段：2749.09-3254.2m进尺：505.11m钻速：3.0

9、m/h635/85800026.现场工艺研究配套钻头研选 一、液动旋冲工具1、井深2600m2、转盘转速70rpm一、液动旋冲工具7.钻具组合-应用landmark软件对钻具组合进行了模拟计算初始条件：1、初始井斜0-52、钻压10-160KN3、钻具组合形式变量：7.钻具组合-光钻铤钻具组合 光钻铤钻具组合钻压与造斜率的关系一、液动旋冲工具塔式钻具组合钻压与造斜率的关系7.钻具组合-塔式钻具组合 一、液动旋冲工具7.钻具组合-满眼钻具组合 满眼钻具组合钻压与造斜率的关系一、液动旋冲工具双钟摆钻具组合钻压与造斜率的关系7.钻具组合-双钟摆钻具组合 一、液动旋冲工具单钟摆钻具组合钻压与造斜率的关

10、系7.钻具组合-单钟摆钻具组合 一、液动旋冲工具7.钻具组合-landmark软件计算结果原井斜序号推荐钻具组合推荐钻铤尺寸推荐螺扶尺寸推荐钻井参数井斜趋势01塔式159+178、165+1788-14t，60-70rpm稳斜2双钟摆1652102142-7t，60-70rpm稳斜1782102142-14t，60-70rpm稳斜3满眼178212、2142-8t，60-70rpm稳斜4光钻铤1788-14t，60-70rpm稳斜5单钟摆1782102143-14t，60-70rpm稳斜6双钟摆单钻铤1782102142-12t，60-70rpm稳斜11单钟摆1592102142-14t，60

11、-70rpm微降1652102142-14t，60-70rpm2-8t稳斜、8-14微降1782102143-14t，60-70rpm稳斜2满眼1782102142-14t，60-70rpm2-8稳斜、8-14微降一、液动旋冲工具21单钟摆1592102142-14t，60-70rpm微降1652102142-14t，60-70rpm微降1782102143-14t，60-70rpm稳斜2满眼159、165、1782102142-14t，60-70rpm稳斜31单钟摆1592102142-14t，60-70rpm微降1652102142-14t，60-70rpm微降1782102143-14t

12、，60-70rpm稳斜41单钟摆1592102143-14t，60-70rpm3-8t稳斜、8-14微降1652102142-14t，60-70rpm2-7t稳斜、7-14微降1782102146-14t，60-70rpm稳斜51单钟摆1592102143-14t，60-70rpm3-8t稳斜、8-14微降1652102144-14t，60-70rpm稳斜1782102148-14t，60-70rpm稳斜注：序号靠前的为最优配置。7.钻具组合-landmark软件计算结果一、液动旋冲工具 通过理论计算得出，单钟摆钻具组合更适用于液动旋冲工具，在规定钻进参数下，能够起到防斜、纠斜效果。 通过达深

13、20井的现场应用，进一步证明了单钟摆钻具组合配合液动旋冲工具，能更好的控制井斜，保证井身质量。井号井深井斜达深20井2842m3.53055m3.43185m2.53760m2.47.钻具组合-现场验证 一、液动旋冲工具试验目的：下井前测试工具是否正常。 测试结果：30L/s时工具压降及动作正常。带螺杆测试不带螺杆测试一、液动旋冲工具8.现场应用入井前测试 测试目的：室内测试工具使用后功率及压降变化。 测试结果：25L/s时工具动作正常，功率降低，压降减少1MPa。达深16井第1支工具，工作时间138h，进尺577.27m。一、液动旋冲工具8.现场应用使用后测试 一、液动旋冲工具 已在34口深

14、井上成功应用（其中直井29口，水平井4口，定向井1口），共使用75支工具，提速幅度达1-7倍，各项指标均超过国外同类产品。（1）机械钻速高，提速效果好； 同比牙轮钻头机械钻速最高提高了613%，平均提高了246%。（2）工具寿命高，单趟进尺长； 工具使用寿命已达190h，单支工具总进尺最高631m。（3）保护钻头，井眼规则，保护油气层，有利于发现； 与未用工具井段相比，应用工具井段PDC钻头磨损较小，井眼更加规则。由于提速，施工周期缩短，减少了钻井液浸泡时间，保护油气层，有利于发现，总公司重奖古城9和徐探1井，三开都应用了液动旋冲工具提速。（4）适应性强，可满足不同井型的需求。 可在直井、水平

