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[摘 要]在大哈拉哈塘钻井提速过程中，影响提速因素主要表现二叠系凝灰岩、玄武岩可钻性差，对钻头研磨性强，对钻具损坏严重，常规钻头难以实现钻井提速的目标。本文针对二叠系地层可钻性差的特点，结合现场实际情况，对常规钻头的使用及扭力冲击器技术的使用做了对比分析，介绍了扭力冲击器的工作原理及在钻井提速中起到的作用，为大哈拉哈塘地区钻井实现“四开四完”提供技术信息，以便在实际钻井中加以利用和选择。
[关键词]二叠系 钻头选型 扭力冲击器 钻井提速
中图分类号：TE254.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）41-0053-01
大哈拉哈塘钻井实践表明，影响提速的因素主要表现在二叠系凝灰岩、玄武岩可钻性差，对钻头研磨性强，要实现“四开四完”目标，必须突破二叠系钻时慢，起下钻频繁等困难。为了便于钻井工程技术人员在钻井施工中合理选择和应用，本文将对大哈拉哈塘地区钻井提速技术做一概述。
1.PDC+螺杆实现快速钻进
大哈拉哈塘地区上部地层可钻性好，现场采用优选PDC钻头+螺杆技术取得了较好成绩，随着螺杆使用寿命的延长，上部可采用单只PDC+螺杆一趟钻钻至二叠系顶部，热普3014X井PDC+螺杆技术，进尺3700m，平均机械钻速达到了25.13米/小时，仅用17天上5000m。
2.二叠系采用PDC+扭力冲击器提速效果明显
2.1 二叠系钻头使用情况对比分析
针对二叠系可钻性差，钻头研磨性强，易漏，易剥落等特点，钻二叠系前首先应该简化钻具组合，甩掉扶正器，保证钻井安全。
①牙轮钻头穿二叠系使用情况分析
热普402井钻进至井深5096m，进入二叠系，岩性凝灰岩、玄武岩，起钻更换牙轮钻头下钻，分别下入两只三牙轮钻头钻穿二叠系，牙轮钻头型号HJ517G，使用钻具组合：91/2〞牙轮钻头+630*NC56母+8"无磁钻铤×1根+73/4"钻铤×1根+73/4"钻铤×4根+NC56公×410+7"钻铤×11根+7"随钻震击器+7"钻铤×3根+5"斜坡加重钻杆×15根+5"钻杆。
②PDC钻头穿二叠系使用情况分析
（1）热普402井上部地层使用91/2〞SP1935LAPDC钻头+螺杆，钻进至井深5096m，进入二叠系2m，钻时慢，起出钻头报废，磨出环形槽；
（2）哈12-12井钻进至井深5580m，进入二叠系，岩性凝灰岩、玄武岩，起钻更换PDC钻头下钻，下入PDC钻头型号FX55sX3，使用钻具组合：91/2〞PDC+630*NC56母+8"无磁钻铤×1根+73/4"钻铤×1根+73/4"钻铤×4根+NC56公×410+7"钻铤×11根+7"随钻震击器+7"钻铤×3根+5"斜坡加重钻杆×15根+5"钻杆。
③阿特拉PDC钻头+扭力冲击器穿二叠系使用情况分析
热普3014X井钻进至井深4731m，进入二叠系，岩性凝灰岩、玄武岩，起钻更换扭力冲击器下钻，使用钻具组合：91/2〞PDC+扭力冲击器+430*NC56母+8"无磁钻铤×1根+73/4"钻铤×1根+73/4"钻铤×4根+NC56公×410+7"钻铤×11根+7"随钻震击器+7"钻铤×3根+5"斜坡加重钻杆×15根+5"钻杆，进尺1514m，纯钻224.75，平均机械钻速6.74m/h，创造了区块使用最好记录，具体使用情况如下：
通过以上对比分析可得出以下结论：
（1）常规PDC钻头不适合在二叠系使用，钻头磨损严重，并且机械钻速低，进尺少，成本高。
（2）使用牙轮钻头机械钻速低，钻头磨损严重，钻头使用时间一般不超过70小时，二叠系钻进至少需要2-3只牙轮钻头，起下钻时间增加，耗时较长，且有掉牙轮的风险。
