吳德勝，黃 瑞，張 楠，王巧靈，趙 愷

（1.新疆油田分公司工程技術研究院，新疆 克拉瑪依 834000；2.中國石油大學（北京）克拉瑪依校區(qū)石油學院，新疆 克拉瑪依 834000）

吉木薩爾凹陷蘆草溝組埋藏深度為3000～4500m，厚度為100～320m，面積約為1300 km2，其頁巖油井控儲量達到11.30×108t，技術可采儲量為1.10×108t，資源潛力巨大［1］。蘆草溝組地層巖性主要為白云質(zhì)砂巖、白云巖，地層膠結(jié)致密，可鉆性級值6～7級，研磨性4～6級，研磨性強，可鉆性差，機械鉆速低，鉆井周期長。目前，國內(nèi)非常規(guī)油氣藏水平井多采用旋轉(zhuǎn)導向工具作為提速工具，但存在數(shù)量有限、價格昂貴的問題。為落實油田建產(chǎn)計劃，需優(yōu)選一種可替代旋轉(zhuǎn)導向工具的低成本提速鉆具組合［2］。

1 水力振蕩器+大功率螺桿鉆具組合

1.1 水力振蕩器

1）水力振蕩器結(jié)構及工作原理。水力振蕩器包括脈沖發(fā)生器及軸向推進器兩部分。脈沖發(fā)生器包含驅(qū)動馬達總成及脈沖閥總成，分別含有旁通閥、螺桿及偏心凸輪、動閥體、定閥體五大配件；軸向推進器則由上接頭、振動體、脈沖活塞、防掉接頭、碟簧激振機構和外殼體六部分組成［3］。

在鉆井液作用下，工具產(chǎn)生徑向振動和軸向推力，使靜摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽Σ?，并產(chǎn)生高頻低幅振動，從而實現(xiàn)降低摩阻，解決托壓問題，提高機械鉆速。

2）水力振蕩器使用性能。水力振蕩器能有效地降低摩阻、提高機械鉆速的作用，已在國內(nèi)外得到廣泛地現(xiàn)場驗證。Al-Buali M等對科威特地區(qū)水平段鉆進使用水力振蕩器分析得到，使用該工具水平段最大可鉆進長度比不使用時長500多米，摩擦系數(shù)減小26%左右。張茂林等對吉木薩爾地區(qū)采用水力振蕩器進行水平段鉆進的情況進行分析，發(fā)現(xiàn)使用該工具時滑動鉆進機械鉆速提高48.16%，復合鉆進機械鉆速提高15.28%。

1.2 大功率螺桿

螺桿鉆具主要由旁通閥總成、馬達總成、萬向軸總成及傳動軸總成四個部件組成。該鉆具工作時，鉆井液攜帶水力能經(jīng)螺桿轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為鉆頭輸出的機械能。鉆井過程中，鉆頭轉(zhuǎn)速及鉆壓與機械鉆速正相關，提高機械鉆速需提高鉆頭轉(zhuǎn)速與鉆壓?；诖怂枷耄舅_爾頁巖油區(qū)塊引進一種大功率螺桿，其采用新型高性能橡膠配方，使用納米材料補強橡膠性能，提高螺桿輸出功率，其室內(nèi)對比實驗結(jié)果如表1所示。

表1 普通橡膠螺桿和大功率橡膠螺桿的性能參數(shù)

由表1可看出，該大功率螺桿馬達承壓能力更高、轉(zhuǎn)動損失更小、承壓能力更高，同時大壓差時轉(zhuǎn)速比普通橡膠的高，輸出功率高。

2 現(xiàn)場應用及效果分析

2.1 現(xiàn)場應用統(tǒng)計分析

目前，吉木薩爾地區(qū)水平段鉆進已使用普通螺桿、大功率螺桿、國產(chǎn)水力振蕩器結(jié)合大功率螺桿及旋轉(zhuǎn)導向工具作為井下動力鉆具，對各類工具使用效果進行統(tǒng)計，結(jié)果見圖1。

