0 引 言

在深井、大斜度井或水平井的油管钻磨中，随着水平井井斜角的不断增大，管柱的重力在水平方向上的分量不断减小，因此仅靠油管重力的分量给钻头施加的钻压越来越小，不满足水平井钻磨过程中对钻压大小的需求；其次，油管的受力状态越来越复杂，在扭转、压缩和弯曲等应力的综合作用下，管柱的使用寿命也在缩短，尤其是沿轴向的振动使钻磨过程中钻压不能保持恒定，不仅容易导致磨鞋的寿命缩短，钻磨效率降低，而且管柱在交变应力的作用下也极易发生疲劳破坏，从而导致钻磨事故^[1]。钻磨桥塞的加钻压方法主要还是通过下放钻具，随着水平段逐渐加长，油管施加钻压的效果越来越不明显。针对水平井油管钻磨加压困难且钻磨缓慢的现状，决定在现有钻具组合的基础上加装液力加压器。

液力加压器是一种广泛应用于钻井作业的能量转换装置，利用泵压为动力将工作液液压能转换为钻压的新型工具。1995年地矿部石油钻井研究所成功研制了水力加压工具^[2]。近年来，我国根据钻井施工的需要又开发了双行程水力加压器和带测位装置的水力加压器^[3-5]。美国Baker Hughes公司研制开发了小尺寸的水力加压器，用于解决水平井或套管开窗侧钻井中施加钻压的问题^[6]。笔者将液力加压器用于修井钻磨作业，其加压方式减轻了磨鞋在纵向上的振动，并且对扭转振动和横向振动有解耦作用，主要是因为它将管柱振动与磨鞋的振动分离开了，具有减振作用^[7]，对于改善钻具受力变形、减少钻具疲劳损坏以及提高机械钻速具有显著效果。

1 技术分析 1.1 结构

液力加压器一般由上接头、活塞、缸体和芯轴组成，结构如图 1所示。

液力加压器的上接头与单向循环阀连接，下连缸体。多级活塞包容在缸体内，主活塞与芯轴为一体并连接钻头^[7]。扭矩通过缸体花键传递给芯轴加压给钻头。

1.2 工作原理

当磨鞋接近桥塞面时，开泵循环清洗井筒，循环液体经钻柱由液力加压器的上接头进入各级缸筒。当循环液体经磨鞋流出时，因磨鞋喷嘴的节流作用，导致在缸筒内产生了压力。液力加压器具有液力减振作用，利用液体弹性吸收的原理，结合钻井液柔性连接关系，可有效地保护钻具和钻头^[8]，而且在行程内能够实现自动送钻功能，当钻完1个行程后，指重表悬重上升，然后下放钻柱，进行第2个行程^[8]。

1.3 主要技术参数

该液力加压器的主要技术参数如下：外径95 mm，下端连接螺纹73.0 mm EUE，工作行程300 mm，水眼直径32 mm，活塞级数2，活塞面积48.3 cm²，长度3 202 mm。

1.4 技术特点

(1) 改变磨鞋的加压方式。为了使磨鞋能够均匀、连续地磨掉桥塞，液力加压器将机械的刚性加压转变为液力的柔性加压，实现了连续柔性加压钻磨^[9]。

(2) 改变了钻压调节方法。液力加压器通过改变水力参数来调节钻压大小。

(3) 可达到减振效果。

(4) 具有自动送钻功能。在钻磨桥塞时，在行程范围内可自动送钻30 cm。

(5) 可获得稳定的钻压。液力加压器克服水平井钻磨中受重力分力、浮力和摩擦阻力的影响，避免了水平井钻磨过程中加钻压和加压困难现象的发生，可获得稳定的钻压^[3]。

1.5 设计钻压

液力加压器利用循环液体流过它以下钻具形成的压降作用在其活塞上产生钻压。工具有效活塞面积和压力降决定了液力加压器产生钻压的大小^[10]。 某井钻磨参数如下。

钻压P=(1.5～2.0)×10⁴ kN，排量Q=720～840 L/min，钻磨工作液为压裂液0.25%EM30+清水，循环采用0.3%CJ2-6+清水。根据井眼选择的液力加压器活塞面积S=93.5 cm²，工具压降Δp=3～4 MPa，于是液压推力F=ΔpS=4×93.5=3.74×10⁴(kN)＞P，说明液压推力比设计钻压大。选用2级活塞时，其活塞面积为S=48.3 cm²，于是F=ΔpS=4×48.3=1.93×10⁴(kN)≈P,这说明此时钻压较为合理。

