宋春光 于學(xué)瑞 仇常凱 龐茂源 曹正一

摘要：隨著石油工業(yè)的發(fā)展，石油開(kāi)采的重點(diǎn)逐漸朝著大位移井，超深井轉(zhuǎn)移。隨著井深和位移的增加，摩阻扭矩逐漸增大，鉆柱出現(xiàn)“粘滑”現(xiàn)象，具體表現(xiàn)為在一段時(shí)間內(nèi)鉆頭靜止不動(dòng)，當(dāng)加在鉆柱上的扭矩足夠大時(shí)，鉆柱扭矩釋放，鉆頭突然高速轉(zhuǎn)動(dòng)，這對(duì)井下定向儀器和鉆頭都產(chǎn)生巨大的傷害，同時(shí)也會(huì)影響機(jī)械鉆速，縮短鉆具壽命。頂驅(qū)的速度、泥漿潤(rùn)滑性能、鉆具的長(zhǎng)度以及剛性都會(huì)影響震動(dòng)的劇烈程度。

關(guān)鍵詞：鉆柱粘滑;轉(zhuǎn)速;鉆具剛性;鉆壓;轉(zhuǎn)速;隨鉆監(jiān)測(cè)

1 前言

石油鉆井過(guò)程中，正常旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)鉆具保持恒定轉(zhuǎn)速，隨著井底摩阻的增加，鉆具底部會(huì)“粘附”在井底。這種“粘附”會(huì)一直持續(xù)到鉆具扭矩超過(guò)鉆具的靜態(tài)扭矩，此時(shí)鉆具會(huì)突然松開(kāi)并且快速旋轉(zhuǎn)，鉆具此時(shí)的瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鉆具正常旋轉(zhuǎn)速度（比正常旋轉(zhuǎn)速度高2-5 倍），這就是所謂的粘滑振動(dòng)[1]。隨著底部鉆具的突然釋放，底部的MWD和LWD儀器在如此激烈的震動(dòng)中極易損壞，同時(shí)對(duì)于PDC鉆頭也有極大的傷害，極有可能損壞切削齒并且破壞切削規(guī)律，影響機(jī)械鉆速，也會(huì)導(dǎo)致鉆具緊扣、彎曲的發(fā)生。如何減少粘滑震動(dòng)甚至是消除粘滑震動(dòng)是未來(lái)鉆超深井和超大位移井必須考慮的，本文針對(duì)哈法亞油田的情況，提出幾點(diǎn)消減措施。

2粘滑震動(dòng)分析

HFXXX-MXXXH2是哈法亞油田一口五開(kāi)水平井，全井位移1485m，6in水平段長(zhǎng)916m。

鉆具組合：

6"PDC+4-3/4"Motor（1.5°）+ 4-3/4”FS+4-3/4”FEWD+ 3 1/2NMDP+4" HWDP*3+4"DP*33+Agitator+4"DP*8+4"HWDP*1+Jar+4"HWDP*2+4"DP*54+4"HWDP*24+4" DP to surface.

鉆井參數(shù)：WOB：2-4T?RPM：35?FR：800LPM?MW：1.2g/cm3?FV：56s?Gels：5/11

隨鉆使用的FEWD，對(duì)井下震動(dòng)參數(shù)進(jìn)行了實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)。

由FEWD震動(dòng)檢測(cè)模塊實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示4145m之前只是偶爾有粘滑現(xiàn)象，4145m之后基本都處于粘滑狀態(tài)。主要原因是隨著井深的加深摩阻逐漸增大，鉆具的剛性逐漸降低，使得底部鉆具轉(zhuǎn)動(dòng)困難，出現(xiàn)粘滑震動(dòng)。地面顯示表現(xiàn)為地面扭矩波動(dòng)范圍大于平均值的15%。

3粘滑震動(dòng)危害

3.1 對(duì)鉆頭的傷害：瞬間的扭矩釋放，鉆頭最大速度可能達(dá)到正常速度的2-5倍，瞬間的高速?zèng)_擊將加速鉆頭的失效。

3.2降低破巖的效率：粘滑造成的鉆頭無(wú)序運(yùn)動(dòng)將降低鉆井破巖能量效率，消耗鉆機(jī)提供的能量。

3.3鉆具的疲勞傷害和電子儀器損害：長(zhǎng)時(shí)間的粘滑震動(dòng)會(huì)導(dǎo)致鉆具本身的疲勞和粘扣，鉆具的損傷和儀器的損壞都會(huì)增加起下鉆的時(shí)間，降低鉆井的效率。

4解決方案

鉆柱發(fā)生粘滑振動(dòng)是轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速、鉆壓、摩擦扭矩及鉆井液粘性綜合影響的，當(dāng)鉆柱發(fā)生粘滑振動(dòng)時(shí)，隨著鉆柱長(zhǎng)度的增加，粘滑振動(dòng)將更加劇烈，所以要解決鉆柱的粘滑震動(dòng)情況就需要從這幾個(gè)方面著手解決。

4.1提高轉(zhuǎn)盤(pán)（頂驅(qū)）轉(zhuǎn)速

研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鉆具轉(zhuǎn)速大于臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，鉆具粘滑就會(huì)消失。因此要避免鉆具粘滑就必須始終保持鉆具旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速大于臨界轉(zhuǎn)速。

