防失速工具（AST）的主要思想是通過一些必要的手段對巖石的切割過程進(jìn)行有效的控制，即轉(zhuǎn)移鉆井過程中產(chǎn)生的能量，防止動力達(dá)到損壞級別，從而保持鉆柱組件完好和優(yōu)化巖石切削效率。為了強(qiáng)調(diào)這一點(diǎn)，可以和使用賽車技術(shù)的現(xiàn)代發(fā)動機(jī)做一個比較，事實(shí)已經(jīng)證明這種發(fā)動機(jī)的性能和耐久性非常好，可以有效地平衡傳輸給車輪的動力大小和汽車的整體穩(wěn)定性。
AST：提高鉆井穿透率
防失速工具（AST）是一種以實(shí)時自動調(diào)整鉆進(jìn)扭矩為目的的井下工具。最初，由Tomax AS研發(fā)的該工具是針對
連續(xù)油管應(yīng)用的，已證明它除了具有成功地減少振動、發(fā)動機(jī)失速、設(shè)備失效和一般磨損的能力外，還可以提高鉆井穿透率和
鉆頭進(jìn)尺。后來根據(jù)旋轉(zhuǎn)鉆井解決類似問題的需要，對該工具進(jìn)行了進(jìn)一步的研發(fā)，目的是消除在難鉆地層中由鉆頭牙輪誘導(dǎo)的扭矩振動和鉆柱失速以及由此帶來的有害影響。模型樣品AST工具尺寸范圍為 6-3/4″到8-1/4″，工具研制成功后，首先在試驗(yàn)井上試用，后來應(yīng)用在油田施工中，運(yùn)用多種多樣的結(jié)構(gòu)配置，除了兩次受控試驗(yàn)外，共進(jìn)行了25次現(xiàn)場應(yīng)用，應(yīng)用地區(qū)主要是挪威大陸架。本文主要從現(xiàn)場應(yīng)用方面詳細(xì)討論了由鉆頭誘導(dǎo)的扭矩波動是如何被大幅降低從而提高機(jī)械鉆速的，以及如何防止井底鉆具組合（BHA）的損壞事故以便提高鉆頭進(jìn)尺。
AST工具組件模型見圖1，鉆具安裝組合見圖2。
a)一個預(yù)先安裝的內(nèi)置彈簧；b) 上部主工具體，帶有內(nèi)部母扣螺紋旋轉(zhuǎn)槽；c) 下部可伸縮性的對應(yīng)體，帶有可以旋入b)的公扣螺紋旋轉(zhuǎn)槽；d) 高壓密封，位于a)和b)主工具體間；e) 止動臺肩，用于限制伸縮位移；f) 拋光面，位于高壓密封的底部。
AST的可控試驗(yàn)
在一個稱為“硬巖鉆進(jìn)”的內(nèi)部技術(shù)方案中，挪威國家石油公司油田操作者與AST發(fā)明者合作，根據(jù)上面的描述以及在火山碎屑巖上打深探井的新技術(shù)需求生產(chǎn)了該工具樣品。該工具規(guī)格適用于12 ¼"井眼，外徑8 ¼"，內(nèi)徑2 ½"。AST工具很容易被擴(kuò)展升級，生產(chǎn)一個附加的6 ¾"外徑工具就可以為現(xiàn)場試驗(yàn)提供更好的靈活性。表1是樣品工具的技術(shù)規(guī)格。為確定該工具的性能是否像理論上預(yù)期的那樣以及驗(yàn)證該工具在油田滿標(biāo)試驗(yàn)中使用是否安全可靠的，先后進(jìn)行了兩個可控試驗(yàn)。
測試＃1 第一個可控試驗(yàn)是在Stavanger國際研究所（IRIS）完成的，8 ¼"尺寸的AST工具被連接在
PDC鉆頭上部通過鉆盤總成旋轉(zhuǎn)。IRIS試驗(yàn)鉆機(jī)下部的地層“Ullrigg”組產(chǎn)生重型粘滑和破壞PDC鉆頭是人所共知的。這一信譽(yù)使此AST順利通過了質(zhì)量驗(yàn)證程序。試驗(yàn)中使用了兩個相同的鉆頭，讓它們采用相同的參數(shù)，地層是孔隙度約為8 ％的均質(zhì)千枚巖，鉆井資料是通過50Hz的頻率記錄的。第一次試驗(yàn)是沒有連接AST工具的情況，鉆頭上的重量以每5分鐘的間隔增加。為了進(jìn)一步確保科學(xué)的對比質(zhì)量，鉆孔的長度保持很短，以最大限度地減少地層變化產(chǎn)生干擾的風(fēng)險。第一次試驗(yàn)過后，將鉆頭取出，連接AST工具。
鉆井?dāng)?shù)據(jù)表明使用AST工具后扭矩明顯變小，與工作原理非常的一致。也觀測到該鉆頭在重量小的情況下有較好的穿透效果。當(dāng)試驗(yàn)結(jié)束后檢查鉆頭時，發(fā)現(xiàn)穿透效果方面的差異是十分明顯的：在第一次試驗(yàn)階段鉆頭牙輪的側(cè)面出現(xiàn)破碎，而有AST工具的鉆頭有完好無損的切片結(jié)構(gòu)。基本扭矩數(shù)據(jù)的比較也說明在井底鉆具組合中使用AST后的明顯差異。
