喬宏實婁小娟吳斌（.大港油田渤海鉆探定向井公司， 天津 30080；.大港油田勘探開發(fā)研究院， 天津 30080）

水力振蕩器提高特殊井型定向速度實用性分析

喬宏實1婁小娟2吳斌1（1.大港油田渤海鉆探定向井公司， 天津 300280；2.大港油田勘探開發(fā)研究院， 天津 300280）

在水平井施工過程中，由于裸眼段增長，井斜角增大，逐漸在下井壁形成巖屑床，造成鉆具與井壁之間的摩擦阻力越來越大，出現(xiàn)嚴重的拖壓、粘附卡鉆現(xiàn)象，特別是導致滑動鉆進模式下機械鉆速降低，甚至不能滑動鉆進調(diào)整井眼軌跡。在A油田水平井軌跡控制過程中，通過反復摸索和實踐，在鉆具組合中合理位置加裝水力震蕩器，有效地解決了深造斜點、長半徑水平井軌跡控制的問題，即挖掘了常規(guī)定向鉆具的潛力，又降低了建井成本。

拖壓；水力振蕩器；滑動鉆進

1 概況

A油田位于伊拉克東南部，油田面積約300km2，至今已經(jīng)成功鉆井100余口， 目前開發(fā)的主力層位為Mishrif油層，井眼軌跡設計過程中為了規(guī)避在上部經(jīng)驗的鹽膏層復雜井段定向施工，設計為在8-1/2”井眼2500m左右，以5°/30m造斜率的單圓弧剖面定向施工到油層段。水平井鉆進至45°井斜后，常規(guī)定向鉆具組合遭遇到磨阻扭矩過大的瓶頸，很難采用滑動鉆進實施軌跡調(diào)整。

2 水力振蕩器結(jié)構與工作原理

水力振蕩器由動力部分、閥門和軸承系統(tǒng)、震蕩短節(jié)三部分組成（如圖1所示）。其動力部分為定轉(zhuǎn)子比為2∶1的容積式馬達，下端與閥門和軸承系統(tǒng)相連接，連接部位有耐磨套和固定閥盤。當鉆井液驅(qū)動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)子在定子型腔內(nèi)帶動下端的動閥片做行星運動，使動閥片與固定閥盤周期性的重合與分離，由此造成節(jié)流面積改變，產(chǎn)生一定頻率的壓力脈沖。在壓力脈沖的作用下，震蕩短節(jié)內(nèi)的彈簧周期性收縮，震蕩短節(jié)內(nèi)的活塞在壓差和彈簧的雙重作用下做軸向往復運動，帶動通過芯軸連接的鉆柱做軸向往復運動。震蕩頻率和活塞的收縮量受鉆井液排量的影響，排量越大震蕩頻率越高，活塞收縮量越大。在高頻次的往復運動下和鉆壓推動下，水利振蕩器附近的鉆柱與井壁的靜摩擦轉(zhuǎn)變成了動摩擦，鉆柱承受的摩擦阻力大大降低，提高了鉆壓傳遞效率。

圖1 水力振蕩器結(jié)構示意圖

3 現(xiàn)場應用介紹

A油田主力目的層為Mishrif油層，軌跡設計為深定向長半徑水平井，造斜段和穩(wěn)斜段地層的巖性主要為石灰?guī)r，含有少量泥灰?guī)r、頁巖夾層。歷史資料顯示當水平分支井井斜達到45°，摩阻力逐漸增加，滑動鉆進困難。尤其是在6”井眼內(nèi)，由于全井使用3-1/2”小鉆桿后，出現(xiàn)嚴重的拖壓和粘附卡鉆現(xiàn)象，滑動鉆進困難，機械鉆速明顯下降，井下事故風險提高。軟件模擬計算結(jié)果顯示，水平段鉆進過程中通常在鉆壓大于2噸后發(fā)生正弦屈曲、鉆壓大于2.5噸后發(fā)生螺旋彎曲。例如部署在A油田133平臺的一口五開長半徑水平分支井，目的層Mishrif層埋藏深度為海拔-2950米～-3000米，主枝位移1477米，側(cè)枝位移1246米。當施工至3759m時出現(xiàn)嚴重的拖壓現(xiàn)象，軌跡控制困難，起鉆下入帶水利振蕩器的定向鉆具組合后，顯著提高了鉆井效率。

4 經(jīng)濟效益和實用性對比

（1）含水力振蕩器的鉆具組合與普通定向鉆具組合對比：普通定向鉆具在本區(qū)塊鉆至水平井段300m后基本不能實現(xiàn)滑動鉆進。結(jié)果造成：①鉆井成本增加，為了避免滑動鉆進過程中發(fā)生卡鉆，在承擔著井下復雜高風險的情況下仍拖延了建井周期；統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示現(xiàn)場鉆井和相關技術服務方的綜合日費相當于水力振蕩器15天的租賃費。②軌跡控制困難，由此頻繁活動鉆具，且每次有效滑動距離短，定向效果大打折扣，不能實現(xiàn)對井身軌跡的有效控制，甚至出現(xiàn)實鉆軌跡脫靶，達不成地質(zhì)鉆探目的嚴重后果。然而使用水利振蕩器后不僅有效地提高了機械鉆速，而且滿足了滑動鉆進控制軌跡的要求。

（2）帶水力振蕩器的鉆具組合與旋轉(zhuǎn)導向系統(tǒng)對比：旋轉(zhuǎn)導向系統(tǒng)作為目前世界最先進的定向鉆井技術，價格居高不下，雖然使用效果良好，但性價比不高。就本地區(qū)施工統(tǒng)計來看，使用旋轉(zhuǎn)導向系統(tǒng)（不帶井下動力單元的旋轉(zhuǎn)導向系統(tǒng)）后機械鉆速比帶水力振蕩器的普通定向鉆具僅提高了20%，服務價格卻是水力振蕩器的3倍。

5 認識與總結(jié)

①水力振蕩器通過高頻軸向振動使鉆具與井壁之間的靜摩擦變成更小的動摩擦，有效地減弱鉆具托壓，保證鉆壓傳遞使得定向滑動鉆進更為容易實現(xiàn)。②水力振蕩器頻率控制在9-26Hz，遠遠高于MWD/LWD頻率，對儀器信號不產(chǎn)生干擾，具有廣泛的適用性。③哈法亞區(qū)塊水平井使用水利振蕩器后，在控制鉆井成本，提高鉆井效率方面有顯著成效，值得推廣應用。④水力震蕩器的使用，提高了常規(guī)定向鉆具組合的軌跡控制能力，可鉆水平段長度顯著提高。

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［3］胥豪.水力振蕩器在新場氣田新沙21-28H井的應用［J］.天然氣工業(yè)，2013，33（3）：64-67.

喬宏實（1983- ），工程師， 本科學士，2006年畢業(yè)于中國石油大學（華東）石油工程專業(yè)，現(xiàn)就職于渤海鉆探定向井公司，任職伊拉克項目部副經(jīng)理。