【摘要】： 定向鉆進(jìn)過(guò)程中存在不同程（度的“托壓”現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致定向段機(jī)械轉(zhuǎn)速成倍降低，甚至沒(méi)有進(jìn)尺。如何提高定向井段的鉆壓傳遞效率，減少摩阻，始終是一個(gè)技術(shù)難題。水力振蕩器是一種可以把定向鉆進(jìn)過(guò)程中的靜摩擦力轉(zhuǎn)化為動(dòng)摩擦力的有效工具。本文針對(duì)東深1井二開(kāi)鉆進(jìn)中“托壓”嚴(yán)重的問(wèn)題，分析了水力振蕩器的結(jié)構(gòu)和工作原理，以及與定向工具的兼容性，并首次將該工具應(yīng)用于江蘇下?lián)P子地區(qū)鉆井。試驗(yàn)結(jié)果表明：水力振蕩器可以明顯的降低摩阻，保證了定向鉆進(jìn)中工具面的平穩(wěn)，其中定向井段的機(jī)械鉆速提高107%，該試驗(yàn)井段平均機(jī)械鉆速提高97.9%，水力振蕩器的應(yīng)用在東深1井取得了顯著的效果。

【關(guān)鍵詞】： 水力振蕩器；定向井段；托壓現(xiàn)象；下?lián)P子地區(qū)；降阻提效

Abstract： There will be a various “Backing Pressure " in the process of directional drilling，and it will lead to collapse of the ROP， even lose footage if the backing pressure becomes serious. How to improve the transmission efficiency and reduce the friction of the directional well is always a technical problem. The agitator is an effective tool to convert the static friction force into the dynamic friction force in directional drilling. According to the phenomenon of backing pressure in Dongshen 1well， it is decided to use agitator in this well， after the structure and working principle of the agitator， and compatibility with the directional tool have been studied. For the first time the tool is used in the Lower Yangtze area of Jiangsu. The test results show that agitator can significantly reduce the friction， ensure the smooth of the tool face orientation.The directional drilling speed has been increased 107%， and the average rate of penetration has been increased 97.9% in this testing section.The application of agitator in Dongshen 1 well has achieved remarkable results .

Keywords： directional drilling；Lower Yangtze area； reducing friction and increasing ROP；backing pressure；agitator

定向井、水平井的定向井段、穩(wěn)斜段以及直井防斜打直等鉆井施工過(guò)程中，需要進(jìn)行連續(xù)或間斷的井身軌跡調(diào)整。但是頻繁的調(diào)整井眼軌跡，會(huì)導(dǎo)致井眼中的“拐點(diǎn)”增多，這樣會(huì)造成定向中“托壓”現(xiàn)象越發(fā)明顯，工具面很難控制；定向井段的機(jī)械鉆速成倍下降，延長(zhǎng)鉆井作業(yè)周期。托壓嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成鉆具自鎖，失去進(jìn)尺。

東深1井在二開(kāi)∮311.2mm井眼施工過(guò)程中，由于地層傾角的劇烈變化，1860m時(shí)井斜由1.76°迅速增加到2.68°，隨后開(kāi)始定向糾斜。定向井段鉆時(shí)20—40min/m，鉆進(jìn)過(guò)程中基本無(wú)“托壓”現(xiàn)象，井斜控制在3°以內(nèi)。但是頻繁的糾斜鉆進(jìn)導(dǎo)致井眼內(nèi)的“拐點(diǎn)”不斷增加（圖1），定向鉆進(jìn)至2206m開(kāi)始出現(xiàn)“托壓”現(xiàn)象，2712m后“托壓”現(xiàn)象嚴(yán)重，鉆壓由60KN上升到245.7KN，平均鉆時(shí)108.6min/m，鉆進(jìn)中大部分時(shí)間都用來(lái)活動(dòng)鉆具、調(diào)整工具面，定向鉆進(jìn)幾乎無(wú)法進(jìn)行。嘗試向鉆井液中加入大量的潤(rùn)滑劑和多次短起下作業(yè)等方式來(lái)降低摩阻，但是效果不明顯。為了能正常進(jìn)行定向作業(yè)，達(dá)到提高定向井段機(jī)械轉(zhuǎn)速的目的，鑒于國(guó)內(nèi)外以往成功應(yīng)用案例，東深1井在二開(kāi)2724.17m后嘗試使用國(guó)民油井8"水力振蕩器，開(kāi)創(chuàng)了下?lián)P子區(qū)塊首次使用水力振蕩器的先例。

1、水力振蕩器的結(jié)構(gòu)和工作原理

水力振蕩器是一種將定向中的靜摩檫力轉(zhuǎn)化為動(dòng)摩擦力的鉆井工具，與定向工具M(jìn)WD/LWD兼容，可以配合螺桿和PDC鉆頭鉆進(jìn)。其主要結(jié)構(gòu)由軸向振蕩減阻器主要由軸向振動(dòng)短節(jié)、動(dòng)力短節(jié)、閥門(mén)和軸承系統(tǒng)這3部分組成，如圖2所示。

螺桿轉(zhuǎn)子的末端與閥門(mén)系統(tǒng)的動(dòng)閥盤(pán)相連，但是定閥盤(pán)及其口徑固定，當(dāng)鉆井液驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，動(dòng)閥盤(pán)相對(duì)定閥盤(pán)會(huì)做平面往復(fù)運(yùn)動(dòng)，周期性地相對(duì)運(yùn)動(dòng)會(huì)使流體經(jīng)過(guò)工具的截面積（最大值和最小值） 產(chǎn)生周期性變化（圖3），最終會(huì)使軸向振動(dòng)短接的脈沖壓力產(chǎn)生同步周期性變化。

