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摘 要：元陆701井下沙溪庙以下陆相地层无法使用空气钻，为提高机械钻速，2982-3497m井段应用了扭力冲击器配合PDC钻井方式。阿特拉扭力冲击器通常直接安装在旋转钻井总成中PDC钻头的上方。这种冲击器能给钻头施加一种高频扭转冲击力，当与稳态钻柱扭矩相结合时，能直接对钻头产生很高的功率，从而大大降低钻头的粘、滑现象，大幅度提高机械钻速，延长钻头寿命。
关键词：扭力冲击器 阿特拉 元坝
一、前言
元陆701井是部署在川东北九龙山背斜构造的一口开发评价井。以须家河组三段储层为主要目的层。设计井深4866m，实际完钻井深4710m，最大井斜51°。元坝陆相地层埋深平均在4800m左右，砂泥岩交错、多为硅质胶结、岩性致密、非均质性强，岩石抗压强度在68.89-148.05MPa之间，可钻性差，属高硬度、高研磨性地层，导致机械钻速低、钻井效率低、钻井周期长。
沙溪庙组以浅地层应用气体钻井技术，平均机械钻速达到8.82m/h，而下沙溪庙、千佛崖、自流井、须家河组由于地层不稳定，井壁易发生掉快、垮塌现象，导致气体钻井无法实施。应用常规钻井机械钻速低，邻井牙轮钻头下沙溪庙组平均机械钻速1.09m/h，单只钻头进尺仅57.5m，PDC钻头机械钻速1.55m/h。鉴于该井造斜点3613m，在直井段进行了扭力冲击器实验。
二、扭力冲击器技术特点
1.作用原理
扭力冲击器是加拿大联合金刚石公司和阿特拉公司合作研发的一种新型工具，见图1，主要用于PDC钻头的辅助破岩。在井下，PDC 钻头的运动包括横向、纵向和扭向的振动及这几种振动的组合。井下振动会损坏PDC 切削齿，引起钻头寿命缩短；引起的扭矩波动易干扰定向控制和随钻测井（LWD）信号，导致井身质量的降低。为了减弱影响正常钻井的井下振动，消除钻头粘滑现象，研发了扭力冲击器。它在钻头扭力方向增加一个额外的均匀稳定高频冲击力（750～1500次/min），改变了PDC钻头的运动状态，相当于每分钟750～1500次切削地层，提高PDC钻头的破岩效率，实现机械钻速和使用寿命的显著提高。
图1 阿特拉公司的扭力冲击器
2.工作特点
2.1配合PDC 钻头使用，以冲击破碎为主，加以旋转剪切岩层，在保证井身质量的同时提高机械钻速；
2.2将钻井液的流体能量转换成扭力方向高频的、均匀稳定的机械冲击能量并直接传递给 PDC 钻头，使钻头和井底始终保持连续性；
2.3消除钻头粘滑现象，减少反冲扭力，有助于提高钻头的耐久性，延长钻头使用寿命。
三、可行性论证
1.地层分析
下沙溪庙组及以深地层岩性为砂、泥岩互层，软硬变化大，钻头使用不稳定；砂岩多为硅质胶结，岩性致密、硬度大、研磨性强、可钻性级值平均在6 级以上，最高8级，可钻性极差；地层对钻头磨损严重，钻头失效快，单只钻头进尺较少。
2.工具选择
针对地层特点，选择阿特拉公司的U513M PDC钻头，该钻头是专门为配合扭力冲击器使用而设计，选用抗研磨性强的复合片，它用改进的金刚石合成方法制造，通过混合金刚石颗粒大小既能优化抗研磨性，又能优化抗冲击性。目的是通过扭力冲击器改变钻头工作方式，将切削地层的扭力最大化并直接作用在钻头上，从而提高机械钻速，减少有危害的钻头振动，降低夹层对PDC的影响，使钻头可以在井底平稳运作，从而延长钻头寿命。
3.技术要点
3.1入井前准备工作
