陳清正，聶光輝，侯得景，秦天寶(.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 30045；.中海石油(中國(guó))有限公司蓬勃作業(yè)公司，天津 30045)

1 渤海某油田地質(zhì)情況介紹及井身結(jié)構(gòu)

渤海某油田儲(chǔ)層巖性為細(xì)、中細(xì)、含礫中粗砂巖，巖石學(xué)定名為巖屑長(zhǎng)石砂巖和長(zhǎng)石砂巖，分選中等～較好，磨圓度為次圓～次棱狀。根據(jù)渤海灣區(qū)域沉積研究成果、結(jié)合2個(gè)油田的生物地層特征、巖心和壁心描述、分析化驗(yàn)資料及測(cè)井曲線等各種信息認(rèn)為，該區(qū)明化鎮(zhèn)組為曲流河沉積，館陶組為辮狀河沉積，砂體呈北東或近東西向展布。本區(qū)目的層段儲(chǔ)層單層厚度變化比較大，從不足1.0 m到大于25.0 m，單層厚度小于4.0 m的儲(chǔ)層按層數(shù)統(tǒng)計(jì)所占比例比較高，約68%。砂巖、泥巖層位交互，層間交界面較多。

以G平臺(tái)G06井為例，采用二開(kāi)井身結(jié)構(gòu)，表層套管下深508.03 m，二開(kāi)12-1/4”井眼鉆至完鉆井深2 354.00 m，裸眼段長(zhǎng)度1 845.97 m，下9-5/8”套管。由于裸眼段較長(zhǎng)，使用常規(guī)馬達(dá)鉆具，深層定向時(shí)，托壓嚴(yán)重，無(wú)法保證滑動(dòng)效果，而且嚴(yán)重影響機(jī)械鉆速，滯后整體鉆井效率。井身結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 G平臺(tái)類似井井身結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)

2 水力振蕩器結(jié)構(gòu)及工作原理

水力振蕩器通過(guò)自身產(chǎn)生的縱向振動(dòng)，改善鉆壓的傳遞，減少底部鉆具與井眼之間的摩阻，減少扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。這就意味著水力振蕩器在解決拖壓、防止鉆具粘卡和在幫助解決卡鉆方面有明顯優(yōu)勢(shì)，隨著水力振動(dòng)器在渤海油田的使用，使得井下動(dòng)力馬達(dá)在井深時(shí)的滑動(dòng)效果提高，并提高了滑動(dòng)段機(jī)械鉆速，提升整體鉆井效率，實(shí)現(xiàn)馬達(dá)導(dǎo)向鉆具在部分井中比旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆具更有優(yōu)勢(shì)，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

2.1 水力振蕩器結(jié)構(gòu)

水力振蕩器主要由三部分機(jī)械組成部分：(1)振蕩短節(jié)；(2)動(dòng)力部分；(3)閥門和軸承系統(tǒng)，如圖1所示。

2.2 水力振蕩器工作原理

水力振蕩器在鉆井液流經(jīng)時(shí)， 通過(guò)其閥盤組合產(chǎn)生壓力脈沖。置于其上的振蕩短節(jié)在鉆井液壓力脈沖作用下產(chǎn)生軸向的蠕動(dòng)， 并帶動(dòng)鉆具振動(dòng)， 從而將鉆具與井眼之間的靜摩擦轉(zhuǎn)換為動(dòng)摩擦，降低摩擦力并改善鉆壓傳遞提高機(jī)械鉆速。水力振蕩器的動(dòng)力部分由一個(gè)2:1頭的馬達(dá)組成，馬達(dá)轉(zhuǎn)子的下端固定一個(gè)閥片，流體流過(guò)動(dòng)力部分時(shí)，驅(qū)動(dòng)心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，由于螺桿的特征，末端會(huì)在一個(gè)平面上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)(稱之為動(dòng)閥片)。

圖1 水力振蕩器結(jié)構(gòu)圖

與動(dòng)力部分相連的是閥門和軸承系統(tǒng)，主要連接耐磨套和一個(gè)固定的閥片(定閥片)，動(dòng)閥片和靜閥片緊密配合，由于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致兩個(gè)閥片相錯(cuò)或者重合，相錯(cuò)或重合導(dǎo)致上流的壓力發(fā)生變化，周期性的相對(duì)運(yùn)動(dòng)造成流體流經(jīng)工具的截面積周期性的變化，動(dòng)力部分使上游周期性的壓力變化作用在一個(gè)彈簧短節(jié)上，就形成彈簧短節(jié)不斷的壓在彈簧上，形成振動(dòng)運(yùn)動(dòng)。

水力振蕩器閥塊壓力脈沖示意圖，如圖2所示。(1)兩個(gè)閥門最大(完全)重合時(shí)，此時(shí)流體通過(guò)截面積最大，所以通過(guò)工具后，產(chǎn)生的壓降最小；(2)兩個(gè)閥門最小重合時(shí)，此時(shí)流體通過(guò)截面積最小，所以通過(guò)工具后，產(chǎn)生一個(gè)最大的壓降；(3)截面積周期性變化，導(dǎo)致上游壓力同步的周期變化。

