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[摘 要]在四川盆地水平井施工时常遇到托压现象，不但严重影响钻井速度，而且导致了水平段延伸难以到位，难以实现地质目标，钻井周期超过预期，严重的甚至会带来井下复杂情况发生。本文主要探讨水力振荡器有效的解决托压现象的途径。
[关键词]四川盆地 托亚 水力振荡器 机械钻速
中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）25-0390-02
随着川西地区天然气开发水平井规模日益增大，在水平井施工过程中，特别是造斜井段存在严重的托压现象。钻头对工具面控制力差、钻压无法有效、真实的传递至钻头，在钻井施工过程中，由于扭矩较大，经常憋停转盘，导致无法正常钻进。
川西盆地水平井的主要地质目的层为J2s，主要岩性为泥岩，粉砂岩与砂岩互层。在设计井眼轨迹时，使用較大造斜率（6°-7°/30m）钻成“直-增-稳-增-稳”剖面类型的井眼轨迹。而为了稳定控制工具面，造斜段一般采用滑动钻进，滑动摩阻相对较大，从而形成托压现象。为了解决此问题，并提高机械钻速，形成更好的井眼轨迹，在钻井施工中使用新型工具-水力振荡器。
1、水力振荡器介绍
1.1 水力振荡器的结构
水力振荡器（Agitator drilling enhancement tool，简称AGT）主要由三部分机械组成部分：（1）振荡短节；（2）动力部分；（3）阀门和轴承系统。
1.2 水力振荡器的功能原理
通过自身产生的纵向振动可使邻近钻具组合产生小幅度的轴向振动，它从而有效改善钻压向钻头传递，同时将钻具与井壁的静摩擦变为动摩擦， 减小摩阻，消除在定向钻进中的托压现象，稳定地控制工具面，减小钻柱的粘滑振动，同时减少粘吸卡钻的风险，减少钻具组合粘卡的可能性，减少扭转振动。。对于大曲率井眼和大位移井，使常规井下动力钻具组合钻进时所能钻达的深度受到限制，水力振荡器特有的纵向振动特性，可使定向机械钻速更快，使大位移井水平位移延伸更远。
1.3 水力振荡器安放位置原则
当工具用于比较弯曲井眼中， 或重力集中效应发生在离井底较远井段时， 将工具组合在上部钻杆中能最大发挥工具功能。
2、水力振荡器的应用
川西地区天然气开发水平井开发，主要在四川盆地川西坳陷新场构造、川西坳陷中江鼻状构造、川西坳陷马井构造等区块进行开发，本文从该三个构造区块中分别选新沙22-3HF井、江沙24-3HF井和马蓬23-3HF井的应用效果进行分析。
2.1 川西坳陷新场构造的应用及效果
2.1.1 施工井概况
新沙22-3HF井在四川盆地川西坳陷新场构造轴部一口三开制水平井，井场位于四川省德阳市德新镇长江村十组。设计水平段设计垂深2280m，斜深3405m。
2.1.2 AGT钻具组合及钻井参数
使用AGT工具时采用的钻具组合为：Φ215.9ABS1605Fbit+Φ172*1.5°单弯螺杆+回压阀+Φ127NMDC+Φ177.8MWD无磁短节悬+Φ127DP8柱+AGT+Φ127DP+旁通阀+127HWDP*10柱+127DP。
钻井参数：钻压：6t，转盘转速：60+Mr/min，排量：29l/s，泵压：27MPa，钻井液密度：1.8g/cm3。
2.1.3 使用效果
该井从1930m开始造斜，钻进至2107m，井斜从0°增斜至28.3°，总进尺177m，平均钻速为1.74m/h，滑动平均钻速为1.66m/h。使用AGT工具从井深2107m钻进至井深2530m，总进尺423m，平均钻速为2.54m/h，滑动平均钻速为2.0m/h。因螺造斜段完而起钻。钻进过程中在水力振荡器的作用下，钻具发生周期性振荡，基本消除了托压现象，定向时工具面稳定，调整工具面的时间大幅减少。使用AGT后，滑动平均钻速提高了20.5%，使用AGT后，综合平均机械钻速提高了46.0%。
