蘭晶晶 康明烽 倪朋勃 陳迪（中法渤海地質(zhì)服務(wù)有限公司天津300452）

一、鉆具振動形成原因

在鉆井過程中，鉆具與井壁，鉆頭與地層，鉆具與鉆頭之間作用是非常復(fù)雜的，與在地層中通過旋轉(zhuǎn)和上下三維運(yùn)動，易形成鉆具振動。鉆具振動形成主要分為鉆井工程技術(shù)方面的原因和地質(zhì)方面的原因。

鉆井工程技術(shù)方面的原因：

鉆井設(shè)備狀態(tài)，如：鉆機(jī)穩(wěn)定性差，回轉(zhuǎn)器軸承有間隙等；動力機(jī)功率不足，超載荷時工作不穩(wěn)定；往復(fù)式水泵送水量和壓力不均，泥漿產(chǎn)生脈動。平臺樁腿地基的強(qiáng)度不夠以及鉆機(jī)在基礎(chǔ)上安裝固定不牢。井眼結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，鉆桿，巖心管的直徑與孔徑配合不合理。粗徑鉆具沒帶穩(wěn)定接頭；使用彎曲的鉆桿和巖心管。使用鈍的或非正常磨損的鉆頭（金剛石碎裂，唇部偏磨，鉆頭橢圓形磨損等）；鉆進(jìn)參數(shù)的選擇與所鉆巖石的性質(zhì)不適應(yīng)。盲目的加鉆壓和加大轉(zhuǎn)速；鉆桿鎖接頭不同心。鉆桿由于制造方面的原因或使用過程中不均勻磨損（特別是在定向井眼中使用），造成壁厚不均和橢圓度，引起鉆桿不同心，回轉(zhuǎn)不平衡；主動鉆桿彎曲，超長，在立軸中偏心；井眼發(fā)生彎曲。

地質(zhì)方面的原因：主要由于地層中不均質(zhì)引起，巖層破碎，裂隙發(fā)育。巖層軟硬變化頻繁。巖層層理，片理發(fā)育并與井眼軸線形成銳角；溶洞，空穴發(fā)育。巖層的顆粒度不均勻，具有非均質(zhì)結(jié)構(gòu)；巖石的硬度和強(qiáng)度不均。

根據(jù)鉆具振動形成原因鉆具振動的類型主要分為四種如（圖1）：縱向振動（Ax ial）、側(cè)向振動（Torsional）、橫向振動（Lateral）、和偏心振動（Eccentered）。反映到地面表現(xiàn)為：鉆頭跳動、粘卡、側(cè)面彎曲、回旋。

圖1：鉆具振動形態(tài)

二、如何消除鉆具振動

geoNEXT智能錄井系統(tǒng)具有鉆具振動監(jiān)測軟件，他是以傅里葉分析（基波和諧波理論）為基礎(chǔ)，把一段時間的正常扭矩和鉆壓變化值作為基值，設(shè)定異常扭矩和鉆壓變化值的上下限，在實時鉆進(jìn)過程中，如出現(xiàn)超出上下限的異常變化量，系統(tǒng)會發(fā)出警報，錄井工程師分析數(shù)據(jù)后報告給作業(yè)負(fù)責(zé)人，通過改變鉆井參數(shù)來減少鉆具振動。

geoNEXT系統(tǒng)首先對數(shù)據(jù)源進(jìn)行了高頻率處理，大鉤高度、懸重、轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速以及扭矩都采用高頻率采集模式，頻率可達(dá)100Hz，這樣就能保證錄井系統(tǒng)可以監(jiān)測參數(shù)滿足用來以計算判斷鉆具振動。

