水力脈沖技術(shù)提高鉆井效率
時(shí)間:2016-10-19 09:51
來源:
作者:許京國(guó) 渤海鉆探第
采 用泥漿馬達(dá)和渦輪鉆 具鉆定向井時(shí),由于 上部鉆具不旋轉(zhuǎn),在 大井斜和水平滑動(dòng)鉆 進(jìn)時(shí)井眼摩阻會(huì)非常大,導(dǎo)致機(jī)械 鉆速和鉆井效率降低, 見圖 1 所示, 應(yīng)用水力脈沖新技術(shù)后可顯著提高 定向滑動(dòng)鉆進(jìn)的鉆井效率。為了克 服非旋轉(zhuǎn)鉆具與井壁間的摩擦力, 水力脈沖裝置的機(jī)械設(shè)計(jì)能產(chǎn)生強(qiáng) 大的壓力脈沖,并將壓力脈沖轉(zhuǎn)化 為機(jī)械動(dòng)能,由此產(chǎn)生鉆具軸向運(yùn) 動(dòng),從而提高鉆壓傳遞。
該技術(shù)可用于大斜度、大位移 及非傳統(tǒng)儲(chǔ)層水平井的滑動(dòng)鉆進(jìn)作 業(yè);延長(zhǎng) PDC 鉆頭使用時(shí)間、持續(xù) 產(chǎn)生高機(jī)械鉆速、降低壓差卡鉆風(fēng) 險(xiǎn)、鉆出規(guī)則的井眼軌跡、提高井 身質(zhì)量。不僅如此,該技術(shù)還能提 高鉆頭的鉆壓傳遞、降低鉆壓的地 面加壓、減小鉆桿壓縮、增強(qiáng)馬達(dá) 工具面控制、減少井眼彎曲和累積 的狗腿、 要求低壓降, 降低鉆具摩阻, 實(shí)現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)定的鉆壓傳送,提高機(jī) 械鉆速和鉆井效率。
水力脈沖技術(shù)優(yōu)勢(shì)顯著
傳統(tǒng)水平鉆井作業(yè)由于鉆具與 井壁間的摩擦力極易引起鉆具高摩 阻工況,由非旋轉(zhuǎn)鉆具產(chǎn)生的摩擦 力導(dǎo)致鉆具在曲線段和水平段被托 起或掛住,通常稱作托壓,因此, 鉆壓輸送受到限制。導(dǎo)致馬達(dá)工具 面漂浮不定和極低的機(jī)械鉆速,最 終導(dǎo)致鉆頭過早失效、井眼扭曲增 多、持續(xù)傳送鉆壓的能力下降。降 低鉆具與井壁間的摩擦力,水力脈 沖系統(tǒng)通過一個(gè)全金屬裝置產(chǎn)生振 蕩,該裝置并未采用定子 / 轉(zhuǎn)子動(dòng) 力 組 件, 可 降 低 總 的 系 統(tǒng) 壓 耗, 這會(huì)使井眼軌跡更加一致,使鉆 進(jìn)更加順暢和連貫,實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn) 定滑動(dòng)鉆進(jìn)。水力脈沖系統(tǒng)如圖 2 所示。
傳統(tǒng)鉆井工具因馬達(dá)工具面控 制困難,鉆出的井眼扭曲度高,井 眼軌跡一致性差,與之相比,新水 力脈沖系統(tǒng)馬達(dá)工具面控制良好, 鉆出的井眼彎曲度比較均勻,井眼 軌跡一致性好。因此,使用新水力 脈沖系統(tǒng)獲得的效果是:較好的工 具面控制,井眼軌跡一致性好,低 扭曲度,狗腿少,井身質(zhì)量明顯得 到提高。同時(shí),穿越水力脈沖裝置 的低壓降在立管壓力不接近極限的 狀況下能更柔韌靈活地進(jìn)行鉆井作 業(yè),這是傳統(tǒng)鉆具振蕩工具高壓耗 要經(jīng)歷的一個(gè)挑戰(zhàn)。
建模發(fā)揮最大效益
水力脈沖系統(tǒng)包含兩個(gè)短節(jié), 低壓脈沖發(fā)生器和上部增強(qiáng)器短節(jié)。 當(dāng)泵流速超過激活流量范圍時(shí),低 壓脈沖發(fā)生器以一個(gè)特定頻率在鉆 具內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)壓力脈沖,這個(gè)脈沖 確定不會(huì)對(duì)隨鉆測(cè)量 MWD 產(chǎn)生干 擾。壓力脈沖激勵(lì)脈沖增強(qiáng)器短節(jié) 在脈沖裝置上下鉆具范圍內(nèi)產(chǎn)生軸 向運(yùn)動(dòng),振蕩運(yùn)動(dòng)克服摩擦力,提 高井底鉆壓傳送,使鉆頭獲得持續(xù) 穩(wěn)定的鉆壓,提高機(jī)械鉆速。低壓 脈沖器見圖 3 所示,上部增強(qiáng)器短 節(jié)見圖 4 所示。作業(yè)期間,壓力脈 沖產(chǎn)生的振動(dòng)不會(huì)干擾或影響其它 井下工具的正常工作,這使其能與 MWD、LWD 和其它定向系統(tǒng)兼容 運(yùn)行,共同作業(yè)。
