摘 要: 川渝地區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在水平井施工過程中出現(xiàn)嚴(yán)重的托壓、粘卡現(xiàn)象，尤其在滑動(dòng)鉆進(jìn)過程中，無法保證給鉆頭施加真實(shí)、有效的鉆壓。水力振蕩器可以使常規(guī)的鉆具組合克服定向鉆進(jìn)過程中遇到的常見問題。為此，介紹了水力振蕩器的結(jié)構(gòu)及工作原理，并在在長寧 H2 － 1 井、高石 12 井施工過程中應(yīng)用了水力振蕩器。應(yīng)用效果分析表明，水力振蕩器在水平井中把單純的機(jī)械式加壓改為機(jī)械與液力相結(jié)合的加壓方式，為鉆頭提供了有效、真實(shí)的鉆壓，改善井下鉆壓傳遞效果，明顯降低摩阻，提高機(jī)械鉆速，縮短鉆井周期。
隨著我G各大油田開發(fā)大斜度井、水平井及水平分支井等復(fù)雜結(jié)構(gòu)井的數(shù)量越來越多，如何有效地向鉆頭施加鉆壓就成為人們普遍關(guān)注的問題。川渝地區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在造斜井段出現(xiàn)嚴(yán)重的托壓、粘卡、鉆頭對(duì)工具面控制力差、鉆壓無法有效且真實(shí)地傳**鉆頭等現(xiàn)象，導(dǎo)致滑動(dòng)鉆進(jìn)機(jī)械鉆速慢、鉆井周期長、鉆井成本高，嚴(yán)重制約了該地區(qū)氣藏的勘探
 
［1 － 3］
開發(fā) 。水力振蕩器能夠通過自身產(chǎn)生的縱向振動(dòng)來提高鉆進(jìn)過程中鉆壓傳遞的有效性和減少 BHA 與井眼之間的
 
摩阻，水力振蕩器可以在所有的鉆進(jìn)模式中，特別是在有螺桿的定向鉆進(jìn)過程中改善鉆壓的傳遞，減少扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，從而

［4］	。G內(nèi)多個(gè)油田在淺水
有效提高機(jī)械鉆速，縮短鉆井周期

平井開發(fā)中都應(yīng)用了水力振蕩器，例如長慶油田榆 37 － 2H
 
井，川西的馬蓬 23 － 3HF 井、新沙 21 － 28H 井，內(nèi)蒙古蘇里格區(qū)塊蘇 36 － 8 － 18H 井等應(yīng)用。川渝地區(qū)的長寧
 
H2 － 1 井和高石 12 井也開展了水力振蕩器現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。
 
一、水力振蕩器
 
1． 結(jié)構(gòu)及工作原理
 
1． 1 結(jié)構(gòu)
 
水力振蕩器 AGT 主要由動(dòng)力部分、閥門和軸承系統(tǒng)以及配套振蕩短節(jié) 3 部分結(jié)構(gòu)組成( 圖 1) 。由鉆桿單根連接成
 

［5 － 6］	。
的剛性管柱使用振蕩短節(jié)，撓性的管柱則不使用振蕩短節(jié)
1． 2  工作原理

 
鉆井液經(jīng)過水力振蕩器動(dòng)力部分帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致動(dòng)閥片和靜閥片的相錯(cuò)和重合，閥門的截面積( **大值和**小值) 發(fā)生周期性的變化，使流體流經(jīng)工具后的壓力發(fā)生變化而產(chǎn)生壓力脈沖。壓力脈沖作用到心軸的下端面時(shí)，在壓力的作用下，心軸向下方移動(dòng)并且壓縮彈簧，當(dāng)這個(gè)壓力釋放后，心軸在彈簧作用下返回到原來的位置。短節(jié)的活塞在壓力和彈簧的雙重作用下，軸向上往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而使管柱在自己軸線方向上來回運(yùn)動(dòng)，原來的靜摩擦阻力就變成了動(dòng)摩擦阻力。這樣，摩擦阻力就大大降低，工具就可以有效的減少因井眼軌跡產(chǎn)生的鉆具拖拉現(xiàn)象，保證有效的鉆壓。
2． 功能及技術(shù)優(yōu)勢(shì)
 
