水力振荡器在塔中地区水平井中的应用

塔里木盆地塔中地区奥陶系缝洞型碳酸盐岩储层非均质性强、连续性差,为同时钻遇多个缝洞单元,钻井方式以超深水平井为主,水平段长度通常介于800~1 400 m。水平段长度主要由钻井过程中的井下摩阻决定,随着水平段的延伸,越来越大的井下摩阻会带来机械钻速减慢,起下钻困难等问题。当水平段超过800 m后,滑动钻进时托压现象非常严重,导致滑动机械钻速很低,同时也增加了卡钻的风险。针对这一问题,采用水力振荡器,并运用三维管柱力学分析确定水力振荡器最佳安放位置。现场应用结果表明:(1)通过水力振荡器自身产生的轴向震动减小井下摩阻,有效解决了钻进过程中托压、黏卡等问题;(2)使用水力振荡器的井平均机械钻速比未使用水力振荡器邻井的机械钻速提高了67%,缩短了钻井周期,降低了钻井风险,节约了钻井成本。在塔中地区实际应用的效果表明:水力振荡器在长水平井段钻井中具有较高的推广价值。     

Ф172mm水力振荡器在川西中浅水平井的应用

川西中浅水平井由于受到地层因素的影响,普遍存在井斜难以控制,钻井效率难以提高的问题。水力振荡器可以使常规的钻具组合克服定向钻进过程中遇到的常见问题。在马蓬23—3HF井、新沙21—28H井施工过程中应用了Ф172mm水力振荡器。结果表明,合理的钻井参数配合水力振荡器能够改善井下钻压传递效果,明显降低摩阻,提高机械钻速,缩短钻井周期。     

φ172mm水力振荡器在川西中浅水平井的应用

川西中浅水平井由于受到地层因素的影响,普遍存在井斜难以控制,钻井效率难以提高的问题.水力振荡器可以使常规的钴具组合克服定向钻进过程中遇到的常见问题.在马蓬23-3HF井、新沙21-28H井施工过程中应用了φ172 mm水力振荡器.结果表明,合理的钻井参数配合水力振荡器能够改善并下钻压传递效果,明显降低摩阻,提高机械钻速,缩短钻井周期.     

水力振荡器在大位移井张海29-38L井的应用

张海29-38L井是部署在埕海2-2人工岛的一口三开大位移定向井,最大水平位移2 625.38 m,最大井斜76.24.,三开滑动钻进井段频繁出现托压、压差卡钻现象.于是尝试应用了水力振荡器,其工作原理是通过自身产生的纵向振动,来提高滑动钻进过程中钻压传递的有效性和减少钻具与井壁之间的摩阻.张海29-38L井应用结果表明,应用水力振荡器井段比未使用该工具井段的机械钻速提高了218％,提速效果非常显著.水力振荡器在该井的成功应用,为探索大位移井钻井提速提供了有益的借鉴.     

水力振荡器与液力推力器集成应用研究

为了解决复杂结构井滑动钻进托压问题,提出了水力振荡器与液力推力器集成应用缓解托压的方法,从原理上进行了技术可行性分析。该集成技术可以起到3方面的作用:降低滑动钻进钻柱与井壁间的摩阻,缓解滑动钻进托压,提高滑动钻进行程钻速;当摩阻增加到一定值时,出现小幅度的托压释放时,保证工具面稳定;滑动钻进时,为钻头提供足够钻压,提高滑动钻进机械钻速。在G962-24井进行的现场试验中,滑动钻压维持在40~50 k N之间,托压现象明显缓解;滑动行程机械钻速由1.48 m/h提高到5.14 m/h,机械钻速平均提高到3.10 m/h。该项集成技术的成功应用,为同类型的井缓解滑动钻进托压现象提供了理论依据和技术支持。     