為了使水力脈沖裝置能發(fā)揮最 大效益,作業(yè)前需做的工作包括建 立模型,在鉆具內(nèi)實(shí)現(xiàn)裝置的最佳 安放,根據(jù)某口井的具體要求,采 用以下三種方式建立模型,IDEAS 一體化鉆頭設(shè)計(jì)平臺(tái),該平臺(tái)能讓 設(shè)計(jì)人員在用馬達(dá)滑動(dòng)鉆長(zhǎng)水平段 時(shí)探索水力脈沖系統(tǒng)是如何幫助傳 圖 1 傳統(tǒng)鉆井 圖 2 水力脈沖系統(tǒng) 圖 3 壓力脈沖發(fā)生器 圖 4 上部增強(qiáng)器短節(jié) 67 新技術(shù) Overview of New Technologies·New Technology送井底鉆壓的;Runner 鉆具分析 軟件,根據(jù)扭矩與摩阻模型、具體 的井身結(jié)構(gòu)和計(jì)劃的井底鉆具組合, 為作業(yè)者提供在鉆具的什么位置安 放水力脈沖裝置的建議;HART 水 力學(xué)優(yōu)化軟件,該軟件能幫助作業(yè) 者計(jì)算加入水力脈沖裝置的鉆具預(yù) 計(jì)的立管壓力。
實(shí)地應(yīng)用鉆速高
水力脈沖系統(tǒng)在美國(guó)西部鉆井 作業(yè)期間節(jié)約鉆井周期 60 小時(shí),水 平段夾層砂巖地層機(jī)械鉆速得到顯 著提高。一家石油公司正尋找一種 通過鉆更長(zhǎng)水平段來達(dá)到提高鉆井 效率的方法,這家公司既想在滑動(dòng) 鉆進(jìn)時(shí)控制好井眼定向,又想保持 或超過之前的基準(zhǔn)鉆速。這家石油 公司向斯倫貝謝公司咨詢后決定在 同樣的井底鉆具組合中布置兩套水 力脈沖滑動(dòng)鉆進(jìn)系統(tǒng)。水力脈沖裝 置產(chǎn)生一種非轉(zhuǎn)子 / 定子動(dòng)力方式 的振蕩脈沖,該系統(tǒng)在較低的壓力 下作業(yè),改善了井底鉆壓傳送,通 過采用水力脈沖系統(tǒng)不但打出了連 貫流暢的井眼軌跡,又展現(xiàn)出水力 脈沖系統(tǒng)的全程鉆進(jìn)能力,因此, 大斜度和長(zhǎng)水平段的鉆進(jìn)性能得到 顯著提高。 美國(guó)德克薩斯鷹福特頁巖的鉆 井作業(yè)節(jié)省鉆井周期 12 小時(shí),提高 非傳統(tǒng)儲(chǔ)層的定向鉆井效率。
美國(guó) 德克薩斯資源公司在奧斯丁白堊紀(jì) 鷹福特頁巖地層鉆水平井,石油公 司在兩個(gè) 6 1 / 8 ″ 水平段尋求一種提高 鉆井效率的方法,既要保持或超過 之前的基準(zhǔn)或平均機(jī)械鉆速,還要 在滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)保持良好的定向控制。 采用軸向運(yùn)動(dòng)實(shí)施滑動(dòng)鉆進(jìn):斯倫 貝謝建議下一個(gè) 5″ 規(guī)格的水力脈沖 滑動(dòng)鉆進(jìn)增強(qiáng)裝置,因?yàn)樵撗b置能 提高井下馬達(dá)在大斜度和水平段定 向鉆進(jìn)的鉆井效率。
德克薩斯美國(guó) 公司首次使用水力脈沖系統(tǒng)在西德 克薩斯下井作業(yè),使用相同的井底 鉆具組合,水力脈沖系統(tǒng)用 4.3 天 時(shí)間鉆完了兩個(gè)水平分支段的目標(biāo) 井深。鉆完第一個(gè)水平段目標(biāo)井深 后,公司進(jìn)行了一次短起下作業(yè), 接著再定向,用同樣的井底鉆具組 合鉆第二個(gè)水平分支段,通過不起 出地面改變井底鉆具組件的方法, 德克薩斯美國(guó)公司節(jié)省了 12 小時(shí)的 鉆機(jī)周期和相關(guān)費(fèi)用。 另外德克薩斯美國(guó)公司還提高 了滑動(dòng)鉆進(jìn)機(jī)械鉆速和兩個(gè)水平分 支段的鉆壓傳送。用水力脈沖系統(tǒng)鉆 的第一個(gè)分支段整個(gè)進(jìn)尺是最好的 一趟鉆;使用該系統(tǒng)鉆的第二個(gè)分 支段單趟鉆的進(jìn)尺也排在前三。第 二個(gè)水力脈沖系統(tǒng)鉆進(jìn)的機(jī)械鉆速 也是進(jìn)尺位居第三的機(jī)械鉆速。