水力振荡器在水平井优快钻井中的应用分析

摘要：随着油田大斜度井、水平井、套管开窗井数量越来越多，如何实现快速钻进、提高水平段长度、提高钻井时效以进一步节省钻井成本已经成为重中之重,普遍存在拖压现象严重的问题。现场操作中，一般通过调整钻井液润滑性能、短起下通畅井壁等措施以降低摩阻，在研究区块钻井中收效甚微。在底部钻具中加入水力振荡器，利用水力振荡器纵向振动特性，使得滑动钻进中钻具与井壁之间由静摩擦转化为动摩擦，摩阻明显降低，有效地改善钻具拖压现象。应用表明，水力振荡器显著提高了滑动钻进时的钻压传递效率，机械钻速明显提高，为解决区块定向井、水平井提速难题提供了有益借鉴。

关键词： 水平井；钻井；水力振荡器；优快技术

研究区块水平井施工过程中，由于区块地质情况复杂，水平井施工难度极大，尤其是定向施工进入H组后，频繁出现托压、卡钻等现象，加大作业风险，严重影响提速作业。在常规减阻提速手段均不能取得明显改善情况下，于是在A井尝试应用了水力振荡器。A井应用结果表明，使用水力振荡器井段比未使用该工具井段拖压情况明显改善，机械钻速提高了56.1%，提速效果明显。水力振荡器在本井的成功应用，为研究区块的优快钻井提供了有益借鉴。

1 水力振荡器简介

1.1 水力振荡器结构

水力振荡器主要由三个机械部分组成：（1）振荡短节；（2）动力部分；（3）盘阀和轴承系统，如图1所示。

图1 水力振荡器结构示意图

1.2 技术特点

水力振荡器通过自身产生的纵向振动，使钻具在井底由静摩擦变成动摩擦，使得摩擦阻力大大降低，进而提高钻进过程中钻压传递的有效性，这就意味着水力振荡器可以在各种钻进模式中，特别是在使用动力钻具的定向钻进中改善钻压的传递，减少钻具粘卡的可能性，加强定向钻进效果。并与各种MWD、LWD工具以及钻头兼容。

2 现场应用

2.1 设计及前期施工情况

A井位于油田东Ⅰ区，设计为一口水平井，设计井深 4075.29m，设计井斜82.04°，一开井深600m，二开钻进至3000m开始造斜作业（见图2）。

图2 A井身结构示意图

二开造斜段使用常规造斜钻具，采用PDC钻头+螺杆钻具组合，进入梧桐沟组以后，随着井斜的增加，钻进中钻具与井壁的摩阻、扭矩急剧增大，拖压、憋泵现象频繁发生，造成机速降低，效率下降，作业成本增加。

为改善拖压情况，提高钻井速度，现场采用复合钻头+螺杆钻具组合，钻具组合为：Ø216mm复合钻头+Ø172mm单弯螺杆（1.5°，扶正器212mm）+F165mm单流阀+Ø165mm无磁钻铤（1根）+F165mmMWD无磁悬挂+Ø127mm 加重钻杆（3 根）+Ø127mm 钻杆（9根）+Ø127mm加重钻杆（18根）+Ø127mm钻杆，钻头选用奥瑞拓公司的复合钻头，钻头型号HD2419，所钻井段3432~3555m，进尺123m,纯钻时间75h，平均机械钻速1.64m/h。实验效果不理想，不能有效改善拖压，提高机械钻速。

为有效克服定向钻进中的拖压现象，提高钻井速度，决定采用PDC钻头+LWD仪器+水力振荡器钻具组合，进行定向作业。

2.2 水力振荡器现场应用

为避免水力振荡器对LWD仪器的破坏，在距离钻头 203.5m 的位置安装水力振荡器，具体钻具组合为：Ø216mmPDC钻头+Ø172mm单弯螺杆（1.5°，扶正器 212mm）+F165mm 单流阀+Ø190mmLWD 短节+Ø172mmMWD无磁悬挂+Ø165mm无磁钻铤（1根）+Ø127mm 加重钻杆（3 根）+Ø127mm 钻杆（15根）+Ø172mm 水利振荡器+Ø127mm钻杆（45根）+Ø127mm加重钻杆（18根）+Ø127mm钻杆，钻头选用迪普公司的 PDC 钻头，钻头型号 DS653D，所钻井段3555~3762m ，进尺207m，纯钻时间81h，平均机械钻速 2.56m/h。参考厂家推荐并在现场使用摸索，A井应用水力振荡器钻进参数如表1所示。

表1 A井应用水力振荡器钻进参数

本趟钻结束后起钻检查钻头，复合片基本完好，无明显损伤。

3 应用效果评价

3.1 与本井同地层常规导向钻具组合对比

A井在进入梧桐沟组以后，先使用复合钻头+螺杆钻具组合，后采用PDC钻头+螺杆+水力振荡器钻具组合。与常规钻具组合相比，使用水力振荡器井段的平均机速提高了56.1%。

3.2 与邻井使用常规导向钻具组合对比

A井与B、C井都是位于研究区块的水平井，地层相同，钻井深度接近，具有较强的可比性。可以看出，使用水力振荡器的A井机械钻速明显高于使用常规导向钻具的B井和 C 井，平均机械钻速分别提高了36%、76.55%。综上所述，在研究区块水平井钻井过程中，在进入梧桐沟组以后，使用水力振荡器可以有效改善拖压情况，显著提高机械钻速。

4 认识和建议

（1）在研究区块的大斜度井和水平井作业中使用水力振荡器，能够有效降低摩阻，改善拖压，提高机械钻速，缩短钻井周期。（2）水力振荡器可以与常规定向工具和仪器同时使用，将水力振荡器的安装位置调整合适以后，不会对仪器、动力钻具的寿命产生影响。（3）水利振荡器对井下钻具无不利影响，对MWD、LWD信号传输不会产生干扰。（4）水力振荡器在小钻压钻进中,可有效地消除钻具重量在井壁某段的聚集效应；如使用大钻压钻进, 振荡短节的弹簧将受到压缩, 这样就会降低工具的使用效果；在井斜较小的井眼钻井中, 水力振荡器应安放在受压位置（中性点以下）, 以避免跳钻发生。

参考文献

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