水力振荡器在C26-12X井中的应用

王建龙,郭 菲,刘 轩,于志强,冯 强,吴欣袁,柳 鹤

(中国石油集团 渤海钻探工程技术研究院,天津 300450)



水力振荡器在C26-12X井中的应用

王建龙,郭 菲,刘 轩,于志强,冯 强,吴欣袁,柳 鹤

(中国石油集团 渤海钻探工程技术研究院,天津 300450)

C26-12X井钻进至3 385 m时,滑动钻进出现严重的托压问题。为解决该问题,开展了水力振荡器缓解托压现场试验。应用效果表明,水力振荡器缓解托压效果明显,滑动钻进造斜效率提高1倍,滑动钻进行程钻速提高3.7倍,滑动钻进机械钻速提高2.17倍。C26-12X井水力振荡器的成功应用,为同类型的井解决托压问题提供了技术指导。

水力振荡器;摩阻;屈曲变形;托压

复杂结构井由于井斜角大、裸眼段长,钻柱与井壁间的摩阻大,滑动钻进过程中往往会出现托压问题,进而导致滑动钻进机械钻速非常低[1-3]。C26-12X井是武强油田实施的二开双增剖面定向井,二开钻进至3 385 m时,滑动钻进出现严重的托压问题,托压值达到200～300 kN,且托压频繁释放,工具面不稳定,定向期间需要频繁活动钻具,严重影响滑动钻进机械钻速和增斜效率。为有效缓解滑动钻进托压问题,自3 385 m至井底开展了水力振荡器现场试验,缓解托压效果明显,有效提高了滑动钻进机械钻速,为该区块同类型的井解决托压问题提供了技术指导和理论依据。

1 水力振荡器作用机理

定向滑动钻进过程中,随钻钻柱与井壁间的摩阻增加,会出现不同程度的托压。滑动钻进托压过程中,钻具的变形分为3个阶段:第一阶段,钻压堆积,钻柱压缩阶段;第二阶段,钻压继续堆积,钻柱发生正弦或螺弦屈曲变形阶段(图1);第三阶段,钻柱积累能量超过静摩阻,钻柱弹性能量释放阶段,即托压释放阶段。当滑动钻压托压发展到第三阶段,托压释放会使钻头瞬间接触井底,导致工具面失稳,造成钻头损伤。

图1 钻柱正弦或螺旋屈曲变形示意图

定向井滑动钻进过程中,钻柱与井壁间的摩阻近似认为是静摩阻[4]。水力振荡器利用钻井液的水力能量,自身产生轴向振动,将滑动钻进过程中钻柱与井壁间的静摩阻转化为动摩阻。研究表明,动摩阻是静摩阻的75%[5-6](图2)。因此,水力振荡器使钻柱与井壁间的摩阻降低了25%。钻柱与井壁间的摩阻降低后,一方面托压现象得到有效缓解,消除了托压释放,工具面稳定性增强,不需要频繁活动钻具,定向造斜效率大幅提升;另一方面提高了钻压传递效率,提高了滑动钻进机械钻速。

图2 动摩阻与静摩阻大小关系

2 现场应用

2.1 C26-12X井基本概况

C26-12X井是一口在武强油田实施的二开三段制定向井,设计井深为4 326 m,最大水平位移为1 793.04 m。造斜点为1 781.29 m,造斜终点为2 277.99 m,井斜角为49.67°;二次增斜点为3 887.91 m,增斜终点井斜角为56.57°。

为保证定向期间钻压传递效率,提高定向机械钻速及造斜率,自3 385 m开始下入水力振荡器工具,一趟钻钻进至完钻井深4 317 m,进尺840.93 m,滑动进尺91.07 m,单套工具入井时间147.5 h,工作时间115 h。

2.2 安放位置优化

水力振荡器安放位置与工具本身的性能参数(碟簧数量、活塞面积、阀盘尺寸)、井眼轨迹、钻具组合、钻井参数、钻井液性能、排量等参数密切相关[7-8]。利用水力振荡器安放位置计算程序(图3),C26-12X井水力振荡器安放在距离钻头197 m处。

