摘要: 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GG民油井公司生产的水力振荡器的结构和工作原理，以及其**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**大限度地发挥其潜力。
0  引  言       经过几十年的开发，大港油田六间房区块已经 ［1］ ，剩余油规模日趋变小， 进入特高含水开发阶段   而且分散，部署大位移井、多靶点定向井和大斜度 井等复杂结构井成为挖掘剩余油潜力的主要手段。 但是该区块复杂结构井弯曲井段滑动钻进过程中托 压现象严重，滑动钻进机械钻速极低，仅为 0. 60 ～ 1. 15 m /h，远低于复合钻进机械钻速 8. 25 ～ 10. 21 m /h。因此，如何提高复杂结构井弯曲井段 滑动钻进机械钻速成为六间房区块钻井提速的重要   目标之一。 水力振荡器通过具有一定流速和压能的钻井液产生轴向蠕动，将钻柱与井壁之间的静摩擦转变为动摩擦，从而减小钻柱与井壁之间的摩擦阻力，提高滑动钻进过程中钻压的传递效率，保证钻头获得设计钻压，有效提高了滑动钻进的机械钻速。水力振荡器在G内外复杂结构井的应用中都取得了较好效果，大幅度提高了复杂结构井弯曲井段滑动钻进机械钻速。鉴于此，中G石油集团渤海钻探**钻井公司**将美GG民油井公司生产的水力振荡器在六间房区块复杂结构井进行应用，取得了较好的
 
效果。1 复杂结构井滑动钻进技术难点
 
目前，大港油田六间房区块部署的复杂结构井具有井斜大、水平位移大和裸眼段长等特点，例如房 27 － 35 － 1L 井**大井斜角 83. 40°，**大水平位移 1 062 m; 房 26 － 26L 井**大井斜角 80. 39°，**大水平位移 1 818 m。随着井斜角增大、水平位移及裸眼段长度的增加，弯曲井段滑动钻进摩阻迅速增大，施工难度也相应增加，主要体现在以下 3 个方面:
 
( 1) 弯曲井段滑动钻进过程中，钻柱与井壁底边接触面积大幅增大，从而增大了钻柱与井壁之间的摩擦力，导致施加在钻头上的钻压远远小于指重表上大钩载荷的减小值，也就是钻压无法真实、有效地传递到钻头上，这种现象称为滑动钻进钻柱
 

［2 － 3］	。
托压效应
( 2)  托压现象严重时，钻进无进尺也不憋泵，

 
指重表灵敏针也不回零。施钻过程中，为了让钻头接触井底，需要持续施加钻压。当指重表上大钩载荷的减小值小于钻柱与井壁的静摩擦阻力时，钻头静止不动，钻柱不断被压缩，施加的钻压以钻柱弹性能量的形式积聚起来; 当指重表上大钩载荷的减小值大于钻柱与井壁的静摩擦阻力时，钻柱与井壁的静摩擦向动摩擦转化，摩擦阻力迅速减小，钻柱弹性能量瞬间释放，导致钻柱不均匀下滑，有时钻头突然撞击井底，甚**出现顿钻、憋泵和憋马达等不正常现象，严重时损坏钻头和井下动力钻具，这种钻柱弹性能量突然释放的现象称为钻柱蛙
 
［4 － 5］
动 。
 
( 3) 托压瞬间释放，憋泵和憋马达后，工具
 
［5 － 6］
面往往会不稳定 。一旦出现工具面不稳定就需要上提活动钻具，重新摆工具面，而在托压环境中摆工具面需要花费大量时间。六间房区块的实钻资料显示，托压严重时每次摆工具面的时间为 30 ～
水力振荡器是产生压力波动的工具，主要由动力总成、阀盘和轴承系统组成; 振荡短节使水力振
［8］，
荡器上、下的管柱产生沿轴线方向的振荡 由振荡 / 弹簧短节和密封总成组成。
2. 2 工作原理
 
钻井泵将钻井液以一定流速和压能供给水力振荡器，当钻井液流经 1 ∶ 2 的螺杆时，驱动螺杆转动，螺杆带动其下端连接的动阀盘做平面往复运动，运动过程中动阀盘与定阀盘交错面积发生周期
 