測試＃ 2 第二次試驗(yàn)是由國家石油公司和挪威海德魯公司進(jìn)行的一次聯(lián)合作業(yè)，進(jìn)一步核實(shí)AST工具的機(jī)械完整性和擴(kuò)眼作業(yè)時AST工具下部連接擴(kuò)眼器時的性能特征。提供的擴(kuò)眼器是一個三刮刀液壓型PDC牙輪，鉆頭與測試＃1中使用的是一樣的，鉆機(jī)、總體方案和數(shù)據(jù)記錄設(shè)備也與第一個試驗(yàn)一樣。分別就不連接和連接AST工具兩種情況做了試驗(yàn)。試驗(yàn)達(dá)到了最初的目標(biāo)，證明了AST機(jī)械完整性。另據(jù)記載，該工具將會防止擴(kuò)眼器產(chǎn)生不穩(wěn)定扭矩，在來自于擴(kuò)眼器的扭轉(zhuǎn)沖擊達(dá)到臨界水平之前，允許向AST工具施加更多的重量。
AST實(shí)地應(yīng)用
控制試驗(yàn)最后證實(shí)了反失速技術(shù)能夠防止鉆頭牙輪失速，安全地進(jìn)行能量傳遞。也有證據(jù)支持這一理論，扭矩的穩(wěn)定性會通過將旋轉(zhuǎn)能轉(zhuǎn)換為切割巖石的作用力來改進(jìn)效率，有望獲得更好地鉆井效率。
現(xiàn)場試驗(yàn) 在IRIS完成第一次試驗(yàn)后不久，在Oseberg南方油田的Hydro F-27井，該工具被作為旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)（RSS）的一部分與PDC鉆頭一起下入
水平井中，通過配置在PDC牙輪鉆頭上的擴(kuò)眼器將井眼擴(kuò)到9.05英寸，地層是砂巖、頁巖和石灰?guī)r的混合壓實(shí)體。該工具下入井眼中，在一個鉆井工作日內(nèi)到達(dá)預(yù)定位置。因?yàn)榇┩感Ч浅：茫俱@希望繼續(xù)使用該工具。但是為了比較又進(jìn)行了一次沒有AST工具的參考試驗(yàn)，與鉆機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效性比較驗(yàn)證。雖然是3000米深度和90度的直井，但是結(jié)果在很大程度上證實(shí)了來自于IRIS的發(fā)現(xiàn) ，當(dāng)使用AST工具時，表現(xiàn)為更穩(wěn)定的鉆井扭矩水平和明顯的機(jī)械鉆速變化。見圖5：在Oseberg南方油田用6 ¾"原型工具第一次鉆井?dāng)?shù)據(jù)。
現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果:穩(wěn)定的鉆井扭矩；減少井下顯示的粘滑強(qiáng)度；不需要超扭轉(zhuǎn)螺紋
鉆桿連接；沒有
MWD故障；快速鉆進(jìn)。
后續(xù)發(fā)展 操作方面的教訓(xùn)是來自于7號工作的AST工具機(jī)械完整性的問題，工具在極端彎曲的情況下遇卡后記錄下了嚴(yán)重的粘滑，最終因疲勞而失敗。基于彎曲疲勞事故，制造出了一種適應(yīng)高彎曲需求的新工具，有些因高壓密封的原因引起漏油和工具內(nèi)部過分磨損都被記錄下來，根據(jù)現(xiàn)場作用于密封上的動態(tài)載荷記錄提出了一個優(yōu)化的密封系統(tǒng)。在已完成的25項(xiàng)作業(yè)中，包括現(xiàn)場試驗(yàn)，粘滑都被限制在一個很低的級別，也沒有任何超扭矩工作連接出現(xiàn)。總的來說，AST已經(jīng)證明了它在難鉆地層中延長鉆柱壽命的能力，AST工具已經(jīng)廣泛應(yīng)用于不同的工具組合和井眼中，可以設(shè)想，AST技術(shù)對于油田操作者的價值隨著可被感知到的效果和每項(xiàng)特殊應(yīng)用價值的確定而增加。
通過科學(xué)監(jiān)測、現(xiàn)場試驗(yàn)和為數(shù)眾多的實(shí)際操作已經(jīng)證明AST能夠減少鉆遇地層時引起的粘滑效應(yīng)和鉆頭失速。這已經(jīng)使鉆柱過載的現(xiàn)象明顯減少，穿透率有了明顯的提高，作者相信本文的結(jié)果將會為更多可以預(yù)測和劃算的難鉆地層區(qū)域的油田
勘探開發(fā)鋪平道路。
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