防失速工具（AST）的主要思想是通过一些必要的手段对岩石的切割过程进行有效的控制，即转移钻井过程中产生的能量，防止动力达到损坏级别，从而保持钻柱组件完好和优化岩石切削效率。为了强调这一点，可以和使用赛车技术的现代发动机做一个比较，事实已经证明这种发动机的性能和耐久性非常好，可以有效地平衡传输给车轮的动力大小和汽车的整体稳定性。 

　　AST：提高钻井穿透率 

　　防失速工具（AST）是一种以实时自动调整钻进扭矩为目的的井下工具。最初，由Tomax AS研发的该工具是针对连续油管应用的，已证明它除了具有成功地减少振动、发动机失速、设备失效和一般磨损的能力外，还可以提高钻井穿透率和钻头进尺。后来根据旋转钻井解决类似问题的需要，对该工具进行了进一步的研发，目的是消除在难钻地层中由钻头牙轮诱导的扭矩振动和钻柱失速以及由此带来的有害影响。模型样品AST工具尺寸范围为 6-3/4″到8-1/4″，工具研制成功后，首先在试验井上试用，后来应用在油田施工中，运用多种多样的结构配置，除了两次受控试验外，共进行了25次现场应用，应用地区主要是挪威大陆架。本文主要从现场应用方面详细讨论了由钻头诱导的扭矩波动是如何被大幅降低从而提高机械钻速的，以及如何防止井底钻具组合（BHA）的损坏事故以便提高钻头进尺。 

　　AST工具组件模型见图1，钻具安装组合见图2。 

　　a)一个预先安装的内置弹簧；b) 上部主工具体，带有内部母扣螺纹旋转槽；c) 下部可伸缩性的对应体，带有可以旋入b)的公扣螺纹旋转槽；d) 高压密封，位于a)和b)主工具体间；e) 止动台肩，用于限制伸缩位移；f) 抛光面，位于高压密封的底部。 

　　AST的可控试验
　　
　　在一个称为“硬岩钻进”的内部技术方案中，挪威国家石油公司油田操作者与AST发明者合作，根据上面的描述以及在火山碎屑岩上打深探井的新技术需求生产了该工具样品。该工具规格适用于12 ¼"井眼，外径8 ¼"，内径2 ½"。AST工具很容易被扩展升级，生产一个附加的6 ¾"外径工具就可以为现场试验提供更好的灵活性。表1是样品工具的技术规格。为确定该工具的性能是否像理论上预期的那样以及验证该工具在油田满标试验中使用是否安全可靠的，先后进行了两个可控试验。 

　　测试＃1 第一个可控试验是在Stavanger国际研究所（IRIS）完成的，8 ¼"尺寸的AST工具被连接在PDC钻头上部通过钻盘总成旋转。IRIS试验钻机下部的地层“Ullrigg”组产生重型粘滑和破坏PDC钻头是人所共知的。这一信誉使此AST顺利通过了质量验证程序。试验中使用了两个相同的钻头，让它们采用相同的参数，地层是孔隙度约为8 ％的均质千枚岩，钻井资料是通过50Hz的频率记录的。第一次试验是没有连接AST工具的情况，钻头上的重量以每5分钟的间隔增加。为了进一步确保科学的对比质量，钻孔的长度保持很短，以最大限度地减少地层变化产生干扰的风险。第一次试验过后，将钻头取出，连接AST工具。
钻井数据表明使用AST工具后扭矩明显变小，与工作原理非常的一致。也观测到该钻头在重量小的情况下有较好的穿透效果。当试验结束后检查钻头时，发现穿透效果方面的差异是十分明显的：在第一次试验阶段钻头牙轮的侧面出现破碎，而有AST工具的钻头有完好无损的切片结构。基本扭矩数据的比较也说明在井底钻具组合中使用AST后的明显差异。 

　　测试＃ 2 第二次试验是由国家石油公司和挪威海德鲁公司进行的一次联合作业，进一步核实AST工具的机械完整性和扩眼作业时AST工具下部连接扩眼器时的性能特征。提供的扩眼器是一个三刮刀液压型PDC牙轮，钻头与测试＃1中使用的是一样的，钻机、总体方案和数据记录设备也与第一个试验一样。分别就不连接和连接AST工具两种情况做了试验。试验达到了最初的目标，证明了AST机械完整性。另据记载，该工具将会防止扩眼器产生不稳定扭矩，在来自于扩眼器的扭转冲击达到临界水平之前，允许向AST工具施加更多的重量。 

　　AST实地应用 

　　控制试验最后证实了反失速技术能够防止钻头牙轮失速，安全地进行能量传递。也有证据支持这一理论，扭矩的稳定性会通过将旋转能转换为切割岩石的作用力来改进效率，有望获得更好地钻井效率。 

　　现场试验 在IRIS完成第一次试验后不久，在Oseberg南方油田的Hydro F-27井，该工具被作为旋转导向系统（RSS）的一部分与PDC钻头一起下入水平井中，通过配置在PDC牙轮钻头上的扩眼器将井眼扩到9.05英寸，地层是砂岩、页岩和石灰岩的混合压实体。该工具下入井眼中，在一个钻井工作日内到达预定位置。因为穿透效果非常好，司钻希望继续使用该工具。但是为了比较又进行了一次没有AST工具的参考试验，与钻机数据进行有效性比较验证。虽然是3000米深度和90度的直井，但是结果在很大程度上证实了来自于IRIS的发现 ，当使用AST工具时，表现为更稳定的钻井扭矩水平和明显的机械钻速变化。见图5：在Oseberg南方油田用6 ¾"原型工具第一次钻井数据。 

　　现场试验结果:稳定的钻井扭矩；减少井下显示的粘滑强度；不需要超扭转螺纹钻杆连接；没有MWD故障；快速钻进。 

　　后续发展 操作方面的教训是来自于7号工作的AST工具机械完整性的问题，工具在极端弯曲的情况下遇卡后记录下了严重的粘滑，最终因疲劳而失败。基于弯曲疲劳事故，制造出了一种适应高弯曲需求的新工具，有些因高压密封的原因引起漏油和工具内部过分磨损都被记录下来，根据现场作用于密封上的动态载荷记录提出了一个优化的密封系统。在已完成的25项作业中，包括现场试验，粘滑都被限制在一个很低的级别，也没有任何超扭矩工作连接出现。总的来说，AST已经证明了它在难钻地层中延长钻柱寿命的能力，AST工具已经广泛应用于不同的工具组合和井眼中，可以设想，AST技术对于油田操作者的价值随着可被感知到的效果和每项特殊应用价值的确定而增加。 

　　通过科学监测、现场试验和为数众多的实际操作已经证明AST能够减少钻遇地层时引起的粘滑效应和钻头失速。这已经使钻柱过载的现象明显减少，穿透率有了明显的提高，作者相信本文的结果将会为更多可以预测和划算的难钻地层区域的油田勘探开发铺平道路。