臨界轉(zhuǎn)速的確定沒(méi)有具體的公式，它與所施加的鉆壓，鉆具的剛性，泥漿的性能有關(guān)?，F(xiàn)在哈里伯頓、斯倫貝謝等公司的工具都有震動(dòng)測(cè)量模塊，當(dāng)出現(xiàn)粘滑現(xiàn)象時(shí)，可以提起鉆具，提高10%的轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速，看是否能夠減輕粘滑現(xiàn)象。由于帶有彎角馬達(dá)工具，轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速是不可能無(wú)限提高，特別是大角度馬達(dá)，粘滑臨界轉(zhuǎn)速可能消除粘滑震動(dòng)但是會(huì)損傷馬達(dá)，所以在馬達(dá)允許的范圍內(nèi)可以盡量提高轉(zhuǎn)速，減小粘滑震動(dòng)。

4.2 提高鉆具剛性

隨著井深逐漸加深，鉆具剛性越來(lái)越弱，粘滑震動(dòng)就越明顯，釋放后鉆頭的最大轉(zhuǎn)速就越高，所以適當(dāng)?shù)奶岣咩@具剛性可以減輕粘滑震動(dòng)，哈法亞地區(qū)的水平井一般為五開(kāi)水平井，水平段為6"井眼，上次套管為7"套管，以前全井使用3-1/2"鉆桿，剛性極弱。套管內(nèi)可以使用5"鉆桿，裸眼段使用4"鉆桿，一方面加強(qiáng)鉆具的剛性，同時(shí)增加環(huán)空返速，加強(qiáng)井眼清潔，減小摩阻，從而消減粘滑震動(dòng)。

4.3 減小鉆壓

鉆壓的增加會(huì)導(dǎo)致臨界轉(zhuǎn)速增加，井底鉆具彎曲加重進(jìn)而導(dǎo)致摩阻增加，在粘滑比較嚴(yán)重的情況下，應(yīng)當(dāng)停止鉆進(jìn)，將鉆具提離井底以釋放堆積的能量，然后下放至井底，以低鉆壓的模式恢復(fù)鉆進(jìn)，嘗試尋求合適的鉆壓與轉(zhuǎn)速的配置。同時(shí)考慮使用與地層匹配的鉆頭或者復(fù)合式鉆頭（PDC與牙輪結(jié)合），鈍鉆頭或者外徑減小的鉆頭都會(huì)導(dǎo)致粘滑震動(dòng)的增加。

4.4 減小摩阻

哈法亞油田減小摩阻一般有幾項(xiàng)措施。一是調(diào)整泥漿的性能，增加泥漿的潤(rùn)滑性，減少固相含量，降低泥漿粘度。二是使用Nov水力振蕩器，水力振蕩器動(dòng)力部分是一個(gè)結(jié)構(gòu)類(lèi)似1：2馬達(dá)，通過(guò)泥漿驅(qū)動(dòng)可以產(chǎn)生一個(gè)3-10mm的縱向震動(dòng)，震動(dòng)的頻率與排量相關(guān)。使用水力振蕩器可以有效的減小摩阻，增加有效鉆壓的傳遞，防止過(guò)多無(wú)效的鉆壓累計(jì)在鉆柱上，壓彎鉆柱。三是使用減扭防磨工具，例如滾輪扶正器防磨短節(jié)等。通過(guò)摩阻減少，做到扭矩的順利傳輸。

4.5 隨鉆震動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的使用

井底的震動(dòng)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)對(duì)于井下工具的是否能夠安全至關(guān)重要，作為定向井，主要考慮井下儀器是否安全，現(xiàn)在我公司使用的儀器主要是插針、絲扣連接，無(wú)論縱向還是橫向震動(dòng)對(duì)儀器的損傷都是巨大的。

減小縱向震動(dòng)需要增加鉆壓，減小橫向震動(dòng)需要降低轉(zhuǎn)速，而減小粘滑震動(dòng)需要減小鉆壓增加轉(zhuǎn)速。所以通過(guò)減鉆壓增轉(zhuǎn)速的方式減小粘滑震動(dòng)，就有可能增加縱向和橫向震動(dòng)，對(duì)于工具橫向震動(dòng)危害最大。所以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各種震動(dòng)參數(shù)，在選擇地帶很窄的情況下甚至是必須存在一種震動(dòng)的情況下，需要根據(jù)對(duì)儀器的傷害級(jí)別來(lái)選擇鉆井參數(shù)。

5經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

（1）提高地面轉(zhuǎn)速，當(dāng)速度高于粘滑的臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，粘滑現(xiàn)象就自動(dòng)消失。

（2）降低臨界轉(zhuǎn)速，一味的提高地面轉(zhuǎn)速就會(huì)增加鉆具縱向和橫線的震動(dòng)，所以需要減小鉆壓，使用合適的鉆頭，優(yōu)化泥漿的性能來(lái)降低臨界轉(zhuǎn)速，擴(kuò)大鉆壓和轉(zhuǎn)速的調(diào)控范圍，從源頭上消除了粘滑現(xiàn)象。

（3）隨鉆震動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)用，無(wú)論采取何種措施，我們都需要及時(shí)的監(jiān)測(cè)采取的措施是否有效，及時(shí)的發(fā)現(xiàn)粘滑震動(dòng)，及時(shí)的調(diào)整鉆井參數(shù)。隨鉆震動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在哈法亞取得良好的使用效果，F(xiàn)EWD減少了井下失效幾率，提高鉆井施工的整體作業(yè)表現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

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