（3）阿特拉PDC钻头+扭力冲击器钻二叠系使用效果较好，机械钻速相比牙轮钻头提高274%，减少了起下钻时间，节约了工期，减少了井下风险。
2.2 扭力冲击器工作原理
在井下，PDC钻头的运动是极其无序的，包括横向、纵向和扭向的振动及这几种振动的组合。井下振动会损坏单个PDC切削齿，导致钻头寿命降低，以及产生不规则井眼降低井身质量。
扭力冲击器扭力冲击发生器配合PDC钻头一起使用，其破岩机理是以冲击破碎为主，并加以旋转剪切岩层，主要作用是在保證井身质量的同时提高机械钻速。扭力冲击器消除了井下钻头运动时可能出现的一种或多种振动（横向、纵向和扭向）的现象，使整个钻柱的扭矩保持稳定和平衡，巧妙地将泥浆的流体能量转换成扭向的、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。
由扭力冲击器提供的额外的扭向冲击力完全改变了PDC钻头的运作，其每分钟750-1500次高频稳定的冲击力，相当于每分钟750-1500次切削地层，这就使钻头不需要等待扭力积蓄足够的能量就可以切削地层。这时候PDC钻头上有两个力在切削地层，一个是转盘提供的扭力，一个是扭力冲击器提供的力——并直接给到钻头本身（对钻杆并不产生任何作用和改变整个冲击能量的荷载，只作用在钻头体本身上）。这时侯钻杆的扭矩基本是稳定的，钻杆传达的扭矩可以完全用于切削地层，而不会浪费。
3.下部优选PDC钻头实现提速目的
大哈拉哈塘区块下部所钻地层包括石炭系、泥盆系、志留系以及奥陶系，以泥岩与细砂岩为主，井底温度高达140℃，泥浆性能要求抗高温及防塌效果好，保证井下安全。
采用DBS公司91/2〞FX55SX3PDC钻头，在热普402井使用效果较好，平均机械钻速4.6m/h，在哈12-12井采用91/2〞FX55SX3PDC+螺杆技术，平均机械钻速4.2m/h，相比常规钻具钻进机械钻速降低了9.5%，加之井底温度高，对螺杆质量要求较高，增加了成本，故下部井段不建议采用PDC+螺杆技术。
4.大哈拉哈塘钻井提速注意事项
4.1 二开快速钻进防斜打直
大哈拉哈塘区块二开每钻进不超过300m需进行测斜，根据实测数据加强分析，发现异常加密测斜及时调整钻井措施，确保二开中完能中靶，为提高钻井时效，建议采用MWD随钻测斜，节省测斜时间，保证井身质量。
二开上部快速钻进采用双钟摆钻具组合，严格控制钻压，保证井身质量满足设计要求。
4.2 三叠系及二叠系防漏、防塌措施
三叠系、二叠系、石炭系及泥盆系、志留系地层均存在程度不同的垮塌、掉块现象，保证地层的稳定是安全、高效钻井的关键，进入易坍塌地层前必须调整钻井液性能达到设计要求后，方可进行下部钻进。钻进过程中要求性能稳定，防止钻井液性能波动导致井壁失稳，二叠系地层为火成岩，极易垮塌掉块。进入二叠系前将钻井液密度提至1.30g/cm3，二叠系井段钻进时，钻井液密度控制在1.28-1.30g/cm3范围内，严禁钻井液密度大幅度波动。
下钻时发生垮塌阻卡情况，应立即停止下钻作业，接方钻杆循环处理泥浆，待钻井液符合要求后，再划眼通过垮塌井段，严格控制起下钻速度，防止激动压力与抽吸的发生，严格灌浆措施，保持井筒的液柱压力平衡。控制失水在设计范围之内，利用不同粒径级别的颗粒改善泥饼质量，增强钻井液的造壁能力
钻进过程中，进入三叠系前，在泥浆内混入随钻堵漏剂，减少渗透性漏失量。
5.认识和建议
（1）大哈拉哈塘区块二叠系是制约钻井提速的主要因素，合理使用扭力冲击器是实现钻井提速的关键。
{2）上部使用PDC+螺杆防斜打直，实现快速钻进目的。
（3）二叠系以下地层建议不采用PDC+螺杆技术，优选钻头，合理使用钻井参数实现钻井提速目的。
参考文献
[1] 王希勇，张艺瀚，熊继有；PDC钻头与动力钻具的优化匹配和钻进特性研究[J]；石油矿场机械；2005年01期.
