水力脈沖技術(shù)提高鉆井效率
時間：2016-10-19 09:51
來源：
作者:許京國 渤海鉆探第
采 用泥漿馬達(dá)和渦輪鉆 具鉆定向井時，由于 上部鉆具不旋轉(zhuǎn)，在 大井斜和水平滑動鉆 進(jìn)時井眼摩阻會非常大，導(dǎo)致機(jī)械 鉆速和鉆井效率降低， 見圖 1 所示， 應(yīng)用水力脈沖新技術(shù)后可顯著提高 定向滑動鉆進(jìn)的鉆井效率。為了克 服非旋轉(zhuǎn)鉆具與井壁間的摩擦力， 水力脈沖裝置的機(jī)械設(shè)計(jì)能產(chǎn)生強(qiáng) 大的壓力脈沖，并將壓力脈沖轉(zhuǎn)化 為機(jī)械動能，由此產(chǎn)生鉆具軸向運(yùn) 動，從而提高鉆壓傳遞。
該技術(shù)可用于大斜度、大位移 及非傳統(tǒng)儲層水平井的滑動鉆進(jìn)作 業(yè)；延長 PDC 鉆頭使用時間、持續(xù) 產(chǎn)生高機(jī)械鉆速、降低壓差卡鉆風(fēng) 險(xiǎn)、鉆出規(guī)則的井眼軌跡、提高井 身質(zhì)量。不僅如此，該技術(shù)還能提 高鉆頭的鉆壓傳遞、降低鉆壓的地 面加壓、減小鉆桿壓縮、增強(qiáng)馬達(dá) 工具面控制、減少井眼彎曲和累積 的狗腿、 要求低壓降， 降低鉆具摩阻， 實(shí)現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)定的鉆壓傳送，提高機(jī) 械鉆速和鉆井效率。
水力脈沖技術(shù)優(yōu)勢顯著
傳統(tǒng)水平鉆井作業(yè)由于鉆具與 井壁間的摩擦力極易引起鉆具高摩 阻工況，由非旋轉(zhuǎn)鉆具產(chǎn)生的摩擦 力導(dǎo)致鉆具在曲線段和水平段被托 起或掛住，通常稱作托壓，因此， 鉆壓輸送受到限制。導(dǎo)致馬達(dá)工具 面漂浮不定和極低的機(jī)械鉆速，最 終導(dǎo)致鉆頭過早失效、井眼扭曲增 多、持續(xù)傳送鉆壓的能力下降。降 低鉆具與井壁間的摩擦力，水力脈 沖系統(tǒng)通過一個全金屬裝置產(chǎn)生振 蕩，該裝置并未采用定子 / 轉(zhuǎn)子動 力 組 件， 可 降 低 總 的 系 統(tǒng) 壓 耗， 這會使井眼軌跡更加一致，使鉆 進(jìn)更加順暢和連貫，實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn) 定滑動鉆進(jìn)。水力脈沖系統(tǒng)如圖 2 所示。
傳統(tǒng)鉆井工具因馬達(dá)工具面控 制困難，鉆出的井眼扭曲度高，井 眼軌跡一致性差，與之相比，新水 力脈沖系統(tǒng)馬達(dá)工具面控制良好， 鉆出的井眼彎曲度比較均勻，井眼 軌跡一致性好。因此，使用新水力 脈沖系統(tǒng)獲得的效果是：較好的工 具面控制，井眼軌跡一致性好，低 扭曲度，狗腿少，井身質(zhì)量明顯得 到提高。同時，穿越水力脈沖裝置 的低壓降在立管壓力不接近極限的 狀況下能更柔韌靈活地進(jìn)行鉆井作 業(yè)，這是傳統(tǒng)鉆具振蕩工具高壓耗 要經(jīng)歷的一個挑戰(zhàn)。
建模發(fā)揮最大效益
水力脈沖系統(tǒng)包含兩個短節(jié)， 低壓脈沖發(fā)生器和上部增強(qiáng)器短節(jié)。 當(dāng)泵流速超過激活流量范圍時，低 壓脈沖發(fā)生器以一個特定頻率在鉆 具內(nèi)產(chǎn)生一個壓力脈沖，這個脈沖 確定不會對隨鉆測量 MWD 產(chǎn)生干 擾。壓力脈沖激勵脈沖增強(qiáng)器短節(jié) 在脈沖裝置上下鉆具范圍內(nèi)產(chǎn)生軸 向運(yùn)動，振蕩運(yùn)動克服摩擦力，提 高井底鉆壓傳送，使鉆頭獲得持續(xù) 穩(wěn)定的鉆壓，提高機(jī)械鉆速。低壓 脈沖器見圖 3 所示，上部增強(qiáng)器短 節(jié)見圖 4 所示。作業(yè)期間，壓力脈 沖產(chǎn)生的振動不會干擾或影響其它 井下工具的正常工作，這使其能與 MWD、LWD 和其它定向系統(tǒng)兼容 運(yùn)行，共同作業(yè)。