性变化。当动阀盘与定阀盘交错到**小重合位置时，过流面积达到**小值，此时压降**大; 当动阀盘与定阀盘交错到**大重合位置时，过流面积达到**大值，此时压降**小，如图 2 所示。
 
of the fixed valve disk and travelling valve disk
 
动阀盘和定阀盘相交截面积的变化产生周期性
［7 － 9］，
压力脉冲 从而带动振荡短节上的弹簧产生一定频率的轴向蠕动，进而带动上、下连接的钻具产生温和振动，这种振动将滑动钻进过程中钻柱与井壁之间的静摩擦转换为动摩擦，减小了摩擦阻力，#p#分页标题#e#
 
提高了钻压的传递效率。
 
3 现场应用
 
大港油田六间房区块某井为三开双增剖面大斜度井，设计井深 4 535 m，设计造斜点 1 300 m，造斜终点 1 622 m，井斜 25. 82°，增斜点 3 452 m，增斜终点 3 997 m，井斜 80. 39°，井底**大水平位移
1 778 m。
 
该井钻进** 3 485 m 时，井斜角 33. 75°，水平位移 837. 25 m，出现严重的托压问题。统计资料显示，3 360 ～ 3 485 m 井段滑动钻进机械钻速仅
 
1. 03 m /h。为提高机械钻速，自 3 485 m 开始下入
 
 172. 0 mm 水力振荡器，配合 PDC 钻头 5 次入井钻进** 4 066 m，取得了较好的效果。5 次入井共用 2 套水力振荡器 ( 按入井先后顺序将水力振荡器编号为 1#和 2#) 。
 
3 485 ～ 4 066 m 井段地层为沙河街组沙二和沙
 
三段，岩性以砂泥岩为主。水力振荡器应用井段井身结构为  508. 0 mm 导管 × 30 m +  339. 7 mm 套管
 
× 500 m +  244. 5 mm 套管 × 3 110 m。
 
2. 1  钻具组合
 
为了缓解滑动钻进中的托压问题，简化了下部钻具组合，用加重钻杆代替螺旋钻铤，用无磁抗压缩钻杆代替无磁钻铤，同时倒装部分加重钻杆。综
 
合考虑水力振荡器振动强度的衰减规律和有效传播距离，确定钻具组合为:  215. 9 mm PDC 钻头 +  172. 0 mm 1. 5° 螺杆 +  165. 0 mm 浮阀 +  172. 0 mm LWD +  127. 0 mm 无磁抗压缩钻杆 1 根 +  127. 0 mm 加重钻杆 1 根 +  127. 0 mm 钻杆 n 根 +  172. 0 mm 水力振荡器 +  127. 0 mm 加重钻杆 6 根 +  127. 0 mm 钻杆。
 
由于水力振荡器沿轴向上、下振动有效传播距离的比为 1  3，所以 n 值根据实钻过程中裸眼段的长度来确定。
3. 2 排量
 
该井钻井液密度 1. 58 g /cm³ ，漏斗黏度 80 s，
 
含砂质量分数 0. 3% 。
 
井口试验水力振荡器在 30 L /s 的排量下压降为 4 MPa。考虑到钻井泵等地面设备的能力和井下安全问题，需要确定合理的排量及采取相应的措施。理论上保证  215. 9 mm 井眼清洁的循环排量一般在 30 L /s 以上。
 
配钻具下钻到底缓慢开泵，逐渐增加排量，当排量增加** 26 L /s 时，泵压 23 MPa; 当排量为 28 L /s 时，泵压 24 MPa; 当排量为 30 L /s 时，泵压高达 26 MPa，基本达到该井配备的 3NB － 1600 钻
 
井泵 (  150 mm 缸套) 的工作上限。本着尽可能提高排量的原则，综合考虑设备的工作能力，确定钻井泵排量 26 ～ 28 L /s，泵压 23 ～ 24 MPa。
 
由于无法达到洗井的**优排量，导致井眼清洁不及时，井下风险增大。为了保证井下安全，采取了一系列措施: 每钻进 100 m 进行 1 次短起; 当出砂量与钻进进尺相差较大时，停止钻进，循环洗井**井眼清洁; 当上提附加拉力超过 350 kN 时，起
 
钻通井。
 
3. 3 入井情况
 
3. 3. 1  第 1 次入井
 
自 3 485 m 第 1 次下入 1#水力振荡器，裸眼段长度 375 m，考虑到水力振荡器应避开套管鞋处，将水力振荡器安放在距钻头 347. 44 m 处，钻进** 3 563 m 时，由于 LWD 受井下磁干扰严重，测斜数据不准确，起钻更换 LWD。
 