1.6 钻磨工艺步骤

(1) 安装井口装置，连接管线，安装井下工具并测试井下工具性能。

(2) 开泵并下放钻柱，当磨鞋离第1级桥塞位置较近时，水力加压工具的活塞处于下死点位置，芯轴行程为全伸出状态^[9]。

(3) 磨鞋接触第1个桥塞后，缓慢下放钻柱，指重表悬重减小，液力加压值就是减小值。

(4) 继续下放钻柱，保持悬重不变，在钻压行程范围内活塞从行程终点开始移动^[11]。

(5) 当活塞到达上死点时，如果下放管柱，悬重就会下降。为了让悬重保持，应该马上停止下钻柱，只有这样钻压才会处在稳定的选定值上。只要在活塞的行程范围内，指重表悬重就不会发生变化。

(6) 随着磨鞋的钻进，活塞最终又到达下死点位置，钻压下降，应及时送钻(然后重复步骤(4)和(5))。

(7) 钻完1个桥塞上提管柱循环至少1个井筒容积，划眼。重复直至完成所有桥塞钻磨。

2 现场试验 2.1 试验井情况

GP39-55井设计井深3 320 m，水平段长1 450 m。该井采用水力泵送桥塞多簇射孔联作和光套管体积压裂技术进行改造，井下共有11级桥塞需要钻磨。第11和第10级桥塞采用常规油管钻磨，加压困难且钻磨缓慢，探第9级桥塞，钻磨无进尺，决定起钻更换钻具并加装液力加压器。磨钻工具串由下至上为：φ116.0 mm六刃磨鞋+φ95.0 mm螺杆钻+φ95.0 mm液压安全丢手+液力加压器+φ95.0 mm单流阀+φ95.0 mm反循环阀+φ95.0 mm安全接头+φ73.0 mm(2 7/8 in)油管至井口。

2.2 钻磨过程

2015年11月4—7日，采用常规油管钻磨第11和第10级桥塞，由于水平段较长，加压较为困难且钻磨缓慢，探第9级桥塞，钻磨无进尺，决定起钻更换钻具，并加装液力加压器。钻磨参数如表 1所示。

图 2为液力加压器钻磨与常规钻磨用时对比。第11和第10级桥塞常规油管钻磨所用平均时间为215 min，从钻磨第9级桥塞起加装液力加压器，由于操作不熟练，钻磨第9级桥塞用时365 min。从第8级开始，钻磨速度逐渐加快，在钻磨第2级桥塞只用时115 min，加装液力加压器后钻磨效率最大提高了46.51%。

2.3 应用效果分析 2.3.1 减少油管反转和水龙带打扭

常规油管钻磨第11和第10级桥塞容易发生水龙带严重打扭现象。水龙带打扭是因为钻压无法实时掌握和钻屑过大引起的油管反转。通过加装液力加压器，在钻磨过程中能大幅减少油管反转造成的水龙带打扭现象。

2.3.2 合理的钻磨参数能有效提高效率

合理的磨鞋结构和高性能的磨料能够较快地钻出桥塞，且磨出的碎屑较小，能够降低卡钻的风险，提高钻磨效率。GP39-55井选用的是六刃磨鞋，钻磨速度快，磨出的碎屑体积适中(见图 3)，钻磨效率高。

选用合适的排量和泵压能够有效提高钻磨效率，延长螺杆泵和液力加压器的使用时间，增强使用效果。现场测试了不同排量下的钻磨情况(见表 2)，根据现场使用情况统计，排量在800 L/min时钻磨效果较好。

3 结论与认识

(1) 液力加压器的使用能减轻轴向振动，也能减轻磨鞋和管柱的振动，可给磨鞋提供较为稳定的钻压，有利于解决加压困难的问题。

(2) 现场试验结果表明：加装液力加压器后，钻磨效率平均提高了29.36%，最大钻磨效率提高了46.51%。

(3) 在现场使用六刃磨鞋、排量800 L/min的条件下磨屑体积适中，也能及时上返出井筒，降低了油管卡钻风险，作业效率较高。所得结论可为钻磨工具的选择和应用提供参考。