王建龍， 陶成學(xué)， 王志玲， 胡安智

(1中石油集團渤海鉆探工程有限公司工程技術(shù)研究院 2中國石油青海油田分公司采油四廠 3中國石油集團渤海鉆探工程有限公司定向井技術(shù)服務(wù)分公司 4塔里木油田公司工程技術(shù)部)

定向鉆井過程中，由于井斜角大、穩(wěn)斜段長，導(dǎo)致鉆柱與井壁間摩阻大；另外，當(dāng)井斜角超過一定值后會在井眼下井壁堆積形成巖屑床，這就導(dǎo)致鉆柱與井壁間的摩阻進一步增大[1-2]。上述兩方面原因?qū)е铝硕ㄏ驎r托壓嚴重，定向效率低。

目前，常用的震動減阻、機械清除巖屑床、添加潤滑劑等單一的方法，緩解大斜度井定向托壓效果非常有限。因此，為了有效解決大斜度井定向托壓問題，本文提出了水力振蕩器與井眼清潔工具集成緩解托壓技術(shù)。G1603井現(xiàn)場試驗結(jié)果表明，該集成技術(shù)能有效解決大斜度井定向托壓問題，大幅提高了定向效率。

一、技術(shù)原理

水力振蕩器與井眼清潔工具集成緩解托壓技術(shù)，主要是從兩個角度降低摩阻：①利用井眼清潔工具破壞井斜角大于45°井段的巖屑床，減少鉆柱與井壁的接觸面積，降低摩阻；②利用水力振蕩器產(chǎn)生的軸向震動，實現(xiàn)鉆柱與井壁間的摩阻由靜摩阻向動摩阻的轉(zhuǎn)化，從而降低摩阻。實鉆數(shù)據(jù)表明，兩者共同作用，可以使滑動摩阻降低40%～55%。

井眼清潔工具是一種帶有槽道的、具有清潔作用的短鉆桿，如圖1所示。

圖1 井眼清潔工具示意圖

這種特殊設(shè)計的槽道結(jié)構(gòu)，可以產(chǎn)生機械效應(yīng)和流體力學(xué)效應(yīng)。井眼清潔工具的高邊可以將沉積在下井壁的巖屑挖起來，并將它們向上輸送；鉆井液流經(jīng)槽道結(jié)構(gòu)時，在槽道中可以形成渦流，可以將巖屑吸入槽道，并向上推舉。在機械和流體力學(xué)作用下，可以將已形成的巖屑床清除掉，并能預(yù)防新的巖屑床在下井壁沉積。

水力振蕩器是一種震動減阻工具，主要由脈沖短節(jié)和振蕩短節(jié)組成，如圖2所示。鉆井液通過脈短節(jié)時產(chǎn)生壓力脈沖，驅(qū)動振蕩短節(jié)內(nèi)的活塞和碟簧結(jié)構(gòu)，使振蕩短節(jié)產(chǎn)生軸向振動，進而帶動附近鉆具振動，使定向時鉆柱與井壁間的靜摩阻變?yōu)閯幽ψ?，增強鉆壓傳遞的有效性[3-6]。

二、關(guān)鍵參數(shù)優(yōu)選圖版

水力振蕩器與井眼清潔工具集成緩解托壓技術(shù)的關(guān)鍵是水力振蕩器的安放位置和井眼清潔工具的安放個數(shù)及間隔距離。為方便現(xiàn)場應(yīng)用，建立了關(guān)鍵參數(shù)優(yōu)選圖版。

圖2 水力振蕩器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

1.水力振蕩器安放位置圖版

水力振蕩器安放位置距鉆頭太遠，工具無法正常起震，起不到緩解托壓的作用；距鉆頭太近，會影響定向測斜儀器強度和測量精度，而且摩阻降低率有限，無法有效緩解托壓。因此，需要根據(jù)每口井的實際情況，綜合考慮優(yōu)化出最優(yōu)安放位置。

采用水力振蕩器安放位置計算軟件模擬與現(xiàn)場實踐相結(jié)合的方法，建立了大斜度井不同井斜角條件下，水力振蕩器的推薦安放位置圖版，具體如圖3所示。隨著井斜角的增加，水力振蕩器推薦安放位置距鉆頭距離增大。井斜角在55°～80°范圍內(nèi)，推薦安放位置在220～400 m之間。

圖3 大斜度井水力振蕩器推薦安放位置圖版

2.井眼清潔工具的個數(shù)及間隔距離圖版

井眼清潔工具的個數(shù)及間隔距離主要由最大井斜角、造斜率、工具有效作用距離、工具長度、底部鉆具組合長度等決定[7-9]。

采用理論分析和現(xiàn)場實踐相結(jié)合的方式，擬合出了大斜度井不同井斜角條件下，井眼清潔工具的個數(shù)及間隔距離，具體如圖4所示，隨著最大井斜角的增加，井眼清潔工具的安放個數(shù)增加。當(dāng)最大井斜角50°～60°時，至少需要安放4只井眼清潔工具；當(dāng)最大井斜角70°～80°時，至少需要安放5只井眼清潔工具。

圖4 大斜度井井眼清潔工具推薦安放個數(shù)和間隔距離圖版

三、現(xiàn)場試驗

G1603井是一口在大港油田實施的一口三開大斜度定向井，設(shè)計井深3 011 m，設(shè)計最大井斜角65°。該井三開鉆進至2 581 m時，井斜角達到66.1°，地面返砂困難，滑動摩阻超過100 kN，定向出現(xiàn)嚴重的托壓問題，鉆具上提附加拉力超過150 kN，滑動行程鉆速僅為1.65 m/h。軟件預(yù)測結(jié)果顯示，該井最大巖屑床厚度達到18 mm，懸浮巖屑體積超過6%。

為了有效緩解該井滑動鉆進托壓問題，同時下入了水力振蕩器和井眼清潔工具，從圖版中優(yōu)選關(guān)鍵參數(shù)如下：水力振蕩器距離鉆頭280 m；井眼清潔工具下入5只，具體安放位置(距離鉆頭)分別為：185、283、439、708、962 m。

本次工具入井總進尺430 m，下鉆至井底，正常鉆進時，滑動摩阻較未下入前降低23.5%左右；兩個循環(huán)周以后，震動篩返砂量大幅增加，相同進尺條件下，返砂量是下入前的375%，此時的摩阻再次下降10.4%；總滑動摩阻由原來的100 kN下降至66.1 kN。

工具入井之后，定向時未出現(xiàn)托壓問題，滑動行程鉆速由原來的1.65 m/h提高至2.72 m/h，提高65.2%；滑動平均機械鉆速由原來的4.14 m/h提高至5.45 m/h，提高31.5%。

四、結(jié)論

(1)水力振蕩器與井眼清潔工具集成緩解托壓技術(shù)，能有效的降低大斜度井滑動摩阻，緩解定向托壓，提高滑動鉆進效率。

(2)隨著井斜角的增加，水力振蕩器推薦安放位置距鉆頭距離增大，井斜角在55°～80°范圍內(nèi)，推薦安放位置在220～400 m之間。

(3)隨著最大井斜角的增加，井眼清潔工具的安放個數(shù)增加。當(dāng)最大井斜角50°～60°時，至少需要安放4只井眼清潔工具；當(dāng)最大井斜角70°～80°時，至少需要安放5只井眼清潔工具。