BH-HVT 水力振荡器在三维绕障井ZH30-38 井的应用

大位移、大井斜井段钻井施工中,因钻具与井壁间摩阻大,导致钻压无法平滑地传递,经常出现托压现象,需频繁提放钻具,调整工具面,严重影响施工效率。为缓解钻具托压,在ZH30-38井三开稳斜扭方位井段应用BH-HVT水力振荡器,通过工具产生的轴向振动,使滑动钻进摩阻由静摩擦转变为动摩擦,降低了钻井摩阻、改善了钻压传递效率,提高了机械钻速。与邻井同层位未使用该工具时相比较,滑动机械钻速提高26.1%～40.4%,行程钻速提高133.1%～187.5%。水力振荡器在该井的成功应用,为大位移、大井斜井及水平井的钻井提速提供了有益的借鉴。     

水力振荡器最优安放位置研究与应用

复杂结构井滑动钻进过程中,托压现象严重,钻头无法获得有效的钻压,导致滑动钻进机械钻速低。水力振荡器通过轴向振动带动钻具产生轴向蠕动,从而使滑动钻进的静摩擦转变为动摩擦,可以大幅降低摩阻,从根本上解决托压问题。对井眼轨迹进行了力学简化,通过钻柱瞬态动力学分析,建立了工具有效传播距离的数学模型和计算方法。针对张海31-26井的现场试验提出了相对于钻头的最佳安放距离,并对试验中机械钻速、百米定向次数和滑动钻进进尺比例等参数进行了统计分析,验证了模型的有效性。研究内容为该工具的有效应用提供了理论指导。     

国产新型水力振荡器在陕北YB536-H02井的应用

陕北地区定向水平井一般采用螺杆+PDC钻头的常规钻具组合,在斜井段或水平段钻进过程,存在钻压传递困难,定向作业托压、粘卡等现象,影响机械钻速。部分井位采用常规水力振荡器解决该问题,但同时带来工具压耗高、工具稳定性差或效果不明显等问题。陕北YB536-H02井使用国产新型水力振荡器进行施工,现场应用表明,该水力振荡器工具压耗较低,输出载荷稳定,有效降低了钻柱与井壁间的摩阻,同时避免常规水力振荡器带来循环系统压力过高的问题,解决了托压、粘卡等问题,实现了提速降本增效。     

水力振荡器在复杂结构井中的应用

大港油田六间房区块复杂结构井弯曲井段滑动钻进过程中托压现象严重,钻压传递效率低,导致滑动钻进机械钻速低。为此,介绍了美国国民油井公司生产的水力振荡器的结构和工作原理,以及其首次在大港油田六间房区块某口井的应用情况。应用结果表明,采用该水力振荡器后滑动钻进机械钻速提高了167.0%,平均机械钻速提高了211.2%,百米定向次数下降了49.51%,滑动钻进进尺比例下降了65.52%。针对此次应用中存在的问题,指出使用该水力振荡器除了要充分考虑自身振动的有效传播距离之外,还应考虑地面钻井设备的工作能力和井眼轨迹的复杂程度,这样才能最大限度地发挥其潜力。     

水力振荡器在苏36-8-18H井的应用

在苏里格区块大规模开发天然气水平井施工过程中出现严重的托压、粘卡现象,尤其在滑动钻进过程中,无法保证给钻头施加真实、有效的钻压。为此,介绍了Andergauge公司生产的水力振荡器的结构及工作原理,以及其在苏36-8-18H井的应用情况。应用效果分析表明,水力振荡器在水平井中应用,把单纯的机械式加压改为机械与液力相结合的加压方式,为钻头提供了有效、真实的钻压,提高了机械钻速,缩短了钻井周期。     

