浅谈水力振荡器在焦页57—5HF井的应用

罗远明

摘 要 在重庆涪陵焦石坝区块大规模开发页岩气水平井定向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，利用了水力振荡器。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。

关键词 页岩气 水平井 托压 水力振荡器

重庆涪陵焦石坝区块蕴含着丰富的页岩气资源，井型均为长水平段水平井。由于该区块水平井井眼轨迹复杂、位移大、水平段长，在钻井过程中，井下摩阻扭矩大，PDC钻头定向托压问题突出，严重影响了定向机械钻速和钻井时效。为此，技术人员进行了大量针对性研究。

除了增加钻井液性的润滑性能，常规减小钻柱摩阻和扭矩等方法，主要是优化井眼轨迹、钻具组合及钻井液性能，但实钻效果并不是很明显。而水力振荡器是将滑动钻进时钻具与井壁之间的静摩阻转变为动摩阻，使得滑动钻进中钻具与井壁间的摩阻明显降低，减少钻具托压现象。

一、水力振荡器的结构及工作原理

（一）结构及工作原理

焦页57-5HF井使用的是美国国民油井公司生产的水力振荡器。水力振蕩器（AGT）主要由三部分组成：①动力部分；②阀门和轴承系统；③配套振荡短节。刚性的由钻杆单根连接成的管柱使用振荡短节，挠性的管柱则不适用振荡短节。

水力振荡器通过自身产生的纵向振动来提高钻进过程中钻压传递的有效性和减少井底钻具组合（BHA）与井眼之间的摩阻，这就意味着水力振荡器可以在所有的钻进模式中，特别是在有螺杆的定向钻进过程中改善钻压的传递，减少扭转振动，明显提高机械钻速，省时省力。

（二）与现有定向工具的兼容性

在钻进过程中，水力振荡器振动频率和MWD、LWD系统不同，不会影响MWD、LWD的信号，水力振荡器可以和MWD、LWD配套使用。水力振荡器的蠕动距离一般在3～10mm，蠕动频率一般小于25Hz，其工作原理与动力钻具有类似之处，水力振荡器可以和动力钻具协同使用，不会对动力钻具造成破坏。由于水力振荡器减小了钻进时钻具与井壁间摩阻扭矩，使得钻压更加均匀、稳定，可以避免钻具应力过度集中在某一井段，有助于降低钻具事故风险。水力振荡器不会对钻头造成破坏，无论牙轮钻头还是PDC钻头均可与其配合使用，延长了钻头使用寿命。

二、水力振荡器的现场应用

（一）焦页57-5HF井概况

焦页57-5HF井是部署在川东南地区川东高陡褶皱带包鸾-焦石坝背斜带焦石坝构造的一口长水平段开发水平井，目的层是上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组下部页岩气层段。该井第一次开钻采用Φ406.4mm钻头钻至702m，第二次开钻采用Φ311.2mm钻头钻至2908m，第三次开钻采用Φ215.9mm钻头钻至完钻井深4919m。水平段长1633m（含口袋30m），设计造斜点1700m，实际定向点井深1520m。

（二）水力振荡器的应用

焦页57-5HF井二开在连续扭方位井段、三开水平段使用了水力振荡器。

二开连续扭方位一开始使用常规定向钻具组合进行定向，钻具组合为Φ311.2mm PDC+1.25°螺杆+Φ127mm无磁承压钻杆+LWD无磁悬挂Φ127mmHWDP。因为连续扭方位工作量大，随着井深的增加，摩阻、扭矩逐渐增大，上提摩阻最大40t，下放摩阻最大16t。复合钻进及划眼时经常憋停顶驱，滑动钻进托压、憋泵现象频繁发生，定向施工基本无法进行。为有效克服定向钻进中的托压现象，提高二开井段的钻井速度，下入水力振荡器。钻进过程中PDC钻头定向托压现象明显改善，扭矩波动恢复正常，连续滑动钻进143m，机械钻速6.26m/h，极大提高了定向机械钻速，减小了井下复杂情况发生的概率。

三开水平段施工中，由于地质情况复杂、地层倾角变化大，两次钻出目的层（龙马溪），需要强增斜重新进入气层。造成水平段前期轨迹调整幅度大，导致钻具上提下放摩阻大，定向憋泵频繁，托压严重，定向造斜率低，无法满足导向施工要求。为满足地质导向需求，保证定向施工的正常进行，下入水力振荡器。钻具组合为：Φ215.9mm PDC+ 1.25°单弯螺杆+Φ212mm扶正器+Φ127mm无磁承压钻杆+LWD悬挂短节+Φ127mmHWDP +水力振荡器+Φ127mmDP+Φ127mmHWDP。钻进过程中PDC钻头定向施工顺利，无明显托压现象，机械钻速高，顺利钻至完钻井深。

本井在完钻之后将钻具全部取出，对钻头进行清洗、检查、丈量，发现钻头外径基本无磨损，复合片无明显损伤。

（三）水力振荡器的效果评价

焦页57-5HF井使用常规定向钻具组合与应用水力振荡器+单弯螺杆钻进相比，应用水力振荡器井段的平均机械钻速与牙轮相比提高了194%，与仅使用PDC+单弯螺杆相比提高了43%。

三、结语

在大位移井及水平井应用水力振荡器，能够减小钻具与井壁间的摩阻，提高钻井施工的钻压传递效率，能够很好地解决PDC钻头定向托压的难题。

与常规螺杆定向钻井技术相比，在焦石坝区块应用PDC+单弯螺杆+水力振荡器技术，可以大幅度提高定向机械钻速，缩短钻井周期，具有良好的经济效益。