李長瑞

[摘 要]在四川盆地水平井施工時常遇到托壓現(xiàn)象，不但嚴(yán)重影響鉆井速度，而且導(dǎo)致了水平段延伸難以到位，難以實現(xiàn)地質(zhì)目標(biāo)，鉆井周期超過預(yù)期，嚴(yán)重的甚至?xí)砭聫?fù)雜情況發(fā)生。本文主要探討水力振蕩器有效的解決托壓現(xiàn)象的途徑。

[關(guān)鍵詞]四川盆地 托亞 水力振蕩器 機(jī)械鉆速

中圖分類號：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）25-0390-02

隨著川西地區(qū)天然氣開發(fā)水平井規(guī)模日益增大，在水平井施工過程中，特別是造斜井段存在嚴(yán)重的托壓現(xiàn)象。鉆頭對工具面控制力差、鉆壓無法有效、真實的傳遞至鉆頭，在鉆井施工過程中，由于扭矩較大，經(jīng)常憋停轉(zhuǎn)盤，導(dǎo)致無法正常鉆進(jìn)。

川西盆地水平井的主要地質(zhì)目的層為J2s，主要巖性為泥巖，粉砂巖與砂巖互層。在設(shè)計井眼軌跡時，使用較大造斜率（6°-7°/30m）鉆成“直-增-穩(wěn)-增-穩(wěn)”剖面類型的井眼軌跡。而為了穩(wěn)定控制工具面，造斜段一般采用滑動鉆進(jìn)，滑動摩阻相對較大，從而形成托壓現(xiàn)象。為了解決此問題，并提高機(jī)械鉆速，形成更好的井眼軌跡，在鉆井施工中使用新型工具-水力振蕩器。

1、水力振蕩器介紹

1.1 水力振蕩器的結(jié)構(gòu)

水力振蕩器（Agitator drilling enhancement tool，簡稱AGT）主要由三部分機(jī)械組成部分：（1）振蕩短節(jié)；（2）動力部分；（3）閥門和軸承系統(tǒng)。

1.2 水力振蕩器的功能原理

通過自身產(chǎn)生的縱向振動可使鄰近鉆具組合產(chǎn)生小幅度的軸向振動，它從而有效改善鉆壓向鉆頭傳遞，同時將鉆具與井壁的靜摩擦變?yōu)閯幽Σ粒?減小摩阻，消除在定向鉆進(jìn)中的托壓現(xiàn)象，穩(wěn)定地控制工具面，減小鉆柱的粘滑振動，同時減少粘吸卡鉆的風(fēng)險，減少鉆具組合粘卡的可能性，減少扭轉(zhuǎn)振動。。對于大曲率井眼和大位移井，使常規(guī)井下動力鉆具組合鉆進(jìn)時所能鉆達(dá)的深度受到限制，水力振蕩器特有的縱向振動特性，可使定向機(jī)械鉆速更快，使大位移井水平位移延伸更遠(yuǎn)。

1.3 水力振蕩器安放位置原則

當(dāng)工具用于比較彎曲井眼中， 或重力集中效應(yīng)發(fā)生在離井底較遠(yuǎn)井段時， 將工具組合在上部鉆桿中能最大發(fā)揮工具功能。

2、水力振蕩器的應(yīng)用

川西地區(qū)天然氣開發(fā)水平井開發(fā)，主要在四川盆地川西坳陷新場構(gòu)造、川西坳陷中江鼻狀構(gòu)造、川西坳陷馬井構(gòu)造等區(qū)塊進(jìn)行開發(fā)，本文從該三個構(gòu)造區(qū)塊中分別選新沙22-3HF井、江沙24-3HF井和馬蓬23-3HF井的應(yīng)用效果進(jìn)行分析。

2.1 川西坳陷新場構(gòu)造的應(yīng)用及效果

2.1.1 施工井概況

新沙22-3HF井在四川盆地川西坳陷新場構(gòu)造軸部一口三開制水平井，井場位于四川省德陽市德新鎮(zhèn)長江村十組。設(shè)計水平段設(shè)計垂深2280m，斜深3405m。

2.1.2 AGT鉆具組合及鉆井參數(shù)

使用AGT工具時采用的鉆具組合為：Φ215.9ABS1605Fbit+Φ172*1.5°單彎螺桿+回壓閥+Φ127NMDC+Φ177.8MWD無磁短節(jié)懸+Φ127DP8柱+AGT+Φ127DP+旁通閥+127HWDP*10柱+127DP。

鉆井參數(shù)：鉆壓：6t，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速：60+Mr/min，排量：29l/s，泵壓：27MPa，鉆井液密度：1.8g/cm3。

2.1.3 使用效果

該井從1930m開始造斜，鉆進(jìn)至2107m，井斜從0°增斜至28.3°，總進(jìn)尺177m，平均鉆速為1.74m/h，滑動平均鉆速為1.66m/h。使用AGT工具從井深2107m鉆進(jìn)至井深2530m，總進(jìn)尺423m，平均鉆速為2.54m/h，滑動平均鉆速為2.0m/h。因螺造斜段完而起鉆。鉆進(jìn)過程中在水力振蕩器的作用下，鉆具發(fā)生周期性振蕩，基本消除了托壓現(xiàn)象，定向時工具面穩(wěn)定，調(diào)整工具面的時間大幅減少。使用AGT后，滑動平均鉆速提高了20.5%，使用AGT后，綜合平均機(jī)械鉆速提高了46.0%。

