水力振蕩器提高特殊井型定向速度實(shí)用性分析

喬宏實(shí)婁小娟吳斌（.大港油田渤海鉆探定向井公司， 天津 30080；.大港油田勘探開(kāi)發(fā)研究院， 天津 30080）

水力振蕩器提高特殊井型定向速度實(shí)用性分析

喬宏實(shí)1婁小娟2吳斌1（1.大港油田渤海鉆探定向井公司， 天津 300280；2.大港油田勘探開(kāi)發(fā)研究院， 天津 300280）

在水平井施工過(guò)程中，由于裸眼段增長(zhǎng)，井斜角增大，逐漸在下井壁形成巖屑床，造成鉆具與井壁之間的摩擦阻力越來(lái)越大，出現(xiàn)嚴(yán)重的拖壓、粘附卡鉆現(xiàn)象，特別是導(dǎo)致滑動(dòng)鉆進(jìn)模式下機(jī)械鉆速降低，甚至不能滑動(dòng)鉆進(jìn)調(diào)整井眼軌跡。在A油田水平井軌跡控制過(guò)程中，通過(guò)反復(fù)摸索和實(shí)踐，在鉆具組合中合理位置加裝水力震蕩器，有效地解決了深造斜點(diǎn)、長(zhǎng)半徑水平井軌跡控制的問(wèn)題，即挖掘了常規(guī)定向鉆具的潛力，又降低了建井成本。

拖壓；水力振蕩器；滑動(dòng)鉆進(jìn)

1 概況

A油田位于伊拉克東南部，油田面積約300km2，至今已經(jīng)成功鉆井100余口， 目前開(kāi)發(fā)的主力層位為Mishrif油層，井眼軌跡設(shè)計(jì)過(guò)程中為了規(guī)避在上部經(jīng)驗(yàn)的鹽膏層復(fù)雜井段定向施工，設(shè)計(jì)為在8-1/2”井眼2500m左右，以5°/30m造斜率的單圓弧剖面定向施工到油層段。水平井鉆進(jìn)至45°井斜后，常規(guī)定向鉆具組合遭遇到磨阻扭矩過(guò)大的瓶頸，很難采用滑動(dòng)鉆進(jìn)實(shí)施軌跡調(diào)整。

2 水力振蕩器結(jié)構(gòu)與工作原理

水力振蕩器由動(dòng)力部分、閥門和軸承系統(tǒng)、震蕩短節(jié)三部分組成（如圖1所示）。其動(dòng)力部分為定轉(zhuǎn)子比為2∶1的容積式馬達(dá)，下端與閥門和軸承系統(tǒng)相連接，連接部位有耐磨套和固定閥盤(pán)。當(dāng)鉆井液驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子在定子型腔內(nèi)帶動(dòng)下端的動(dòng)閥片做行星運(yùn)動(dòng)，使動(dòng)閥片與固定閥盤(pán)周期性的重合與分離，由此造成節(jié)流面積改變，產(chǎn)生一定頻率的壓力脈沖。在壓力脈沖的作用下，震蕩短節(jié)內(nèi)的彈簧周期性收縮，震蕩短節(jié)內(nèi)的活塞在壓差和彈簧的雙重作用下做軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)通過(guò)芯軸連接的鉆柱做軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。震蕩頻率和活塞的收縮量受鉆井液排量的影響，排量越大震蕩頻率越高，活塞收縮量越大。在高頻次的往復(fù)運(yùn)動(dòng)下和鉆壓推動(dòng)下，水利振蕩器附近的鉆柱與井壁的靜摩擦轉(zhuǎn)變成了動(dòng)摩擦，鉆柱承受的摩擦阻力大大降低，提高了鉆壓傳遞效率。

