董云峰

中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)湛江分公司 廣東 湛江 524057

“十四五”以來，隨著我國海上能源安全戰(zhàn)略的發(fā)展，大位移井已是海上開發(fā)“低、邊、稠”油氣田的重要手段。大位移井通過單井筒延伸出較長的水平位移提高油氣藏的開發(fā)覆蓋面積，能夠大幅度提高單井產(chǎn)量，提高油氣藏的動用系數(shù)降低單井開發(fā)成本，提高鉆井平臺的利用率[1]，還可以減少對生態(tài)環(huán)境的破壞，實現(xiàn)油氣開發(fā)的可持續(xù)性發(fā)展[2]，已在邊際油田、復(fù)雜油氣藏及非常規(guī)油氣開發(fā)中取得了較為顯著的應(yīng)用效果。

近年來，由于用海矛盾突出，平臺周邊滾動擴邊需求增多，受到航路、錨地等影響，海上邊際油田動用難度較大、開發(fā)受限，逐漸要求海上大位移井的水平位移突破6000米。面對大位移井開發(fā)過程中常出現(xiàn)的摩阻扭矩大、長裸眼段鉆具托壓嚴重、硬地層機械鉆速慢等瓶頸難題，國內(nèi)外油田企業(yè)及科研院所逐步開拓出高攻擊性鉆頭、高性能鉆井液、高效率提速工具等多項核心技術(shù)提高鉆井時效及安全性[3]。

水力振蕩器作為一種降摩減阻提速工具，可以通過壓力脈沖產(chǎn)生軸向振動，將靜摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽Σ?，有效解決大位移井復(fù)合鉆進中的托壓問題，減少粘附卡鉆并提高機械鉆速。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)作為目前石油鉆井領(lǐng)域先進的井眼軌跡控制技術(shù)，可以使鉆具在旋轉(zhuǎn)鉆井的過程中按照預(yù)設(shè)井眼軌道實施鉆進[4]。這兩種技術(shù)工具的應(yīng)用對于大位移井鉆井的時效提升和定向控制能力提升具有重要意義，但當(dāng)兩種工具同時應(yīng)用時，水力振蕩器提供的振動沖擊是否會對旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)的指向性造成影響，始終被作業(yè)者所擔(dān)憂和質(zhì)疑。本文將對水力振蕩器及旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)的技術(shù)現(xiàn)狀以及兩種工具兼容使用的情況進行分析，旨在為大位移井作業(yè)中兩種工具的使用提供參考。

1 技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 水力振蕩器

水力振蕩器通常由動力部分和振蕩部分組成，動力部分主要通過鉆井液流經(jīng)定子、轉(zhuǎn)子、動閥盤、定閥盤等部件產(chǎn)生壓力脈沖。振蕩部分主要通過芯軸、碟簧組、活塞和密封系統(tǒng)等部件產(chǎn)生周期性往復(fù)軸向運動[5]，將靜摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽Σ?，實現(xiàn)鉆具與井壁間降低摩擦阻力，提升井眼延伸能力和機械鉆速。水力振蕩器主要適用于大位移井、大斜度井的復(fù)合鉆進作業(yè)，主要解決托壓問題，能夠?qū)Ω墩掣娇ㄣ@以及幫助鉆具解卡。依據(jù)其結(jié)構(gòu)特點和工作原理的不同，主要可分為同心/偏心螺桿式、渦流式、自激式、射流式等幾種水力振蕩器。

目前，水力振蕩器已在陸地及海上油田大位移井、大斜度井及探井中獲得了較為廣泛的應(yīng)用，提速效果明顯，能夠大幅縮短鉆井周期，降低成本。

1.2 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)

旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)通常由地面監(jiān)控中心、雙向通信系統(tǒng)、LWD/MWD、導(dǎo)向裝置、控制單元與穩(wěn)定平臺組成，適用于大位移井、復(fù)雜水平井、大斜度井等造斜及定向鉆井作業(yè)，可以保證井眼軌跡的平滑和連續(xù)性，具有高可靠性、高造斜、高井眼質(zhì)量等特點[6]。國內(nèi)外各大油田服務(wù)公司近年來都開發(fā)出了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的各類旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)并廣泛應(yīng)用，按其不同的定向原理主要分為推靠式、指向式、混合式三種。

使用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)的井通常鉆進難度較大，井下頻繁的扭轉(zhuǎn)振動和粘滑極易導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具、鉆頭及MWD/LWD等隨鉆測量工具消耗損壞，產(chǎn)生非生產(chǎn)時間及高昂的維修費用。同時，由于大位移井井眼軌跡的復(fù)雜性，定向段地層鉆井不可避免產(chǎn)生能量損失，使鉆壓難以傳遞至鉆頭，也會導(dǎo)致鉆井效率偏低。

2 兼容優(yōu)勢分析

針對以上問題，使用水力振蕩器配合旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)使用，可以補足其使用短板，提高旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)整體表現(xiàn)，具體體現(xiàn)在：

