水力震蕩器在定向井的研究與應(yīng)用

宗慶鳳 路暢 翁廣超 馬瑞

摘要：隨著石油資源用量的增多，對(duì)石油開(kāi)采的速度和效率提出了更高的要求。在定向井的生產(chǎn)過(guò)程中，受到鉆井工具、施工工藝的局限，提速增效的結(jié)果不理想。本文通過(guò)對(duì)水力震蕩器在定向井中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，進(jìn)一步驗(yàn)證了該設(shè)備應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)作用。

關(guān)鍵詞：水力震蕩器;定向井;應(yīng)用

前言：

在石油資源開(kāi)發(fā)力度不斷提升的過(guò)程中，定向井的數(shù)量不斷增多。定向井在生產(chǎn)的過(guò)程中，需要滑動(dòng)鉆進(jìn)的過(guò)程中，存在著托壓粘卡的問(wèn)題，影響著鉆井的生產(chǎn)速度和效率。水力震蕩器的使用，通過(guò)自身的軸向振動(dòng)，能夠有效的解決托壓粘卡的問(wèn)題，提升鉆井速度，并提高施工效率。

一、水力震蕩器在定向井中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

（一）工作原理

水力震蕩器在應(yīng)用的過(guò)程中，借助于鉆井液的作用，帶動(dòng)轉(zhuǎn)子發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，在動(dòng)、定兩個(gè)閥門的相互作用中，閥門的作用面積發(fā)生改變，引起液柱壓力的改變，并產(chǎn)生壓力脈沖。水力震蕩器中的震蕩活塞，在壓力和彈簧的作用中，會(huì)發(fā)生小幅度的高頻振動(dòng)，在這個(gè)振動(dòng)的過(guò)程中，鉆具沿著軸線的方向運(yùn)動(dòng)。在這個(gè)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，鉆具和井壁之間的摩擦力不斷減少，能夠有效的改善鉆具的摩擦受損情況，提高鉆具的使用周期。同時(shí)在潤(rùn)滑的作用中，鉆具的鉆進(jìn)速度也得到了提升。

（二）技術(shù)優(yōu)勢(shì)

水力震蕩器在定向井中的應(yīng)用，通過(guò)鉆井液的作用，將壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，改變鉆壓，環(huán)節(jié)粘卡托壓的問(wèn)題，同時(shí)對(duì)鉆具中產(chǎn)生的摩擦阻力有效環(huán)節(jié)，更利于鉆壓的傳遞，并實(shí)現(xiàn)提高鉆速的效果[1]。在具體的應(yīng)用過(guò)程中，水力震蕩器具有以下幾點(diǎn)技術(shù)優(yōu)勢(shì)。第一，該設(shè)備在應(yīng)用的過(guò)程中，能夠?qū)我坏臋C(jī)械加壓轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械與液力結(jié)合的復(fù)合加壓方法，更有利于鉆壓的傳遞。第二，水力震蕩器在應(yīng)用的過(guò)程中，上下鉆具產(chǎn)生縱向運(yùn)動(dòng)，能夠有效的將鉆具產(chǎn)生的靜態(tài)摩擦改變?yōu)閯?dòng)態(tài)摩擦，從而降低摩擦阻力，有效緩解鉆具中存在的托壓粘卡問(wèn)題。第三，水力震蕩器的應(yīng)用，能夠有效的提升鉆具的使用周期。鉆具在振動(dòng)的過(guò)程中，受損程度降低，延長(zhǎng)使用周期，控制了生產(chǎn)成本。

（三）參數(shù)設(shè)置

在定向井中應(yīng)用水力震蕩器，需要對(duì)使用的參數(shù)進(jìn)行有效的設(shè)置。一般情況下，在設(shè)置參數(shù)的過(guò)程中，需要結(jié)合油井的井眼尺寸、井眼型號(hào)，根據(jù)油井實(shí)際情況，科學(xué)設(shè)置。

（四）安裝位置

水力震蕩器在應(yīng)用中，安裝的位置需要結(jié)合定向井的井斜、摩擦力的聚集等因素進(jìn)行確定。一般情況下，需要設(shè)置在水平段、斜井段等位置，確保無(wú)線隨鉆設(shè)備的正常應(yīng)用[2]。如果定向井中的井斜較小，可以將水力震蕩器安裝在受壓位置中性點(diǎn)以內(nèi)。

二、水力震蕩器在定向井中的具體應(yīng)用

（一）油井情況

水力震蕩器在定向井中的應(yīng)用，具有一定的優(yōu)勢(shì)。本文以某油田開(kāi)發(fā)中的定向井為例，對(duì)該定向井中使用水力震蕩器的情況進(jìn)行分析。在該定向井中，井身的結(jié)構(gòu)為二開(kāi)井，井斜3821.39m，井深3700m，井斜段長(zhǎng)1200m。結(jié)合該油井的實(shí)際情況，在螺桿鉆具的使用中，增加了水力震蕩器的應(yīng)用，對(duì)油井鉆速進(jìn)行改善。

