劉志堅(jiān) 李 榕

（中國(guó)石化西南石油局四川鉆井公司，四川 德陽(yáng) 618000）

0 引言

川西地區(qū)在增儲(chǔ)上產(chǎn)會(huì)戰(zhàn)中，天然氣開(kāi)發(fā)水平井規(guī)模日益增大。然而在施工過(guò)程中，由于川西中淺層具有低孔、致密、非均質(zhì)性強(qiáng)等地質(zhì)特征，在造斜井段普遍存在嚴(yán)重的托壓、粘卡、鉆頭對(duì)工具面控制力差、鉆壓無(wú)法有效且真實(shí)地傳遞至鉆頭等現(xiàn)象，嚴(yán)重制約了鉆速和鉆井效率的進(jìn)一步提高，成為阻礙川西中淺水平井順利開(kāi)發(fā)的難題［1］。水力振蕩器通過(guò)自身產(chǎn)生的縱向振動(dòng)來(lái)提高鉆進(jìn)過(guò)程中鉆壓傳遞的有效性和減少BHA 與井眼之間的摩阻，減少扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，從而有效提高機(jī)械鉆速，縮短鉆井周期［2］。國(guó)內(nèi)多個(gè)油田在淺水平井開(kāi)發(fā)中都應(yīng)用了水力振蕩器，例如長(zhǎng)慶油田榆37-2H井、蘇5-3-16H1 井，內(nèi)蒙古蘇里格區(qū)塊蘇36-8-18H 井［3］等，應(yīng)用效果顯著。針對(duì)川西中淺水平井開(kāi)發(fā)的難題，四川鉆井公司在馬蓬23-3HF 井、新沙21-28H 井兩口井的施工過(guò)程中使用了NOV 公司的172 mm水力振蕩器。應(yīng)用效果表明：采用合理的鉆井參數(shù)，優(yōu)選高效鉆頭，配合水力振蕩器進(jìn)行定向（滑動(dòng)）鉆進(jìn)效果明顯，改善了鉆壓傳遞效果；配合PDC 鉆頭，有效地提高了定向能力，同時(shí)明顯降低了摩阻，提高了機(jī)械鉆速，成功地改善了川西中淺水平井的開(kāi)發(fā)效果。

1 水力振蕩器

水力振蕩器主要由振蕩短節(jié)、動(dòng)力、閥門(mén)和軸承系統(tǒng)3部分組成。水力振蕩器通過(guò)自身產(chǎn)生的縱向振動(dòng)來(lái)提高鉆進(jìn)過(guò)程中鉆壓傳遞的有效性和減少底部鉆具與井眼之間的摩阻，這意味著水力振蕩器可以在各種鉆進(jìn)模式中，特別是在使用動(dòng)力鉆具的定向鉆進(jìn)中改善鉆壓的傳遞，減少鉆具組合粘卡的可能性，減少扭轉(zhuǎn)振動(dòng)［4］。

1.1 工作原理

工具安放位置原則：當(dāng)工具用于比較彎曲的井眼中，或重力集中效應(yīng)發(fā)生在離井底較遠(yuǎn)井段時(shí),將工具組合在上部鉆桿中能最大限度發(fā)揮工具的功能。水力振蕩器規(guī)格及技術(shù)范圍如表1所示。

表1 水力振蕩器規(guī)格及技術(shù)范圍表

1.2 功能及技術(shù)優(yōu)勢(shì)

水力振蕩器具有以下功能及技術(shù)優(yōu)勢(shì)［5-6］：①依靠振動(dòng)改善井下鉆壓傳遞效果。在進(jìn)行定向（滑動(dòng)）鉆進(jìn)時(shí)效果明顯，同時(shí)降低滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)的粘卡趨勢(shì)。②有效提高機(jī)械鉆速。配合PDC鉆頭提高定向能力，使PDC 鉆頭滑動(dòng)鉆進(jìn)更加容易，顯著提高定向鉆進(jìn)和轉(zhuǎn)盤(pán)鉆進(jìn)速度。③明顯降低摩阻。尤其適用于井下動(dòng)力鉆具定向鉆進(jìn)的情況，為常規(guī)的井下動(dòng)力鉆具提供了更易操作的窗口。④與MWD／LWD兼容，增加了水力振蕩器的實(shí)用性。⑤與各種鉆頭均配合良好?？赏垒嗐@頭和PDC 鉆頭一起使用，對(duì)鉆頭牙齒或軸承無(wú)沖擊損壞，延長(zhǎng)了PDC 鉆頭使用壽命。

2 水力振蕩器使用效果對(duì)比分析

馬蓬23-3HF 井是西南油氣分公司部署在川西坳陷馬井構(gòu)造的一口二開(kāi)制水平井，設(shè)計(jì)井深為2 602 m，水平段長(zhǎng)990 m。新沙21-28H井是四川盆地川西坳陷新場(chǎng)構(gòu)造北翼的一口中深水平井，設(shè)計(jì)井深為3 206 m，水平段長(zhǎng)854.27 m。

2.1 馬蓬23-3HF井應(yīng)用情況

馬蓬23-3HF井使用水力振蕩器從井深1390.77 m鉆至1 733 m，其中累計(jì)定向鉆進(jìn)進(jìn)尺為221.23 m，純鉆時(shí)間為50.8 h，定向平均鉆速為4.4 m／h。將同井場(chǎng)兩口未使用水力振蕩器的鄰井馬蓬23-1H 井、馬蓬23-2H 井與使用水力振蕩器的馬蓬23-3HF井，在機(jī)械鉆速、造斜段鉆井周期方面取得的鉆井效率進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果見(jiàn)表2、表3。

