吳德勝，黃 瑞，張 楠，王巧靈，趙 愷

（1.新疆油田分公司工程技術(shù)研究院，新疆 克拉瑪依 834000；2.中國(guó)石油大學(xué)（北京）克拉瑪依校區(qū)石油學(xué)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(yè)巖油井控儲(chǔ)量達(dá)到11.30×108t，技術(shù)可采儲(chǔ)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(jí)值6～7級(jí)，研磨性4～6級(jí)，研磨性強(qiáng)，可鉆性差，機(jī)械鉆速低，鉆井周期長(zhǎng)。目前，國(guó)內(nèi)非常規(guī)油氣藏水平井多采用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具作為提速工具，但存在數(shù)量有限、價(jià)格昂貴的問(wèn)題。為落實(shí)油田建產(chǎn)計(jì)劃，需優(yōu)選一種可替代旋轉(zhuǎn)導(dǎo)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(gòu)及工作原理。水力振蕩器包括脈沖發(fā)生器及軸向推進(jìn)器兩部分。脈沖發(fā)生器包含驅(qū)動(dòng)馬達(dá)總成及脈沖閥總成，分別含有旁通閥、螺桿及偏心凸輪、動(dòng)閥體、定閥體五大配件；軸向推進(jìn)器則由上接頭、振動(dòng)體、脈沖活塞、防掉接頭、碟簧激振機(jī)構(gòu)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(dòng)和軸向推力，使靜摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)摩擦，并產(chǎn)生高頻低幅振動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)降低摩阻，解決托壓?jiǎn)栴}，提高機(jī)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(jī)械鉆速的作用，已在國(guó)內(nèi)外得到廣泛地現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證。Al-Buali M等對(duì)科威特地區(qū)水平段鉆進(jìn)使用水力振蕩器分析得到，使用該工具水平段最大可鉆進(jìn)長(zhǎng)度比不使用時(shí)長(zhǎng)500多米，摩擦系數(shù)減小26%左右。張茂林等對(duì)吉木薩爾地區(qū)采用水力振蕩器進(jìn)行水平段鉆進(jìn)的情況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)使用該工具時(shí)滑動(dòng)鉆進(jìn)機(jī)械鉆速提高48.16%，復(fù)合鉆進(jìn)機(jī)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(dá)總成、萬(wàn)向軸總成及傳動(dòng)軸總成四個(gè)部件組成。該鉆具工作時(shí)，鉆井液攜帶水力能經(jīng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為鉆頭輸出的機(jī)械能。鉆井過(guò)程中，鉆頭轉(zhuǎn)速及鉆壓與機(jī)械鉆速正相關(guān)，提高機(jī)械鉆速需提高鉆頭轉(zhuǎn)速與鉆壓?；诖怂枷耄舅_爾頁(yè)巖油區(qū)塊引進(jìn)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(bǔ)強(qiáng)橡膠性能，提高螺桿輸出功率，其室內(nèi)對(duì)比實(shí)驗(yàn)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(dá)承壓能力更高、轉(zhuǎn)動(dòng)損失更小、承壓能力更高，同時(shí)大壓差時(shí)轉(zhuǎn)速比普通橡膠的高，輸出功率高。

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果分析

2.1 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用統(tǒng)計(jì)分析

目前，吉木薩爾地區(qū)水平段鉆進(jìn)已使用普通螺桿、大功率螺桿、國(guó)產(chǎn)水力振蕩器結(jié)合大功率螺桿及旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具作為井下動(dòng)力鉆具，對(duì)各類(lèi)工具使用效果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 使用不同工具時(shí)的機(jī)械鉆速

由圖1可知，淺層二開(kāi)水平井水平段使用大功率螺桿結(jié)合水力振蕩器時(shí)，平均機(jī)速達(dá)到8m／h，相對(duì)于僅采用大功率螺桿提速100%，略低于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具的平均機(jī)速8.6m／h；深層三開(kāi)水平井水平段使用大功率螺桿結(jié)合水力振蕩器時(shí)，其平均機(jī)速為5.5m／h，分別提速14.6%、96.4%，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具仍具有最好的提速效果，平均機(jī)速為8m／h。結(jié)果顯示，淺層二開(kāi)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(dǎo)向工具，鉆進(jìn)效果遠(yuǎn)好于僅采用大功率螺桿或普通螺桿；深層三開(kāi)水平井中水平段采用大功率螺桿結(jié)合水力振蕩器時(shí)，鉆進(jìn)效果同樣遠(yuǎn)優(yōu)于僅采用大功率螺桿或普通螺桿，但低于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具。

2.2 典型井例分析

1）單井水平段不同工具使用實(shí)際效果分析——以J10028_H井為例。

J10028_H井鉆至3595m后，開(kāi)始水平段鉆進(jìn)，至5550m完鉆。水平段鉆進(jìn)過(guò)程中，前后分別采用了大功率螺桿鉆具、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具及水力振蕩器結(jié)合大功率螺桿鉆具組合進(jìn)行提速，該井水平段瞬時(shí)機(jī)速見(jiàn)圖2。

圖2 J10028_H井水平段瞬時(shí)機(jī)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(dòng)力工具提速效果較好，相對(duì)于僅采用大功率螺桿鉆具，鉆速提高了126.4%；相對(duì)于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具，鉆速提高了20.6%。在J10028_H井水平段鉆進(jìn)階段，大功率螺桿結(jié)合水力振蕩器作為井下動(dòng)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(shí)際使用效果分析。

JHW01022井同樣為該區(qū)二開(kāi)水平井，水平段采用水力振蕩器+大功率螺桿提速組合鉆進(jìn)。該井水平段一趟鉆完鉆，鉆進(jìn)過(guò)程順利，實(shí)際進(jìn)尺1646m，平均機(jī)速高達(dá)9.6m／h。相關(guān)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(pán)轉(zhuǎn)速上限提高至80r／min，鉆頭仍為該區(qū)應(yīng)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(wú)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(shí)現(xiàn)“一趟鉆”完鉆，且平均機(jī)械鉆速達(dá)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(shì)充分展現(xiàn)，客觀說(shuō)明該區(qū)二開(kāi)水平井水平段采用水力振蕩器+大功率螺桿導(dǎo)向組合可替代旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向。

3 結(jié)論

1）水力振蕩器及大功率螺桿的提速作用機(jī)理互補(bǔ)，兩者配合使用提速效果更優(yōu)。吉木薩爾頁(yè)巖油區(qū)塊現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明：淺層二開(kāi)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(dǎo)向工具；而深層三開(kāi)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(dǎo)向工具相比仍有一定差距。2）典型井實(shí)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(dǎo)向工具的使用潛力，且可實(shí)現(xiàn)1500m左右水平段“一趟鉆”，可為同類(lèi)非常規(guī)油藏水平井提速提供借鑒。