本次入井累计进尺 78 m，复合钻进 43 m，滑动钻进 35 m，所钻井段井斜角 33. 75° ～ 44. 36°，
 
水平位移 837. 25 ～ 886. 58 m。该趟钻滑动钻进过程中，基本无托压现象，工具面稳定，能够保证连续滑动钻进，不用频繁活动钻具，保证了动力钻具的造斜能力。
 
3. 3. 2  第 2 次入井
 
自 3 563 m 起第 2 次下入 1#水力振荡器，裸眼段长度 453 m。第 1 次钻进结果表明，水力振荡器沿钻柱向下的有效传播距离大于 347. 44 m，将水力振荡器安放在距钻头 412. 00 m 处，钻进** 3 726 m 时，由于井下螺杆传动轴卡死，无法继续钻进，起钻更换螺杆。
 
入井累计进尺 163 m，复合钻进 130 m，滑动钻进进尺 33 m，所钻井段井斜角 44. 36° ～ 57. 65°，
 
水平位移 886. 58 ～ 1 015. 26 m。这次滑动钻进过程中基本没有托压现象，下放钻具摆工具面时偶尔托
 
压 10 ～ 20 kN。
 
2. 3. 3  第 3 次入井
 
考虑到水力振荡器自身的使用寿命，下入新的水力振荡器。自 3 726 m 起第 1 次下入 2#水力振荡 
器，此时裸眼段长度 616 m，考虑水力振荡器沿钻柱上下的有效传播距离，确定将其安放在距钻头
 
468. 74 m 处。钻进** 3 921 m，上提钻具时附加拉力达到 400 kN，为保证井下钻具的安全，起钻通井，清洁井眼。
 
本次入井累计进尺 195 m，复合钻进进尺 172 m，滑动钻进进尺 23 m，所钻井段井斜角 57. 65°
 
～ 69. 15°，水平位移 1 015. 26 ～ 1 190. 0 m。这次下放钻具、摆工具面时托压 20 ～ 30 kN，后期**高托压 80 kN，偶尔出现工具面跑开现象，但短时间内能逐渐回来。滑动钻进过程中托压 20 ～ 30 kN，#p#分页标题#e#
 
托压释放次数极少，能保证连续定向 4 ～ 5 m 而不
 
用活动钻具。
 
3. 3. 4  第 4 次入井
 
自 3 921 m 起第 2 次下入 2#水力振荡器，裸眼段长度 811 m，水力振荡器距钻头的位置保持在
 
468. 74 m 不变。钻进** 3 966 m 时，由于 LWD 无
 
信号，无法进行导向钻进，所以被迫起钻更换
 
LWD。
 
本次入井累计进尺 45 m，复合钻进进尺 27 m，
 
滑动钻进进尺 18 m，所钻井段井斜角 69. 15° ～ 74. 64°，水平位移 1 190. 00 ～ 1 231. 81 m。本趟钻下放钻具、摆工具面时托压 60 ～ 80 kN，钻头接触井底出现工具面跑开现象，但短时间内能逐渐回来。滑动钻进过程中托压 80 kN，偶尔释放，基本能保证连续滑动钻进。
 
3. 3. 5  第 5 次入井
 
自 3 966 m 起第 3 次下入 2#水力振荡器，裸眼段长度 856 m，固定水力振荡器距钻头的位置在
 
468. 74 m。钻进** 4 066 m 时，由于 LWD 再次无信号，被迫起钻更换 LWD。
 
本次入井累计进尺 100 m，复合钻进进尺 90 m，滑动钻进进尺 10 m，所钻井段井斜角 74. 64°
 
～ 80. 64°，水平位移 1 231. 81 ～ 1 329. 41 m。该趟钻下放钻具、摆工具面时托压 80 kN，钻头接触井底出现工具面跑开现象，但短时间内能逐渐回来。滑动钻进过程中托压 80 ～ 100 kN，托压释放次数
 
有所增加。
 
3. 4 应用效果分析
 
为了方便分析水力振荡器效能，提出 “百米定向次数”和 “滑动进尺比例”2 个概念。其中，百米定向次数 = 定向施工次数 / ( 滑动钻井进尺 / 100) ，滑动进尺比例 = 滑动钻进进尺 / 总进尺。该
 