15、井、定向井应用，提速效果显著 。9.现场应用效果一、液动旋冲工具工具序号应用井段(m)工作时间（h）纯钻时间(h)进尺(m)平均钻速（m/h）钻压（T）转盘钻速（RPM）扭矩（KN.m）层位第一支3040.75-3618.02138109.8577.275.264-12709-18营城组沙河子组第二支3620.68-3708.4350.6237.6287.752.33第三支3708.43-4283.1103.583.16574.746.92第四支4283.17-44005848.99116.832.38 达深16井共使用4支工具，施工井段为3040.75-4400.00m，累计进尺1356.5

16、9m，此段设计施工时间为58d，而应用液动旋冲工具的实际施工时间为20d，比设计提前38d完钻，直接节省钻机日费、钻井液维护费以及钻头费用等合计1762.4万元，助推达深16井创出了“大庆深井速度”（钻井周期64.96d）。具体情况9.现场应用效果达深16井（大庆）一、液动旋冲工具钻时曲线及钻头9.现场应用效果达深16井（大庆）一、液动旋冲工具钻时曲线及钻头9.现场应用效果达深16井（大庆）一、液动旋冲工具工具序号应用井段(m)工作时间（h）纯钻时间(h)进尺(m)平均钻速（m/h）钻压（T）转盘钻速（RPM）扭矩（kN.m）层位第一支3445.24-3720.1159100274.862.7

17、54-830-406-12营城组第二支3720.1-3914.3413675.77149.242.56第三支3964.53-4186.0914872.23221.563.06 达深3-平1井共使用3支工具，施工井段为水平段3445.24-4186.09m，累计进尺690.66m。该井共节省12趟起下钻，累计节约钻井时间57d，直接节约钻井成本1491.49万元。具体情况9.现场应用效果达深3-平1井（大庆）一、液动旋冲工具钻时曲线及钻头9.现场应用效果达深3-平1井（大庆）一、液动旋冲工具工具序号应用井段(m)工作时间（h）纯钻时间(h)进尺(m)平均钻速（m/h）钻压（T）转盘钻速（RPM）

18、扭矩（kN.m）层位第一支2672272235.619.08502.628-1260-808-16砂组第二支2722278139.523592.57第三支3040m318251.1743.58142.13.26 中原油田钻井二公司委托，为提高巴音戈壁组层段的钻井速度，使用液动旋冲工具在该区块祥10井进行提速作业，施工三趟钻，总进尺251.1m，平均机械钻速2.93m/h，提高了167%，提速效果显著。具体情况9.现场应用效果祥10井（内蒙）一、液动旋冲工具9.现场应用效果祥10井（内蒙）钻时曲线及钻头一、液动旋冲工具 齐古1井共施工四趟钻，施工井段3971-4582m，总进尺516m，平均机械

19、钻速4.21m/h，机械钻速同比上趟钻提高了106%，提速效果显著。具体情况9.现场应用效果齐古1井（吉林）序号型号尺寸井段(m)进尺(m)纯钻(h)钻速(m/h)层位11365(1)215.93971.64 3994.6322.991.9611.73双阳二段21365(2)215.94002.91 4288.02285.1168.254.18双阳一段3635(1)215.94325.93 4386.5860.6521.212.86双阳一段4635(2)215.94435.28 4582.57 147.2931.174.73双阳一段一、液动旋冲工具9.现场应用效果齐古1井（吉林）钻时曲线及钻头

20、一、液动旋冲工具9.现场应用效果齐古1井（吉林）钻时曲线及钻头一、液动旋冲工具 胜利3井共施工两趟钻，施工井段2857-3047m，进尺总计284.46m，纯钻时间65.03h，平均机械钻速4.37m/h，机械钻速比临井（1.37m/h）提高了219%。具体情况9.现场应用效果胜利3井（吉林）序号型号尺寸井段(m)进尺(m)纯钻(h)钻速(m/h)层位1635(1)215.92587.63-2854.84267.2159.584.48营城组2635(2)215.93024.02-3047.1217.255.453.17营城组一、液动旋冲工具 金1-2井共施工三趟钻，施工井段2148-2576m

