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采用泥漿馬達(dá)和渦輪鉆具鉆定向井時(shí)，由于上部鉆具不旋轉(zhuǎn)，在大井斜和水平滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)井眼摩阻會(huì)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(dòng)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(dòng)能，由此產(chǎn)生鉆具軸向運(yùn)動(dòng)，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(chǔ)層水平井的滑動(dòng)鉆進(jìn)作業(yè)；延長 PDC 鉆頭使用時(shí)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(shì)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(gè)全金屬裝置產(chǎn)生振蕩，該裝置并未采用定子 / 轉(zhuǎn)子動(dòng)力 組 件， 可 降 低 總 的 系 統(tǒng) 壓 耗，這會(huì)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(dòng)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(shí)，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(gè)挑戰(zhàn)。
 
建模發(fā)揮最大效益
 
水力脈沖系統(tǒng)包含兩個(gè)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(shí)，低壓脈沖發(fā)生器以一個(gè)特定頻率在鉆具內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)壓力脈沖，這個(gè)脈沖確定不會(huì)對(duì)隨鉆測(cè)量 MWD 產(chǎn)生干擾。壓力脈沖激勵(lì)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(dòng)，振蕩運(yùn)動(dòng)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(dòng)不會(huì)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(tái)，該平臺(tái)能讓設(shè)計(jì)人員在用馬達(dá)滑動(dòng)鉆長水平段時(shí)探索水力脈沖系統(tǒng)是如何幫助傳送井底鉆壓的；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(shí)，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(dòng)鉆進(jìn)時(shí)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(dòng)鉆進(jìn)系統(tǒng)。水力脈沖裝置產(chǎn)生一種非轉(zhuǎn)子 / 定子動(dòng)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(shí)，提高非傳統(tǒng)儲(chǔ)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(gè) 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(dòng)鉆進(jìn)時(shí)保持良好的定向控制。

采用軸向運(yùn)動(dòng)實(shí)施滑動(dòng)鉆進(jìn)：斯倫貝謝建議下一個(gè) 5″ 規(guī)格的水力脈沖滑動(dòng)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(shí)間鉆完了兩個(gè)水平分支段的目標(biāo)井深。鉆完第一個(gè)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(gè)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(shí)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(dòng)鉆進(jìn)機(jī)械鉆速和兩個(gè)水平分支段的鉆壓傳送。用水力脈沖系統(tǒng)鉆的第一個(gè)分支段整個(gè)進(jìn)尺是最好的一趟鉆；使用該系統(tǒng)鉆的第二個(gè)分支段單趟鉆的進(jìn)尺也排在前三。第二個(gè)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。