[2] 万朝晖；螺杆钻具工作特性和结构参数的分析研究[J]；石油机械；2001年10期.
[关键词]二叠系 钻头选型 扭力冲击器 钻井提速
中图分类号：TE254.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）41-0053-01
大哈拉哈塘钻井实践表明，影响提速的因素主要表现在二叠系凝灰岩、玄武岩可钻性差，对钻头研磨性强，要实现“四开四完”目标，必须突破二叠系钻时慢，起下钻频繁等困难。为了便于钻井工程技术人员在钻井施工中合理选择和应用，本文将对大哈拉哈塘地区钻井提速技术做一概述。
1.PDC+螺杆实现快速钻进
大哈拉哈塘地区上部地层可钻性好，现场采用优选PDC钻头+螺杆技术取得了较好成绩，随着螺杆使用寿命的延长，上部可采用单只PDC+螺杆一趟钻钻至二叠系顶部，热普3014X井PDC+螺杆技术，进尺3700m，平均机械钻速达到了25.13米/小时，仅用17天上5000m。
2.二叠系采用PDC+扭力冲击器提速效果明显
2.1 二叠系钻头使用情况对比分析
针对二叠系可钻性差，钻头研磨性强，易漏，易剥落等特点，钻二叠系前首先应该简化钻具组合，甩掉扶正器，保证钻井安全。
①牙轮钻头穿二叠系使用情况分析
热普402井钻进至井深5096m，进入二叠系，岩性凝灰岩、玄武岩，起钻更换牙轮钻头下钻，分别下入两只三牙轮钻头钻穿二叠系，牙轮钻头型号HJ517G，使用钻具组合：91/2〞牙轮钻头+630*NC56母+8"无磁钻铤×1根+73/4"钻铤×1根+73/4"钻铤×4根+NC56公×410+7"钻铤×11根+7"随钻震击器+7"钻铤×3根+5"斜坡加重钻杆×15根+5"钻杆。
②PDC钻头穿二叠系使用情况分析
（1）热普402井上部地层使用91/2〞SP1935LAPDC钻头+螺杆，钻进至井深5096m，进入二叠系2m，钻时慢，起出钻头报废，磨出环形槽；
（2）哈12-12井钻进至井深5580m，进入二叠系，岩性凝灰岩、玄武岩，起钻更换PDC钻头下钻，下入PDC钻头型号FX55sX3，使用钻具组合：91/2〞PDC+630*NC56母+8"无磁钻铤×1根+73/4"钻铤×1根+73/4"钻铤×4根+NC56公×410+7"钻铤×11根+7"随钻震击器+7"钻铤×3根+5"斜坡加重钻杆×15根+5"钻杆。
③阿特拉PDC钻头+扭力冲击器穿二叠系使用情况分析
热普3014X井钻进至井深4731m，进入二叠系，岩性凝灰岩、玄武岩，起钻更换扭力冲击器下钻，使用钻具组合：91/2〞PDC+扭力冲击器+430*NC56母+8"无磁钻铤×1根+73/4"钻铤×1根+73/4"钻铤×4根+NC56公×410+7"钻铤×11根+7"随钻震击器+7"钻铤×3根+5"斜坡加重钻杆×15根+5"钻杆，进尺1514m，纯钻224.75，平均机械钻速6.74m/h，创造了区块使用最好记录，具体使用情况如下：
通过以上对比分析可得出以下结论：
（1）常规PDC钻头不适合在二叠系使用，钻头磨损严重，并且机械钻速低，进尺少，成本高。
（2）使用牙轮钻头机械钻速低，钻头磨损严重，钻头使用时间一般不超过70小时，二叠系钻进至少需要2-3只牙轮钻头，起下钻时间增加，耗时较长，且有掉牙轮的风险。
（3）阿特拉PDC钻头+扭力冲击器钻二叠系使用效果较好，机械钻速相比牙轮钻头提高274%，减少了起下钻时间，节约了工期，减少了井下风险。
2.2 扭力冲击器工作原理
在井下，PDC钻头的运动是极其无序的，包括横向、纵向和扭向的振动及这几种振动的组合。井下振动会损坏单个PDC切削齿，导致钻头寿命降低，以及产生不规则井眼降低井身质量。