21、，进尺总计412.99m，纯钻时间104.24h，平均机械钻速3.96m/h，机械钻速比临井（1.37m/h）提高了202%。具体情况9.现场应用效果金1-2井（吉林）序号型号尺寸井段(m)进尺(m)纯钻(h)钻速(m/h)层位1613（1）215.92149 - 2318.76169.7626.16.5营城组2613（2）215.92326.76 - 2339.9213.163.074.29营城组3613（3）215.92345.85 - 2575.92230.0775.073.06沙河子组一、液动旋冲工具9.现场应用效果金1-2井（吉林）钻头入井、出井情况对比钻头第一次出井后 钻头第二次出

22、井后 钻头第三次出井后 金1-2井共施工三趟钻，使用同一只钻头，进尺总计412.99m，工作时间104h，出井后钻头磨损轻微。取芯岩样一、液动旋冲工具一、液动旋冲工具 在新疆塔东区块共使用3口井，11支工具，施工井井号分别为城探1井、古城9井和古城12井，井位关系如图所示，3口井均离古城8井较近，因此与古城8井进行了相应对比分析。 古城8井三开为9 井眼，采用了国外165型扭力冲击器进行了提速施工，但其效果一般，为此针对9 井眼专门研发了功率更大的196型液动旋冲工具，并在城探1井应用效果良好。井位关系位置图9.现场应用效果新疆塔东区块一、液动旋冲工具井段（m）总进尺（m）起下钻次数（次）纯钻

23、时间（h）机械钻速（m/h）平均单趟进尺（m）古城84675-560593015791.81.1762城探14357-54901056.244396.252.67264.06古城94526.08-56701143.924415.02.77286古城124818-57178994271.93.31225平均机械钻速对比起下钻次数对比平均单趟进尺对比提高128%提高326%提高137%提高361%提高183%提高263%9.现场应用效果新疆塔东区块一、液动旋冲工具城探1井自4357m开始至5490m，进尺1056.2m，共使用4支液动旋冲工具。序号尺寸型号井段(m)进尺(m)纯钻(h)钻速(m/h

24、)层位1241.3工具635钻头43574954597141.84.21却尔却克组2241.3工具635钻头49545258304137.92.2却尔却克组3241.3工具616钻头52585347 8943.62.04却尔却克组4241.3工具616钻头5423.75490 66.373.30.91却尔却克组9.现场应用效果城探1井一、液动旋冲工具古城9井自4526m开始至5670m，进尺1144m，共使用4支液动旋冲工具。序号尺寸型号井段(m)进尺(m)纯钻(h)钻速(m/h)层位1215.9工具635钻头4526.08-5157.69631.611255.06却尔却克组2215.9工具6

25、35钻头5157.69-5398.06240.3789.42.69却尔却克组3215.9工具616钻头5398.06-5465.0366.9768.640.98却尔却克组4215.9工具616钻头5465.03-5670204.97130.431.57却尔却克，吐木休克组9.现场应用效果古城9井一、液动旋冲工具古城12井自4818m开始至5717m，进尺899m，共使用4支液动旋冲工具。序号尺寸型号井段(m)进尺(m)纯钻(h)钻速(m/h)层位1215.9工具635钻头4818.22-5186.54368.3276.664.8却尔却克组2215.9工具635钻头5186.54-5364.64

26、178.152.713.38却尔却克组3215.9工具616钻头5364.64-5415.0550.4122.52.24却尔却克组4215.9工具1228钻头5415.05-5717.40302.35120.032.52却尔却克，吐木休克组9.现场应用效果古城12井一、液动旋冲工具 通过大量现场应用已证明，液动旋冲工具操作简单、施工方便、提速效果好等优点。1、钻井液含砂量0.3%以内，密度1.5以内，不含颗粒状堵漏剂。2、工具及钻头会额外增加2-3MPa的压降，循环系统需能承受相应泵压。3、成功应用的层位：白垩系下白垩统泉头组至火石岭组、奥陶系上统却 而却可组。4、适应井型：直井、水平井水平段

27、、定向井。5、井眼尺寸：12 、9 、8 以及6井眼。10.推广应用条件11.下一步攻关方向 进一步缩短液动旋冲工具的长度，使其能够广泛应用于造斜段、水平段 优化工具内部结构，优选耐冲蚀材料，提高工具使用寿命 根据不同区块、深度的地质特性，优选于液动旋冲工具的配套钻头 针对不同地质情况，优化钻具组合和钻井参数 进一步完善液动旋冲工具操作规程，规范现场施工工艺 加快液动旋冲工具现场推广应用一、液动旋冲工具一、液动旋冲工具12.液动旋冲工具产品化及服务能力 液动旋冲工具已形成了加工、组装、工具测试、检修标准，并编制了液动旋冲工具室内试验操作规程及现场施工规范，每年可加工生产200套工具，现场服务能

