172mm水力振蕩器在川西中淺水平井的應用

劉志堅 李 榕

（中國石化西南石油局四川鉆井公司，四川 德陽 618000）

0 引言

川西地區在增儲上產會戰中，天然氣開發水平井規模日益增大。然而在施工過程中，由于川西中淺層具有低孔、致密、非均質性強等地質特征，在造斜井段普遍存在嚴重的托壓、粘卡、鉆頭對工具面控制力差、鉆壓無法有效且真實地傳遞至鉆頭等現象，嚴重制約了鉆速和鉆井效率的進一步提高，成為阻礙川西中淺水平井順利開發的難題［1］。水力振蕩器通過自身產生的縱向振動來提高鉆進過程中鉆壓傳遞的有效性和減少BHA 與井眼之間的摩阻，減少扭轉振動，從而有效提高機械鉆速，縮短鉆井周期［2］。國內多個油田在淺水平井開發中都應用了水力振蕩器，例如長慶油田榆37-2H井、蘇5-3-16H1 井，內蒙古蘇里格區塊蘇36-8-18H 井［3］等，應用效果顯著。針對川西中淺水平井開發的難題，四川鉆井公司在馬蓬23-3HF 井、新沙21-28H 井兩口井的施工過程中使用了NOV 公司的172 mm水力振蕩器。應用效果表明：采用合理的鉆井參數，優選高效鉆頭，配合水力振蕩器進行定向（滑動）鉆進效果明顯，改善了鉆壓傳遞效果；配合PDC 鉆頭，有效地提高了定向能力，同時明顯降低了摩阻，提高了機械鉆速，成功地改善了川西中淺水平井的開發效果。

1 水力振蕩器

水力振蕩器主要由振蕩短節、動力、閥門和軸承系統3部分組成。水力振蕩器通過自身產生的縱向振動來提高鉆進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，這意味著水力振蕩器可以在各種鉆進模式中，特別是在使用動力鉆具的定向鉆進中改善鉆壓的傳遞，減少鉆具組合粘卡的可能性，減少扭轉振動［4］。

1.1 工作原理

工具安放位置原則：當工具用于比較彎曲的井眼中，或重力集中效應發生在離井底較遠井段時,將工具組合在上部鉆桿中能最大限度發揮工具的功能。水力振蕩器規格及技術范圍如表1所示。

表1 水力振蕩器規格及技術范圍表

1.2 功能及技術優勢

水力振蕩器具有以下功能及技術優勢［5-6］：①依靠振動改善井下鉆壓傳遞效果。在進行定向（滑動）鉆進時效果明顯，同時降低滑動鉆進時的粘卡趨勢。②有效提高機械鉆速。配合PDC鉆頭提高定向能力，使PDC 鉆頭滑動鉆進更加容易，顯著提高定向鉆進和轉盤鉆進速度。③明顯降低摩阻。尤其適用于井下動力鉆具定向鉆進的情況，為常規的井下動力鉆具提供了更易操作的窗口。④與MWD／LWD兼容，增加了水力振蕩器的實用性。⑤與各種鉆頭均配合良好?？赏垒嗐@頭和PDC 鉆頭一起使用，對鉆頭牙齒或軸承無沖擊損壞，延長了PDC 鉆頭使用壽命。

2 水力振蕩器使用效果對比分析

馬蓬23-3HF 井是西南油氣分公司部署在川西坳陷馬井構造的一口二開制水平井，設計井深為2 602 m，水平段長990 m。新沙21-28H井是四川盆地川西坳陷新場構造北翼的一口中深水平井，設計井深為3 206 m，水平段長854.27 m。

2.1 馬蓬23-3HF井應用情況

馬蓬23-3HF井使用水力振蕩器從井深1390.77 m鉆至1 733 m，其中累計定向鉆進進尺為221.23 m，純鉆時間為50.8 h，定向平均鉆速為4.4 m／h。將同井場兩口未使用水力振蕩器的鄰井馬蓬23-1H 井、馬蓬23-2H 井與使用水力振蕩器的馬蓬23-3HF井，在機械鉆速、造斜段鉆井周期方面取得的鉆井效率進行對比分析，結果見表2、表3。

馬蓬23-3HF 井施工過程中優選 215.9mmABS1605F 高效鉆頭，鉆井參數為：鉆壓60～100 kN，轉速40 r／min+螺桿，排量22～26 L／s，泵壓19～22 MPa，鉆井液密度1.47～1.62 g／cm3。