扭力冲击器扭力冲击发生器配合PDC钻头一起使用，其破岩机理是以冲击破碎为主，并加以旋转剪切岩层，主要作用是在保證井身质量的同时提高机械钻速。扭力冲击器消除了井下钻头运动时可能出现的一种或多种振动（横向、纵向和扭向）的现象，使整个钻柱的扭矩保持稳定和平衡，巧妙地将泥浆的流体能量转换成扭向的、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。
由扭力冲击器提供的额外的扭向冲击力完全改变了PDC钻头的运作，其每分钟750-1500次高频稳定的冲击力，相当于每分钟750-1500次切削地层，这就使钻头不需要等待扭力积蓄足够的能量就可以切削地层。这时候PDC钻头上有两个力在切削地层，一个是转盘提供的扭力，一个是扭力冲击器提供的力——并直接给到钻头本身（对钻杆并不产生任何作用和改变整个冲击能量的荷载，只作用在钻头体本身上）。这时侯钻杆的扭矩基本是稳定的，钻杆传达的扭矩可以完全用于切削地层，而不会浪费。
3.下部优选PDC钻头实现提速目的
大哈拉哈塘区块下部所钻地层包括石炭系、泥盆系、志留系以及奥陶系，以泥岩与细砂岩为主，井底温度高达140℃，泥浆性能要求抗高温及防塌效果好，保证井下安全。
采用DBS公司91/2〞FX55SX3PDC钻头，在热普402井使用效果较好，平均机械钻速4.6m/h，在哈12-12井采用91/2〞FX55SX3PDC+螺杆技术，平均机械钻速4.2m/h，相比常规钻具钻进机械钻速降低了9.5%，加之井底温度高，对螺杆质量要求较高，增加了成本，故下部井段不建议采用PDC+螺杆技术。
4.大哈拉哈塘钻井提速注意事项
4.1 二开快速钻进防斜打直
大哈拉哈塘区块二开每钻进不超过300m需进行测斜，根据实测数据加强分析，发现异常加密测斜及时调整钻井措施，确保二开中完能中靶，为提高钻井时效，建议采用MWD随钻测斜，节省测斜时间，保证井身质量。
二开上部快速钻进采用双钟摆钻具组合，严格控制钻压，保证井身质量满足设计要求。
4.2 三叠系及二叠系防漏、防塌措施
三叠系、二叠系、石炭系及泥盆系、志留系地层均存在程度不同的垮塌、掉块现象，保证地层的稳定是安全、高效钻井的关键，进入易坍塌地层前必须调整钻井液性能达到设计要求后，方可进行下部钻进。钻进过程中要求性能稳定，防止钻井液性能波动导致井壁失稳，二叠系地层为火成岩，极易垮塌掉块。进入二叠系前将钻井液密度提至1.30g/cm3，二叠系井段钻进时，钻井液密度控制在1.28-1.30g/cm3范围内，严禁钻井液密度大幅度波动。
下钻时发生垮塌阻卡情况，应立即停止下钻作业，接方钻杆循环处理泥浆，待钻井液符合要求后，再划眼通过垮塌井段，严格控制起下钻速度，防止激动压力与抽吸的发生，严格灌浆措施，保持井筒的液柱压力平衡。控制失水在设计范围之内，利用不同粒径级别的颗粒改善泥饼质量，增强钻井液的造壁能力
钻进过程中，进入三叠系前，在泥浆内混入随钻堵漏剂，减少渗透性漏失量。
5.认识和建议
（1）大哈拉哈塘区块二叠系是制约钻井提速的主要因素，合理使用扭力冲击器是实现钻井提速的关键。
{2）上部使用PDC+螺杆防斜打直，实现快速钻进目的。
（3）二叠系以下地层建议不采用PDC+螺杆技术，优选钻头，合理使用钻井参数实现钻井提速目的。
参考文献
[1] 王希勇，张艺瀚，熊继有；PDC钻头与动力钻具的优化匹配和钻进特性研究[J]；石油矿场机械；2005年01期.
[2] 万朝晖；螺杆钻具工作特性和结构参数的分析研究[J]；石油机械；2001年10期.