在實際作業(yè)中，監(jiān)測橫向和縱向上根據(jù)振動能量和振動頻率兩個參數(shù)系統(tǒng)根據(jù)內(nèi)部公式進(jìn)行計算得到一個綜合參數(shù)，通常稱為橫向振動能量值或者縱向振動能量值，依據(jù)該參數(shù)將鉆具振動正常情況下作為基值，基值的20%內(nèi)變化為正常情況，警報分為三個級別，根據(jù)超過基值的百分?jǐn)?shù)來評定警報級別，分別為20%，30%和40%。在實時的鉆具振動監(jiān)測圖中，如正常是綠色顯示，出現(xiàn)異常振動會以橙色、紅色顯示，在超過40%時會以紫色顯示。

在鉆進(jìn)過程中實時監(jiān)測鉆具振動情況，如果發(fā)生鉆具振動首先判斷是橫向振動還是縱向振動然后向作業(yè)者提出合理建議，通過改變鉆井參數(shù)例如鉆壓或者轉(zhuǎn)數(shù)來減少鉆具振動,從而達(dá)到最佳鉆井狀態(tài)，避免出現(xiàn)鉆井事故。

三、案例分析

目前該系統(tǒng)已經(jīng)在中國海油各個海域得到普遍推廣。在錄井作業(yè)中，工程師實時關(guān)注鉆具振動監(jiān)測界面，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，立刻通知司鉆和鉆井監(jiān)督，并提出合理化建議，準(zhǔn)確地指導(dǎo)了鉆井作業(yè)的順利進(jìn)行。

圖2 所示，在B1井12-1/4＂井段鉆進(jìn)過程中，深度3500.00米至3560.00米，鉆進(jìn)期間監(jiān)測到異常鉆具振動。geoNEXT工程師及時把監(jiān)測到異常振動這一情況通知鉆井相關(guān)負(fù)責(zé)人?，F(xiàn)場調(diào)整頂驅(qū)轉(zhuǎn)速由100rpm增至120rpm后恢復(fù)正常。判斷振動的出現(xiàn)是由于鉆井參數(shù)搭配不合理造成的，避免鉆具磨損。

圖2 B1井12-1/4＂井眼鉆井分析軟件振動圖

圖3 所示，C1從4520.00米至4570.00米的鉆進(jìn)過程中發(fā)現(xiàn)了異常的鉆桿振動現(xiàn)象，geoNEXT工程師及時通知了地質(zhì)和鉆井相關(guān)負(fù)責(zé)人，并建議嘗試不同鉆井參數(shù)來降低鉆具振動。在降低鉆壓后大大降低了鉆具振動，鉆速也明顯加快了。

圖3 E1井12-1/4＂井眼鉆井分析軟件振動圖

結(jié)語

從實際應(yīng)用中可以看出，鉆井振動監(jiān)測軟件能夠有效地對鉆具振動現(xiàn)象進(jìn)行監(jiān)測，為作業(yè)者提高鉆井效率、減少工程事故發(fā)生率，有極大的參考價值。實時警報監(jiān)測、分析振動的變化對調(diào)整鉆井參數(shù)（鉆壓、頂驅(qū)轉(zhuǎn)速、泵排量等），提高鉆井效率有很大的幫助。

在實際的現(xiàn)場應(yīng)用過程中，孤立的使用鉆井振動分析這個錄井新軟件工具并不能達(dá)到最好的效果，應(yīng)該綜合其他現(xiàn)場資料，通過有經(jīng)驗的工程師鑒別出其變化趨勢所代表的鉆井實時情況，給作業(yè)者提出建設(shè)性的參考意見以提高鉆井效率、做出提前預(yù)判，減少工程事故，節(jié)約成本。

[1]D.Pavone and J.P.Desplans:Application of High Sampling Rate Downhole Measurements for Analysis and Cure of Stick-Slip in Drilling-SPE/ATCE-paper 28324,New Orleans,25-28 Septem?ber1994.

[2]I.Rey-Fabret,C.Mabile and N.Oudin:Detecting whirling behaviour of the drill string from surfacemeasurements-SPE/AT?CE-paper38587,San-Antonio 5-8October1997.