圖1 水力振蕩器結(jié)構(gòu)示意圖

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用介紹

A油田主力目的層為Mishrif油層，軌跡設(shè)計(jì)為深定向長(zhǎng)半徑水平井，造斜段和穩(wěn)斜段地層的巖性主要為石灰?guī)r，含有少量泥灰?guī)r、頁(yè)巖夾層。歷史資料顯示當(dāng)水平分支井井斜達(dá)到45°，摩阻力逐漸增加，滑動(dòng)鉆進(jìn)困難。尤其是在6”井眼內(nèi)，由于全井使用3-1/2”小鉆桿后，出現(xiàn)嚴(yán)重的拖壓和粘附卡鉆現(xiàn)象，滑動(dòng)鉆進(jìn)困難，機(jī)械鉆速明顯下降，井下事故風(fēng)險(xiǎn)提高。軟件模擬計(jì)算結(jié)果顯示，水平段鉆進(jìn)過(guò)程中通常在鉆壓大于2噸后發(fā)生正弦屈曲、鉆壓大于2.5噸后發(fā)生螺旋彎曲。例如部署在A油田133平臺(tái)的一口五開(kāi)長(zhǎng)半徑水平分支井，目的層Mishrif層埋藏深度為海拔-2950米～-3000米，主枝位移1477米，側(cè)枝位移1246米。當(dāng)施工至3759m時(shí)出現(xiàn)嚴(yán)重的拖壓現(xiàn)象，軌跡控制困難，起鉆下入帶水利振蕩器的定向鉆具組合后，顯著提高了鉆井效率。

4 經(jīng)濟(jì)效益和實(shí)用性對(duì)比

（1）含水力振蕩器的鉆具組合與普通定向鉆具組合對(duì)比：普通定向鉆具在本區(qū)塊鉆至水平井段300m后基本不能實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)鉆進(jìn)。結(jié)果造成：①鉆井成本增加，為了避免滑動(dòng)鉆進(jìn)過(guò)程中發(fā)生卡鉆，在承擔(dān)著井下復(fù)雜高風(fēng)險(xiǎn)的情況下仍拖延了建井周期；統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示現(xiàn)場(chǎng)鉆井和相關(guān)技術(shù)服務(wù)方的綜合日費(fèi)相當(dāng)于水力振蕩器15天的租賃費(fèi)。②軌跡控制困難，由此頻繁活動(dòng)鉆具，且每次有效滑動(dòng)距離短，定向效果大打折扣，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)井身軌跡的有效控制，甚至出現(xiàn)實(shí)鉆軌跡脫靶，達(dá)不成地質(zhì)鉆探目的嚴(yán)重后果。然而使用水利振蕩器后不僅有效地提高了機(jī)械鉆速，而且滿足了滑動(dòng)鉆進(jìn)控制軌跡的要求。

（2）帶水力振蕩器的鉆具組合與旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)對(duì)比：旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)作為目前世界最先進(jìn)的定向鉆井技術(shù)，價(jià)格居高不下，雖然使用效果良好，但性價(jià)比不高。就本地區(qū)施工統(tǒng)計(jì)來(lái)看，使用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)（不帶井下動(dòng)力單元的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)）后機(jī)械鉆速比帶水力振蕩器的普通定向鉆具僅提高了20%，服務(wù)價(jià)格卻是水力振蕩器的3倍。

5 認(rèn)識(shí)與總結(jié)

①水力振蕩器通過(guò)高頻軸向振動(dòng)使鉆具與井壁之間的靜摩擦變成更小的動(dòng)摩擦，有效地減弱鉆具托壓，保證鉆壓傳遞使得定向滑動(dòng)鉆進(jìn)更為容易實(shí)現(xiàn)。②水力振蕩器頻率控制在9-26Hz，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于MWD/LWD頻率，對(duì)儀器信號(hào)不產(chǎn)生干擾，具有廣泛的適用性。③哈法亞區(qū)塊水平井使用水利振蕩器后，在控制鉆井成本，提高鉆井效率方面有顯著成效，值得推廣應(yīng)用。④水力震蕩器的使用，提高了常規(guī)定向鉆具組合的軌跡控制能力，可鉆水平段長(zhǎng)度顯著提高。

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喬宏實(shí)（1983- ），工程師， 本科學(xué)士，2006年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東）石油工程專業(yè)，現(xiàn)就職于渤海鉆探定向井公司，任職伊拉克項(xiàng)目部副經(jīng)理。