表2 水力振蕩器使用效果表

表3 同井場3口井造斜段鉆井周期對比情況表

從表2、表3 可以看出：①配合使用 172mm水力振蕩器后，鉆具發生周期性震蕩，基本消除了托壓現象，定向時工具面穩定，調整工具面時間大幅減少，綜合平均機械鉆速比鄰井最高紀錄提高了84.6%，滑動平均鉆速比鄰井最高紀錄提高了50%；②自造斜點1130 m處開始使用常規造斜，鉆至井深1390.77 m處，井斜增至40.7°，鉆井時間為4.53 d。增加水力振蕩器后，井斜從40.7°增至88.49°，鉆至井深1 612 m 處，鉆井時間為3 d，累計造斜時間為7.53 d，比鄰井定向造斜段最高紀錄鉆井周期縮短了3.27 d，即同鄰井相比最低造斜鉆井周期縮短率為30%。

2.2 新沙21-28H井應用情況

新沙21-28H井使用水力振蕩器從井深2 048.28 m鉆至2 468.30 m，井斜從28.6°增至89°并進入水平段。其中累計定向鉆進進尺為175 m，純鉆時間為87.23 h，定向平均鉆速為2.01 m／h，累計復合鉆進進尺為245 m，純鉆時間為29.13 h，復合平均鉆速為8.41 m／h（表4）。

在新沙21-28H 井鉆井過程中，優選 215.9 mmABS1605F 高效鉆頭。鉆井參數為：鉆壓80～100 kN，轉速60 r／min+螺桿，排量23～25 L／s，泵壓21～22 MPa，鉆井液密度1.86～1.91 g／cm3。

表4 水力振蕩器使用效果表

3 結論與建議

1）在同等條件下，綜合機械鉆速比鄰井最高紀錄提高了84.6%；滑動平均鉆速比鄰井最高紀錄提高了50%。在定向鉆進施工中，對于使用水力振蕩器的井段，工具面穩定，減輕了鉆具在大斜度井段的摩阻，同時也形成了更好的井眼軌跡。在降低擺工具面時間和起下鉆頻率的同時，也有效地降低了下步施工中的風險，提高了綜合鉆井效益。

2）在該區塊類似井段推廣水力振蕩器，消除了該區塊定向和水平鉆進中的托壓現象，提高了機械鉆速，降低了鉆井周期，減少了鉆井事故發生的機率。

3）推薦使用更高排量的鉆井泵，在滿足水力振蕩器對工作排量要求的同時，也能提高井眼清洗效果，從而進一步降低井底巖屑堆積造成的摩阻，進一步提高機械鉆速。水力振蕩器推薦的正常工作排量為25～38 L／s，但由于高密度和井隊設備配套的影響，實際排量最大只能達到24 L／s，僅達到水力振蕩器要求的排量下限，在一定程度上也會影響水力振蕩器工作性能的充分發揮。

4）在條件允許的情況下，選用降低水頭損失的工具。比如在上部鉆具使用較大直徑的鉆桿（如139.7 mm）以減少管內壓力損耗，在井下選用壓降較小的工具和測量儀器等。

5）進一步改進水力振蕩器以降低工作壓耗，增大應用范圍。目前所用水力振蕩器工作壓降高達5～7 MPa，對鉆井泵要求較高，同時長期高壓作業造成的施工風險也急劇增大。

［1］羅朝東，李國嘉，石鎖政，等.川西淺層水平井軌跡控制技術［J］.價值工程，2012（8）：2-3.

［2］林元華，黃萬志，施太和，等.水力加壓器研制及應用［J］.石油鉆采工藝，2003，25（3）：1-3.

［3］石崇東，黨克軍，張軍，等.水力振蕩器在蘇36-8-18H井的應用［J］.石油機械，2012，40（3）：1-3.

［4］陳武君，邢世奇，彭漢標.井下液力推進器的研制與應用［J］.石油鉆探技術，1999，27（5）：37.

［5］王誼，施連海.水力脈動沖擊鉆井工具初步研究與試驗［J］.石油鉆探技術，2006，34（2）：48-49.

［6］謝桂芳.水力加壓器在鉆井施工中的作用［J］.石油礦場機械，2009，38（5）：90.