2.2 川西坳陷中江鼻状构造中应用
2.2.1 施工井概况
江沙24-3HF井是在四川盆地川西坳陷中江鼻状构造布置的一口中深开发水平井，设计井深为3222米，造斜点为1700米。
2.2.2 AGT钻具组合及钻井参数
使用AGT工具时采用的钻具组合为：Φ215.9bit+1.25°单弯螺杆+回压阀+NMDP+MWD短节+φ127DP×15柱+φ159IAR+φ127DP×2柱+AGT+旁通阀+φ127HWDP×35柱+φ127DP
钻压：4～20t，转盘转速：45+Mr/min，排量：27～28l/s，泵压：24MPa，钻井液密度：1.88g/cm3。
2.2.3 使用效果
该井在井深3012.42m开始下入水利振荡器，在下至2500m時，遇阻严重，采取上下窜动，划眼，定向下放等措施均无效果，遂准备起钻；然后将水力振荡器安放在2000m左右，再次下钻，并顺利到底。使用AGT后，扭矩由原来的23kn.m减小到19～20kn.m，使用AGT后，综合平均机械钻速由原来的1.78m/h提高到2.37m/h，提高了33%。
2.3 水力振荡器在川西坳陷马井构造的应用
2.3.1 施工井概况
马蓬23-3HF井是部署在川西坳陷马井构造的一口二开制水平井，位于四川省什邡市回澜镇龙桥村，设计井深2602m，水平段长990m，本井钻进至设计造斜点1130m。
2.3.2 AGT钻具组合及钻井参数
钻具组合：φ215.9ABS1605FBIT+1.5°单弯螺杆+回压阀+φ158.8NMDC+MWD悬挂短节及接头+φ127HWDP*58根+AGT+φ127钻杆
钻压：4～6t，转盘转速：45+Mr/min，排量：28～30l/s，泵压：22MPa，钻井液密度：1.88g/cm3。
2.3.3 应用效果及邻井技术指标分析
根据现场使用，水力振荡器能够通过提高水平井造斜段机械钻速，从而有效的提高施工效率，缩短钻井周期。通过与同井场未用水力振荡器施工的马蓬23-1H井，马蓬23-2H井对比。马蓬23-3HF井使用水力振荡器井段为1390.77m-1733.00m，为提高可比性，本文所提出的对比井段统一为1390.77m-1620.00m。如图1
根据地质录井仪器统计数据：在1390.00m-1620.00m井段，马蓬23-3HF井滑动钻进平均钻时为22min/m，同比马蓬23-2H井33min/m提高33.33%；同比马蓬23-1H井38min/m提高42.11%。同时，在滑动钻进时水力振荡器能够有效的改善钻头对螺杆钻具工具面的控制，避免了因调整工具面而频繁的活动钻具。由此，在造斜过程中，使用水力振荡器能够提高钻进施工效率，缩短钻井周期。
通过马蓬23-1H井、马蓬23-2H井、马蓬23-3HF井生产时效和录井钻时数据对比可以发现马蓬23-3HF井机械钻速最快；
3、总结及认识
3.1 水力振荡器通过其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底部钻具与井眼之间的摩阻，特别是在使用动力钻具的定向钻进中改善钻压的传递，改善钻头对工具面的控制力，减少钻具组合粘卡的可能性，减少扭转振动，提高机械钻速。
3.2 水力振荡器在使用中压降为3-4MPa，钻进过程泵压较高，井队使用F-1300钻井液泵配合170mm直径缸套施工泵压最高达23.1MPa；高泵压施工对设备承受能力是严峻的考验，井队施工排量随井深而下降，最低27L/S，还空返速较低。