准备两个完好的钻杆滤清器；调整钻井液性能，维护井壁稳定性，充分循环清洁钻井液，降低含砂量和固相含量；确保泥浆泵运转正常，达到工具工作排量。
3.2工具测试及下钻
工具在钻台面进行短测试，排量从10L/s开始至最高排量；下钻过程避免在套管中大排量开泵循环，尽可能减少套管中开泵时间；若遇阻尽量避免大井段划眼；下至距离井底10～20m开泵，避免钻头直接接触井底或井底沉砂，防止堵塞水眼，到底之后检查泵压、排量，看是否正常，禁止低排量情况下接触井底。
四、现场应用
1.应用情况
元陆701井在2982-3497m井段使用扭力冲击器配合阿特拉钻头U513M，见图2。层位是下沙溪庙组、千佛崖组、自流井组大安寨段。总进尺515m，纯钻时间198h，平均机械钻速2.60m/h，钻头起出后，新度为98%。
2.钻具组合
Ф215.9mm PDC+扭力冲击器+浮阀+Ф158.8mm钻铤×2根+Ф212mm扶正器+Ф158.8mm无磁钻铤×1根+Ф158.8mm钻铤×9根+旁通阀+Ф127mm加重钻杆×15根+Ф127mm钻杆
钻进参数：钻压100～120KN；转速60rpm；排量30～35L/s；立压18～20MPa。
3.效果分析
邻井元陆703同一井段采用PDC钻头，进尺525.52m，平均机械钻速1.55m/h，钻头报废。元陆701井PDC钻头纯钻时间198h，进尺515m，钻头起出后新度
98%。元陆701井与元陆703相比，纯钻减少140小时。
图2 入井前阿特拉U513M PDC钻头
五、认识与建议
1.扭力冲击器配合PDC钻头较好解决了元坝陆相地层常规钻井机械钻速低的难题，在提高机械钻速的同时，延长了钻头使用寿命。
2.在地面设备允许条件下，应尽量采用大排量，避免排量不足导致钻头泥包。
3.在下部自流井和须家河组继续开展试验，延长工具应用井段，同时加大国产化研究力度，降低成本。
作者简介：胡韧，2002年毕业于华东石油大学石油工程专业，助理工程师
关键词：扭力冲击器 阿特拉 元坝
一、前言
元陆701井是部署在川东北九龙山背斜构造的一口开发评价井。以须家河组三段储层为主要目的层。设计井深4866m，实际完钻井深4710m，最大井斜51°。元坝陆相地层埋深平均在4800m左右，砂泥岩交错、多为硅质胶结、岩性致密、非均质性强，岩石抗压强度在68.89-148.05MPa之间，可钻性差，属高硬度、高研磨性地层，导致机械钻速低、钻井效率低、钻井周期长。
沙溪庙组以浅地层应用气体钻井技术，平均机械钻速达到8.82m/h，而下沙溪庙、千佛崖、自流井、须家河组由于地层不稳定，井壁易发生掉快、垮塌现象，导致气体钻井无法实施。应用常规钻井机械钻速低，邻井牙轮钻头下沙溪庙组平均机械钻速1.09m/h，单只钻头进尺仅57.5m，PDC钻头机械钻速1.55m/h。鉴于该井造斜点3613m，在直井段进行了扭力冲击器实验。
二、扭力冲击器技术特点
1.作用原理
扭力冲击器是加拿大联合金刚石公司和阿特拉公司合作研发的一种新型工具，见图1，主要用于PDC钻头的辅助破岩。在井下，PDC 钻头的运动包括横向、纵向和扭向的振动及这几种振动的组合。井下振动会损坏PDC 切削齿，引起钻头寿命缩短；引起的扭矩波动易干扰定向控制和随钻测井（LWD）信号，导致井身质量的降低。为了减弱影响正常钻井的井下振动，消除钻头粘滑现象，研发了扭力冲击器。它在钻头扭力方向增加一个额外的均匀稳定高频冲击力（750～1500次/min），改变了PDC钻头的运动状态，相当于每分钟750～1500次切削地层，提高PDC钻头的破岩效率，实现机械钻速和使用寿命的显著提高。