圖1 使用不同工具時的機械鉆速

由圖1可知，淺層二開水平井水平段使用大功率螺桿結(jié)合水力振蕩器時，平均機速達到8m／h，相對于僅采用大功率螺桿提速100%，略低于旋轉(zhuǎn)導向工具的平均機速8.6m／h；深層三開水平井水平段使用大功率螺桿結(jié)合水力振蕩器時，其平均機速為5.5m／h，分別提速14.6%、96.4%，旋轉(zhuǎn)導向工具仍具有最好的提速效果，平均機速為8m／h。結(jié)果顯示，淺層二開水平井中水平段采用大功率螺桿結(jié)合水力振蕩器基本能替換旋轉(zhuǎn)導向工具，鉆進效果遠好于僅采用大功率螺桿或普通螺桿；深層三開水平井中水平段采用大功率螺桿結(jié)合水力振蕩器時，鉆進效果同樣遠優(yōu)于僅采用大功率螺桿或普通螺桿，但低于旋轉(zhuǎn)導向工具。

2.2 典型井例分析

1）單井水平段不同工具使用實際效果分析——以J10028_H井為例。

J10028_H井鉆至3595m后，開始水平段鉆進，至5550m完鉆。水平段鉆進過程中，前后分別采用了大功率螺桿鉆具、旋轉(zhuǎn)導向工具及水力振蕩器結(jié)合大功率螺桿鉆具組合進行提速，該井水平段瞬時機速見圖2。

圖2 J10028_H井水平段瞬時機速

由圖2可看出，水力振蕩器結(jié)合大功率螺桿作為井下動力工具提速效果較好，相對于僅采用大功率螺桿鉆具，鉆速提高了126.4%；相對于旋轉(zhuǎn)導向工具，鉆速提高了20.6%。在J10028_H井水平段鉆進階段，大功率螺桿結(jié)合水力振蕩器作為井下動力工具，提速效果最好。

2）典型井——JHW01022井水平段水力振蕩器+大螺桿鉆具組合實際使用效果分析。

JHW01022井同樣為該區(qū)二開水平井，水平段采用水力振蕩器+大功率螺桿提速組合鉆進。該井水平段一趟鉆完鉆，鉆進過程順利，實際進尺1646m，平均機速高達9.6m／h。相關鉆井參數(shù)：鉆壓上限提高至120kN，排量為28～32L／s，泵壓為21～26MPa，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速上限提高至80r／min，鉆頭仍為該區(qū)應用效果較好的KS1652DGRX。該井的鉆具組合：Φ215.9mmPDC鉆頭 +Φ172mm單彎螺桿（1.25°， Φ212mm 扶 正 器 ）+LWD+MWD+Φ127mm無磁承壓鉆桿（1根）+Φ127mm加重鉆桿（3根）+隨鉆震擊器+Φ127mm加重鉆桿（3根）+Φ127mm斜坡鉆桿（18根）+水力振蕩器+Φ127mm斜坡鉆桿（180根）+Φ127mm加重鉆桿（27根）+Φ127mm鉆桿。該井水平段實現(xiàn)“一趟鉆”完鉆，且平均機械鉆速達到9.6m／h，水力振蕩器的降摩阻效果、大功率螺桿的提速優(yōu)勢充分展現(xiàn)，客觀說明該區(qū)二開水平井水平段采用水力振蕩器+大功率螺桿導向組合可替代旋轉(zhuǎn)導向。

3 結(jié)論

1）水力振蕩器及大功率螺桿的提速作用機理互補，兩者配合使用提速效果更優(yōu)。吉木薩爾頁巖油區(qū)塊現(xiàn)場實踐表明：淺層二開水平井水平段使用大功率螺桿結(jié)合水力振蕩器提速效果最好，可替代旋轉(zhuǎn)導向工具；而深層三開水平段，該鉆具組合同樣具備一定的提速效果，但與旋轉(zhuǎn)導向工具相比仍有一定差距。2）典型井實例表明，水力振蕩器結(jié)合大功率螺桿具備優(yōu)于旋轉(zhuǎn)導向工具的使用潛力，且可實現(xiàn)1500m左右水平段“一趟鉆”，可為同類非常規(guī)油藏水平井提速提供借鑒。