水力振蕩器在四川盆地應(yīng)用效果分析

李長瑞

[摘 要]在四川盆地水平井施工時常遇到托壓現(xiàn)象，不但嚴(yán)重影響鉆井速度，而且導(dǎo)致了水平段延伸難以到位，難以實現(xiàn)地質(zhì)目標(biāo)，鉆井周期超過預(yù)期，嚴(yán)重的甚至?xí)砭聫?fù)雜情況發(fā)生。本文主要探討水力振蕩器有效的解決托壓現(xiàn)象的途徑。

[關(guān)鍵詞]四川盆地 托亞 水力振蕩器 機械鉆速

中圖分類號：TM63 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）25-0390-02

隨著川西地區(qū)天然氣開發(fā)水平井規(guī)模日益增大，在水平井施工過程中，特別是造斜井段存在嚴(yán)重的托壓現(xiàn)象。鉆頭對工具面控制力差、鉆壓無法有效、真實的傳遞至鉆頭，在鉆井施工過程中，由于扭矩較大，經(jīng)常憋停轉(zhuǎn)盤，導(dǎo)致無法正常鉆進。

川西盆地水平井的主要地質(zhì)目的層為J2s，主要巖性為泥巖，粉砂巖與砂巖互層。在設(shè)計井眼軌跡時，使用較大造斜率（6°-7°/30m）鉆成“直-增-穩(wěn)-增-穩(wěn)”剖面類型的井眼軌跡。而為了穩(wěn)定控制工具面，造斜段一般采用滑動鉆進，滑動摩阻相對較大，從而形成托壓現(xiàn)象。為了解決此問題，并提高機械鉆速，形成更好的井眼軌跡，在鉆井施工中使用新型工具-水力振蕩器。

1、水力振蕩器介紹

1.1 水力振蕩器的結(jié)構(gòu)

水力振蕩器（Agitator drilling enhancement tool，簡稱AGT）主要由三部分機械組成部分：（1）振蕩短節(jié)；（2）動力部分；（3）閥門和軸承系統(tǒng)。

1.2 水力振蕩器的功能原理

通過自身產(chǎn)生的縱向振動可使鄰近鉆具組合產(chǎn)生小幅度的軸向振動，它從而有效改善鉆壓向鉆頭傳遞，同時將鉆具與井壁的靜摩擦變?yōu)閯幽Σ粒?減小摩阻，消除在定向鉆進中的托壓現(xiàn)象，穩(wěn)定地控制工具面，減小鉆柱的粘滑振動，同時減少粘吸卡鉆的風(fēng)險，減少鉆具組合粘卡的可能性，減少扭轉(zhuǎn)振動。。對于大曲率井眼和大位移井，使常規(guī)井下動力鉆具組合鉆進時所能鉆達的深度受到限制，水力振蕩器特有的縱向振動特性，可使定向機械鉆速更快，使大位移井水平位移延伸更遠(yuǎn)。

1.3 水力振蕩器安放位置原則

當(dāng)工具用于比較彎曲井眼中， 或重力集中效應(yīng)發(fā)生在離井底較遠(yuǎn)井段時， 將工具組合在上部鉆桿中能最大發(fā)揮工具功能。

2、水力振蕩器的應(yīng)用

川西地區(qū)天然氣開發(fā)水平井開發(fā)，主要在四川盆地川西坳陷新場構(gòu)造、川西坳陷中江鼻狀構(gòu)造、川西坳陷馬井構(gòu)造等區(qū)塊進行開發(fā)，本文從該三個構(gòu)造區(qū)塊中分別選新沙22-3HF井、江沙24-3HF井和馬蓬23-3HF井的應(yīng)用效果進行分析。

2.1 川西坳陷新場構(gòu)造的應(yīng)用及效果

2.1.1 施工井概況

新沙22-3HF井在四川盆地川西坳陷新場構(gòu)造軸部一口三開制水平井，井場位于四川省德陽市德新鎮(zhèn)長江村十組。設(shè)計水平段設(shè)計垂深2280m，斜深3405m。

2.1.2 AGT鉆具組合及鉆井參數(shù)

使用AGT工具時采用的鉆具組合為：Φ215.9ABS1605Fbit+Φ172*1.5°單彎螺桿+回壓閥+Φ127NMDC+Φ177.8MWD無磁短節(jié)懸+Φ127DP8柱+AGT+Φ127DP+旁通閥+127HWDP*10柱+127DP。

鉆井參數(shù)：鉆壓：6t，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速：60+Mr/min，排量：29l/s，泵壓：27MPa，鉆井液密度：1.8g/cm3。

2.1.3 使用效果

該井從1930m開始造斜，鉆進至2107m，井斜從0°增斜至28.3°，總進尺177m，平均鉆速為1.74m/h，滑動平均鉆速為1.66m/h。使用AGT工具從井深2107m鉆進至井深2530m，總進尺423m，平均鉆速為2.54m/h，滑動平均鉆速為2.0m/h。因螺造斜段完而起鉆。鉆進過程中在水力振蕩器的作用下，鉆具發(fā)生周期性振蕩，基本消除了托壓現(xiàn)象，定向時工具面穩(wěn)定，調(diào)整工具面的時間大幅減少。使用AGT后，滑動平均鉆速提高了20.5%，使用AGT后，綜合平均機械鉆速提高了46.0%。

