气体钻井超前探测震源工具设计及力学性能模拟研究

李 皋， 黎洪志， 简 旭， 王 军， 王松涛

（1. 油气藏地质及开发工程国家重点实验室（西南石油大学）, 四川成都 610500；2. 中国石油集团川庆钻探工程有限公司川东钻探公司, 重庆 401147）

气体钻井不仅用于提高机械钻速和治理井漏，还在发现和保护储层方面展现出广阔的应用前景[1]。然而，地层出水、井眼失稳等工程瓶颈使其受到严重制约，随钻超前探测技术可提前预测到钻头前方的地层界面、断层、溶洞和异常高压等风险地层，降低钻头前方地层信息的不确定性，保证气体钻井的安全性[2-5]。当井下冲击震源工具产生可控的振动波信号时，可根据钻柱顶端振动波的主频预测钻头前方地层的岩性，而牙轮钻头产生的轴向冲击能量弱、振动无规律，无法用于声波前探[6-7]，因此气体钻井近钻头冲击震源工具的设计与研发成为迫切需要。国内外学者对井下冲击振动工具开展了大量研究，倪红坚等人[8]研制了自激振荡式旋转冲击钻井工具，王冠[9]对该工具结构进行了优化。为了克服钻头震源强度不足的问题，J. J. KOLLE等人[10]研制了一种扫频水力脉冲震击器。由于气体钻井的环空介质为空气，压缩性比较强，因此上述类型冲击结构不适合气体钻井的工况。管志川等人[11-12]设计了一种机械式井下吸振冲击钻井工具，基于此工具的功能，可考虑采用花键带动冲击块上下移动。张玉英[13]设计了一种整体机械式随钻震击器，由于卡瓦需要较大的阻力情况下才能产生震击力，因此卡瓦不能被用于井下冲击震源工具设计中，但可以借鉴随钻震击器上提、下放钻柱的方式，使工具产生冲击力。……