摘 要：臨盤(pán)工區(qū)，夏70塊定向井軌道屬于典型的高摩阻定向井軌道，解決高摩阻定向托壓是高摩阻定向井提速的關(guān)鍵技術(shù)。定向井的高摩阻主要?dú)w因于設(shè)計(jì)軌道的復(fù)雜化，表現(xiàn)為多段制化、長(zhǎng)裸眼化、大井斜化、大位移化及三維空間化等特征，伴隨出現(xiàn)了定向托壓?jiǎn)栴}和鉆頭粘滑振動(dòng)破巖效率低等問(wèn)題。水力振蕩器是一種新型防托壓減阻工具，主要優(yōu)點(diǎn)在于減小摩阻，防止托壓，產(chǎn)生縱向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使鉆具在井下的靜摩擦變成動(dòng)摩擦，大大降低了摩擦阻力，保證有效的鉆壓，提高機(jī)械鉆速。在夏70塊的夏70-斜075井等10口井中推廣應(yīng)用水力振蕩器和配套軌跡優(yōu)化控制技術(shù)，取得了良好的防托壓和提速效果。

關(guān)鍵詞：高摩阻定向井;防托壓;軌道優(yōu)化;水力振蕩器;鉆井提速

1.高摩阻定向井軌道鉆井提速難點(diǎn)分析

1.1設(shè)計(jì)軌道復(fù)雜摩阻扭矩大

非典型井軌道特點(diǎn)：多段制化、大井斜化、大位移化、三維扭方位化和“S”型降斜化，由于五化特征的存在，實(shí)鉆過(guò)程中摩阻扭矩大，對(duì)鉆速提高的制約主要表現(xiàn)為 1）滑動(dòng)鉆進(jìn)易托壓，定向耗時(shí)長(zhǎng);? 2）復(fù)合鉆進(jìn)扭矩高，鉆井參數(shù)優(yōu)化空間小;

1.2環(huán)空存在巖屑床

大井斜段及軌跡拐點(diǎn)處，環(huán)空下井壁巖屑濃度高，存在巖屑床，使鉆具與鉆井液之間的固液摩擦變成了固 固摩擦，使鉆具受到的摩擦力進(jìn)一步增大，有效清理巖屑床的方法是提高環(huán)空返速及鉆具轉(zhuǎn)速，如表1所示 ，通過(guò)兩表的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：轉(zhuǎn)速120r/min，排量32L/s 以上能有效清理巖屑床，但現(xiàn)場(chǎng)受泵壓、扭矩和儀器等諸多條件限制，所以巖屑床難以清除，導(dǎo)致定向易托壓。

1.3長(zhǎng)裸眼井身結(jié)構(gòu)加劇了地層的高摩阻特性

中高滲透性砂巖地層，泥餅較厚，對(duì)鉆具包角較大，易粘吸鉆具而造成托壓，泥頁(yè)巖井壁不規(guī)則，易形成沙橋，會(huì)增加扶正器、鉆桿接頭等鉆具變徑部分的通過(guò)阻力。

2 高摩阻定向井提速關(guān)鍵技術(shù)

2.1 軌跡優(yōu)化控制

應(yīng)用準(zhǔn)懸鏈線(xiàn)軌道優(yōu)化方法將設(shè)計(jì)軌道的一部分圓弧段和一部分穩(wěn)斜段優(yōu)化為一段曲率遞減或曲率恒定的懸鏈線(xiàn)軌道，充分利用單彎螺桿鉆具的導(dǎo)向增斜特性，減少滑動(dòng)進(jìn)尺，提高機(jī)械鉆速。懸鏈線(xiàn)井的這一獨(dú)特性質(zhì)可減小活動(dòng)鉆具的摩阻力，并將上、下活動(dòng)鉆具的拉力減少到最小程度。多數(shù)定向井，隨著鉆井施工的進(jìn)行，井斜角不斷增加和減少，從而導(dǎo)致了一系列的正弦形狗腿。由于懸鏈線(xiàn)不會(huì)有這種情況，因此，產(chǎn)生鍵槽的可能性大大減少， 扭矩及阻力的減少能夠?qū)︺@頭施加更大的鉆壓以提高機(jī)械鉆速。

2.2 集成應(yīng)用水力振蕩器減阻工具

鉆具組合中加入水力振蕩器，通過(guò)周期性定頻振蕩鉆柱，使得 BHA產(chǎn)生軸向振動(dòng)，將靜摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)摩擦，減少滑動(dòng)鉆進(jìn)和旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)井壁與鉆桿之間的摩擦，提高鉆壓傳遞效率，水力振蕩器在小鉆壓鉆進(jìn)中，可有效地消除鉆具重量在井壁某段的聚集效應(yīng);減少摩阻，防止托壓。水力振蕩器可以有效地減少因井眼軌跡而產(chǎn)生的鉆具托壓現(xiàn)象，如使用大鉆壓鉆進(jìn)， 振動(dòng)短節(jié)的彈簧將受到壓縮， 這樣就會(huì)降低工具的使用效果;在井斜較小的井眼鉆井中， 水力振蕩器應(yīng)安放在受壓位置（中性點(diǎn)以下）， 以避免跳鉆發(fā)生，可以提高高效PDC鉆頭的適用性及高摩阻定向井中PDC鉆頭的連續(xù)鉆進(jìn)能力。

