水力振荡器在长宁威远区块页岩气水平井中的应用_黄崇君.pdf

2020年第8期西部探矿工程 * 收稿日期 2019-11-07修回日期 2019-11-25 基金项目 国家重大科技专项“工厂化钻井关键技术研究及应用”（编号2016ZX05022-001） 。 第一作者简介 黄崇君1985-， 男 （汉族） ， 四川眉山人， 工程师， 现从事定向井、 水平井技术、 随钻测量技术研究、 应用工作。 水力振荡器在长宁威远区块页岩气水平井中的应用 黄崇君*， 何弦桀， 万夫磊 （中国石油集团川庆钻探钻采工程技术研究院， 四川 广汉 618300） 摘要 长宁威远页岩气三维水平井钻井过程中摩阻扭矩大、 托压严重， 严重影响了页岩气勘探开发 速度。水力振荡器能够使钻柱周期性振动， 将钻柱静摩擦变为动摩擦， 降低钻井过程中摩阻扭矩， 保 证钻头钻压的有效施加， 提高机械钻速。为此， 介绍了水力振荡器的工作原理和安装位置方法， 并在 现场推广应用， 应用效果表明， 水力振荡器加螺杆方式提速效果明显， 可以部分替代水平段旋转导 向， 降低作业成本， 提高页岩气勘探开发效益。 关键词 页岩气； 水力振荡器； 降摩减阻； 提速 中图分类号 TE921 文献标识码 A 文章编号 1004-5716202008-0061-03 长宁威远区块地质结构复杂， 井位部署困难， 为节 约建井成本， 提高单井产量， 页岩气开采均采用丛式井 水平井， 上部井段需要防碰绕障， 下部井段需要扭方 位， 形成300m的水平段巷道[1]。这类三维丛式水平井 在大幅扭方位后均不同程度的出现粘卡， 摩阻、 扭矩增 大， 钻具偏磨现象， 滑动钻进过程中托压严重， 机械钻 速低， 钻头对工具面控制力差， 定向周期长等问题。针 对上述钻井难题， 在长宁威远页岩气水平井中采用水 力振荡器加螺杆方式钻进， 应用结果表明， 水力振荡器 能够改善钻压传递效果， 降低摩阻扭矩， 提速效果明 显， 缩短了钻井周期。 1施工难点分析 页岩气三维水平井在施工过程中主要存在以下技 术难题 （1）长宁威远地区页岩气水平井斜深 4000～ 6000m， 水平段长1500～2000m， 加上页岩储层易应力 垮塌， 井眼清洁难度大等， 水平段后期井眼轨迹控制困 难。 （2） 页岩气开发需反复压裂进行增产， 页岩气井多 为三维水平井组， 大幅扭方位后不同程度的出现粘卡， 摩阻、 扭矩增大， 钻具偏磨， 托压严重、 钻头对工具面控 制力差等现象[2]。 （3） 同一裸眼包含多个层位， 地层压力系数不一 致， 在1.85g/cm3以上高密度钻井液条件下， 部分井段 存在厚泥饼或严重的压持效应， 使滑动钻进出现严重 的粘卡 “托压” 现象。 2水力振荡器简介 2.1结构及工作原理 水力振荡器主要由动力部分、 阀门和轴承系统、 振 荡短接三个部分组成[3]（图1） 。水力振荡器是以钻井液 作为动力源， 钻井液通过水力振荡器的动力部分， 带动 螺杆马达转动。马达的下端固定一个阀盘 （动阀盘） ， 动阀盘与下端静阀盘组成阀门系统。动阀盘和静阀盘 之间产生周期性的相互交错， 改变截流面积， 从而使水 力振荡器产生压力脉冲， 带动振荡短节和钻柱发生轴 向上的往复运动。原来的静摩擦阻力就变成了动摩擦 阻力， 从而降低钻井过程中的摩擦阻力， 保证钻压的有 效施加[4]。 图1水力振荡器结构示意图 2.2水力振荡器安装位置 页岩气水平井摩阻扭矩大的井段为造斜段和水平 61 ChaoXing 2020年第8期西部探矿工程 段， 井眼大小为 215.9mm， 选择水力振荡器型号为 ZJXC-178， 长度1.23m， 压力损耗1MPa。 