馬蓬23-3HF 井施工過(guò)程中優(yōu)選 215.9mmABS1605F 高效鉆頭，鉆井參數(shù)為：鉆壓60～100 kN，轉(zhuǎn)速40 r／min+螺桿，排量22～26 L／s，泵壓19～22 MPa，鉆井液密度1.47～1.62 g／cm3。

表2 水力振蕩器使用效果表

表3 同井場(chǎng)3口井造斜段鉆井周期對(duì)比情況表

從表2、表3 可以看出：①配合使用 172mm水力振蕩器后，鉆具發(fā)生周期性震蕩，基本消除了托壓現(xiàn)象，定向時(shí)工具面穩(wěn)定，調(diào)整工具面時(shí)間大幅減少，綜合平均機(jī)械鉆速比鄰井最高紀(jì)錄提高了84.6%，滑動(dòng)平均鉆速比鄰井最高紀(jì)錄提高了50%；②自造斜點(diǎn)1130 m處開(kāi)始使用常規(guī)造斜，鉆至井深1390.77 m處，井斜增至40.7°，鉆井時(shí)間為4.53 d。增加水力振蕩器后，井斜從40.7°增至88.49°，鉆至井深1 612 m 處，鉆井時(shí)間為3 d，累計(jì)造斜時(shí)間為7.53 d，比鄰井定向造斜段最高紀(jì)錄鉆井周期縮短了3.27 d，即同鄰井相比最低造斜鉆井周期縮短率為30%。

2.2 新沙21-28H井應(yīng)用情況

新沙21-28H井使用水力振蕩器從井深2 048.28 m鉆至2 468.30 m，井斜從28.6°增至89°并進(jìn)入水平段。其中累計(jì)定向鉆進(jìn)進(jìn)尺為175 m，純鉆時(shí)間為87.23 h，定向平均鉆速為2.01 m／h，累計(jì)復(fù)合鉆進(jìn)進(jìn)尺為245 m，純鉆時(shí)間為29.13 h，復(fù)合平均鉆速為8.41 m／h（表4）。

在新沙21-28H 井鉆井過(guò)程中，優(yōu)選 215.9 mmABS1605F 高效鉆頭。鉆井參數(shù)為：鉆壓80～100 kN，轉(zhuǎn)速60 r／min+螺桿，排量23～25 L／s，泵壓21～22 MPa，鉆井液密度1.86～1.91 g／cm3。

表4 水力振蕩器使用效果表

3 結(jié)論與建議

1）在同等條件下，綜合機(jī)械鉆速比鄰井最高紀(jì)錄提高了84.6%；滑動(dòng)平均鉆速比鄰井最高紀(jì)錄提高了50%。在定向鉆進(jìn)施工中，對(duì)于使用水力振蕩器的井段，工具面穩(wěn)定，減輕了鉆具在大斜度井段的摩阻，同時(shí)也形成了更好的井眼軌跡。在降低擺工具面時(shí)間和起下鉆頻率的同時(shí)，也有效地降低了下步施工中的風(fēng)險(xiǎn)，提高了綜合鉆井效益。

2）在該區(qū)塊類(lèi)似井段推廣水力振蕩器，消除了該區(qū)塊定向和水平鉆進(jìn)中的托壓現(xiàn)象，提高了機(jī)械鉆速，降低了鉆井周期，減少了鉆井事故發(fā)生的機(jī)率。

3）推薦使用更高排量的鉆井泵，在滿足水力振蕩器對(duì)工作排量要求的同時(shí)，也能提高井眼清洗效果，從而進(jìn)一步降低井底巖屑堆積造成的摩阻，進(jìn)一步提高機(jī)械鉆速。水力振蕩器推薦的正常工作排量為25～38 L／s，但由于高密度和井隊(duì)設(shè)備配套的影響，實(shí)際排量最大只能達(dá)到24 L／s，僅達(dá)到水力振蕩器要求的排量下限，在一定程度上也會(huì)影響水力振蕩器工作性能的充分發(fā)揮。

4）在條件允許的情況下，選用降低水頭損失的工具。比如在上部鉆具使用較大直徑的鉆桿（如139.7 mm）以減少管內(nèi)壓力損耗，在井下選用壓降較小的工具和測(cè)量?jī)x器等。

5）進(jìn)一步改進(jìn)水力振蕩器以降低工作壓耗，增大應(yīng)用范圍。目前所用水力振蕩器工作壓降高達(dá)5～7 MPa，對(duì)鉆井泵要求較高，同時(shí)長(zhǎng)期高壓作業(yè)造成的施工風(fēng)險(xiǎn)也急劇增大。

［1］羅朝東，李國(guó)嘉，石鎖政，等.川西淺層水平井軌跡控制技術(shù)［J］.價(jià)值工程，2012（8）：2-3.

［2］林元華，黃萬(wàn)志，施太和，等.水力加壓器研制及應(yīng)用［J］.石油鉆采工藝，2003，25（3）：1-3.

［3］石崇東，黨克軍，張軍，等.水力振蕩器在蘇36-8-18H井的應(yīng)用［J］.石油機(jī)械，2012，40（3）：1-3.

［4］陳武君，邢世奇，彭漢標(biāo).井下液力推進(jìn)器的研制與應(yīng)用［J］.石油鉆探技術(shù)，1999，27（5）：37.

［5］王誼，施連海.水力脈動(dòng)沖擊鉆井工具初步研究與試驗(yàn)［J］.石油鉆探技術(shù)，2006，34（2）：48-49.

［6］謝桂芳.水力加壓器在鉆井施工中的作用［J］.石油礦場(chǎng)機(jī)械，2009，38（5）：90.