動(dòng)力短節(jié)壓力脈沖周期性變化，使內(nèi)部彈簧處于周期性的積蓄能量和釋放能量狀態(tài)，最終引起了水力振蕩器的軸向振動(dòng)。當(dāng)下部的鉆具組合在工具的帶動(dòng)下往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，定向鉆進(jìn)中鉆具與井壁的靜摩擦力會(huì)轉(zhuǎn)化為動(dòng)摩擦力。

2、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

2.1東深1井概況

東深1井是部署在下?lián)P子地區(qū)無(wú)錫斷隆帶錫北構(gòu)造錫北-1塊構(gòu)造區(qū)上的一口區(qū)域探井，設(shè)計(jì)井型為直井，實(shí)鉆井深6501米。鉆探目的是探索錫北構(gòu)造含油氣性，查驗(yàn)無(wú)錫—黃橋斷褶帶中南部的沉積建造，獲取鉆遇地層的生儲(chǔ)蓋參數(shù)。使用水力振蕩器的層位為志留系下統(tǒng)高家邊組，地層巖性為灰、深灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖夾灰綠色含泥長(zhǎng)石石英細(xì)砂巖。

2.2鉆具組合及鉆井參數(shù)

結(jié)合實(shí)際井眼情況，經(jīng)過(guò)軟件模擬計(jì)算，確定水力振蕩器加在距離井底135.54m處。具體鉆具組合如下：Φ311.1PDC鉆頭+Φ244無(wú)扶單彎螺桿（1.25°）+浮閥+Φ203無(wú)磁鉆鋌（MWD）+扶正器+Φ203鉆鋌×12+水力振蕩器+Φ139.7鉆桿。鉆井參數(shù)：鉆壓40—160KN，轉(zhuǎn)速 40+L，泵壓 19Mpa，排量 45L/s，鉆井液性能：密度 1.32g/cm3，粘度 48s。

2.3鉆進(jìn)過(guò)程

本次鉆進(jìn)井段為2724.17m—2997.77m，該井段的地層傾角變化十分明顯，最大地層傾角50.118°（2882 m），這次鉆具組合的目的主要為糾斜鉆進(jìn)。2016年2月13日2：00開(kāi)始下入水力振蕩器，后因定向儀器MWD電池耗盡，于2月17日21：00起鉆更換定向儀器電池和鉆頭，起鉆檢查水力振蕩器工況良好。總進(jìn)尺273.6m，純鉆時(shí)間93.5h，平均機(jī)械鉆速2.93m/h。其中定向井段進(jìn)尺33.08m，平均機(jī)械鉆速1.95m/h；復(fù)合井段進(jìn)尺240.52m，平均機(jī)械鉆速3.14m/h。該井段定向鉆進(jìn)時(shí)鉆時(shí)在13—18min左右，2899m最高鉆時(shí)為21.4min，井斜由3.72°↓2.68°。

3、使用效果分析

3.1“托壓”現(xiàn)象明顯減少

東深1井使用水力振蕩器后，“托壓”現(xiàn)象明顯減少。定向井段的最大鉆壓由原來(lái)的24.6T降低到15.2T，降低幅度38.2%。對(duì)比錄井曲線圖5、圖6可知，定向鉆進(jìn)過(guò)程中鉆壓施加平穩(wěn)，不再需要頻繁活動(dòng)鉆具，從根本上改變了前期無(wú)法定向鉆進(jìn)的情況。有效的控制了井斜和井眼軌跡，保障下部井段正常施工。

3.2定向井段機(jī)械轉(zhuǎn)速明顯提高

水力振蕩器使用后，定向和復(fù)合井段的每米鉆時(shí)明顯加快，定向井段的鉆時(shí)由原來(lái)的85min/m↓21min/m，提高75.3%，如7圖所示。

由上表分析可知水力振蕩器不但改善了以往無(wú)法正常定向鉆進(jìn)的情況，而且定向井段和平均井段的機(jī)械鉆速均得到了成倍的提高。水力振蕩器軸向振動(dòng)克服摩阻可以提高定向井段的機(jī)械鉆速，另一方面其軸向的高頻振動(dòng)可以對(duì)鉆頭形成類似于沖擊鉆井的效果，進(jìn)一步提高平均機(jī)械鉆速。東深1井采用水力振蕩器鉆進(jìn)后，定向井段的鉆進(jìn)機(jī)械鉆速提高107%、平均井段的機(jī)械鉆速提高97.9%，取得了非常顯著的鉆井效果。

4、結(jié)論及建議

1）東深1井二開(kāi)井段使用水力振蕩器后，不僅極大的減少了“托壓”現(xiàn)象，而且定向井段和平均井段的機(jī)械鉆速均得到成倍的提高，可見(jiàn)水力振蕩器在降低摩阻和提高機(jī)械鉆速方面的效果十分明顯。

2）高家邊組地層自然傾角大，定向糾斜過(guò)程中發(fā)現(xiàn)摩阻有增大趨勢(shì)時(shí)，要盡早使用水力振蕩器。避免因“拐點(diǎn)”增多、摩阻增大，出現(xiàn)“托壓”嚴(yán)重和無(wú)法正常定向鉆進(jìn)的被動(dòng)局面。

3）高家邊地層巖性致密，壓實(shí)程度高，可鉆性較差，嘗試使用水力振蕩器+無(wú)扶正器彎螺桿+PDC組合，可以明顯改善鉆壓傳遞效果，避免了PDC冠狀齒、外排齒因大鉆壓沖擊形成的早期破壞，且該鉆具組合降斜效果明顯。

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作者簡(jiǎn)介：程彥紅（1981—），男，山西左權(quán)人，2005年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東）石油工程專業(yè)，工程師，主要從事石油工程鉆井現(xiàn)場(chǎng)施工、鉆井技術(shù)研究及技術(shù)管理工作。