2.2 川西坳陷中江鼻狀構(gòu)造中應(yīng)用

2.2.1 施工井概況

江沙24-3HF井是在四川盆地川西坳陷中江鼻狀構(gòu)造布置的一口中深開發(fā)水平井，設(shè)計井深為3222米，造斜點為1700米。

2.2.2 AGT鉆具組合及鉆井參數(shù)

使用AGT工具時采用的鉆具組合為：Φ215.9bit+1.25°單彎螺桿+回壓閥+NMDP+MWD短節(jié)+φ127DP×15柱+φ159IAR+φ127DP×2柱+AGT+旁通閥+φ127HWDP×35柱+φ127DP

鉆壓：4～20t，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速：45+Mr/min，排量：27～28l/s，泵壓：24MPa，鉆井液密度：1.88g/cm3。

2.2.3 使用效果

該井在井深3012.42m開始下入水利振蕩器，在下至2500m時，遇阻嚴(yán)重，采取上下竄動，劃眼，定向下放等措施均無效果，遂準(zhǔn)備起鉆；然后將水力振蕩器安放在2000m左右，再次下鉆，并順利到底。使用AGT后，扭矩由原來的23kn.m減小到19～20kn.m，使用AGT后，綜合平均機(jī)械鉆速由原來的1.78m/h提高到2.37m/h，提高了33%。

2.3 水力振蕩器在川西坳陷馬井構(gòu)造的應(yīng)用

2.3.1 施工井概況

馬蓬23-3HF井是部署在川西坳陷馬井構(gòu)造的一口二開制水平井，位于四川省什邡市回瀾鎮(zhèn)龍橋村，設(shè)計井深2602m，水平段長990m，本井鉆進(jìn)至設(shè)計造斜點1130m。

2.3.2 AGT鉆具組合及鉆井參數(shù)

鉆具組合：φ215.9ABS1605FBIT+1.5°單彎螺桿+回壓閥+φ158.8NMDC+MWD懸掛短節(jié)及接頭+φ127HWDP*58根+AGT+φ127鉆桿

鉆壓：4～6t，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速：45+Mr/min，排量：28～30l/s，泵壓：22MPa，鉆井液密度：1.88g/cm3。

2.3.3 應(yīng)用效果及鄰井技術(shù)指標(biāo)分析

根據(jù)現(xiàn)場使用，水力振蕩器能夠通過提高水平井造斜段機(jī)械鉆速，從而有效的提高施工效率，縮短鉆井周期。通過與同井場未用水力振蕩器施工的馬蓬23-1H井，馬蓬23-2H井對比。馬蓬23-3HF井使用水力振蕩器井段為1390.77m-1733.00m，為提高可比性，本文所提出的對比井段統(tǒng)一為1390.77m-1620.00m。如圖1

根據(jù)地質(zhì)錄井儀器統(tǒng)計數(shù)據(jù)：在1390.00m-1620.00m井段，馬蓬23-3HF井滑動鉆進(jìn)平均鉆時為22min/m，同比馬蓬23-2H井33min/m提高33.33%；同比馬蓬23-1H井38min/m提高42.11%。同時，在滑動鉆進(jìn)時水力振蕩器能夠有效的改善鉆頭對螺桿鉆具工具面的控制，避免了因調(diào)整工具面而頻繁的活動鉆具。由此，在造斜過程中，使用水力振蕩器能夠提高鉆進(jìn)施工效率，縮短鉆井周期。

通過馬蓬23-1H井、馬蓬23-2H井、馬蓬23-3HF井生產(chǎn)時效和錄井鉆時數(shù)據(jù)對比可以發(fā)現(xiàn)馬蓬23-3HF井機(jī)械鉆速最快；

3、總結(jié)及認(rèn)識

3.1 水力振蕩器通過其自身產(chǎn)生的縱向振動來提高鉆進(jìn)過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，特別是在使用動力鉆具的定向鉆進(jìn)中改善鉆壓的傳遞，改善鉆頭對工具面的控制力，減少鉆具組合粘卡的可能性，減少扭轉(zhuǎn)振動，提高機(jī)械鉆速。

3.2 水力振蕩器在使用中壓降為3-4MPa，鉆進(jìn)過程泵壓較高，井隊使用F-1300鉆井液泵配合170mm直徑缸套施工泵壓最高達(dá)23.1MPa；高泵壓施工對設(shè)備承受能力是嚴(yán)峻的考驗，井隊施工排量隨井深而下降，最低27L/S，還空返速較低。

3.3 在下入水力振蕩器前，保證良好的井眼狀態(tài)、良好的鉆井液性能特別是流變性是提高施工效率的關(guān)鍵。

3.4 施工中可根據(jù)現(xiàn)場情況靈活調(diào)整水力振蕩器位置，避免MWD儀器出現(xiàn)故障，影響生產(chǎn)。