1 概况
A油田位于伊拉克东南部,油田面积约300km2,至今已经成功钻井100余口,目前开发的主力层位为Mishrif油层,井眼轨迹设计过程中为了规避在上部经验的盐膏层复杂井段定向施工,设计为在8-1/2”井眼2500m左右,以5°/30m造斜率的单圆弧剖面定向施工到油层段。水平井钻进至45°井斜后,常规定向钻具组合遭遇到磨阻扭矩过大的瓶颈,很难采用滑动钻进实施轨迹调整。
2 水力振荡器结构与工作原理
水力振荡器由动力部分、阀门和轴承系统、震荡短节三部分组成(如图1所示)。其动力部分为定转子比为2∶1的容积式马达,下端与阀门和轴承系统相连接,连接部位有耐磨套和固定阀盘。当钻井液驱动转子转动时,转子在定子型腔内带动下端的动阀片做行星运动,使动阀片与固定阀盘周期性的重合与分离,由此造成节流面积改变,产生一定频率的压力脉冲。在压力脉冲的作用下,震荡短节内的弹簧周期性收缩,震荡短节内的活塞在压差和弹簧的双重作用下做轴向往复运动,带动通过芯轴连接的钻柱做轴向往复运动。震荡频率和活塞的收缩量受钻井液排量的影响,排量越大震荡频率越高,活塞收缩量越大。在高频次的往复运动下和钻压推动下,水利振荡器附近的钻柱与井壁的静摩擦转变成了动摩擦,钻柱承受的摩擦阻力大大降低,提高了钻压传递效率。
3 现场应用介绍
A油田主力目的层为Mishrif油层,轨迹设计为深定向长半径水平井,造斜段和稳斜段地层的岩性主要为石灰岩,含有少量泥灰岩、页岩夹层。历史资料显示当水平分支井井斜达到45°,摩阻力逐渐增加,滑动钻进困难。尤其是在6”井眼内,由于全井使用3-1/2”小钻杆后,出现严重的拖压和粘附卡钻现象,滑动钻进困难,机械钻速明显下降,井下事故风险提高。软件模拟计算结果显示,水平段钻进过程中通常在钻压大于2吨后发生正弦屈曲、钻压大于2.5吨后发生螺旋弯曲。例如部署在A油田133平台的一口五开长半径水平分支井,目的层Mishrif层埋藏深度为海拔-2950米~-3000米,主枝位移1477米,侧枝位移1246米。当施工至3759m时出现严重的拖压现象,轨迹控制困难,起钻下入带水利振荡器的定向钻具组合后,显著提高了钻井效率。
4 经济效益和实用性对比
(1)含水力振荡器的钻具组合与普通定向钻具组合对比:普通定向钻具在本区块钻至水平井段300m后基本不能实现滑动钻进。结果造成:①钻井成本增加,为了避免滑动钻进过程中发生卡钻,在承担着井下复杂高风险的情况下仍拖延了建井周期;统计数据显示现场钻井和相关技术服务方的综合日费相当于水力振荡器15天的租赁费。②轨迹控制困难,由此频繁活动钻具,且每次有效滑动距离短,定向效果大打折扣,不能实现对井身轨迹的有效控制,甚至出现实钻轨迹脱靶,达不成地质钻探目的严重后果。然而使用水利振荡器后不仅有效地提高了机械钻速,而且满足了滑动钻进控制轨迹的要求。
(2)带水力振荡器的钻具组合与旋转导向系统对比:旋转导向系统作为目前世界最先进的定向钻井技术,价格居高不下,虽然使用效果良好,但性价比不高。就本地区施工统计来看,使用旋转导向系统(不带井下动力单元的旋转导向系统)后机械钻速比带水力振荡器的普通定向钻具仅提高了20%,服务价格却是水力振荡器的3倍。
5 认识与总结
①水力振荡器通过高频轴向振动使钻具与井壁之间的静摩擦变成更小的动摩擦,有效地减弱钻具托压,保证钻压传递使得定向滑动钻进更为容易实现。②水力振荡器频率控制在9-26Hz,远远高于MWD/LWD频率,对仪器信号不产生干扰,具有广泛的适用性。③哈法亚区块水平井使用水利振荡器后,在控制钻井成本,提高钻井效率方面有显著成效,值得推广应用。④水力震荡器的使用,提高了常规定向钻具组合的轨迹控制能力,可钻水平段长度显著提高。
摘要：在水平井施工过程中,由于裸眼段增长,井斜角增大,逐渐在下井壁形成岩屑床,造成钻具与井壁之间的摩擦阻力越来越大,出现严重的拖压、粘附卡钻现象,特别是导致滑动钻进模式下机械钻速降低,甚至不能滑动钻进调整井眼轨迹。在A油田水平井轨迹控制过程中,通过反复摸索和实践,在钻具组合中合理位置加装水力震荡器,有效地解决了深造斜点、长半径水平井轨迹控制的问题,即挖掘了常规定向钻具的潜力,又降低了建井成本。
关键词：拖压,水力振荡器,滑动钻进
参考文献
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