水力振蕩器在川渝地區水平井的應用

摘 要: 川渝地區地質結構復雜，在水平井施工過程中出現嚴重的托壓、粘卡現象，尤其在滑動鉆進過程中，無法保證給鉆頭施加真實、有效的鉆壓。水力振蕩器可以使常規的鉆具組合克服定向鉆進過程中遇到的常見問題。為此，介紹了水力振蕩器的結構及工作原理，并在在長寧 H2 － 1 井、高石 12 井施工過程中應用了水力振蕩器。應用效果分析表明，水力振蕩器在水平井中把單純的機械式加壓改為機械與液力相結合的加壓方式，為鉆頭提供了有效、真實的鉆壓，改善井下鉆壓傳遞效果，明顯降低摩阻，提高機械鉆速，縮短鉆井周期。
隨著我G各大油田開發大斜度井、水平井及水平分支井等復雜結構井的數量越來越多，如何有效地向鉆頭施加鉆壓就成為人們普遍關注的問題。川渝地區地質結構復雜，在造斜井段出現嚴重的托壓、粘卡、鉆頭對工具面控制力差、鉆壓無法有效且真實地傳**鉆頭等現象，導致滑動鉆進機械鉆速慢、鉆井周期長、鉆井成本高，嚴重制約了該地區氣藏的勘探
 
［1 － 3］
開發 。水力振蕩器能夠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，水力振蕩器可以在所有的鉆進模式中，特別是在有螺桿的定向鉆進過程中改善鉆壓的傳遞，減少扭轉振動，從而

［4］	。G內多個油田在淺水
有效提高機械鉆速，縮短鉆井周期

平井開發中都應用了水力振蕩器，例如長慶油田榆 37 － 2H
 
井，川西的馬蓬 23 － 3HF 井、新沙 21 － 28H 井，內蒙古蘇里格區塊蘇 36 － 8 － 18H 井等應用效果顯著。川渝地區的長寧
 
H2 － 1 井和高石 12 井也開展了水力振蕩器現場試驗。
 
一、水力振蕩器
 
1． 結構及工作原理
 
1． 1 結構
 
水力振蕩器 AGT 主要由動力部分、閥門和軸承系統以及配套振蕩短節 3 部分結構組成( 圖 1) 。由鉆桿單根連接成
 

［5 － 6］	。
的剛性管柱使用振蕩短節，撓性的管柱則不使用振蕩短節
1． 2  工作原理

 
鉆井液經過水力振蕩器動力部分帶動轉子轉動，導致動閥片和靜閥片的相錯和重合，閥門的截面積( **大值和**小值) 發生周期性的變化，使流體流經工具后的壓力發生變化而產生壓力脈沖。壓力脈沖作用到心軸的下端面時，在壓力的作用下，心軸向下方移動并且壓縮彈簧，當這個壓力釋放后，心軸在彈簧作用下返回到原來的位置。短節的活塞在壓力和彈簧的雙重作用下，軸向上往復運動，從而使管柱在自己軸線方向上來回運動，原來的靜摩擦阻力就變成了動摩擦阻力。這樣，摩擦阻力就大大降低，工具就可以有效的減少因井眼軌跡產生的鉆具拖拉現象，保證有效的鉆壓。
2． 功能及技術優勢
 
水力振蕩器通過鉆井泵將液壓能轉化為機械能，改變鉆進過程中僅靠下部鉆具的重力給鉆頭施加鉆壓的方式，使鉆頭或下部鉆具與鉆柱中的其他部分的連接變為柔性連接，從
［7］
而達到提高滑動機械鉆速的目的 ，其作用主要有以下幾點:
 
( 1) 改善井下鉆壓傳遞效果。改變鉆頭的加壓方式，把單純的機械式加壓改為機械與液力相結合的加壓方式，為鉆
 
［8］
頭提供真實、有效的鉆壓 。
 
( 2) 減少摩阻，防止托壓。水力振蕩器在鉆進過程中使其上下鉆具在井眼中產生縱向的往復運動，使鉆具在井下的靜摩擦變成動摩擦，大大降低了摩擦阻力，工具可以有效地減少因井眼軌跡而產生的鉆具托壓現象，保證有效的鉆壓。
 
( 3) MWD /LWD 工具的兼容性。水力振蕩器與 MWD、 LWD 配套使用不會破壞 MWD、LWD 工具和干擾系統信號，增加了水力振蕩器的實用性。

( 4) 與各種鉆頭均配合良好?？赏垒嗐@頭和 PDC 鉆					井，設計井深為 3 864 m，水平段長 1 004 m。高石 12 井是四
頭一起使用，對鉆頭牙齒或軸承無沖擊損壞，延長了 PDC 鉆					川盆地樂山—龍女寺古隆起高石梯潛伏構造震頂構造東段
頭使用壽命。					的一口中深水平井，設計井深為 6 369 m，水平段長 1 000 m。
( 5) 加強定向鉆進，提高機械鉆速。防止鉆具重量疊加					1． 長寧 H2 － 1 井應用情況
在鉆具的一點或者一段，從而更好的控制工具面。配合 PDC						長寧 H2 － 1 井在井深 2 185． 6 m 下入水力振蕩器進行
鉆頭提高定向能力，使 PDC 鉆頭滑動鉆進更加容易，顯著提					穩斜扭方位鉆進，鉆** 2
高定向鉆進和轉盤鉆進速度。					17. 29°，其中累計定向鉆進進尺為 166． 05
	二、現場應用				90. 64 h，定向平均鉆速為 1． 832
					同井場 3 口未使用水力振蕩器的鄰井進行對比分析，結果
長寧 H2 － 1 井是長寧 H2 井組的一口頁巖氣三維水平					見表 1。