图1 阿特拉公司的扭力冲击器
2.工作特点
2.1配合PDC 钻头使用，以冲击破碎为主，加以旋转剪切岩层，在保证井身质量的同时提高机械钻速；
2.2将钻井液的流体能量转换成扭力方向高频的、均匀稳定的机械冲击能量并直接传递给 PDC 钻头，使钻头和井底始终保持连续性；
2.3消除钻头粘滑现象，减少反冲扭力，有助于提高钻头的耐久性，延长钻头使用寿命。
三、可行性论证
1.地层分析
下沙溪庙组及以深地层岩性为砂、泥岩互层，软硬变化大，钻头使用不稳定；砂岩多为硅质胶结，岩性致密、硬度大、研磨性强、可钻性级值平均在6 级以上，最高8级，可钻性极差；地层对钻头磨损严重，钻头失效快，单只钻头进尺较少。
2.工具选择
针对地层特点，选择阿特拉公司的U513M PDC钻头，该钻头是专门为配合扭力冲击器使用而设计，选用抗研磨性强的复合片，它用改进的金刚石合成方法制造，通过混合金刚石颗粒大小既能优化抗研磨性，又能优化抗冲击性。目的是通过扭力冲击器改变钻头工作方式，将切削地层的扭力最大化并直接作用在钻头上，从而提高机械钻速，减少有危害的钻头振动，降低夹层对PDC的影响，使钻头可以在井底平稳运作，从而延长钻头寿命。
3.技术要点
3.1入井前准备工作
准备两个完好的钻杆滤清器；调整钻井液性能，维护井壁稳定性，充分循环清洁钻井液，降低含砂量和固相含量；确保泥浆泵运转正常，达到工具工作排量。
3.2工具测试及下钻
工具在钻台面进行短测试，排量从10L/s开始至最高排量；下钻过程避免在套管中大排量开泵循环，尽可能减少套管中开泵时间；若遇阻尽量避免大井段划眼；下至距离井底10～20m开泵，避免钻头直接接触井底或井底沉砂，防止堵塞水眼，到底之后检查泵压、排量，看是否正常，禁止低排量情况下接触井底。
四、现场应用
1.应用情况
元陆701井在2982-3497m井段使用扭力冲击器配合阿特拉钻头U513M，见图2。层位是下沙溪庙组、千佛崖组、自流井组大安寨段。总进尺515m，纯钻时间198h，平均机械钻速2.60m/h，钻头起出后，新度为98%。
2.钻具组合
Ф215.9mm PDC+扭力冲击器+浮阀+Ф158.8mm钻铤×2根+Ф212mm扶正器+Ф158.8mm无磁钻铤×1根+Ф158.8mm钻铤×9根+旁通阀+Ф127mm加重钻杆×15根+Ф127mm钻杆
钻进参数：钻压100～120KN；转速60rpm；排量30～35L/s；立压18～20MPa。
3.效果分析
邻井元陆703同一井段采用PDC钻头，进尺525.52m，平均机械钻速1.55m/h，钻头报废。元陆701井PDC钻头纯钻时间198h，进尺515m，钻头起出后新度
98%。元陆701井与元陆703相比，纯钻减少140小时。
图2 入井前阿特拉U513M PDC钻头
五、认识与建议
1.扭力冲击器配合PDC钻头较好解决了元坝陆相地层常规钻井机械钻速低的难题，在提高机械钻速的同时，延长了钻头使用寿命。
2.在地面设备允许条件下，应尽量采用大排量，避免排量不足导致钻头泥包。
3.在下部自流井和须家河组继续开展试验，延长工具应用井段，同时加大国产化研究力度，降低成本。
作者简介：胡韧，2002年毕业于华东石油大学石油工程专业，助理工程师