水力振荡器在新场气田新沙21-28H井的应用

定向井水平井在滑动钻进时,托压、黏卡严重,如何提高滑动钻进钻压传递的有效性、减少钻具与井壁间的静摩擦,一直是待解决的技术难题。为此,分析了水力振荡器作用机理：通过一对阀门周期性的相对运动把流经动力部分的流体能量转化为压力脉冲,将该压力脉冲传递给振荡短节,由振荡短节带动钻具在轴线方向上进行往复运动,使钻具在井底的静摩擦变成动摩擦,既有效地实现了降低钻具摩阻,又达到了改善钻压传递的效果,且不影响MWD、螺杆钻具的使用。该工具首次在四川盆地西部新场气田的新沙21-28H井进行了提高钻速应用试验,在Φ172 mm振荡器的上下位置各接入1根加重钻杆,以预防钻具轴线蠕动造成钻具应力破坏。结果表明：加接该工具的滑动钻进机械钻速提高了45.16%、复合钻进机械钻速提高了30.00%,取得了非常显著的效果。该工具的应用需充分考虑钻井设备的工作能力,最大限度发挥其潜力。     

国内外水力振荡器的研究现状及展望

针对目前定向井段和水平段钻进过程中为提高机械钻速使用水力振荡器出现的问题,分析了水力振荡器的研究现状与现场应用状况。首先介绍了国内外不同水力振荡器的结构,分析了其优缺点;然后结合现场资料,通过实例对比了水力振荡器和旋转导向钻井工具的提速效果;最后针对水力振荡器在应用时出现的一系列问题给出了相关建议。现场应用效果统计资料表明,水力振荡器能降低摩阻,提高机械钻速,缩短钻井周期,降低钻井成本,与旋转导向工具相比,机械钻速可提高29.8%,钻井成本可降低38万元。但存在实际工作排量达不到设计要求、安放位置不合理、自身压耗高、损坏MWD等精密仪器和耐冲蚀性偏差等问题,严重影响了水力振荡器的应用。为解决这些问题,需要对水力振荡器进行持续完善和改进。      

三维水力振荡器性能影响因素研究

为解决滑动钻井过程中大摩阻问题,结合现有轴向振荡释放摩阻以及钻柱扭摆释放摩阻的原理,设计了三维水力振荡器。阐述了三维水力振荡器的工作原理,并对其关键部位阀口进行了理论分析,得到阀口过流面积以及压降随时间变化关系。分析了三维水力振荡器作用区间,在不影响导向钻具工作的前提下,确定了三维水力振荡器安放位置。以φ172 mm三维水力振荡器为例进行分析,分析结果表明:当压力脉冲为0.03~2.90 MPa时,水力振荡器具有较好的轴向振荡效果。确定三维水力振荡器的作用区间为20 m,故三维水力振荡器安放位置与导向马达距离保持在20 m以上,可保证导向马达不受三维水力振荡器影响。研究结果可为水力振荡器的现场应用提供参考。     

水力振荡器的研制及现场试验

应用水力振荡器可有效降低滑动钻进钻具组合与井壁间的摩擦力并有效改善钻压传递,减小井下扭转,减轻横向振动并提高机械钻速,延长PDC钻头的使用寿命。为此,开展了水力振荡器的研制工作。介绍了水力脉冲轴向振荡减阻钻井技术的减阻原理,对水力振荡器的主要结构进行了技术分析。胜利油田3口井的试验结果表明,工具原理正确,结构可靠,压力损耗4.5MPa左右,工作寿命超过100 h,可提高机械钻速20%以上;同时还可改善定向钻进工具面的控制,有效提高定向能力。水力振荡器对常规PDC钻头及牙轮钻头具有良好的适应性。     

水力加压器在准噶尔盆地西北缘地区探井中的应用

新疆油田近两年在盆地西北缘地区十几口探井50多次的应用钻井水力加压器表明,这项技术不仅可以提供恒定、可控的钻压,还可以提高机械钻速和行程钻速,有较好的防斜作用,能改善钻头和井下工具的工作情况,延长其寿命,减少井下事故。统计使用该技术的井段机械钻速提高11.60%～261.14%,平均提高67.8% 三叠系以下地层平均每500m可节省钻头1～2个 西北缘所有使用水力加压器的井段,没有一口井出现过钻具事故,其井斜角均控制在允许范围内,从未因井斜接近规定值而吊打。水力加压器在有振动和冲击问题,易井斜、钻速慢的井段使用效果更好。这是一项经济有效的实用技术,值得推广。文章阐述了水力加压器的原理和特点,提供了4个地质区块6口应用井和7口对比井的现场应用数据。     