3.3 在下入水力振荡器前，保证良好的井眼状态、良好的钻井液性能特别是流变性是提高施工效率的关键。
3.4 施工中可根据现场情况灵活调整水力振荡器位置，避免MWD仪器出现故障，影响生产。
[关键词]四川盆地 托亚 水力振荡器 机械钻速
中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）25-0390-02
随着川西地区天然气开发水平井规模日益增大，在水平井施工过程中，特别是造斜井段存在严重的托压现象。钻头对工具面控制力差、钻压无法有效、真实的传递至钻头，在钻井施工过程中，由于扭矩较大，经常憋停转盘，导致无法正常钻进。
川西盆地水平井的主要地质目的层为J2s，主要岩性为泥岩，粉砂岩与砂岩互层。在设计井眼轨迹时，使用較大造斜率（6°-7°/30m）钻成“直-增-稳-增-稳”剖面类型的井眼轨迹。而为了稳定控制工具面，造斜段一般采用滑动钻进，滑动摩阻相对较大，从而形成托压现象。为了解决此问题，并提高机械钻速，形成更好的井眼轨迹，在钻井施工中使用新型工具-水力振荡器。
1、水力振荡器介绍
1.1 水力振荡器的结构
水力振荡器（Agitator drilling enhancement tool，简称AGT）主要由三部分机械组成部分：（1）振荡短节；（2）动力部分；（3）阀门和轴承系统。
1.2 水力振荡器的功能原理
通过自身产生的纵向振动可使邻近钻具组合产生小幅度的轴向振动，它从而有效改善钻压向钻头传递，同时将钻具与井壁的静摩擦变为动摩擦， 减小摩阻，消除在定向钻进中的托压现象，稳定地控制工具面，减小钻柱的粘滑振动，同时减少粘吸卡钻的风险，减少钻具组合粘卡的可能性，减少扭转振动。。对于大曲率井眼和大位移井，使常规井下动力钻具组合钻进时所能钻达的深度受到限制，水力振荡器特有的纵向振动特性，可使定向机械钻速更快，使大位移井水平位移延伸更远。
1.3 水力振荡器安放位置原则
当工具用于比较弯曲井眼中， 或重力集中效应发生在离井底较远井段时， 将工具组合在上部钻杆中能最大发挥工具功能。
2、水力振荡器的应用
川西地区天然气开发水平井开发，主要在四川盆地川西坳陷新场构造、川西坳陷中江鼻状构造、川西坳陷马井构造等区块进行开发，本文从该三个构造区块中分别选新沙22-3HF井、江沙24-3HF井和马蓬23-3HF井的应用效果进行分析。
2.1 川西坳陷新场构造的应用及效果
2.1.1 施工井概况
新沙22-3HF井在四川盆地川西坳陷新场构造轴部一口三开制水平井，井场位于四川省德阳市德新镇长江村十组。设计水平段设计垂深2280m，斜深3405m。
2.1.2 AGT钻具组合及钻井参数
使用AGT工具时采用的钻具组合为：Φ215.9ABS1605Fbit+Φ172*1.5°单弯螺杆+回压阀+Φ127NMDC+Φ177.8MWD无磁短节悬+Φ127DP8柱+AGT+Φ127DP+旁通阀+127HWDP*10柱+127DP。
钻井参数：钻压：6t，转盘转速：60+Mr/min，排量：29l/s，泵压：27MPa，钻井液密度：1.8g/cm3。
2.1.3 使用效果
该井从1930m开始造斜，钻进至2107m，井斜从0°增斜至28.3°，总进尺177m，平均钻速为1.74m/h，滑动平均钻速为1.66m/h。使用AGT工具从井深2107m钻进至井深2530m，总进尺423m，平均钻速为2.54m/h，滑动平均钻速为2.0m/h。因螺造斜段完而起钻。钻进过程中在水力振荡器的作用下，钻具发生周期性振荡，基本消除了托压现象，定向时工具面稳定，调整工具面的时间大幅减少。使用AGT后，滑动平均钻速提高了20.5%，使用AGT后，综合平均机械钻速提高了46.0%。