水力振蕩器通過鉆井泵將液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，改變鉆進(jìn)過程中僅靠下部鉆具的重力給鉆頭施加鉆壓的方式，使鉆頭或下部鉆具與鉆柱中的其他部分的連接變?yōu)槿嵝赃B接，從
［7］
而達(dá)到提高滑動(dòng)機(jī)械鉆速的目的 ，其作用主要有以下幾點(diǎn):
 
( 1) 改善井下鉆壓傳遞效果。改變鉆頭的加壓方式，把單純的機(jī)械式加壓改為機(jī)械與液力相結(jié)合的加壓方式，為鉆
 
［8］
頭提供真實(shí)、有效的鉆壓 。
 
( 2) 減少摩阻，防止托壓。水力振蕩器在鉆進(jìn)過程中使其上下鉆具在井眼中產(chǎn)生縱向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使鉆具在井下的靜摩擦變成動(dòng)摩擦，大大降低了摩擦阻力，工具可以有效地減少因井眼軌跡而產(chǎn)生的鉆具托壓現(xiàn)象，保證有效的鉆壓。
 
( 3) MWD /LWD 工具的兼容性。水力振蕩器與 MWD、 LWD 配套使用不會(huì)破壞 MWD、LWD 工具和干擾系統(tǒng)信號(hào)，增加了水力振蕩器的實(shí)用性。

( 4) 與各種鉆頭均配合良好?？赏垒嗐@頭和 PDC 鉆					井，設(shè)計(jì)井深為 3 864 m，水平段長 1 004 m。高石 12 井是四
頭一起使用，對(duì)鉆頭牙齒或軸承無沖擊損壞，延長了 PDC 鉆					川盆地樂山—龍女寺古隆起高石梯潛伏構(gòu)造震頂構(gòu)造東段
頭使用壽命。					的一口中深水平井，設(shè)計(jì)井深為 6 369 m，水平段長 1 000 m。
( 5) 加強(qiáng)定向鉆進(jìn)，提高機(jī)械鉆速。防止鉆具重量疊加					1． 長寧 H2 － 1 井應(yīng)用情況
在鉆具的一點(diǎn)或者一段，從而更好的控制工具面。配合 PDC						長寧 H2 － 1 井在井深 2 185． 6 m 下入水力振蕩器進(jìn)行
鉆頭提高定向能力，使 PDC 鉆頭滑動(dòng)鉆進(jìn)更加容易，顯著提					穩(wěn)斜扭方位鉆進(jìn)，鉆** 2
高定向鉆進(jìn)和轉(zhuǎn)盤鉆進(jìn)速度。					17. 29°，其中累計(jì)定向鉆進(jìn)進(jìn)尺為 166． 05
	二、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用				90. 64 h，定向平均鉆速為 1． 832
					同井場(chǎng) 3 口未使用水力振蕩器的鄰井進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果
長寧 H2 － 1 井是長寧 H2 井組的一口頁巖氣三維水平					見表 1。

#p#分頁標(biāo)題#e#

鉆具組合:  215． 9 mm PDC × 0． 35 m +  172 mm 1. 25°			向時(shí)工具面穩(wěn)定，調(diào)整工具面時(shí)間大幅減少; ②通過調(diào)整鉆
螺桿 × 8． 1 m + 回壓凡爾 × 0． 44		m +  165 mm 無磁鉆鋌 ×	具組合和鉆井參數(shù)，高石 12 井機(jī)械鉆速達(dá)到 1． 19 m /h，相對(duì)
9. 27 m +  172 mm 無磁懸掛 × 0．		96 m +  127 mm 加重鉆桿 1	于鄰井施工平均水平，機(jī)械鉆速提高了 34． 5% ; ③高石 12 井
柱 × 27． 82 m +  168 mm 雙公短節(jié) × 0． 77 m +  168 mm 配合			從 4 675． 56 m 使用水力振蕩器進(jìn)行增斜鉆進(jìn)，鉆**井深
接頭 × 1． 09	m +  178 mm 水力振蕩器 × 1． 24 m +  127 mm		4 965. 4 m，鉆井時(shí)間為 17． 4 d，相對(duì)于鄰井同層位的平均水
加重鉆桿 11	2 /3 柱 × 298． 1 m +  127 mm 鉆桿。		平，定向造斜周期縮短了 7． 175 d，縮短率為 29． 2% 。
鉆井參數(shù)為: 鉆壓 40 ～ 100 kN，轉(zhuǎn)速 30 r /min，排量 21 ～			三、認(rèn)識(shí)與建議
22 L /s，泵壓 21 ～ 23 MPa，鉆井液密度 2． 3 g /cm3 。
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果可以得出: ①在  178 mm 水力振蕩			( 1) 在川渝地區(qū)長寧 H2 － 1 井和高石 12 井應(yīng)用水力振
器的作用下，鉆具發(fā)生周期性震蕩，基本消除了托壓現(xiàn)象，定			蕩器進(jìn)行定向施工，有效降低了定向鉆井段 ( 下轉(zhuǎn)第 116 頁)

