劉陽(yáng)，陳鵬，張鷗，甘淋淋

（中國(guó)石油渤海鉆探工程有限公司第一鉆井工程分公司，天津 300280）

螺桿+MWD是定向井控制井眼軌跡的主要方式，但是在井深超過(guò)2500m以后，使用螺桿+MWD滑動(dòng)鉆進(jìn)過(guò)程中，發(fā)生的鉆壓不易傳遞和鉆柱蛙動(dòng)問(wèn)題逐漸嚴(yán)重，在滑動(dòng)鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆壓逐漸增大,但未將壓力作用于鉆頭，產(chǎn)生托壓現(xiàn)象,造成無(wú)進(jìn)尺；鉆具所承受的壓力至一定數(shù)值，會(huì)突然掙脫井壁的粘阻力，瞬間向下傳遞壓力，產(chǎn)生“頓鉆”現(xiàn)象，致使螺桿的內(nèi)部轉(zhuǎn)動(dòng)受阻、螺桿壓降升高。這些現(xiàn)象嚴(yán)重降低了機(jī)械鉆速,帶來(lái)重大的井下鉆具安全隱患。在中深水平井的鉆進(jìn)過(guò)程中，通過(guò)改善泥漿潤(rùn)滑性能、進(jìn)行短程起下鉆刮劃井壁等措施來(lái)降低摩擦阻力，提高滑動(dòng)鉆進(jìn)的效率，但效果不顯著。因此，鉆井工程師在中深井中利用水力振蕩器解決鉆壓傳遞與托壓的問(wèn)題，較好的提高滑動(dòng)鉆進(jìn)機(jī)械的鉆速。

1 水力振蕩器的結(jié)構(gòu)與原理

水力振蕩器主要由3個(gè)核心部件組成：動(dòng)力端、閥門和軸承系統(tǒng)、振蕩短節(jié)部分。動(dòng)力端是由1個(gè)2：1的動(dòng)力馬達(dá)組成，馬達(dá)轉(zhuǎn)子下部固定1個(gè)閥片，流體或者鉆井液通過(guò)動(dòng)力端，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)（稱為動(dòng)閥片）。與動(dòng)力端連接的是閥片和軸承系統(tǒng)，是耐磨套和1個(gè)固定的閥片（稱之為定閥片）。動(dòng)閥片和定閥片緊密配合，加上轉(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,周期性的相對(duì)運(yùn)動(dòng)將造成流體流經(jīng)工具的截面積發(fā)生周期性變化。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)不斷地壓內(nèi)部彈簧，形成振動(dòng)。

通過(guò)流體壓力的周期性變化，作用在工具內(nèi)在的彈簧上,由于壓力大小的變化,內(nèi)部活塞在壓力和彈簧共同作用下，產(chǎn)生軸向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而將鉆具與井壁之間的摩擦力由靜摩擦變成動(dòng)摩擦,以提高破巖效率。

2 在中深水平井中的應(yīng)用

2.1 地層情況

官88-18H井位于王官屯油田官88斷塊，為1口3開水平井，設(shè)計(jì)井深 3555m，屬于中深水平井類型。

地質(zhì)設(shè)計(jì)提示本井地質(zhì)分層，從上到下分別為：平原組主要巖性為黃土和散砂；明化鎮(zhèn)組為砂泥巖互層；館陶組上部為砂巖、泥巖，底部為含礫不等的粒砂巖,砂巖；東營(yíng)組主要巖性為大段泥巖及砂泥巖互層。沙河街上部生物灰?guī)r，中部泥巖與細(xì)砂巖,下部油頁(yè)巖與泥巖，孔店組頂部為泥膏巖、大段泥巖,下部為砂泥巖互層。本井孔一段泥巖段長(zhǎng)可鉆性差,使用螺桿+MWD滑動(dòng)鉆進(jìn)機(jī)械鉆速交底。