井水力振荡器使用情况如表 1 和表 2 所示。
 
由表 1 可以看出，使用水力振荡器可以明显提
 
高机械钻速。滑动钻进机械钻速从 1. 03 m /h 提高到 2. 75 m /h，提高幅度达到 167. 0% ; 平均机械钻速由 1. 34 m /h 提高到 4. 17 m /h，提高幅度达
 
211. 2% 。这说明水力振荡器能有效改善托压问题，使钻压能够有效传递到井底，提高了弯曲井段机械钻速，尤其是滑动钻进机械钻速。

使用水力振荡器后，滑动钻进调整井斜方位效果更好，在轨迹所要求的井斜和方位范围内，能够减少定向次数和滑动钻进进尺比例。由表 2 可以看出，百米定向次数从 14. 40 次减少到 7. 27 次，减少达 49. 51% ; 滑动钻进段进尺比例从 73. 60% 减
 
少到 25. 38% ，减少达 65. 52% 。这说明使用水力振荡器后，托压现象得到有效缓解，摆工具面相对容易，滑动钻进期间不需要频繁活动钻具，因此可以获得较高的造斜率，减小了滑动进尺比例，从而提高了平均机械钻速。
 
3. 5 存在问题
 
总结 5 次下井的应用情况，水力振荡器在该井的应用过程中也存在一些不适应性，主要表现在以下 3 个方面:
 
( 1) 从表 1 可以看出，随着复杂结构井水平位移增加和井斜角增大，水力振荡器缓解托压和提
 
高滑动钻进机械钻速的效果有所减小。在井斜角小
于 60°、水平位移小于 1 000 m 时，托压**大未超过 30 kN，滑动钻进机械钻速**高达 4. 56 m /h。但
 
是，当井斜角达到 60°及以上、水平位移超过1 000 m 时，托压问题逐渐凸显，滑动钻进机械钻速有所降低，**低达到 1. 48 m /h。
 
( 2)  该井水力振荡器 5 次入井，其中 2 次因
 
为 LWD 无信号被迫起钻，这在一定程度上也增加了钻井成本，延长了钻井周期。分析认为，该水力振荡器的振动频率 16 ～ 17 Hz，虽然对 LWD 信号的传输速度和精度没有影响，但是其长时间的高频
 
振动会影响 LWD 内部部件的连接，轻则振松连接部件，重则振断连接部件，**终因连接断路导致
 
LWD 无信号。
 
( 3) 水力振荡器压降大，要求地面泵压高，由于地面设备能力有限，导致排量受限。在 30 L /s
 
排量下，该水力振荡器压降 4 MPa。钻进** 4 000
 
m 后，在 25 L /s 排量下钻进，泵压已经达到 24 MPa。而在复杂结构井中使用水力振荡器，必须配合螺杆钻具，30 L /s 排量下  172. 0 mm 螺杆的压降为 6 ～ 8 MPa，因此仅辅助钻具的压降就已经达到 10 ～ 12 MPa，泵压和排量受到限制，这对机械钻速和井下钻具安全都有影响。该井钻进** 3 921
 
m 上提附加拉力过大，被迫起钻通井，根本原因是排量不足，携岩不畅，井眼内岩屑堆积，增大了钻柱与井壁的摩阻。
 
4 结论及建议
 
( 1) 托压是导致复杂结构井弯曲井段滑动钻进机械钻速低的主要原因。水力振荡器的轴向蠕动将钻柱与井壁的摩擦由静摩擦转换为动摩擦，降低摩阻的同时提高了钻压传递效率，保证钻头获得真实有效的钻压，从根本上提高了机械钻速。#p#分页标题#e#
 
( 2) 水力振荡器有效缓解了滑动钻进托压问题，明显提高了机械钻速，其中，滑动钻进机械钻速提高 167. 0% ，平均机械钻速提高 211. 2% 。
 
( 3) 水力振荡器保证了复杂结构井连续滑动钻进，提高了动力钻具的造斜能力，在满足设计轨迹要求的基础上，大幅度减少了定向次数和滑动钻进进尺比例，其中，百米定向次数降幅 49. 50% ，动钻进进尺比例降幅 65. 50% 。
 
( 4) 水力振荡器的安放位置距离钻头太远，其振动传递不到井底; 距离钻头太近，上部裸眼段长，钻具在狗腿度大的位置仍会出现托压，造成滑动钻进困难。因此，可以根据实际井斜角的大小、裸眼段长度以及水力振荡器的能量衰减规律优化水
 
力振荡器的下入位置和个数。