28、力50口井以上。 深部地层岩石抗压强度高、胶结程度好、研磨性强，采用常规钻井方式机械钻速和单只钻头进尺均较低，严重影响深井钻井速度和钻井成本。 近年来，液动旋冲工具配合专用PDC钻头在深层钻井提速方面效果显著，但PDC钻头在岩石抗压强度140MPa以上地层钻进提速效果不理想 。 为解决深部高硬、高研磨地层钻井速度慢的世界钻井工程技术难题，大庆钻探历时两年，成功研发了具有完全自主知识产权的新一代高速井下动力钻具DQW-178型涡轮钻具。 二、涡轮钻具1.研发背景 国外涡轮钻具研发生产以全俄钻井院和史密斯涡轮为主，处于国际领先地位，涡轮钻具规格品种齐全，能够满足各种井型、井眼尺寸的钻井需求；近几年

29、，哈里伯顿公司在涡轮钻具研发应用方面也取得了较大进展。涡轮节涡轮节涡轮节涡轮节传动轴传动轴高速涡轮钻具涡轮节减速器涡轮节涡轮节减速器减速涡轮钻具1.研发背景 二、涡轮钻具 国内深圳百勤公司、北京佐邦公司、兰德公司等率先引进国外先进涡轮钻具，提供涡轮钻井服务，其中部分公司进行了配件国产化工作，未达到预期效果；长江大学、石油大学、川庆钻探、江汉钻头厂等单位也一直持续开展涡轮钻具研发和改进完善工作，但其涡轮钻具工作寿命不稳定，未能大规模推广应用。二、涡轮钻具1.研发背景 DQW-178型涡轮钻具工作转速1000rpm以上，工作寿命200h以上，与孕镶金刚石钻头配合使用，在提高机械钻速的同时一趟钻获得

30、更多进尺，大幅度提高钻井速度，缩短钻井周期，节约钻井成本。1.研发背景 二、涡轮钻具 涡轮钻具是一种将钻井液的压力能转换为机械能的井下动力钻具，工作时利用钻井泵泵出的高压钻井液冲击反向弯曲的涡轮定、转子叶片，定子起导流作用，将高压流体导向转子推动转子旋转，转子将扭矩传递到涡轮轴，驱动钻头进行钻井作业。 定子转子第一级涡轮第二级涡轮二、涡轮钻具2.结构及原理 应用计算流体力学方法，分析涡轮叶片流场，优化叶型设计，实现涡轮水力效率和工作寿命的最优化设计；叶片采用高耐冲蚀合金钢一次性精铸成型，叶片工作寿命可达800h以上。涡轮叶片跨叶片流场流线图二、涡轮钻具2.结构及原理 应用转子动力学方法，分析转

31、子系统失稳特性，优化扶正轴承径向配合间隙及轴向分布，降低摩擦及振动，避免卡阻及失稳。转子系统扶正技术二、涡轮钻具2.结构及原理 涡轮钻具由涡轮节和支承节组成，涡轮节是动力模块，安装132级涡轮定转子，将钻井液的压力能转换为心轴旋转机械能，并将旋转动力和轴向载荷传递给支承节；支承节是悬挂支撑模块，安装多副PDC止推轴承，承担涡轮节轴向载荷和钻压，并将旋转动力传递给钻头破岩。二、涡轮钻具3.组成结构 现有两种规格涡轮钻具，基本型内部安装132级涡轮，其工作压降略低，适应性更好；加强型内部安装150级涡轮，动力输出更强劲；可选择安装本体螺旋稳定器，工作稳定性更好。 项 目 基本型加强型 总长（mm）

32、83959870 涡轮数量（级）132150 最大外径（mm）180212 本体外径（mm）178178 适应井眼尺寸（mm）215.9215.9 工作排量（L/s）25342534 工作压降（MPa）58.55.59.5 工作转速（rpm）80011008001100 额定扭矩（Nm）12751450 工作寿命（h）200以上200以上 适应温度（）0 2600 260二、涡轮钻具4.规格参数型 号工作排量L/s工作压降MPa工作转速r/min额定扭矩N.m功率kw寿命hDQW-178型涡轮钻具（大庆钻探）28-326-8785-965875-145090-155260165-T1-MK1（