根据水力振荡器工作时的振动频率、 振动幅度、 振 动加速度、 钻井液密度、 钻井排量、 井斜条件、 地层可钻 性以及钻头、 钻具尺寸等参数， 采用钻柱力学、 水力学 等方法模拟计算， 得出在不同井斜条件下， 水力振荡器 距钻头的最佳加放位置。利用现场试验数据进行修 正， 得出了以下水力振荡器推荐加放位置 ①井斜0～ 20井段， 水力振荡器推荐加放位置为距钻头 100～ 150m。②井斜20～80井段， 水力振荡器推荐加放位 置为距钻头40～60m。③井斜80～90井段， 水力振荡 器推荐加放位置为距钻头100～120m。④水平段， 水 力振荡器距钻头位置为已钻水平段长的1/3～1/4。 3现场应用 3.1长宁区块应用 水力振荡器在长宁区块某平台应用情况如表1所 示， 该平台3井采用水力振荡器螺杆钻进， 1井和6井 水平段采用旋转导向钻进， 2井、 4井和5井采用旋转导 向 vortex钻进。3井采用水力振荡器应用2趟钻， 进 尺964m， 纯钻94.18h， 平均机械钻速10.23m/h。1井和6 井平均进尺1214m， 纯钻140h， 平均机械钻速8.67m/h。 2井、 4井和5井平均进尺1217m， 纯钻125h， 平均机械 钻速9.73m/h。 统计表明该平台水平段采用螺杆水力振荡器机 械钻速相比邻井采用旋转导向钻进机械钻速提高 18， 与旋转导向vortex钻进方式机械钻速相当。由 于钻头、 螺杆和水力振荡器等工具寿命匹配问题， 单趟 钻进尺低于旋转导向， 但作业成本相对旋转导向系统 大幅降低。 3.2威远区块应用 井号 3井 1井 6井 2井 4井 5井 井段 （m） 3457～3918 3918～4421 3416～3448 3448～4592 3060～3877 3877～4313 3229～4440 3516～4700 3119～4379 周期 （d 4.40 5.02 2.24 12.08 11.15 11.69 8.44 7.86 18.67 机械钻速m/h 11.84 9.10 10.95 7.81 12.62 6.47 12.35 11.69 7.15 钻头型号 MDI516 FS55D QF1610 QF1610 MDi513 MDi513 MDI516 MDi516 MDi516 钻具组合 螺杆水力 螺杆水力 旋导 旋导 旋导 旋导 旋导vortex 旋导vortex 旋导vortex 表1长宁某平台水力振荡器应用情况 水力振荡器在威远区块某平台应用情况如表2所 示。该平台1井和5井采用水力振荡器螺杆钻进， 3 井和4井水平段采用防托压螺杆钻进， 2井和6井采用 旋转导向钻进。1井和5井水力振荡器分别应用3趟钻 和4趟钻， 平均进尺908m， 纯钻276.5h， 平均机械钻速 3.28m/h。3井和4井防托压螺杆分别应用4趟钻和2趟 钻， 平均进尺655m， 纯钻217h， 平均机械钻速3.01m/h。 2 井和6井采用旋转导向钻进， 平均进尺894m， 纯钻 198h， 平均机械钻速4.51m/h。 统计表明该平台水平段采用螺杆水力振荡器机 械钻速与防托压螺杆相当， 旋转导向系统机械钻速比 水力振荡器和防托压螺杆提高约50。同时旋转导向 单趟钻进尺约900m， 水力振荡器和防脱压螺杆单趟钻 进尺约300m， 在机械钻速和单趟钻进尺上和旋转导向 还有很大差距。 4认识与建议 （1） 水力振荡器安装位置、 钻具组合、 钻井参数、 钻 井液排量等会对水力振荡器效果产生影响， 在应用时 需注意安装位置， 保证钻井液排量。 （2） 水力振荡器在长宁威远区块应用， 有效降低了 定向段摩阻， 机械钻速与旋转导向相当， 作业成本低于 旋转导向， 在部分井可以采用螺杆水力振荡器替代旋 转导向系统， 降低成本。 （3） 钻头、 螺杆、 水力振荡器、 MWD仪器等寿命匹 配问题影响， 现场应用中起下钻次数多， 影响钻井时 效， 需进一步开展钻井提速工具寿命匹配问题研究， 实 现工具等寿命， 保证单趟钻进尺。 