[發明專利]一種多維沖擊器

在審

• 申請號: 201611232677.3
• 申請日: 2016-12-28
• 公開（公告）號: CN106593306A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 倪紅堅
• 申請（專利權）人: 倪紅堅
• 主分類號: E21B10/36
• 分類號: E21B10/36
• 代理公司: 青島高曉專利事務所37104
• 代理人: 黃曉敏,于正河

技術領域：

本發明屬于石油天然氣鉆井配套設備技術領域，涉及一種多維沖擊器，特別是一種深井硬地層提高機械鉆速的鉆井工具。

背景技術：

隨著老油田常規油氣資源的勘探開發進入中后期，為滿足我國對油氣資源的巨大需求，加大了對深層、薄油層、斷塊油層等復雜油層以及非常規油氣資源的開發力度。在這些油氣資源的鉆探過程中，深部堅硬地層、強非均質性和軟硬交互性地層、可鉆性差地層的機械鉆速低，延長了鉆井周期，增加了資金的投入。因此，發展出能夠提高深部地層和復雜油氣藏鉆探效率的新技術及其配套工具，是提高這類井鉆探效率和我國油氣資源開發效率的必要途徑，也是應對國內外石油鉆探市場激烈競爭的重要手段。

為了解決鉆進過程中機械鉆速低的問題，石油工作者們分別從影響機械鉆速的各個因素(包括鉆壓、轉速、鉆頭選型、井底水力能量、破巖方式、鉆頭扭矩等)的角度出發，提出并發展了垂直鉆井技術、水力加壓器、水力振蕩器、井下動力鉆具、高效PDC鉆頭和新型復合鉆頭、分流負壓鉆頭、水力脈動鉆井工具和自激空化射流鉆井工具、旋沖工具，扭力沖擊器等多種提速技術及鉆井工具，在一定程度上解決了機械鉆速低、鉆井周期長和資金投入大的問題。

大量現場試驗表明，對于深部堅硬地層，旋沖鉆井和扭轉沖擊鉆井取得了更好的提速效果，其主要原因是，隨著井深的增加，地層壓實程度更高變得更加堅硬，同時井底水力能量減弱，機械鉆速對轉速和水力能量的敏感程度降低，而旋沖鉆井能夠產生作用于井底巖石的高頻軸向沖擊，不僅能夠使井底巖石產生初始裂紋并擴展形成體積破碎提高破巖效率，同時能夠使鉆頭周期性的吃入地層，從而提高鉆頭每轉一圈的巖石破碎量，另一方面，扭轉沖擊工具能夠產生作用于井底巖石的扭轉沖擊振動，將PDC鉆頭對井底巖石的剪切破碎變為沖擊剪切破碎，補充鉆頭破巖扭矩的不足，消除鉆頭的粘滑效應，提高機械鉆速和PDC鉆頭使用壽命，對堅硬地層的提速效果較好。

鑒于旋沖工具和扭轉沖擊工具在深井硬地層取得的較好提速效果，國內外各科研院所和石油公司研制了多種原理、結構和沖擊參數各不相同的沖擊器，但大部分旋沖工具過分強調沖擊功對破巖效率的影響，因此導致沖擊頻率較低，同時由于過大的軸向沖擊可能導致鉆頭吃入地層過深，在提高機械鉆速的同時增加了破巖扭矩，進一步加劇了鉆頭的粘滑振動，另外，沖擊工具普遍存在井下的安全性差和使用壽命低的問題。扭轉沖擊工具在保證鉆頭對地層有一定吃入深度的前提下，通過扭轉方向上的高頻沖擊實現提速，但現場應用中存在以下不足：首先是容易引發鉆頭泥包，這就要求在鉆進過程中要經常性的將鉆頭提離井底，開泵并高轉速甩動鉆柱，從而消除鉆頭泥包現象，顯著增加了鉆進輔助時間；其次是容易引發井斜，主要是因為扭力沖擊器提速的前提是鉆頭要有一定的吃深，這就要求要施加比常規鉆進更大的鉆壓，否則扭轉沖擊無法有效的作用于切削齒前方的巖石上，鉆壓的增加則常常導致井斜增加，因此，對井身質量控制的要求在一定程度上限制了扭力沖擊器提速潛力的發揮；再次是扭力沖擊器只能和常規鉆具配合使用，現場試驗表明扭力沖擊器與螺桿鉆具配合使用時由于頻率相互干擾導致扭力沖擊器提速效果顯著降低，扭力沖擊器只能夠在常規鉆井基礎上進行提速；最后是為保證提速效果扭力沖擊器要配合專門的PDC鉆頭使用，導致工具租賃和鉆頭費用高，難以在提速的同時提高效益，使其推廣應用受到限制。由此可見，旋沖工具和扭轉沖擊工具雖然在硬地層提速中效果初現，但是在應用過程中尚存在大量的問題。因此，在我國石油資源勘探開發需求迫切和鉆井市場化的大形勢下，提出一種切實可行的，能夠進一步提高深部硬地層和復雜地層機械鉆速和鉆探效率的鉆井技術及其配套工具十分必要。

發明內容：

本發明的目的在于克服現有技術存在的缺點，尋求設計提供一種多維沖擊器，使鉆頭同時產生對井底巖石的軸向和扭轉沖擊，提高破巖效率、鉆頭壽命，消除鉆頭泥包，從而提高機械鉆速，降低鉆井資金投入。