桑卫功
陕西煤田地质油气钻采有限公司 陕西 西安 71005
摘要：石油钻井用三维水力振动器,由流量控制阀,轴向振动器,过滤接头,螺杆马达动力接头,液力脉冲发生器组成;其特征在于流量控制阀用来调节流入振动器的泥浆流量和速度;轴向振动器用来产生沿轴向方向上的位移;过滤接头用来过滤较粗的泥浆成分;进入振动器的泥浆在螺杆马达动力接头里面形成一定的压差,推动螺杆马达里面的转子结构旋转和偏心振动;液力脉冲发生器通过PDC推力轴承静环和动环之间的过流面积循环的变化,从而产生圆周方向上的振动.本发明同时在轴向,圆周方向上产生的三维振动能有效克服大位移井和水平井钻柱与井壁之间的摩擦阻力,降低钻柱与井壁之间的扭矩,避免卡钻事故的发生,具有大幅度提高钻井效率,降低钻井成本的特点。
引言：自从2011年涉入油气水平井施工以来，通过不断的实践与探索，泥浆性能的不断优化、无线随钻技术的提升，取得了较大的进步，但水平井钻进过程中经常出现的一些问题，如水平井钻进出现滑动托压严重、滑动次数多等问题，钻效慢，成本高，影响施工效率。
关键词：三维水力振动器 石油钻井 技术应用
正文：
1调研情况：针对水平钻进出现的问题，经过多次实际调研，对以往水平井施工中存在的滑动托压严重和滑动次数多等问题进行分析、论证，在优化钻井参数、泥浆参数和定向技术的同时，采用“三维水力震动器”的解决方案，进行多次尝试，取得了明显效果，大大提高了钻井效率。
2施工井基本情况：
庄平49-58井是我队施工的石油水平 井,设计井深2735米,水平段长400米,靶前距377.6米,偏移距269米,水平段设计方位164.92度。
3针对水平井钻进过程中经常出现的问题，引进使用实践和技术参数：
在庄平49-58井施工中使用了三维水力振动器，并在开钻前制定了重点针对滑动托压严重、滑动次数多两大问题的施工方案。
一是滑动托压严重的问题：三维水力振动器是机械降摩减阻振动器的一种,使用三维水力振动器，在钻进过程中可实现径向振动以及轴向振动。基本功能：能有效的降磨减阻，提高机械钻速，具有减阻和减扭的综合功能，是水平段中钻进的有效工具。可用于水平井钻井过程中减少钻柱轴向摩擦阻力和周向粘结阻力矩，以便精确地控制钻压和工具面方位，极大地增加水平井钻进的延伸深度。
二是滑动次数多的问题：二开第一趟直接使用φ172mm螺杆（1.5°），φ222.25mm钻头（PDC）。第二趟钻也就是扭方位、造斜段使用φ165mm螺杆（1.5°），φ215.9mm钻头（PDC）。备用一个使用寿命为120小时的牙轮钻头。入窗后使用φ165mm螺杆（1.25°），φ215.9mm钻头（PDC）。具体施工如下：
一开：0-270.63米
钻具组合: φ311mm钻头0.90m+411×431接头0.32m+φ172mm螺杆1.25°×7.72m+φ165mmMWD×0.57m+φ165mmNDC×9.03m +φ165mmDC*67.14m+φ127mm加重钻杆*255.18m+旋塞*0.43m+方保*0.91m+方入*0.88m二开:第一趟：270.63-1875.13米，进尺1604.5米。
钻压：80KN，泵压：10MPa。
钻具组合:φ222.25mm钻头（PDC）＋φ172mm螺杆（1.5°）＋短钻铤（1.81m）＋稳定器（209.00mm）＋MWD定向短节＋φ127mm加重无磁1根＋φ127mm加重钻杆54根＋φ127mm钻杆+方钻杆。本趟钻具组合比较理想，井斜方位比较稳定，减少了滑动次数，复合钻进基本是每分钟1米的速度，滑动钻进5-7分钟每米。由于本井偏移距大，所以扭方位井段长，每单根都需要滑动且钻时变慢，10-15分钟每米。（时效对比见后面表格）本井过了洛河组进入直罗组后出现渗漏，泥浆消耗量比较大，随后添加堵漏剂堵漏，降低漏失量，直至扭完方位起钻换钻具组合。
第二趟钻：1875.13-2372.69米，进尺497.56米，钻压：10KN，泵压：15MPa。
钻具组合: φ215.9mm钻头（PDC）＋φ165mm螺杆（1.5°）＋MWD定向短节＋φ127mm加重无磁1根＋φ127mm加重钻杆6根＋φ127mm钻杆1根＋φ165mm振动器＋φ127mm钻杆24根＋φ127mm加重钻杆48根+方钻杆。本趟钻主要是造斜，因为有了振动器滑动钻进时托压明显好转，工具面稳定，钻时5-7分钟每米。大大提高了滑动钻时，入窗后由于增斜比较快，所以起钻换钻具组合。
第三趟钻：2372.69-2423.13, 进尺50.44米，钻压：10KN，泵压：17MPa。
钻具组合:φ215.9mm钻头（PDC）＋φ165mm螺杆（1.25°φ207mm）＋稳定器（φ209mm）＋MWD定向短节＋φ127mm加重无磁1根＋φ127mm加重钻杆6根＋φ127mm钻杆1根＋φ165mm振动器＋φ127mm钻杆69根＋φ127mm加重钻杆48根+方钻杆，本趟钻下去后井斜降的比较快而滑动增斜效果不好，最后竟经过讨论起钻换螺杆。
第四趟钻： 2423.13-2767.43, 进尺344.3米，钻压：10KN，泵压：18MPa。
钻具组合: φ215.9mm钻头（PDC）＋φ165mm螺杆（1.25°φ209mm）＋稳定器（φ209mm）＋MWD定向短节＋φ127mm加重无磁1根＋φ127mm加重钻杆6根＋φ127mm钻杆1根＋φ165mm震动器＋φ127mm钻杆69根＋φ127mm加重钻杆48根+方钻杆。本趟钻具组合增斜，百米增斜3-5度，但通过滑动能控制住井斜。
4结语：
经过现场多次实际运用得出结论：一是三维水力振动器能减轻井眼的黏滑现象,工具面控制稳定,平均提高滑动钻进的机械钻速17.65%,使用寿命超过230h,经济效益显著。验证了水平井轴向振动减阻效果的合理性和可靠性。二是水力振荡器安放位置也十分关键,通过现场实际使用情况，优化结果表明，水力振荡器的安放位置至钻头的距离应该大于轴向振动作用范围的一半,同时应尽可能靠近钻头，这样效果更佳。三是使用该工具对钻具和钻铤质量要求比较高，使用前一定要做好钻具的探伤，检查并做好钻具丝扣的保护。
庄平49-58井二开到完钻8天，大大缩短了施工工期。回顾本井施工过程，三维水力振动器在施工过程中很好的解决了托压、工具面控制困难及无法有效施加钻压等问题，提高了钻效，缩短了建井周期，同时也减少了润滑剂的添加量，降低了生产成本，提高了经济效益。