3 水力振蕩器的鉆井提速優(yōu)勢(shì)

3.1 改變鉆頭的加壓方式。把單純的機(jī)械式加壓改為機(jī)械與液力相結(jié)合的加壓方式，為鉆頭提供真實(shí)、有效的鉆壓。

3.2 防托壓效果顯著。減少摩阻，防止托壓。水力振蕩器在鉆進(jìn)過(guò)程中使其上下鉆具在井眼產(chǎn)生縱向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使鉆具在井下的靜摩擦變成動(dòng)摩擦，大大降低了摩擦阻力，工具可以有效地減少因井眼軌跡而產(chǎn)生的鉆具托壓現(xiàn)象，保證有效的鉆壓，提高機(jī)械鉆速。

3.3起到減振效果。鉆進(jìn)過(guò)程中可減少鉆具的橫向振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，從而減少鉆具的疲勞破壞，可延長(zhǎng)鉆柱和鉆頭的使用壽命，降低鉆井成本。

3.4實(shí)現(xiàn)使用螺桿長(zhǎng)距離水平鉆進(jìn)。使用水力振蕩器減少鉆進(jìn)中滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)間，減少倒劃鉆具、短起下次數(shù)，有效保護(hù)頂驅(qū)等設(shè)備。

3.5和MWD/LWD儀器兼容。水力振蕩器頻率高于MWD/LWD儀器，不會(huì)干擾MWD/LWD信號(hào)，同時(shí)，水力振蕩器可降低引起MWD/LWD工具破壞的側(cè)向和周向振動(dòng)。

4 現(xiàn)場(chǎng)提速鉆井應(yīng)用

4.1 夏70-斜075井典型井應(yīng)用

該井原軌道為直—增—穩(wěn)—扭—增—扭—穩(wěn)，井身結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)表層600m，二開(kāi)裸眼段長(zhǎng)3600m ，最大井斜：51.97° ，扭方位量：38°，增斜扭方位的井段側(cè)向力超過(guò)了裸眼經(jīng)驗(yàn)值0.992T/10m的250%。 增斜扭方位的井段側(cè)向力也達(dá)到了0.8-0.9T/10m的臨界狀態(tài)，起下鉆過(guò)程中摩阻30T-50T，滑動(dòng)定向鉆進(jìn)時(shí)摩阻25-35T ，是典型的高摩阻大井斜三維空間軌道。

實(shí)鉆中，通過(guò)優(yōu)化軌跡，將原剖面增斜段的一部分和穩(wěn)斜段的一部分優(yōu)化為“準(zhǔn)懸鏈線(xiàn)”軌道，減少25%的滑動(dòng)進(jìn)尺，二開(kāi)PDC鉆頭+常規(guī)單彎1.5°螺桿鉆具+水力振蕩器組合 ，鉆進(jìn)1990m～2300m的“準(zhǔn)懸鏈線(xiàn)軌道”，導(dǎo)向/定向比31：1，第二段長(zhǎng)穩(wěn)斜段軌道應(yīng)用PDC鉆頭+X：120mY：2m+水力振蕩器鉆具組合，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向/定向比15：1，水力振蕩器效果顯著，單只PDC鉆頭連續(xù)鉆進(jìn)1306m。

5 結(jié)論與建議

（1）在大斜度長(zhǎng)裸眼非典型軌道定向井中，應(yīng)用準(zhǔn)懸鏈線(xiàn)軌道優(yōu)化控制實(shí)鉆軌跡可以減少滑動(dòng)進(jìn)尺，提高軌跡平滑度。

（2）托壓主要由鉆柱與井壁之間的摩擦力造成的，其影響因素包括：井身結(jié)構(gòu)井眼軌跡的平滑度、井眼清潔程度、鉆具組合、鉆井液的潤(rùn)滑性和地層類(lèi)型。

（3）優(yōu)化井眼軌道、優(yōu)化鉆具組合、提高井眼清潔程度、提高鉆井液的潤(rùn)滑性、采用改善托壓的井下工具可以有效控制托壓?jiǎn)栴}。

（4）建議在高摩阻非典型軌道定向井中推廣應(yīng)用水力振蕩器等減阻工具，實(shí)現(xiàn)該類(lèi)型井的優(yōu)快鉆井

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作者簡(jiǎn)介：覃勇，高級(jí)工程師，鉆井專(zhuān)家（1971.12.5-），性別：男，民族：漢族，籍貫：廣西博白，學(xué)歷：本科，研究方向：鉆井技術(shù)管理與新技術(shù)推廣