62 ChaoXing 2020年第8期西部探矿工程 参考文献 [1]余雷,高清春,吴兴国,等.四川盆地页岩气开发钻井技术难点 与对策分析[J].钻采工艺,2014,3721-4. [2]白璟,刘伟,黄崇君.四川页岩气旋转导向钻井技术应用[J].钻 采工艺,2016,3929-12. [3]黄崇君,谢意,刘伟,等.水力振荡器在川渝地区水平井的应用 [J].钻采工艺,2015,382101-102. [4]孙凯.水力振荡器在焦石坝页岩气井中的应用[J].石油矿场 机械,2016,45482-84. 井号 5井 1井 4井 3井 2井 6井 井段 （m） 3983～4715 4715～4750 4750～5133 5133～5350 4760～5140 5140～5211 5211～5315 4216～4514 4514～4911 4911～5300 4739～4983 4983～5034 5034～5085 5085～5265 4407～5250 3989～4834 周期 （d 14.78 4.30 10.5 6.60 8.56 3.78 4.76 6.92 11.85 8.28 8.52 4.13 4.77 7.89 12.47 15.34 机械钻速m/h 3.55 3.19 3.11 3.01 4.29 3.64 2.99 4.29 5.30 2.99 3.21 2.39 1.55 1.75 6.88 2.99 钻头型号 PDC PDC PDC PDC PDC PDC PDC MM55D SFD55D MM55D HM5163 HM5163 HM5163 HM5163 AT505S PDC 钻具组合 螺杆 螺杆水力 螺杆水力 螺杆水力 螺杆水力 螺杆水力 螺杆水力 螺杆 防脱压螺杆 防脱压螺杆 防脱压螺杆 防脱压螺杆 防脱压螺杆 防脱压螺杆 旋导 旋导 表2威远某平台水力振荡器应用情况 （上接第60页） 进行了推广应用， 同时对于国内同类型油藏控水稳油 提供很好的借鉴。 5结论 （1） 自适应调流控水装置通过特殊流体通道设计 实现抑制产水、 促进产油， 能大幅降低含水率。装置不 含任何活动部件， 性能可靠， 有效期长， 生产过程中无 需人为干预， 无需控制管线等优点。 （2） 结合油气藏特征、 生产动态及经济效益， 建立 了针对自适应调流控水技术的选井、 选藏方法， 提高该 工艺技术使用的针对性。 （3） 通过在S-10井的成功应用， 增油效果明显， 且 大幅降低了含水率， 取得了较好的开发效果和经济效 益， 国内外具有广泛的应用前景。 参考文献 [1]赵旭， 姚志良， 刘欢乐.水平井调流控水筛管完井设计方法 研究[J].石油钻采工艺， 2013， 35 （1） 23-27． [2]赵崇镇.水平井自适应调流控水装置研制与应用[J].石油钻 探技术， 2016， 44 （3） 95-98. [3]赵旭.自适应调流控水技术研究与试验[J].石油机械， 2019， 47 （7） 93-94. [4]宋正聪， 李青， 何强.自适应调流控水防砂工艺在塔河油田 的研究与应用[J].钻采工艺， 2018， 41 （4） 115-116. [5]王金忠， 肖国华， 陈雷， 等.水平井管内分段调流控水技术研 究与应用[J].石油机械， 2011， 39 （1） 60-61． [6]OUYANG Liang biao.Practical Consideration of an Inflow-con- trol Device Application for Reducing Water Production[R].SPE 124154， 2009. 63 ChaoXing