降低摩阻損耗，提高定向效率。應(yīng)用水力振蕩器帶動井下鉆具產(chǎn)生規(guī)律一致的軸向振蕩運動，使管柱始終處于可控的運動狀態(tài)，將管柱與井筒間的靜摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽Σ?，使旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)的定向功能不受到外力影響，改善旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)的定向能力，控制井眼軌跡在目標(biāo)范圍內(nèi)，提升軌跡最優(yōu)儲層鉆遇率，即提升井筒生產(chǎn)能力。

有效輸送鉆壓，提高鉆井效率。水力振蕩器提供的動力可以大大降低粘滑和扭轉(zhuǎn)振動，使鉆柱更加穩(wěn)定，將均勻的鉆壓、平穩(wěn)的扭矩、更高的壓差輸送到位，減小無效鉆壓需求，以更低的鉆井參數(shù)獲得更高的鉆井效率。

降低鉆具磨損，延長使用壽命。使用水力振蕩器后，所需鉆壓、轉(zhuǎn)速及壓差參數(shù)降低，工具穩(wěn)定性提高，可以減輕井下不規(guī)律震動對鉆具和井底組件的磨損，延長井下工具使用壽命和工具失效平均間隔時間，降低旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)及MWD/LWD等隨鉆測量工具的失效概率。

鉆井穩(wěn)定可控，提高井筒質(zhì)量。水力振蕩器可以減少HFTO（高頻扭轉(zhuǎn)振動），提高旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向及鉆具穩(wěn)定性，使整個鉆井過程參數(shù)穩(wěn)定可控。隨著鉆具及參數(shù)的穩(wěn)定，鉆頭處的無序振動得到減輕，使得井筒更加規(guī)則光滑。

降低綜合成本，縮短鉆井周期。在水力振蕩器的帶動下，管柱鉆進變得更加順暢，可以減少潤滑劑的使用成本，也可以降低井下工具部件損壞失效、疲勞監(jiān)測、等停和維修等成本和時間，縮短工期。

綜合來看，水力振蕩器與旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)同時使用，可以將兩種工具的優(yōu)勢相結(jié)合，消除單獨使用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)的常見問題，相輔相成，以更低的鉆井參數(shù)獲得更高的鉆井效率，達到“1+1＞2”的使用效果。

3 作業(yè)案例

3.1 63/4″水力振蕩器+貝克休斯AutoTrak 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)

位于卡塔爾陸地油田的A井使用水力振蕩器配合貝克休斯 AutoTrak 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)鉆進7501～11535ft井段。鄰井B井單獨使用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)鉆進7204～11040ft井段，多次發(fā)生高頻扭轉(zhuǎn)振動，導(dǎo)致工具時常處于難以定向的狀態(tài)，出現(xiàn)了未預(yù)見的狗腿度變化，增加了井眼曲度。

A井將水力振蕩器安裝在距離鉆頭1149ft的位置，大幅降低了斜井段的切向不良振動。由于水力振蕩器提高了旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)的定向能力，A井相較于鄰井B井整趟鉆發(fā)送指令總時間降低25%，指令次數(shù)減少了36%，在切向振動頻發(fā)層段的指令次數(shù)減少了70%。

此外，相較于未安裝水力振蕩器的B井，A井整體所需的鉆壓和排量更低，達到的扭矩更大，鉆壓參數(shù)更為穩(wěn)定，機械鉆速水平基本相似。

3.2 43/4″水力振蕩器+斯倫貝謝PowerDrive 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)

某多分支井使用水力振蕩器配合斯倫貝謝PowerDrive旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)在主井眼L0兩側(cè)的兩個分支井眼L1、L2中鉆進。主井眼L0鉆進過程中未使用水力振蕩器，單獨使用PowerDrive旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)和脈沖MWD，記錄到了嚴重的粘滑和井下振動，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具在井下發(fā)生兩次嚴重失效被迫增加2趟起下鉆，導(dǎo)致全井共使用3趟鉆鉆完。兩個水平分支井眼L1、L2將水力振蕩器安裝在距離鉆頭1500ft的位置，配合旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)鉆進共計進尺超8500ft，兩個井眼均一趟鉆完鉆。

從鉆進效果上看，水力振蕩器的使用提高了旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)的使用效率，共計節(jié)省了3天的鉆井周期且沒有發(fā)生井下旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具損壞的情況。與常規(guī)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆柱組合相比，水力振蕩器的使用明顯緩解了井下的粘滑情況，同時，水力振蕩器與旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)的合理配合，使全井的機械鉆速由30.8ft/h提高至57.8ft/h，即效率提高了20%。

4 結(jié)束語

大位移井的水平位移大，能夠大范圍地開發(fā)含油儲層，提高單井產(chǎn)量降低成本，是邊際油田、復(fù)雜油氣藏和非常規(guī)油氣的重要手段。

水力振蕩器能夠通過軸向脈沖運動將動力輸送至井底鉆具，有效緩解復(fù)合鉆進中托壓問題、粘附卡鉆等問題，提高大位移井鉆井的整體效率。

使用水力振蕩器配合旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)使用，可以降低摩阻損耗、有效輸送鉆壓、降低損耗和成本，提高鉆井效率和定向效率，使鉆進過程穩(wěn)定可控，相輔相成，獲得更好的鉆井表現(xiàn)。