33、美）27.710.51146 1328 159 200T2-178（俄）28-325-7716-870 873-1287 65-117 150T5-178（俄）28-325.5-7.7954-1158 823-1214 82-147 150DQW-178型涡轮钻具达到国际先进水平二、涡轮钻具5.对标情况先进的涡轮叶片水力设计，能量转化效率高转子系统的同轴设计，稳定性高涡轮钻具动力输出几乎不随使用时间变化井下连续工作时间200h以上全金属结构，不受井下温度、压力、泥浆限制模块化设计，可在现场更换涡轮节或支承节二、涡轮钻具6.技术特色试验内容达到指标模拟钻进试验9L/s启动，最高30L/s,工作平

34、稳，启动、停机无失稳空转转速测量各排量空转转速，30L/s转速1690rpm制动扭矩测量各排量制动扭矩，30L/s扭矩2308N.m通过室内试验，涡轮钻具动力性能与国外同型号产品相当，满足钻井需求。 二、涡轮钻具7.室内试验制动扭矩测量通过拉力计测试涡轮钻具在不同排量下的制动扭矩测试排量15L/s20L/s25L/s30L/s制动扭矩0.36kNm0.74kNm1.43kNm2.30kNm二、涡轮钻具7.室内试验通过转速仪测量涡轮钻具的输出转速空转转速测量测试排量15L/s20L/s25L/s30L/s测试转速620rpm960rpm1320rpm1600rpm二、涡轮钻具7.室内试验二、涡轮

35、钻具8.现场工艺研究配套钻头优选 由于工具对钻头施加额外的轴向载荷，并且涡轮钻具工作转速较高，因此对钻头提出了极高的要求。结合工具特点及涡轮钻具的破岩方式，优选瑞德孕镶金刚石钻头钻头。史密斯孕镶钻头瑞德孕镶钻头钻头使用后效果对比二、涡轮钻具序号钻具组合井斜2,钻压4T井斜2,钻压12T井斜5,钻压4T井斜5,钻压12T1 #215.9mm 钻头0.45m+外径180mm(内径152mm) 涡轮8.35m+外径165mm内径73.5mm 钻铤 （已用的）0.4351.6270.3421.1062 #215.9mm 钻头0.45m+双稳定器涡轮（外径180mm(内径152mm) 涡轮本体0.38m

36、 +212mm稳定器+外径180mm(内径152mm) 涡轮本体5.3m +212mm稳定器+外径180mm(内径152mm) 涡轮本体4.074m）+外径165mm内径73.5mm 钻铤 (已经有的带2个稳定器的涡轮)1.9021.2861.440.853 #215.9mm 钻头0.45m+单稳定器涡轮（外径180mm(内径152mm) 涡轮本体（0.38+5.3）m +212mm稳定器+外径180mm(内径152mm) 涡轮本体4.074m）+外径165mm内径73.5mm 钻铤 (将2#钻具中的近钻头稳定器去掉)-0.128-0.248-0.233-0.3钻具组合-李子丰教授计算结果8.

37、现场工艺研究钻具组合优化二、涡轮钻具序号钻具组合井斜2,钻压4T井斜2,钻压12T井斜5,钻压4T井斜5,钻压12T4 #215.9mm 钻头0.45m+单稳定器涡轮（外径180mm(内径152mm) 涡轮本体（0.38+5.3）m +212mm稳定器+外径180mm(内径152mm) 涡轮本体4.074m）+212mm稳定器+外径165mm内径73.5mm 钻铤 (将2#钻具中的近钻头稳定器去掉后，再在涡轮上方加稳定器)-0.2040.207-0.340.1665 #215.9mm 钻头0.45m+外径180mm(内径152mm) 涡轮8.35m+212mm稳定器+外径165mm内径73.5

38、mm 钻铤9m +212mm稳定器+外径165mm内径73.5mm 钻铤-0.168-0.03-0.3210.0016 #215.9mm 钻头0.45m+外径180mm(内径152mm) 涡轮8.35m+214mm稳定器+外径165mm内径73.5mm 钻铤9m +214mm稳定器+外径165mm内径73.5mm 钻铤-0.1340.032-0.2870.061钻具组合-李子丰教授计算结果8.现场工艺研究钻具组合优化二、涡轮钻具 (1)已经用的1#钻具，具有一定的增斜能力，当钻压较大时，增斜能力较强。计算结果与实钻比较一致。 （2）现有的带双螺旋稳定器的涡轮，由于其有一个近钻头稳定器，明显属于

