贝克休斯推出GuardVibe减振器：钻得更快，钻得更久

贝克休斯推出的GuardVibe^TM扭转振荡减振工具，是一种抑制钻柱高频扭转振荡（High Frequency Torsional Oscillation,HFTO）影响的新方案。经现场验证对比，GuardVibe^TM能够有效延长BHA（井底钻具组合）的使用寿命、降低资本支出，并减少作业过程中的计划外停机时间。

01.技术介绍

与专注于控制钻头粘滑振动的传统方法不同，GuardVibe使用内部惯性质量来抵消扭转振荡的影响。通过消除先前存在的机械和电气故障机制，解决了现有方案的可靠性问题。

GuardVibe作为整体BHA系统的一部分进行部署，并使用贝克休斯的专有软件程序来优化整体BHA设计。通过对系统进行定制化设计以满足每口井的独特需求，并实时监控井下工况，工程师能够更有效地抑制高频扭转振荡。GuardVibe设计兼容所有贝克休斯旋转导向系统，可在复杂的BHA中进行部署。

减振器通常安装在BHA顶部，在使用井下马达的情况下，减振器则放置在马达下方。无论是哪种配置，GuardVibe都可以像普通钻井工具一样使用，无需特殊设置或电气配置。由于装置位于BHA的顶部，不会影响地层评估传感器的定位或旋转导向系统的可操纵性。这种独特的技术能够抑制整个BHA的高频扭转振荡，从而为钻井作业带来多种益处。

图1 钻井振动示意图

02.技术优势

减少起下钻次数，降低作业损耗

GuardVibe有助于在钻探复杂层段和地层过渡带时提高钻井的稳定性和方向控制，还能提高BHA的耐久性，从而提升在难钻地层中的作业时长。这种耐用性还延伸到钻头中的异形切削齿，使其切削刃在更广泛的地层操作范围内保持更长时间的锐利性。

提高速度和效率

GuardVibe有助于降低BHA内的扭转振荡，从而提供更平稳的扭矩响应和更高的机械钻速。该减振器可提高水力效率，加强岩屑运移，帮助钻头更轻松地钻进难钻地层。

增强极端工况下的可靠性

GuardVibe坚固的主体结构被设计于承受更高的工作负荷。此外，由于没有机械运动部件和电气部件，大大提高了可靠性。GuardVibe可以进行配置，以适配任何无模块化井下马达的钻井应用，包括Baker Hughes的Lucida^TMSteering Unit、AutoTrak^TMeXact^TM和AutoTrak^TMG3。

03.实践案例

两项现场施工案例对比展示了GuardVibe^TM扭转振荡减振技术与市售同类HFTO控制工具的实际表现。

实践案例1

在*次应用中，GuardVibe被应用于造斜段及水平段初始钻进（图2）。由于钻头磨损和机械钻速（ROP）低，对BHA进行了起下钻。在第二次作业中，GuardVibe再次用于水平段钻进。在这两次钻进中，BHA几乎没有出现HFTO，并将ROP保持在300英尺/小时至120英尺/小时之间。在第二次钻进中，在13,000英尺至14,000英尺井段，切向加速度水平略有升高，表明GuardVibe HFTO工具正在耗散能量，以防止HFTO上升到其稳态幅值。

图2 GuardVibe*次应用的基于深度的平均地面和井下数据图

在图2中，绿色轨迹代表使用GuardVibe作业时获取的数据。黄色轨迹代表使用市售粘滑工具作业时的数据。从上数第二条轨迹代表的切向加速度（HFTO）在使用 GuardVibe时得到抑制和消除。相反，使用市售粘滑工具（产品2）时，HFTO依旧明显存在。作为参考，ROP、WOB和岩层特性也显示在底部的三条轨迹中。

在第二次下钻结束时发生马达故障，之后部署了另一种的减振工具（产品2）。使用这种传统工具的效果欠佳，整个钻井过程中HFTO水平都很高，对ROP也产生了负面影响。并且使用传统工具还需要降低WOB以减轻振动。

本次下钻的地层数值与部署 GuardVibe 时的数值相似，表明此类井下条件很可能产生高水平的 HFTO，而这种 HFTO 可以使用GuardVibe成功抑制。

实践案例2

在第二次应用中， GuardVibe与另外两家供应商的减振工具（产品1和产品2）进行了对标测试（图3）。在BHA上的安装载荷传感器来测量动态扭矩，此外，两个位置（一个紧邻载荷传感器，另一个位于BHA更上部）安装加速度计以测量切向加速度幅值和主频。

产品1和产品2的BHA都经历了与HFTO相关的高载荷，测量到的切向加速度处于不同的水平/稳定值，这是由200 Hz到300 Hz之间的不同主频HFTO引起的。另一方面，GuardVibe将高频扭转振荡幅度抑制到接近零，即使在更难钻的地层中（例如在14,000英尺到16,000英尺之间井段所代表的更坚硬的岩层，即使把WOB设定在较高水平，但是ROP依旧比较低），GuardVibe也完全消除了高频扭转振荡。

为了进行对标，使用GuardVibe作业了44次，使用产品1的减振工具作业了113次，使用产品2的减振工具作业了39次（图4和图5）。

图4 单位时间内的高频扭转振荡时间

在此案例中，减振工具安装在泥浆马达和BHA的随钻测量工具组件之间。所有作业都在可比较的目标地层中进行，并使用类似的PDC钻头和BHA。图4显示了各减振工具每1000小时循环时间内发生高频扭转振荡的小时数。GuardVibe发生高频扭转振荡时间接近零，使用产品1工具的钻进平均每钻探1000小时经历超过26小时的高频扭转振荡时间，而使用产品2工具的钻进平均每钻探1000小时经历超过138小时的高频扭转振荡时间。

减振工具与其他BHA部件的可靠性对项目的经济性非常重要。在该钻井项目中，使用GuardVibe的作业表现出明显更高的可靠性，整个BHA（包括减振器）系统的平均无故障时间 (MTBF) 比产品2至少高 100%，比产品1高约50%（图5）。

图5 BHA平均无故障时间

平均无故障时间是NPT（非生产时间） 的一个关键绩效指标，代表了钻井作业中的成本驱动因素。图5显示，减少HFTO直接关系到钻井BHA的可靠性指标。使用GuardVibe的钻进时的HFTO接近零（例如，MTB约为使用产品2所达到 MTBF 的两倍，产品2的HFTO百分比*高）。GuardVibe固有的高可靠性，加上其抑制HFTO的能力，是其在实际应用中整体性能卓越的关键。