自激式諧振脈沖裝置提速應(yīng)用

劉 豐，顏 江 ，楊萬(wàn)忠，蔣崇貴，安 俊

西部鉆探克拉瑪依鉆井公司，新疆 克拉瑪依 834000

1 自激式諧振脈沖裝置原理

脈沖裝置內(nèi)部自激式諧振脈沖發(fā)生器主要由高耐磨合金制成，上部為諧振導(dǎo)流杯體，下部反射器和多曲面兩部分組成諧振蕩腔體，其原理是根據(jù)自激振蕩原理，射流由噴嘴上段內(nèi)的異流進(jìn)水腔，經(jīng)上、下兩個(gè)撞面反射，上撞面的反射壓力波與向下運(yùn)動(dòng)的水流壓力波的初相相等，形成波形疊加，與下撞面反射的射流相碰，產(chǎn)生強(qiáng)大的圓形剪切應(yīng)力，使高噴射流剪切成瞬時(shí)真空形成交替的水彈，真空中產(chǎn)生的高壓，把水彈以高速度排出，形成不連續(xù)的水彈射流，提高了射流的瞬時(shí)打擊力、有效噴射距離和射流到達(dá)井底時(shí)的水利能量。

2 自激式諧振脈沖裝置安裝及技術(shù)說(shuō)明

自激式諧振脈沖裝置分為自激式諧振脈沖接頭和自激式諧振脈沖噴嘴兩種，安裝位置見(jiàn)右下圖：

標(biāo)示為3、7部位為兩脈沖接頭，脈沖噴嘴安裝在鉆頭上。泥漿流入位于方鉆桿保護(hù)接頭下的第一個(gè)自激式諧振脈沖接頭,經(jīng)過(guò)自激振蕩后形成了加速后的脈沖泥漿流體,泥漿在鉆桿里流速由原來(lái)的流速提高了1.7～2.5倍,由于泥漿的快速流動(dòng)到達(dá)井底的第二個(gè)自激式諧振脈沖接頭進(jìn)行再次諧振加壓加速，再通過(guò)鉆頭上的脈沖噴嘴自激振蕩達(dá)到超音速射流，使井底持續(xù)慢流轉(zhuǎn)換為超音速瞬時(shí)脈沖流場(chǎng)，提高了泥漿對(duì)地層沖擊、沖蝕破巖的能力，將井底的持續(xù)壓力場(chǎng)轉(zhuǎn)換成瞬時(shí)壓力場(chǎng)，減少了壓持現(xiàn)象，將井底巖屑快速脫離井底，最大程度地避免了巖屑對(duì)鉆頭的研磨損傷，大幅度提高了攜巖體積，減少了鉆頭的泥包現(xiàn)象，從而提高鉆井速度。

3 自激式諧振脈沖裝置的應(yīng)用

石南油田使用自激式諧振脈沖裝置提速效果對(duì)照表

從表中可以看出：在石南區(qū)塊的490m～1250m井段范圍，采取同樣的鉆井參數(shù)，未使用脈沖裝置的井平均機(jī)械鉆速為24.25 m/h，使用脈沖裝置的井平均機(jī)械鉆速為30.04m/h，提速5.79 m/h，提高了23.88%。石319井提速尤為明顯：在498m～1210m井段使用脈沖裝置機(jī)械鉆速達(dá)到29.48m/h，對(duì)于姊妹井——石318井，498m～1229m最高機(jī)械鉆速為19.53m/h（498m～730m、730～897m使用兩只SKH437鉆頭機(jī)械鉆速分別為19.33m/h、10.44m/h），提速9.95m，機(jī)械鉆速提高了50.95%。

3.1 脈沖噴嘴與普通噴嘴平均使用情況對(duì)比

使用自激式諧振脈沖裝置提速效果對(duì)照表

從表中可以看出：在莫北區(qū)塊的500m～1500m之間的范圍，采取同樣的鉆井參數(shù)，未使用脈沖裝置的井平均機(jī)械鉆速為20.7 m/h，使用脈沖裝置的井平均機(jī)械鉆速為24.7m/h，提速4m/h，提高了19.32%。