39、增斜钻具类型，计算数据也是如此。 （3）如果将（2）中的近钻头稳定器去掉，则具有比较稳定的防斜能力。 （4）如果将（2）中的近钻头稳定器去掉，再在涡轮上方加稳定器，则在低钻压下，具有比较强的防斜能力；而高钻压下，可能略增斜。 （5）5#在光涡轮上方加2个稳定器，有比较好的防斜效果。 （6）6#214稳定器与5#212稳定器区别不大。钻具组合-李子丰教授计算结果8.现场工艺研究钻具组合优化优选3#5# DQW-178型涡轮钻具具有转速高、寿命长等优点，已大庆探区深井应用4口井，均取得了较好的提速效果，正常施工一趟钻进尺相当于6只以上牙轮钻头进尺，能够大幅度提高深部难钻地层机械钻速和行程钻速，可满

40、足215.9mm井眼直井的钻井提速需求。产品技术性能达到国际同类产品先进水平，被评为2013年中石油“十大工程技术利器”。井号层位井段(m)进尺(m)机械钻速(m/h)提速效果宋深9H沙河子3274-3601326.191.67145.6%宋深11营城-沙河子3460-3923459.702.2471%沙河子4024-4319115.211.417.6%肇深20沙河子3418-3579160.221.5940%徐深3-1登娄库组3692-38241321.220%DQW-178型涡轮钻具应用统计二、涡轮钻具9.现场应用效果 宋深9H井3274m-3601m井段，一趟钻进尺326.19m，相当于

41、6只常规牙轮钻头进尺，机械钻速1.67m/h钻头使用前后对比机械钻速提高145.6%缩短钻井时间16.8天节约钻井成本200万元与牙轮钻头相比涡轮钻具工作时间215h，起钻前仍能正常钻进工具出井图二、涡轮钻具9.现场应用效果提速(宋深9H井) 宋深11井营城组-沙河子组，3460m-3923m井段，一趟钻进尺459.7m，相当于7只常规牙轮钻头进尺，机械钻速2.24m/h，钻头新度85%左右。钻头使用前后对比机械钻速提高71%缩短钻井时间15天节约钻井成本180万元与牙轮钻头相比涡轮钻具创工作时间260h新记录，起钻前仍能正常钻进9.现场应用效果提速(宋深11井)二、涡轮钻具 由于钻头的高转速

42、，与容积式正排量泥浆马达相比，涡轮钻具的井眼能够始终保持平滑，涡轮钻具基于同心设计，可以最大限度地减少井眼的不规则性；严格控制井眼扩大率，保证井身质量。9.现场应用效果井身质量二、涡轮钻具螺杆钻具与涡轮钻具所钻井眼对比泥浆泵及循环系统可在20MPa长时间稳定工作钻井液含砂量0.3%以内、密度1.5以内指重表准确、灵敏，受昼夜温差影响小无易塌、易缩径地层高硬火山岩、沉积岩，冲击性较强的非均质砾岩215.9mm井眼直井施工方应满足条件涡轮钻具适用范围二、涡轮钻具10.推广应用条件涡轮钻具系列化，研制127mm和195mm涡轮钻具研制减速涡轮钻具，工作寿命是常规螺杆的2倍以上研制导向涡轮钻具，满足水

43、平井钻井需求进一步优化涡轮叶片叶型设计，优选耐冲蚀材料，提高叶片性能建立涡轮钻具整机动力性能试验台，进一步规范组装、检修标准进一步完善涡轮钻具操作规程，规范涡轮钻井工艺进一步优化涡轮钻具组合设计，提高井身质量二、涡轮钻具11.下步完善方向12.涡轮钻具产品化及服务能力二、涡轮钻具 涡轮钻具已具有一定的生产规模和服务能力，形成了加工、组装、工具测试、检修标准，编制了涡轮钻具室内试验操作规程及现场施工规范，每年可加工生产15套工具，现场服务能力10口井以上。三、水力震荡器 水平井钻进过程中，钻具在井眼曲率较大的井段和水平段产生托压现象，尤其是在三维井造斜段和水平段托压现象更加明显，托压问题不仅严重

