172mm水力振荡器在川西中浅水平井的应用

刘志坚 李 榕

（中国石化西南石油局四川钻井公司，四川 德阳 618000）

0 引言

川西地区在增储上产会战中，天然气开发水平井规模日益增大。然而在施工过程中，由于川西中浅层具有低孔、致密、非均质性强等地质特征，在造斜井段普遍存在严重的托压、粘卡、钻头对工具面控制力差、钻压无法有效且真实地传递至钻头等现象，严重制约了钻速和钻井效率的进一步提高，成为阻碍川西中浅水平井顺利开发的难题［1］。水力振荡器通过自身产生的纵向振动来提高钻进过程中钻压传递的有效性和减少BHA 与井眼之间的摩阻，减少扭转振动，从而有效提高机械钻速，缩短钻井周期［2］。国内多个油田在浅水平井开发中都应用了水力振荡器，例如长庆油田榆37-2H井、苏5-3-16H1 井，内蒙古苏里格区块苏36-8-18H 井［3］等，应用效果显著。针对川西中浅水平井开发的难题，四川钻井公司在马蓬23-3HF 井、新沙21-28H 井两口井的施工过程中使用了NOV 公司的172 mm水力振荡器。应用效果表明：采用合理的钻井参数，优选高效钻头，配合水力振荡器进行定向（滑动）钻进效果明显，改善了钻压传递效果；配合PDC 钻头，有效地提高了定向能力，同时明显降低了摩阻，提高了机械钻速，成功地改善了川西中浅水平井的开发效果。

1 水力振荡器

水力振荡器主要由振荡短节、动力、阀门和轴承系统3部分组成。水力振荡器通过自身产生的纵向振动来提高钻进过程中钻压传递的有效性和减少底部钻具与井眼之间的摩阻，这意味着水力振荡器可以在各种钻进模式中，特别是在使用动力钻具的定向钻进中改善钻压的传递，减少钻具组合粘卡的可能性，减少扭转振动［4］。

1.1 工作原理

工具安放位置原则：当工具用于比较弯曲的井眼中，或重力集中效应发生在离井底较远井段时,将工具组合在上部钻杆中能最大限度发挥工具的功能。水力振荡器规格及技术范围如表1所示。

表1 水力振荡器规格及技术范围表

1.2 功能及技术优势

水力振荡器具有以下功能及技术优势［5-6］：①依靠振动改善井下钻压传递效果。在进行定向（滑动）钻进时效果明显，同时降低滑动钻进时的粘卡趋势。②有效提高机械钻速。配合PDC钻头提高定向能力，使PDC 钻头滑动钻进更加容易，显著提高定向钻进和转盘钻进速度。③明显降低摩阻。尤其适用于井下动力钻具定向钻进的情况，为常规的井下动力钻具提供了更易操作的窗口。④与MWD／LWD兼容，增加了水力振荡器的实用性。⑤与各种钻头均配合良好。可同牙轮钻头和PDC 钻头一起使用，对钻头牙齿或轴承无冲击损坏，延长了PDC 钻头使用寿命。

2 水力振荡器使用效果对比分析

马蓬23-3HF 井是西南油气分公司部署在川西坳陷马井构造的一口二开制水平井，设计井深为2 602 m，水平段长990 m。新沙21-28H井是四川盆地川西坳陷新场构造北翼的一口中深水平井，设计井深为3 206 m，水平段长854.27 m。

2.1 马蓬23-3HF井应用情况

马蓬23-3HF井使用水力振荡器从井深1390.77 m钻至1 733 m，其中累计定向钻进进尺为221.23 m，纯钻时间为50.8 h，定向平均钻速为4.4 m／h。将同井场两口未使用水力振荡器的邻井马蓬23-1H 井、马蓬23-2H 井与使用水力振荡器的马蓬23-3HF井，在机械钻速、造斜段钻井周期方面取得的钻井效率进行对比分析，结果见表2、表3。

马蓬23-3HF 井施工过程中优选 215.9mmABS1605F 高效钻头，钻井参数为：钻压60～100 kN，转速40 r／min+螺杆，排量22～26 L／s，泵压19～22 MPa，钻井液密度1.47～1.62 g／cm3。