2.2 鉆井難點(diǎn)的分析

（1）館陶組底部存在35m厚的礫巖，研磨性強(qiáng)、可鉆性差，鉆頭的選擇比較重要。

（2） 孔一井段上部存在石膏,泥漿易被石膏污染，且井眼軌跡不易控制。

（3）孔店組存在大段泥巖,機(jī)械鉆速低,滑動(dòng)鉆進(jìn)效果差,鉆具長(zhǎng)時(shí)間靜止,容易發(fā)生粘附卡鉆。

2.3 軌跡數(shù)據(jù)

官88-18H 井設(shè)計(jì)為1口水平井，設(shè)計(jì)井斜角90°,水平段長(zhǎng)410m。根據(jù)臨井資料分析，上部井段使用常規(guī)螺桿+MWD鉆具組合：φ311.1mmPDC+φ244.5mm 1.5°螺桿 +φ203mm 浮閥 +φ305mm穩(wěn)定器 +φ203mm 無(wú)磁鉆 鋌 +φ203mmMWD +φ 203.2mm 無(wú)磁鉆鋌 +φ127mm 加重鉆桿×21根。 采用 5刀翼 PDC 鉆頭，鉆井參數(shù)（ 鉆 壓 4～6t，排量3.6m3/min，轉(zhuǎn)速 70r/min）鉆完中完進(jìn)尺。三開下入水力振蕩器配合螺桿+MWD控制井眼軌跡。

2.4 水力振蕩器位置的確定

（1）確定安放位置。通過(guò)模擬計(jì)算，在本井215.9mm井眼的施工中，將水力振蕩器安放于鉆頭上約280m的位置，配套 58.4mm的閥板，泥漿泵排量1.85～2m3/min，水力振蕩器壓降 4～4.2MPa，振動(dòng)頻率15～16Hz。

（2）下井前井口測(cè)試。水力振蕩器被連接好后，以 0.4、0.8、1.2、1.6、2m3/min 在井口進(jìn)行測(cè)試，在排量 0.8m3/min 時(shí)起振，排量逐漸提升時(shí)，振動(dòng)更加明顯。在井口測(cè)試水力振蕩器的結(jié)果表明，工具振幅與泥漿泵排量（在排量0.8～2m3/min時(shí)）成正比關(guān)系。

（3）水力振蕩器與MWD信號(hào)干擾測(cè)試。水力振蕩器測(cè)試正常后，再測(cè)試定向井MWD信號(hào),在排量1.85～2m3/min時(shí)信號(hào)正常。 結(jié)果表明，在工具距離鉆頭280m的位置時(shí),工具對(duì)MWD信號(hào)無(wú)影響,可以正常下入。

2.5 鉆進(jìn)效果試驗(yàn)

（1）機(jī)械鉆速對(duì)比。鉆井完后，收集數(shù)據(jù)，本井官88-18H 井與鄰井管88井相比，官88-18H井的平均滑動(dòng)機(jī)械鉆速比官88井提高了 20.4%，并且官88-18H 井的井斜更大，造斜率更高，鉆進(jìn)難度更高。

（2）鉆頭定損。官88-18H井和官88井在215.9mm鉆頭鉆進(jìn)時(shí)，均使用國(guó)產(chǎn)的新PDC鉆頭，官88井起出后，鉆頭IADC磨損定級(jí)：2-1-BT-A-XI-NO-TD；官88-18H 加入水力振蕩器后，完鉆起出后鉆頭IADC磨損定級(jí)：2-1-BT-A-X-I-NO-TD，從而得出：使用水力振蕩器后，不會(huì)加劇鉆頭的磨損，可以正常使用。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）水力振蕩器可與定向井MWD儀器同時(shí)使用，工具距離鉆頭280m時(shí)，不會(huì)干擾MWD儀器信號(hào)。

（2）中深水平井官88-18H井在使用水力振蕩器以后,托壓效果明顯改善,滑動(dòng)機(jī)械的鉆速提高了20.4%,并且減少活動(dòng)鉆具后，重?cái)[定向井儀器工具面的時(shí)間,造斜段時(shí)效明顯提高。