44、影响水平井的机械钻速，降低钻头的使用寿命，同时也非常容易引起粘卡等井下复杂事故的发生。 国内外油田开展了优化井眼轨迹、井筒润滑剂、刚性扶正器等技术措施的研究，但还不能有效解决水平井摩阻大、托压问题。1.研发背景三、水力震荡器 摩阻大、托压引起工程问题：机械钻速慢钻压不能施加到钻头上钻头寿命降低工具面难于控制井眼轨迹不平滑导致井下马达憋停钻具弯曲磨损1.研发背景轴向力侧向力摩阻中性点张力压力三、水力震荡器 针对水平井摩阻大、托压等问题自主研发水力震荡器，该工具利用钻井液的液能驱动工具振动，同时带动井下钻柱沿轴向高频率、小振幅振动，将钻柱与井壁之间的静摩擦力转变为动摩擦力，减小摩阻，提高水平井钻井

45、效率。 1.研发背景三、水力震荡器 国民油井公司（NOV）研发水力震荡器（Agitator）主要应用于短半径水平井造斜段、大位移水平段，解决摩阻大、托压等问题。 Agitator主要包括振动短接、动力部分、阀门总成三部分，动力部分是以螺杆作为旋转动力，通过阀门总成产生压力脉冲，压力脉冲作用于振动短接的密封面，驱动振动短接轴向振动。2.国内外技术现状振动短接动力部分阀门总成三、水力震荡器2.国内外技术现状 Agitator工具参数：8 1/2井眼工具振动频率16-17Hz，工作压差范围4.24.9MPa。该工具在国内外油田广泛应用，取得了很好的效果。2011年6、7月该公司Agitator工具在

46、大庆油田进行了两口井现场试验，由于井壁稳定和钻进泵压过高等问题未能达到试验效果。工具尺寸（英寸）3 3/83 3/44 3/46 3/489 5/8重量/ lbs125240310100016002000流量范围/gpm9014090140150270901404006006001100温度150150150150150150工作频率26Hz26Hz1819Hz1617Hz16Hz1213Hz工作压差 /psi450700500700550650600700600700500700最大抗拉力/lbs184,000250,000354,000693,000990,0001260,000NOV公司

47、Agitator系列工具参数三、水力震荡器 自主研发水力震荡器（已申请专利）由振动机构、压力脉冲控制机构和旋转动力机构组成。水平井钻进时，钻井液流经动力机构，动力机构带动阀体高速旋转，使阀体过流孔周期性开关并产生压力脉冲，在脉冲压力和回复弹簧的作用下，振动心轴产生高频率、小振幅轴向振动。3.工具结构原理三、水力震荡器高转速、低扭矩旋转动力输出高频率脉冲压力激发高频率振动与高频率脉冲匹配耦合4. 技术关键三、水力震荡器5. 技术攻关脉冲压力激发 设计的偏心孔式脉冲压力发生机构由上阀体和下阀体组成，两个阀体相对转动一周，流量变化一次，产生一个脉冲压力，实现了在高转速动力的驱动下，高频率脉冲的有效激

48、发。产生最小压力位置 产生最大压力位置 流道切换 上阀体旋转 压力脉冲 三、水力震荡器5. 技术攻关阀体耐冲蚀结构设计 阀体产生高频率周期性压力脉冲同时端面和孔流道容易被钻井液冲蚀，通过大量研究与试验，在阀体端面镶嵌硬质合金结构和偏心孔流道喷涂耐冲蚀涂层加工工艺，提高了阀体的表面硬度和抗冲蚀性能，解决了阀体的冲蚀问题。阀体端面镶嵌硬质合金喷涂阀体偏心孔流道三、水力震荡器工具采用主动式高频机械振动，减阻效率高纯机械结构，不受井下温度、压力、泥浆限制井下连续工作时间150h以上可以和井下定向仪器联用，不影响信号传输现场操作简单、安全可靠6.技术特色 三、水力震荡器7.工具技术参数适合井眼尺寸8 1