#p#分頁標題#e#

鉆具組合:  215． 9 mm PDC × 0． 35 m +  172 mm 1. 25°			向時工具面穩定，調整工具面時間大幅減少; ②通過調整鉆
螺桿 × 8． 1 m + 回壓凡爾 × 0． 44		m +  165 mm 無磁鉆鋌 ×	具組合和鉆井參數，高石 12 井機械鉆速達到 1． 19 m /h，相對
9. 27 m +  172 mm 無磁懸掛 × 0．		96 m +  127 mm 加重鉆桿 1	于鄰井施工平均水平，機械鉆速提高了 34． 5% ; ③高石 12 井
柱 × 27． 82 m +  168 mm 雙公短節 × 0． 77 m +  168 mm 配合			從 4 675． 56 m 使用水力振蕩器進行增斜鉆進，鉆**井深
接頭 × 1． 09	m +  178 mm 水力振蕩器 × 1． 24 m +  127 mm		4 965. 4 m，鉆井時間為 17． 4 d，相對于鄰井同層位的平均水
加重鉆桿 11	2 /3 柱 × 298． 1 m +  127 mm 鉆桿。		平，定向造斜周期縮短了 7． 175 d，縮短率為 29． 2% 。
鉆井參數為: 鉆壓 40 ～ 100 kN，轉速 30 r /min，排量 21 ～			三、認識與建議
22 L /s，泵壓 21 ～ 23 MPa，鉆井液密度 2． 3 g /cm3 。
根據現場試驗效果可以得出: ①在  178 mm 水力振蕩			( 1) 在川渝地區長寧 H2 － 1 井和高石 12 井應用水力振
器的作用下，鉆具發生周期性震蕩，基本消除了托壓現象，定			蕩器進行定向施工，有效降低了定向鉆井段 ( 下轉第 116 頁)

加了技術套管的深度和抗內壓強度; ②完善了陸相井的井控
裝置配套，安裝了雙節流管匯，提升了硬件水平; ③增加了陸
相井的鉆井液、堵漏材料儲備及現場快速配漿的能力; ④通
過總結、研究，形成了一整套適合元壩地區的堵漏、承壓技
術; ⑤通過安裝液面監測裝置，隨時可以掌握地層的漏失情
況; ⑥通過與院校相結合，對壓井氣液兩相流流型判別及力
學模型研究，建立壓井過程氣液兩相流流動計算模型，為壓
井過程中施工參數的計算提供依據。結合司鉆法、工程師
法，完善了壓井過程計算的流程。通過這些技術的應用，確
保了元壩陸相井井控安全。
	三、結論
( 1) 優化后的井身結構延長了氣體鉆井井段，提高了大
尺寸井眼機械鉆速，同時技術套管的下深增加，封隔了更多
的復雜層位，有效降低了處理復雜情況的時間，并且避免了
小井眼、小鉆具施工，使得應對異常情況的能力大大增強，為
新技術的順利實施創造了條件。
( 2) 空氣鉆轉漿方式以及干法固井的逐步完善成熟，大
大縮短了中完時間，降低了鉆井成本。
( 3) 扭力發生器在沙溪廟**自流井地層應用，提速效果
明顯，也有較好的綜合效益，可以繼續推廣應用。
( 4) 渦輪鉆具配合孕鑲金剛石鉆頭使用壽命長，在高強
度 高研磨性的自流井 須家河地層應用，能較大幅度提高機
、	、
械鉆速和行程鉆速，為深井、硬地層、大尺寸井眼提高機械鉆

#p#分頁標題#e#

速提供了一套全新的工藝。G產孕鑲鉆頭已逐步發展推廣
起來。
( 5) 通過對元壩地區固井難點分析，形成了一整套適合
元壩地區固井技術方案，提高了固井質量。
( 6) 井控安全是陸相地層提速的前提，通過完善井控工
藝、提高井控配套標準等，做到井控安全，為提速提供保障。
( 7) 中石化元壩提速活動開展以來，元壩地區鉆井速度
逐步提高，突破了一個又一個提速“瓶頸”，取得了很大的成
績，但是仍需要進一步提升。下一步要繼續集成各項技術，
繼續攻關提速“瓶頸”，形成并不斷完善元壩地區陸相地層優
快鉆井配套技術，必將能夠提高元壩陸相地層的鉆井速度，
推進元壩氣田的開發建設進程。