2.2 川西坳陷中江鼻状构造中应用
2.2.1 施工井概况
江沙24-3HF井是在四川盆地川西坳陷中江鼻状构造布置的一口中深开发水平井，设计井深为3222米，造斜点为1700米。
2.2.2 AGT钻具组合及钻井参数
使用AGT工具时采用的钻具组合为：Φ215.9bit+1.25°单弯螺杆+回压阀+NMDP+MWD短节+φ127DP×15柱+φ159IAR+φ127DP×2柱+AGT+旁通阀+φ127HWDP×35柱+φ127DP
钻压：4～20t，转盘转速：45+Mr/min，排量：27～28l/s，泵压：24MPa，钻井液密度：1.88g/cm3。
2.2.3 使用效果
该井在井深3012.42m开始下入水利振荡器，在下至2500m時，遇阻严重，采取上下窜动，划眼，定向下放等措施均无效果，遂准备起钻；然后将水力振荡器安放在2000m左右，再次下钻，并顺利到底。使用AGT后，扭矩由原来的23kn.m减小到19～20kn.m，使用AGT后，综合平均机械钻速由原来的1.78m/h提高到2.37m/h，提高了33%。
2.3 水力振荡器在川西坳陷马井构造的应用
2.3.1 施工井概况
马蓬23-3HF井是部署在川西坳陷马井构造的一口二开制水平井，位于四川省什邡市回澜镇龙桥村，设计井深2602m，水平段长990m，本井钻进至设计造斜点1130m。
2.3.2 AGT钻具组合及钻井参数
钻具组合：φ215.9ABS1605FBIT+1.5°单弯螺杆+回压阀+φ158.8NMDC+MWD悬挂短节及接头+φ127HWDP*58根+AGT+φ127钻杆
钻压：4～6t，转盘转速：45+Mr/min，排量：28～30l/s，泵压：22MPa，钻井液密度：1.88g/cm3。
2.3.3 应用效果及邻井技术指标分析
根据现场使用，水力振荡器能够通过提高水平井造斜段机械钻速，从而有效的提高施工效率，缩短钻井周期。通过与同井场未用水力振荡器施工的马蓬23-1H井，马蓬23-2H井对比。马蓬23-3HF井使用水力振荡器井段为1390.77m-1733.00m，为提高可比性，本文所提出的对比井段统一为1390.77m-1620.00m。如图1
根据地质录井仪器统计数据：在1390.00m-1620.00m井段，马蓬23-3HF井滑动钻进平均钻时为22min/m，同比马蓬23-2H井33min/m提高33.33%；同比马蓬23-1H井38min/m提高42.11%。同时，在滑动钻进时水力振荡器能够有效的改善钻头对螺杆钻具工具面的控制，避免了因调整工具面而频繁的活动钻具。由此，在造斜过程中，使用水力振荡器能够提高钻进施工效率，缩短钻井周期。
通过马蓬23-1H井、马蓬23-2H井、马蓬23-3HF井生产时效和录井钻时数据对比可以发现马蓬23-3HF井机械钻速最快；
3、总结及认识
3.1 水力振荡器通过其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底部钻具与井眼之间的摩阻，特别是在使用动力钻具的定向钻进中改善钻压的传递，改善钻头对工具面的控制力，减少钻具组合粘卡的可能性，减少扭转振动，提高机械钻速。
3.2 水力振荡器在使用中压降为3-4MPa，钻进过程泵压较高，井队使用F-1300钻井液泵配合170mm直径缸套施工泵压最高达23.1MPa；高泵压施工对设备承受能力是严峻的考验，井队施工排量随井深而下降，最低27L/S，还空返速较低。
3.3 在下入水力振荡器前，保证良好的井眼状态、良好的钻井液性能特别是流变性是提高施工效率的关键。
3.4 施工中可根据现场情况灵活调整水力振荡器位置，避免MWD仪器出现故障，影响生产。