49、/2(215.9mm)总长1.9m本体直径180mm最小循环通径45mm工具扣型410-411（NC50）总重260kg振动频率2224Hz振动幅度310mm工具压降23MPa三、水力震荡器8.室内试验振动性能测试 将试验样机与试验泵连接，工具动力机构位置接入压力传感器和压力监控系统，对工具压力脉冲进行实时监测，振动心轴连接振动传感器，测量工具的振动频率和振幅等振动参数。振动性能测试示意图 压力脉冲曲线图 三、水力震荡器 振动测量仪器测量工具在不同排量下工具的振动频率和振幅，排量30L/s时，工具振动频率为2224Hz，振幅为9.341mm，工作压降2.3MPa, 各项技术指标达到了设计要求。

50、振动性能测试数据表 序号泵转速(rpm)排量(L/s)频率(Hz)振幅(mm)试验现象12006.5680.923开始振动23009.08101.716平稳振动340012.610122.641平稳振动450016.012143.859平稳振动560020.014155.012平稳振动670024.016176.125平稳振动780028.018208.236平稳振动810003022249.341平稳振动8.室内试验振动性能测试三、水力震荡器 通过启动力检验水力震荡器非工作和工作状态下在模拟井筒中的摩阻大小，试验表明工具在正常工作时，启动力0.71kN，工具非振动时，启动力为2.83kN，通

51、过对比摩阻相对减小75%，减阻效果显著。工具振动时匀速被拉出模拟井筒，拉力0.71KN工具不振动多人拖动，拉力2.83KN8.室内试验振动减阻模拟试验三、水力震荡器9.现场工艺研究工具下入位置设计 根据井眼轨迹设计及钻具组合，运用LANDMARK设计软件计算得出最大摩阻位置，并结合现场钻井情况，确定水力震荡器工具下入位置。三、水力震荡器9.现场应用效果工具下入位置设计 水力震荡器根据现场井眼轨迹设计下入预定位置，在现场应用中达到了预期效果，造斜段工具下入距钻头150-160m位置，水平段工具下入距钻头30-35m位置。井号总进尺m应用井段工具距钻头位置m平均钻速m/h提速效果降低摩阻t钻井液

52、类型卫186-平142井501水平段32.56.2539.0%45水基芳38-平6井568造斜段160.26.2095.6%34水基芳38-平1井539造斜段156.86.0490.5%34水基齐平2-平9井241造斜段155.33.5867.3%23油基源31-平111井205水平段32.415.4013.2%12油基古83-3-平4井106水平段32.43.0810.7%34油基水力震荡器不同安放位置应用情况三、水力震荡器 水力震荡器现场成功应用6口井，在水基钻井液、油基钻井液分别应用3口井，平均机械钻速提高52.7%，定向钻速最大提高160.8%，复合钻速最大提高193.4%，平均降低钻

53、进摩阻3.16t，现场应用效果显著。10.现场应用效果水力震荡器现场应用数据表井号总进尺m平均钻速m/h提速效果定向钻速m/h复合钻速m/h降低摩阻t钻井液 类型卫186-平142井5016.2539.0%5.3613.7645水基芳38-平6井5686.2095.6%4.4312.8034水基芳38-平1井5396.0490.5%3.9014.7034水基齐平2-平9井2413.5867.3%2.536.6623油基源31-平111井20515.4013.2%9.1018.3012油基古83-3-平4井1063.0810.7%1.754.1134油基三、水力震荡器 水力震荡器在芳38-平6井

54、、芳38-平1井实现三维井造斜段一趟钻完成，平均进尺553.5m，定向钻速提高67.9%，复合钻速提高174.5%，平均机械钻速提高93.05%，平均摩阻降低3.5t。水力震荡器现场应用效果对比表井号总进尺（m）平均钻速（m/h）定向进尺（m）定向钻速（m/h）复合进尺（m）复合钻速（m/h）钻次芳38-平1井（水力震荡器）5396.042783.926114.71芳38-平6井（水力震荡器）5686.203174.4325112.81芳38-平5井（未使用）4993.172802.482195.014芳38-平3井（未使用）4383.803253.31137.3310.现场应用效果造斜段（水基）三、水力震荡器水力震荡器现场应用效果对比表10.现场应用效果水平段（水基） 水力震荡器在卫186-平142井一趟钻完成水平段钻进，水平段进尺501m，工具使用时间96h，定向钻速提高54.9%，复合钻速提高23%，摩阻减小24t，提速、减阻效果明显。工具井口测试图钻进类型总进尺m定向进尺m定向平均钻速m/h复合平均钻速m/h定向钻压t 排量L/s泵压MPa密度g/