（二）鉆具測(cè)試

為保證水力震蕩器的完善應(yīng)用，減少鉆具和井壁之間的摩擦，對(duì)鉆具在滑動(dòng)鉆進(jìn)過(guò)程中產(chǎn)生的問(wèn)題進(jìn)行改善，對(duì)鉆具的受力情況進(jìn)行了計(jì)算。并且最終確定將水力震蕩器安裝在距離鉆頭相距140米的位置，并且對(duì)鉆具的組合使用情況開(kāi)展測(cè)試，確保鉆具組合使用的安全穩(wěn)定[3]。在該定向井的鉆具組合設(shè)計(jì)中，分別使用了PDC鉆頭、螺桿鉆具、止回閥、定向接頭、無(wú)磁鉆鋌、隨鉆儀器、加重鉆桿等鉆具。針對(duì)這些鉆具的組合使用情況，開(kāi)展的測(cè)試中，排量達(dá)到了每秒30升，泵壓控制在9MPa。在水力震蕩器的計(jì)算壓降保持在4.0MPa的情況下，鉆具的運(yùn)行一切正常，符合定向井開(kāi)采的鉆具要求。

（三）參數(shù)調(diào)整

在該定向井中使用水力震蕩器，轉(zhuǎn)盤的鉆速調(diào)整為每分鐘60轉(zhuǎn)，鉆井泵的排量控制在每秒30升左右，并且對(duì)滑動(dòng)定向鉆的鉆壓進(jìn)行了控制，設(shè)置在2-5t之間，將復(fù)合鉆壓控制在3-6t之間，在保持該參數(shù)的應(yīng)用中，在該油井中，實(shí)現(xiàn)了順利鉆井的效果[4]。并且在鉆進(jìn)的過(guò)程中，水力震蕩器的設(shè)備應(yīng)用正常，無(wú)線隨鉆設(shè)備的使用正常，鉆頭的磨損程度只有10%左右。在參數(shù)設(shè)置的不斷調(diào)整和控制過(guò)程中，充分的發(fā)揮出水力震蕩器的作用，保證了定向井中各種鉆具的穩(wěn)定應(yīng)用。

（四）效果分析

在對(duì)該定向井使用水力震蕩器的前后生產(chǎn)情況進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析和對(duì)比，發(fā)現(xiàn)在使用水力震蕩器的設(shè)備中，平均的鉆速達(dá)到了近12m/h，比之前的鉆進(jìn)速度提高了近25%。另外，滑動(dòng)定向的鉆速也實(shí)現(xiàn)了近40%的提升。并且在使用水力震蕩器的過(guò)程中，鉆井液的潤(rùn)滑劑使用量明顯減少，有效的實(shí)現(xiàn)了鉆井速度的提升，并且還更好的控制了生產(chǎn)成本。通過(guò)對(duì)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)于在定向井中使用水力震蕩器的作用，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論。第一，在定向井中使用水力震蕩器，能夠有效的對(duì)鉆壓的傳遞過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化，改變鉆具和井壁之間的摩擦阻力，不斷提高鉆具在滑動(dòng)鉆井過(guò)程中的速度，并且對(duì)符合鉆井的機(jī)械速度也有明顯的提升效果。第二，在定向井的生產(chǎn)中，使用水力震蕩器，能夠有效的對(duì)滑動(dòng)鉆井過(guò)程中，鉆具產(chǎn)生的托壓粘卡現(xiàn)象進(jìn)行緩和，使工具面更穩(wěn)定，并且對(duì)定向工具面的運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行控制，切實(shí)減少鉆具的活動(dòng)次數(shù)，提高鉆具的使用周期。第三，在水力震蕩器的應(yīng)用過(guò)程中，由于小幅度的振動(dòng)現(xiàn)象，能夠和無(wú)線隨鉆的一起、螺桿鉆具等設(shè)備互相兼容，保證各個(gè)設(shè)備的作用充分發(fā)揮，并且在具體應(yīng)用的過(guò)程中，不會(huì)出現(xiàn)共振的問(wèn)題，進(jìn)而減少干擾影響，確保定向井的順利施工，高效鉆井。第四，在定向井中使用水力震蕩器，能夠有效的改善壓力消耗大的問(wèn)題，對(duì)在高泵壓的環(huán)境中，開(kāi)展的鉆井施工風(fēng)險(xiǎn)有效改善，進(jìn)一步的提升鉆井施工的安全，確保定向井的施工高效進(jìn)行。

結(jié)語(yǔ)：

總之，在定向井的數(shù)量不斷增多的情況下，通過(guò)使用水力震蕩器，能夠有效的改善當(dāng)前油井中存在的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)定向井開(kāi)采速度、開(kāi)采效率的同步提升，并且還能有效控制生產(chǎn)成本，提高油井的綜合效益。隨著油井開(kāi)采研究力度的不斷提升，在未來(lái)的定向井復(fù)雜生產(chǎn)過(guò)程中，水力震蕩器的作用將被更加重視，發(fā)揮出更明顯的效果，促進(jìn)油田生產(chǎn)效益的提升。

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