表2 水力振荡器使用效果表

表3 同井场3口井造斜段钻井周期对比情况表

从表2、表3 可以看出：①配合使用 172mm水力振荡器后，钻具发生周期性震荡，基本消除了托压现象，定向时工具面稳定，调整工具面时间大幅减少，综合平均机械钻速比邻井最高纪录提高了84.6%，滑动平均钻速比邻井最高纪录提高了50%；②自造斜点1130 m处开始使用常规造斜，钻至井深1390.77 m处，井斜增至40.7°，钻井时间为4.53 d。增加水力振荡器后，井斜从40.7°增至88.49°，钻至井深1 612 m 处，钻井时间为3 d，累计造斜时间为7.53 d，比邻井定向造斜段最高纪录钻井周期缩短了3.27 d，即同邻井相比最低造斜钻井周期缩短率为30%。

2.2 新沙21-28H井应用情况

新沙21-28H井使用水力振荡器从井深2 048.28 m钻至2 468.30 m，井斜从28.6°增至89°并进入水平段。其中累计定向钻进进尺为175 m，纯钻时间为87.23 h，定向平均钻速为2.01 m／h，累计复合钻进进尺为245 m，纯钻时间为29.13 h，复合平均钻速为8.41 m／h（表4）。

在新沙21-28H 井钻井过程中，优选 215.9 mmABS1605F 高效钻头。钻井参数为：钻压80～100 kN，转速60 r／min+螺杆，排量23～25 L／s，泵压21～22 MPa，钻井液密度1.86～1.91 g／cm3。

表4 水力振荡器使用效果表

3 结论与建议

1）在同等条件下，综合机械钻速比邻井最高纪录提高了84.6%；滑动平均钻速比邻井最高纪录提高了50%。在定向钻进施工中，对于使用水力振荡器的井段，工具面稳定，减轻了钻具在大斜度井段的摩阻，同时也形成了更好的井眼轨迹。在降低摆工具面时间和起下钻频率的同时，也有效地降低了下步施工中的风险，提高了综合钻井效益。

2）在该区块类似井段推广水力振荡器，消除了该区块定向和水平钻进中的托压现象，提高了机械钻速，降低了钻井周期，减少了钻井事故发生的机率。

3）推荐使用更高排量的钻井泵，在满足水力振荡器对工作排量要求的同时，也能提高井眼清洗效果，从而进一步降低井底岩屑堆积造成的摩阻，进一步提高机械钻速。水力振荡器推荐的正常工作排量为25～38 L／s，但由于高密度和井队设备配套的影响，实际排量最大只能达到24 L／s，仅达到水力振荡器要求的排量下限，在一定程度上也会影响水力振荡器工作性能的充分发挥。

4）在条件允许的情况下，选用降低水头损失的工具。比如在上部钻具使用较大直径的钻杆（如139.7 mm）以减少管内压力损耗，在井下选用压降较小的工具和测量仪器等。

5）进一步改进水力振荡器以降低工作压耗，增大应用范围。目前所用水力振荡器工作压降高达5～7 MPa，对钻井泵要求较高，同时长期高压作业造成的施工风险也急剧增大。

［1］罗朝东，李国嘉，石锁政，等.川西浅层水平井轨迹控制技术［J］.价值工程，2012（8）：2-3.

［2］林元华，黄万志，施太和，等.水力加压器研制及应用［J］.石油钻采工艺，2003，25（3）：1-3.

［3］石崇东，党克军，张军，等.水力振荡器在苏36-8-18H井的应用［J］.石油机械，2012，40（3）：1-3.

［4］陈武君，邢世奇，彭汉标.井下液力推进器的研制与应用［J］.石油钻探技术，1999，27（5）：37.

［5］王谊，施连海.水力脉动冲击钻井工具初步研究与试验［J］.石油钻探技术，2006，34（2）：48-49.

［6］谢桂芳.水力加压器在钻井施工中的作用［J］.石油矿场机械，2009，38（5）：90.