加了技術(shù)套管的深度和抗內(nèi)壓強(qiáng)度; ②完善了陸相井的井控
裝置配套，安裝了雙節(jié)流管匯，提升了硬件水平; ③增加了陸
相井的鉆井液、堵漏材料儲(chǔ)備及現(xiàn)場(chǎng)快速配漿的能力; ④通
過總結(jié)、研究，形成了一整套適合元壩地區(qū)的堵漏、承壓技
術(shù); ⑤通過安裝液面監(jiān)測(cè)裝置，隨時(shí)可以掌握地層的漏失情
況; ⑥通過與院校相結(jié)合，對(duì)壓井氣液兩相流流型判別及力
學(xué)模型研究，建立壓井過程氣液兩相流流動(dòng)計(jì)算模型，為壓
井過程中施工參數(shù)的計(jì)算提供依據(jù)。結(jié)合司鉆法、工程師
法，完善了壓井過程計(jì)算的流程。通過這些技術(shù)的應(yīng)用，確
保了元壩陸相井井控安全。
	三、結(jié)論
( 1) 優(yōu)化后的井身結(jié)構(gòu)延長了氣體鉆井井段，提高了大
尺寸井眼機(jī)械鉆速，同時(shí)技術(shù)套管的下深增加，封隔了更多
的復(fù)雜層位，有效降低了處理復(fù)雜情況的時(shí)間，并且避免了
小井眼、小鉆具施工，使得應(yīng)對(duì)異常情況的能力大大增強(qiáng)，為
新技術(shù)的順利實(shí)施創(chuàng)造了條件。
( 2) 空氣鉆轉(zhuǎn)漿方式以及干法固井的逐步完善成熟，大
大縮短了中完時(shí)間，降低了鉆井成本。
( 3) 扭力發(fā)生器在沙溪廟**自流井地層應(yīng)用，提速效果
明顯，也有較好的綜合效益，可以繼續(xù)推廣應(yīng)用。
( 4) 渦輪鉆具配合孕鑲金剛石鉆頭使用壽命長，在高強(qiáng)
度 高研磨性的自流井 須家河地層應(yīng)用，能較大幅度提高機(jī)
、	、
械鉆速和行程鉆速，為深井、硬地層、大尺寸井眼提高機(jī)械鉆

#p#分頁標(biāo)題#e#

速提供了一套全新的工藝。G產(chǎn)孕鑲鉆頭已逐步發(fā)展推廣
起來。
( 5) 通過對(duì)元壩地區(qū)固井難點(diǎn)分析，形成了一整套適合
元壩地區(qū)固井技術(shù)方案，提高了固井質(zhì)量。
( 6) 井控安全是陸相地層提速的前提，通過完善井控工
藝、提高井控配套標(biāo)準(zhǔn)等，做到井控安全，為提速提供保障。
( 7) 中石化元壩提速活動(dòng)開展以來，元壩地區(qū)鉆井速度
逐步提高，突破了一個(gè)又一個(gè)提速“瓶頸”，取得了很大的成
績(jī)，但是仍需要進(jìn)一步提升。下一步要繼續(xù)集成各項(xiàng)技術(shù)，
繼續(xù)攻關(guān)提速“瓶頸”，形成并不斷完善元壩地區(qū)陸相地層優(yōu)
快鉆井配套技術(shù)，必將能夠提高元壩陸相地層的鉆井速度，
推進(jìn)元壩氣田的開發(fā)建設(shè)進(jìn)程。