Φ178型水力振荡器研制与应用

在水平井造斜段或长水平段钻进过程中,钻柱与井壁产生摩阻、粘卡、托压现象,无法给钻头施加有效钻压。研制了水力振荡器,以钻井液作为动力源,使钻具在轴向上产生振动,将静摩擦力转变成动摩擦力,从而减小摩阻,降低粘卡风险,防止托压现象的发生。现场试验证明:该工具能够为钻头提供有效钻压,减小摩阻,提高机械钻速,缩短钻井周期。     

水力振荡器在储气库长水平段的应用

Y37-2H井是国家储气库项目分属榆林储气库的第一口四开大尺寸井眼注采试验水平井,也是目前鄂尔多斯盆地井身结构及完井方式最为复杂的一口水平井。由于储气库为注采合一井,具有双重功能,要承载交变载荷的变化,周期循环一般要达50年以上等特殊要求,因此,对Y37-2H井注采气井的设计、施工和完井管串 技术都提出了非常高的要求Y37-2H井除了具有储气库特殊要求的特点外,该井主要存在水平段长、摩阻大、加压困难、钻压不能有效传递等技术难点,通过摩阻分析和应用先进的水力振荡器,同时采用了相应的安全可行钻井措施,确保了长水平段的顺利完成,为长庆大库容的储气库建设奠定了可靠的技术基础。     

水力振荡器数值计算研究

目前尚未开展水力振荡器在改变特定参数和参数间在某种最优配合条件下能否得以优化的研究,制约了该工具的进一步完善。针对该问题,利用SolidWorks软件对水力振荡器的各部分结构进行三维建模,在ICEM CFD中进行网格划分,将网格导入ANSYS CFX进行数值计算与分析。研究结果表明:当流体通过水力振荡器时,旋转部件的运动使得流体动能增加,在流动过程中流体的动能重新转换为压能,使得该工具沿轴向正方向产生持续轴向力推动钻头做功;动静干涉作用和交界面速度变化所造成的流体震荡使得静止域产生剧烈的轴向和径向周期振动;大流量工况下轴向推力均值更大,轴向和径向振动也更为剧烈;在持续轴向推力和大幅度轴向振动推动下,该工具对钻柱施加周期性轴向振动和钻压并稳定推进。研究成果可为提高水力振荡器优化设计与敏感性分析水平提供相应的理论支撑。     

水力振荡器的研制与现场试验

为了解决水平井钻进过程中摩阻大、托压的问题,提高水平井钻井效率,研制了水力振荡器。依据机械振动理论,井下钻具在一定频率轴向振动时,可以将钻具与井壁之间的静摩擦转变为动摩擦,且动摩擦力小于静摩擦力;水力振荡器是以钻井液作为动力源,驱动振荡器轴向运动带动井下钻柱沿轴向振动。在卫 186-平142 井进行了水力振荡器现场试验,进尺501.00 m,累计工作时间96 h,托压减小20~40 kN,滑动钻进36.77 m,机械钻速提高54.9%,复合钻进464.23 m,机械钻速提高23%。现场试验结果表明,应用水力振荡器钻进时能够降低水平井摩阻,减小托压,提高机械钻速。      

水力振荡器在五段制井中的适应性研究与应用

五段制井降斜段或下直段滑动钻进托压严重,滑动钻进困难,滑动效率低。实钻数据表明,水力振荡器在五段制井中缓解托压的效果有好有差。分析认为这与水力振荡器的工作特性、使用的井段等有很大的关系。因此,本文在分析了水力振荡器工作特性的基础上,研究了水力振荡器在五段制井眼中的适应性。现场应用效果表明,水力振荡器有效缓解五段制井降斜段滑动钻进托压问题,但是不能缓解下直段滑动钻进托压问题。本文的研究结果为五段制井合理优选水力振荡器、优化水力振荡器安放位置有重要的意义。