图3 水力振荡器安放位置计算程序

2.3 效果分析

(1)钻柱受力状况分析。水力振荡器使用之前(3 299～3 387 m)滑动钻进托压值为200～300 kN,钻具托压频繁释放,导致工具面跳动、蹩泵,基本无法定向。由大钩载荷变化(图4)看出,3 301～3 305 m定向4 m,活动钻具次数高达18次。

图4 使用水力振荡器之前定向段钩载变化(3 301～3 305 m)

水力振荡器使用之后,未出现托压、钻具滑脱现象,工具面稳定,滑动期间基本不需要活动钻具,基本能够保证定向连续。由大钩载荷变化(图5、6)看出,3 440～3 450 m定向10 m,活动钻具次数仅为4次,3 472～3 479 m定向7 m,活动钻具次数仅为5次。

图5 使用水力振荡器之后定向段钩载变化(3 440～3 450 m)

图6 使用水力振荡器之后定向段钩载变化(3 472～3 479 m)

(2)定向造斜率分析。水力振荡器使用之前,定向增斜率仅为2.25°/30 m;使用之后,定向增斜率达到4.5°/30 m,提高1倍。本次水力振荡器应用井段滑动钻进91.07 m,按照使用前后增斜率计算,减少滑动进尺91.07 m。

(3)机械钻速分析。水力振荡器使用之前,3 300～3 307 m滑动钻进钻时较高,一般在30～70 min/m(图4);使用之后,3 385 m～井底钻时大幅度降低,一般保持在8～20 min/m(图7)。

图7 使用水力振荡器前后钻时变化情况

滑动钻进机械钻速由未使用水力振荡器前的0.8 m/h提高到3.02 m/h,提高3.7倍;平均机械钻速由原来的4.19 m/h提高到9.11 m/h,提高

2.17倍,大幅提高钻进效率。

对比水力振荡器使用前后钻柱受力状况、定向造斜效率和机械钻速等方面分析,水力振荡器大幅度降低了滑动钻进托压值、活动钻具次数,提高了定向造斜率、工具面稳定性、机械钻速。

3 结 论

(1)随着钻柱与井壁间摩阻的增加,钻柱变形会出现弹性压缩、正弦或螺弦屈曲变形、钻柱弹性能量释放3个阶段。钻柱弹性能量释放后,钻头瞬间接触井底,导致钻头损伤,工具面失稳。

(2)水力振荡器通过产生轴向振动,使钻柱与井壁间的摩阻由静摩阻变为动摩阻,摩阻值降低25%,提高了钻压传递效率。

(3)水力振荡器有效缓解了滑动钻进托压问题,稳定了工具面,大幅度减少了活动钻具次数,提高了机械钻速和造斜效率。

[1] 王建龙,王丰,张雯琼,等.水力振荡器在复杂结构井中的应用[J].石油机械,2015,43(4):54-58.

[2] 胥豪,唐洪林，牛洪波,等.水力振荡器在新场气田新沙21-28H井的应用[J].天然气工业,2013,33(3):64-67.

[3] 石崇东,党克军，张军,等.水力振荡器在苏36-8-18H井的应用[J].石油机械,2012,40(3):35-38.

[4] 易先中,宋顺平,王立宏.复杂结构井中钻柱托压效应的研究进展[J].石油机械,2013,32(5):100-105,110.

[5] 许京国，尤军，陶瑞东，等.自激振荡式冲击钻井工具在大港油田的应用[J].石油钻探技术,2013,41(4)：116-119.

[6] 李子峰，杨海滨，许春田，等.定向井滑动钻井送钻原理与技术[J].天然气工业，2013,33(12):94-98.

[7] 张康,冯强,王建龙,等.水力振荡器最优安放位置研究与应用[J].石油机械,2016,44(2):38- 41.

[8] 明瑞卿,张时中,王海涛，等.国内外水力振荡器的研究现状及展望[J].石油钻探技术,2015,43(5):116-122.

[责任编辑] 董 燕

2016-07-15

中石油渤海钻探工程有限公司科技项目(2016ZD17Y-1);中石油渤海钻探工程有限公司工程技术研究院科技项目(2016Y14K)

王建龙(1984—),男,山东沂水人,中国石油集团渤海钻探工程技术研究院工程师,主要从事钻井提速工具研发。

10.3969/j.issn.1673-5935.2016.03.009

TE921

A

1673-5935(2016)03- 0025- 03