水力振蕩鉆井提速技術(shù)在渤海油田中的應(yīng)用

摘 要：水力振蕩器可以通過(guò)水力的作用產(chǎn)生沿鉆具組合或者鉆桿軸線方向上的振動(dòng)，利用振動(dòng)將靜摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)摩擦，減小鉆進(jìn)過(guò)程中的摩阻，降低粘卡的可能性，改善鉆壓傳遞效果，提高滑動(dòng)段機(jī)械鉆速，從而進(jìn)一步提高破巖效率。文章分析了水力振蕩器的結(jié)構(gòu)組成、工作原理，并結(jié)合渤海油田實(shí)際的地層特征、鉆進(jìn)過(guò)程中的難點(diǎn)分析以及在渤海油田中的應(yīng)用，結(jié)果表明，水力振蕩器的應(yīng)用，能夠解決鉆進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)的托壓、粘附卡鉆等問(wèn)題，提高機(jī)械鉆速，縮短鉆井周期，且不會(huì)加重鉆頭磨損。

關(guān)鍵詞：水力振蕩器；滑動(dòng)鉆進(jìn)；機(jī)械鉆速；鉆井提效

利用彎角馬達(dá)+扶正器的方式仍是定向井軌跡控制的主要技術(shù)措施。但是實(shí)際作業(yè)中，隨著井深增加，馬達(dá)鉆具滑動(dòng)托壓和鉆柱蛙動(dòng)問(wèn)題[1-2]逐漸加重，表現(xiàn)為滑動(dòng)過(guò)程中，鉆壓有增無(wú)減但無(wú)進(jìn)尺，鉆具突然釋放以后，鉆頭彈性接觸井底，導(dǎo)致馬達(dá)憋壓，嚴(yán)重影響了鉆井效率和井下安全[3-4]。一般在渤海油田現(xiàn)場(chǎng)操作中，通過(guò)增強(qiáng)鉆井液潤(rùn)滑性能、利用短起下鉆等措施降低摩阻，提高滑動(dòng)效率，但收效甚微。為此，渤海油田引進(jìn)了水力振蕩器以提高滑動(dòng)鉆井效率，實(shí)際應(yīng)用效果良好。

1 水力振蕩器簡(jiǎn)介

1.1 水力振蕩器結(jié)構(gòu)

水力振蕩器主要由三個(gè)機(jī)械部分組成：振蕩短節(jié)、動(dòng)力部分、閥門和軸承系統(tǒng)。工具的動(dòng)力部分是由一個(gè)2：1的動(dòng)力馬達(dá)組成，馬達(dá)轉(zhuǎn)子的下端固定一個(gè)閥片，所以鉆井液流體通過(guò)動(dòng)力部分時(shí)，驅(qū)動(dòng)心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，由于螺桿鉆具的特性，末端在一個(gè)平面上往復(fù)運(yùn)動(dòng)（即動(dòng)閥片）。與動(dòng)力部分連接的閥片和軸承系統(tǒng)，主要部件是耐磨套和一個(gè)固定的閥片（即定閥片）。動(dòng)閥片和定閥片緊密配合，由于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致兩個(gè)閥片相錯(cuò)和重合，相錯(cuò)和重合就導(dǎo)致上游的壓力發(fā)生變化。動(dòng)力部分使上游周期性變化的壓力作用在振蕩短節(jié)上，振蕩短節(jié)不斷的壓內(nèi)部彈簧，形成振動(dòng)。

1.2 水力振蕩器工作原理

水力振蕩器的動(dòng)力部分將鉆井液動(dòng)能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能，與工具連接的其他鉆井工具形成在軸向上的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，周期性變化的作用力傳遞給鉆頭，改變了鉆井過(guò)程中僅靠下部鉆具的重力給鉆頭施加鉆壓的方式，形成周期性溫和振蕩的鉆壓，提高破巖效率[5]。

2 水力振蕩器在渤海油田某N6井的應(yīng)用

2.1 地層情況

鉆井在本區(qū)揭示的地層，自上而下有：平原組主要巖性為砂泥巖；明化鎮(zhèn)組厚層含礫砂巖夾泥巖；館陶組上部為大套中砂巖、含礫中砂巖及砂礫巖夾泥巖，底部為泥巖與中砂巖、含礫中砂巖及砂礫巖呈不等厚互層；東營(yíng)組主要巖性為泥砂巖互層。

本區(qū)塊館陶組層底礫巖以上地層可鉆性好，進(jìn)尺快，但底礫巖可鉆性較差，鉆頭及鉆具磨損嚴(yán)重，東營(yíng)組上部大段泥巖為主，使用馬達(dá)鉆具滑動(dòng)效果較差。

2.2 鉆井作業(yè)難點(diǎn)

本井在鉆進(jìn)過(guò)程中遇到了以下難點(diǎn)：（1）館陶組下部存在垂厚

約50m的底礫巖，可鉆性較差，對(duì)鉆頭及鉆具磨損較大；（2）東營(yíng)組井段泥漿馬達(dá)滑動(dòng)時(shí)效極低，且粘卡風(fēng)險(xiǎn)大。

