高頻扭轉沖擊破巖工具­——提高鉆井效率的有效手段

    提高鉆井效率是鉆井工藝技術研究與發展的宗旨。目前在旋轉鉆井中，一方面由于堅硬或研磨性地層導致機械鉆速不高，另一方面作為石油鉆井的主力鉆頭——PDC鉆頭存在嚴重的粘-滑現象。

    為了解決旋轉鉆井中存在的上述難題，提高鉆井效率。鉆井院機械所于2009年開始致力于研制一種能夠提高堅硬或研磨性地層的機械鉆速、解決PDC鉆頭粘-滑現象的新型鉆井工藝。該所科研人員創新性提出了一種集合機械、水力噴射、高頻扭轉沖擊三種破巖方式共同作用的復合鉆井工藝新技術，并在此基礎上開展“高頻扭轉沖擊破巖系統技術研究”。

    高頻扭轉沖擊破巖系統在不影響正常鉆進的同時，采用鉆井液驅動，能夠巧妙地將部分流體能量轉換成高頻的、周向扭轉的、沖擊型的井底機械破巖功率并直接傳遞給PDC鉆頭，增強鉆頭破巖能力的同時，使整個鉆柱的扭矩保持基本穩定和平衡，消除PDC鉆頭的粘-滑現象，減少鉆柱扭轉震蕩，延長鉆頭等鉆柱配套部件的使用壽命，并使鉆頭和井底始終保持連續性，大大提高機械鉆速。

    刻苦鉆研 潛心攻關 現場試驗獲成功

    該項目自2009年10月開始調研以來，項目組克服國內外相關報道少、可查文獻少的不利因素，在明確“高頻扭轉沖擊破巖系統”這一研究目標后，制定了“功能實現--性能評價--智能化”三步走攻關方案。在科研進程中，恪守階段目標，合理微調攻關策略與方法。

    2009年底，項目組完成了基于8½"PDC鉆頭的扭轉沖擊工具結構圖紙設計，并于2010年春節前，完成了第1套工程樣機的加工制造。2010年3月初步完成了室內試驗系統的設計與搭建，4月14日進行室內清水試驗并獲成功，工程樣機的原理與功能得到初步驗證，實現了扭轉沖擊破巖檢測與分析系統的功能。同時，針對該套樣機存在的問題進行了設計整改，并于8月中旬完成了第2套工程樣機的加工制造。

    2010年8月23日，在勝利油田萊113-13井進行了扭轉沖擊工具的井口鉆井液適應性試驗并獲得成功。8月27日，高頻扭轉沖擊破巖工具在勝利油田高890-24井進行了首次井下試驗并獲得成功。

    具有我國自主知識產權的高頻扭轉沖擊破巖系統的研制成功填補了國內技術空白，打破了國外技術壟斷，能極大地提高鉆井效率，具有較高的技術、經濟與社會效益。