圖2 水力振蕩器閥塊壓力脈沖示意圖

2.3 水力振蕩器工具兼容特性

水力振蕩器可以配合所有公司的MWD系統(tǒng)使用，在滑動(dòng)鉆進(jìn)過(guò)程中，減少鉆具組合粘卡次數(shù)，保證平滑穩(wěn)定的鉆壓傳遞，降低工具面調(diào)整頻率，提高滑動(dòng)效果，有效地地提高機(jī)械鉆速，提升滑動(dòng)效果，進(jìn)而增加深井中適用馬達(dá)鉆具的可能性。

(1) MWD、LWD工具的兼容性。①水力振蕩器在工作狀態(tài)是產(chǎn)生振動(dòng)，不會(huì)干擾MWD、LWD工具和系統(tǒng)的信號(hào)；②減少橫向振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)；③鉆具組合中，安放水力振蕩器位置比較自由，在MWD上下均可；④不會(huì)對(duì)鉆頭和鉆柱產(chǎn)生振動(dòng)破壞。

(2)鉆頭的兼容性。①可以和任何廠家牙輪鉆頭、PDC鉆頭配合使用；②產(chǎn)生的振動(dòng)，不會(huì)對(duì)鉆頭切削齒產(chǎn)生破壞，也不會(huì)破壞牙輪鉆頭的軸承；③鉆進(jìn)過(guò)程中，持續(xù)穩(wěn)定的施加小鉆壓，延長(zhǎng)PDC鉆頭的使用壽命。

2.4 渤海某油田應(yīng)用情況

以渤海某油田G06井為例，本井二開(kāi)井身結(jié)構(gòu)，二開(kāi)12-1/4”井眼鉆至完鉆井深2 354.00 m，裸眼段長(zhǎng)度1 845.97 m，最大井斜69.68°。井身結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 PL19-4-G06井井身結(jié)構(gòu)

PL19-3-G06井，屬于典型的“S”井型結(jié)構(gòu)，本井在表層即采用預(yù)斜模式，表層鉆進(jìn)至508 m，井斜32°，12-1/4”井眼MD 508～909 m井段，持續(xù)滑動(dòng)增斜至69.68°，狗腿度3.0°/30 m;MD 909～1662m井段，穩(wěn)斜鉆進(jìn)；MD 1662～2047 m井段，滑動(dòng)降斜至36.48°；MD 2047～2348 m 井段，穩(wěn)斜鉆進(jìn)至完鉆深度。

本井鉆具組合：12-1/4”PDC + 9-5/8”Motor(單彎1.15°) +11-3/4”STB + 8”PM + 8”M5 + 8”HOC + 8”Screen Sub + 8”F/V +7-3/4”Drilling Jar + X/O + 5-1/2”HWDP*14+ X/O + 8”水力振蕩器；

鉆進(jìn)參數(shù)：旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)參數(shù)：鉆壓1-10 T，排量3 700 L/min，泵壓14.0～17.5 MPa，轉(zhuǎn)速70 rpm，扭矩8.5-14.5 KN*m；滑動(dòng)鉆進(jìn)參數(shù)：鉆壓2-12 T，排量3 700 L/min，泵壓14.5～18.0 MPa；本井12-1/4”井段，裸眼進(jìn)尺：1 845.97 m，純鉆時(shí)間：41.50 h，平均機(jī)械鉆速44.48 m/h，而本區(qū)塊其他井平均機(jī)械鉆速32.6 m/h，平均提高36%。出井鉆頭檢查，復(fù)合金剛石片基本完好，無(wú)明顯磕痕。

通過(guò)幾口井對(duì)比，明顯看出使用水力振蕩器后，機(jī)械鉆速提高明顯，有效解決了深部地層，滑動(dòng)拖壓現(xiàn)象，減少滑動(dòng)過(guò)程工具面調(diào)整時(shí)間。

3 結(jié)語(yǔ)

(1)水力振蕩器在渤海地區(qū)的滑動(dòng)鉆進(jìn)中，能夠有效降低摩阻，改善鉆壓，提高機(jī)械鉆速，縮短鉆井周期。(2)使用水力振蕩器后，提升了馬達(dá)鉆具的使用空間，在渤海2 000 m左右井深，可以部分替代旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆具，減少起鉆更換旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向時(shí)間，縮短鉆井周期，同時(shí)降低了鉆井成本。(3)水力振蕩器可以與常規(guī)定向工具及測(cè)井儀器匹配使用，將水力振蕩器的位置安裝正確后，不會(huì)對(duì)井下儀器、定向鉆具的信號(hào)傳輸產(chǎn)生影響。(4)水力振蕩器缺點(diǎn)之一是工作壓降較大，與馬達(dá)鉆具配合使用時(shí)，在鉆進(jìn)至井深時(shí)，可能會(huì)排量開(kāi)不起來(lái)，進(jìn)而影響環(huán)空返速，不利于攜沙等井眼清潔要求。(5)由于水力振蕩器在進(jìn)入工作排量后，震動(dòng)非常劇烈，在上部淺部地層使用，會(huì)對(duì)鉆井頂驅(qū)等設(shè)備的零件震松、脫落，長(zhǎng)時(shí)間劇烈震動(dòng)也會(huì)對(duì)設(shè)備內(nèi)部密封產(chǎn)生損壞，建議在井深1 000米之后使用，避免震壞地面設(shè)備。