2.2 川西坳陷中江鼻狀構(gòu)造中應(yīng)用

2.2.1 施工井概況

江沙24-3HF井是在四川盆地川西坳陷中江鼻狀構(gòu)造布置的一口中深開發(fā)水平井，設(shè)計井深為3222米，造斜點為1700米。

2.2.2 AGT鉆具組合及鉆井參數(shù)

使用AGT工具時采用的鉆具組合為：Φ215.9bit+1.25°單彎螺桿+回壓閥+NMDP+MWD短節(jié)+φ127DP×15柱+φ159IAR+φ127DP×2柱+AGT+旁通閥+φ127HWDP×35柱+φ127DP

鉆壓：4～20t，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速：45+Mr/min，排量：27～28l/s，泵壓：24MPa，鉆井液密度：1.88g/cm3。

2.2.3 使用效果

該井在井深3012.42m開始下入水利振蕩器，在下至2500m時，遇阻嚴(yán)重，采取上下竄動，劃眼，定向下放等措施均無效果，遂準(zhǔn)備起鉆；然后將水力振蕩器安放在2000m左右，再次下鉆，并順利到底。使用AGT后，扭矩由原來的23kn.m減小到19～20kn.m，使用AGT后，綜合平均機械鉆速由原來的1.78m/h提高到2.37m/h，提高了33%。

2.3 水力振蕩器在川西坳陷馬井構(gòu)造的應(yīng)用

2.3.1 施工井概況

馬蓬23-3HF井是部署在川西坳陷馬井構(gòu)造的一口二開制水平井，位于四川省什邡市回瀾鎮(zhèn)龍橋村，設(shè)計井深2602m，水平段長990m，本井鉆進至設(shè)計造斜點1130m。

2.3.2 AGT鉆具組合及鉆井參數(shù)

鉆具組合：φ215.9ABS1605FBIT+1.5°單彎螺桿+回壓閥+φ158.8NMDC+MWD懸掛短節(jié)及接頭+φ127HWDP*58根+AGT+φ127鉆桿

鉆壓：4～6t，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速：45+Mr/min，排量：28～30l/s，泵壓：22MPa，鉆井液密度：1.88g/cm3。

2.3.3 應(yīng)用效果及鄰井技術(shù)指標(biāo)分析

根據(jù)現(xiàn)場使用，水力振蕩器能夠通過提高水平井造斜段機械鉆速，從而有效的提高施工效率，縮短鉆井周期。通過與同井場未用水力振蕩器施工的馬蓬23-1H井，馬蓬23-2H井對比。馬蓬23-3HF井使用水力振蕩器井段為1390.77m-1733.00m，為提高可比性，本文所提出的對比井段統(tǒng)一為1390.77m-1620.00m。如圖1

根據(jù)地質(zhì)錄井儀器統(tǒng)計數(shù)據(jù)：在1390.00m-1620.00m井段，馬蓬23-3HF井滑動鉆進平均鉆時為22min/m，同比馬蓬23-2H井33min/m提高33.33%；同比馬蓬23-1H井38min/m提高42.11%。同時，在滑動鉆進時水力振蕩器能夠有效的改善鉆頭對螺桿鉆具工具面的控制，避免了因調(diào)整工具面而頻繁的活動鉆具。由此，在造斜過程中，使用水力振蕩器能夠提高鉆進施工效率，縮短鉆井周期。

通過馬蓬23-1H井、馬蓬23-2H井、馬蓬23-3HF井生產(chǎn)時效和錄井鉆時數(shù)據(jù)對比可以發(fā)現(xiàn)馬蓬23-3HF井機械鉆速最快；

3、總結(jié)及認(rèn)識

3.1 水力振蕩器通過其自身產(chǎn)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，特別是在使用動力鉆具的定向鉆進中改善鉆壓的傳遞，改善鉆頭對工具面的控制力，減少鉆具組合粘卡的可能性，減少扭轉(zhuǎn)振動，提高機械鉆速。

3.2 水力振蕩器在使用中壓降為3-4MPa，鉆進過程泵壓較高，井隊使用F-1300鉆井液泵配合170mm直徑缸套施工泵壓最高達23.1MPa；高泵壓施工對設(shè)備承受能力是嚴(yán)峻的考驗，井隊施工排量隨井深而下降，最低27L/S，還空返速較低。

3.3 在下入水力振蕩器前，保證良好的井眼狀態(tài)、良好的鉆井液性能特別是流變性是提高施工效率的關(guān)鍵。

3.4 施工中可根據(jù)現(xiàn)場情況靈活調(diào)整水力振蕩器位置，避免MWD儀器出現(xiàn)故障，影響生產(chǎn)。