為了使水力脈沖裝置能發(fā)揮最 大效益，作業(yè)前需做的工作包括建 立模型，在鉆具內(nèi)實(shí)現(xiàn)裝置的最佳 安放，根據(jù)某口井的具體要求，采 用以下三種方式建立模型，IDEAS 一體化鉆頭設(shè)計(jì)平臺，該平臺能讓 設(shè)計(jì)人員在用馬達(dá)滑動鉆長水平段 時探索水力脈沖系統(tǒng)是如何幫助傳 圖 1 傳統(tǒng)鉆井 圖 2 水力脈沖系統(tǒng) 圖 3 壓力脈沖發(fā)生器 圖 4 上部增強(qiáng)器短節(jié) 67 新技術(shù) Overview of New Technologies·New Technology送井底鉆壓的；Runner 鉆具分析 軟件，根據(jù)扭矩與摩阻模型、具體 的井身結(jié)構(gòu)和計(jì)劃的井底鉆具組合， 為作業(yè)者提供在鉆具的什么位置安 放水力脈沖裝置的建議；HART 水 力學(xué)優(yōu)化軟件，該軟件能幫助作業(yè) 者計(jì)算加入水力脈沖裝置的鉆具預(yù) 計(jì)的立管壓力。
實(shí)地應(yīng)用鉆速高
水力脈沖系統(tǒng)在美國西部鉆井 作業(yè)期間節(jié)約鉆井周期 60 小時，水 平段夾層砂巖地層機(jī)械鉆速得到顯 著提高。一家石油公司正尋找一種 通過鉆更長水平段來達(dá)到提高鉆井 效率的方法，這家公司既想在滑動 鉆進(jìn)時控制好井眼定向，又想保持 或超過之前的基準(zhǔn)鉆速。這家石油 公司向斯倫貝謝公司咨詢后決定在 同樣的井底鉆具組合中布置兩套水 力脈沖滑動鉆進(jìn)系統(tǒng)。水力脈沖裝 置產(chǎn)生一種非轉(zhuǎn)子 / 定子動力方式 的振蕩脈沖，該系統(tǒng)在較低的壓力 下作業(yè)，改善了井底鉆壓傳送，通 過采用水力脈沖系統(tǒng)不但打出了連 貫流暢的井眼軌跡，又展現(xiàn)出水力 脈沖系統(tǒng)的全程鉆進(jìn)能力，因此， 大斜度和長水平段的鉆進(jìn)性能得到 顯著提高。 美國德克薩斯鷹福特頁巖的鉆 井作業(yè)節(jié)省鉆井周期 12 小時，提高 非傳統(tǒng)儲層的定向鉆井效率。
美國 德克薩斯資源公司在奧斯丁白堊紀(jì) 鷹福特頁巖地層鉆水平井，石油公 司在兩個 6 1 / 8 ″ 水平段尋求一種提高 鉆井效率的方法，既要保持或超過 之前的基準(zhǔn)或平均機(jī)械鉆速，還要 在滑動鉆進(jìn)時保持良好的定向控制。 采用軸向運(yùn)動實(shí)施滑動鉆進(jìn)：斯倫 貝謝建議下一個 5″ 規(guī)格的水力脈沖 滑動鉆進(jìn)增強(qiáng)裝置，因?yàn)樵撗b置能 提高井下馬達(dá)在大斜度和水平段定 向鉆進(jìn)的鉆井效率。
德克薩斯美國 公司首次使用水力脈沖系統(tǒng)在西德 克薩斯下井作業(yè)，使用相同的井底 鉆具組合，水力脈沖系統(tǒng)用 4.3 天 時間鉆完了兩個水平分支段的目標(biāo) 井深。鉆完第一個水平段目標(biāo)井深 后，公司進(jìn)行了一次短起下作業(yè)， 接著再定向，用同樣的井底鉆具組 合鉆第二個水平分支段，通過不起 出地面改變井底鉆具組件的方法， 德克薩斯美國公司節(jié)省了 12 小時的 鉆機(jī)周期和相關(guān)費(fèi)用。 另外德克薩斯美國公司還提高 了滑動鉆進(jìn)機(jī)械鉆速和兩個水平分 支段的鉆壓傳送。用水力脈沖系統(tǒng)鉆 的第一個分支段整個進(jìn)尺是最好的 一趟鉆；使用該系統(tǒng)鉆的第二個分 支段單趟鉆的進(jìn)尺也排在前三。第 二個水力脈沖系統(tǒng)鉆進(jìn)的機(jī)械鉆速 也是進(jìn)尺位居第三的機(jī)械鉆速。
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