3.2 脈沖接頭的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

從表中可以看出，在滴西區(qū)塊使用相同的鉆井參數(shù)，滴西27井機(jī)械鉆速比其他兩口井的平均機(jī)械鉆速17.7m/h提高了3.6m/h為21.3m/h，提速效率達(dá)到了20.33%。

莫北區(qū)塊兩支井隊(duì)使用自激式諧振脈沖裝置提速效果對(duì)照表

2008年通過(guò)自激式諧振脈沖裝置在莫北井區(qū)的應(yīng)用，取得了良好的提速效果：從上表可以看出2008年使用脈沖裝置的井平均機(jī)械鉆速達(dá)到15.57m/h，鉆機(jī)月速4286m/臺(tái)月；2007年未使用的井機(jī)械鉆速為10.29m/h，鉆機(jī)月速2769m/臺(tái)月；鉆機(jī)月速提高了1517m/臺(tái)月，提速幅度54%。

2007與2008年莫北區(qū)塊綜合技術(shù)指標(biāo)對(duì)比表

備注：2007年鉆井一公司莫北區(qū)塊未使用自激式諧振脈沖裝置，2008年鉆井一公司莫北區(qū)塊使用自激式諧振脈沖裝置。

由于自激式諧振脈沖裝置不受地自激式諧振脈沖裝置經(jīng)過(guò)在莫北井區(qū)的試驗(yàn)應(yīng)用，取得了良好的提速效果：從上表可以看出2008年使用脈沖裝置的井平均機(jī)械鉆速達(dá)到13.41m/h，鉆機(jī)月速4003.94m/臺(tái)月；2007年未使用的井機(jī)械鉆速為10.72m/h，鉆機(jī)月速2984.14m/臺(tái)月；鉆機(jī)月速提高了1019.8m/臺(tái)月，提速幅度34.17%。個(gè)別井提速效果更佳，如使用脈沖裝置的滴西27井比未使用的鄰井滴西24、滴西171井機(jī)械鉆速提高3.6m/h，鉆速提幅20.33%。

由于使用自激式諧振脈沖裝置鉆機(jī)月速提高了1019.8m/臺(tái)月，提速幅度34.17%，由于自激式諧振脈沖裝置不受地層等條件的影響和限制，可在各個(gè)區(qū)塊推廣使用，且使用方便、簡(jiǎn)單，提速效果明顯，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

4 幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)和建議

1）使用自激式諧振脈沖裝置，安裝的脈沖噴嘴不宜過(guò)小，防止過(guò)大的脈沖波沖擊力提前損壞脈沖噴嘴；

2）使用自激式諧振脈沖裝置開(kāi)泵應(yīng)緩慢柔和，防激動(dòng)壓力損壞脈沖裝置內(nèi)部自激式諧振脈沖發(fā)生器，使脈沖裝置失效；

3）自激式諧振脈沖裝置為達(dá)到應(yīng)有的使用效果，建議成套使用，且所裝脈沖噴嘴必須為三只水眼等徑的噴嘴；

4）自激式諧振脈沖噴嘴使用壽命為70h～80h，脈沖接頭不宜超過(guò)200h，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，脈沖發(fā)生器曲面失去應(yīng)用的反射效果，使用效果減弱甚至消失；

5）使用自激式諧振脈沖裝置前，清除脈沖接頭內(nèi)異物，泥漿保持清潔無(wú)雜物，固相含量低，這樣可延長(zhǎng)自激式諧振脈沖裝置使用壽命；

6）自激式諧振脈沖裝置更適合在深井中使用，可更大程度地釋放泥漿泵功率，使用效果更加明顯。

[1]廖振方，唐川林，張鳳華.自激振蕩脈沖射流噴嘴的試驗(yàn)研究[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2002(2).

[2]李江云，徐如良，王樂(lè)勤.自激脈沖噴嘴發(fā)生機(jī)理數(shù)值模擬[J].工程熱物理學(xué)報(bào)，2004(2).

[3]康勇烽.自吸式自激振蕩脈沖射流曝氣器的實(shí)驗(yàn)研究[D].重慶大學(xué)，2006.