2.3 井眼軌跡設(shè)計(jì)

N6井設(shè)計(jì)為一口三維、雙靶點(diǎn)大斜度井，完鉆井深2284m，最大井斜角53°，穩(wěn)斜段長(zhǎng)1300m。

鑒于館陶組以上地層特性和造斜率要求，在上部井眼使用常規(guī)泥漿馬達(dá)鉆具組合：311.2mmPDC鉆頭+244.5mm泥漿馬達(dá)（1.15°，308mm直翼扶正套子）+203.2mm浮閥接頭+269.9mm扶正器+203.2mm非磁鉆鋌+203.2mm MWD+203.2mm非磁鉆鋌+203.2mm 隨鉆震擊器 +X/O+127mm加重鉆桿×14。采用7刀翼PDC鉆頭，選擇渤海成熟的三三三制鉆井參數(shù)（鉆壓3t，排量3m3/min，轉(zhuǎn)速30r/min）鉆穿館陶組底礫巖。確認(rèn)鉆穿后起鉆將鉆頭更換為5刀翼強(qiáng)攻擊性鉆頭，并加入水力振蕩器繼續(xù)鉆進(jìn)。

2.4 水力振蕩器的選擇與加放

2.4.1 加放參數(shù)選擇

通過(guò)軟件模擬，確定在N6井311.2mm井眼中把水力振蕩器放在距鉆頭300m左右，使用58.4mm閥板，工作排量3-3.5m3/min，工具壓降350-440psi，頻率14-17Hz。

2.4.2 功能測(cè)試

加放水力振蕩器后，分別用1.0/1.8/2.0/2.2m3/min在近井口測(cè)試工具功能，在1.0m3/min時(shí)工具有微弱震動(dòng)，高于此排量減震器和管柱振動(dòng)明顯。在地面對(duì)水力振蕩器進(jìn)行功能測(cè)試，振蕩短節(jié)的振蕩頻率與流量相關(guān)，隨著流量的增大，振蕩頻率增大，其產(chǎn)生的振動(dòng)或許會(huì)使整個(gè)鉆具發(fā)生強(qiáng)烈的振動(dòng)。

2.4.3 MWD信號(hào)測(cè)試

MWD工具信號(hào)工作頻率理論可在2Hz至10.5Hz間調(diào)節(jié)，水力振蕩器功能測(cè)試正常后，對(duì)MWD工具進(jìn)行信號(hào)測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，二者信號(hào)頻率互不干擾，如果存在泵噪音干擾等復(fù)合因素時(shí)可通過(guò)調(diào)節(jié)MWD工具頻率以錯(cuò)開干擾。

2.5 應(yīng)用效果

2.5.1 鉆井效率

選取N5井、N7井與N6井作比較，三口井均為二開第二趟鉆至完鉆井深的井段（鉆穿館陶組底礫巖以后）。

從表1中可以看出，N6井的平均滑動(dòng)機(jī)械鉆速比N5井和N7井分別提高了14.7%以及107.1%，并且N6井井斜更大，鉆進(jìn)難度更高。

2.5.2 鉆頭磨損情況

N5井和N6井下部均使用同一款新鉆頭，N5井出井鉆頭磨損定級(jí)：1-1-WT-A-X-I-NO-TD；N6井鉆頭配合水力振蕩器使用，完鉆后出井IADC鉆頭磨損定級(jí)：1-1-WT-A-X-I-NO-TD，從而可以得到：水力振蕩器的使用不會(huì)增加鉆頭的磨損程度。

3 結(jié)束語(yǔ)

由水力振蕩器在某井的應(yīng)用實(shí)例可以得出如下結(jié)論：（1）水力振蕩器可以與常規(guī)定向工具和儀器同時(shí)使用，與MWD工具間不存在信號(hào)頻率干擾，也不會(huì)對(duì)儀器和動(dòng)力鉆具的使用壽命產(chǎn)生影響。（2）水力振蕩器的應(yīng)用把單純的機(jī)械式加壓改為機(jī)械與液力相結(jié)合的加壓方式，改善鉆壓傳遞效果，減小橫向振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。（3）水力振蕩器的使用能有效改變鉆具摩阻情況，尤其能夠減少滑動(dòng)托壓現(xiàn)象，可大幅提高機(jī)械鉆速，節(jié)約鉆井時(shí)間。

參考文獻(xiàn)

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[2]李子豐，楊海濱，許春田，等.定向井滑動(dòng)鉆進(jìn)送鉆原理與技術(shù)[J].天然氣工業(yè)，2013，33（12）：13.

[3]丁穎，馬登峰，王成萍.滑動(dòng)鉆進(jìn)機(jī)械鉆速影響因素分析及對(duì)策[J].斷塊油氣田，2006，12（4）：71-72.

[4]姬洪剛，卓振洲，張雪峰，等.渤海某油田利用模塊鉆機(jī)調(diào)整井鉆井作業(yè)的難點(diǎn)與對(duì)策[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（6）.

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作者簡(jiǎn)介：陳龍，男，助理工程師，2011年本科畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（北京），主要從事海洋石油鉆完井工作。