水力振蕩器的研制及現場試驗

何陽

摘 要：在采油鉆井過程中，如何有效地解決鉆柱與井壁之間的摩擦阻力問題，是關系到鉆井效果能否得到提升的關鍵。基于目前鉆井技術的發展現狀，水力振蕩器作為一種有效的鉆井工具，可以有效降低鉆柱與井壁之間的摩擦阻力，提高鉆井效果。為此，我們應對水力振蕩器的研制及現場試驗過程進行全面分析。

關鍵詞：水力振蕩器 研制 現場試驗

中圖分類號：TE921 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）10（b）-0053-02

水力振蕩器作為一種特殊的鉆井工具，通過振蕩的原理降低鉆柱與井壁之間的摩擦阻力，使鉆井效率得以有效提升。水力振蕩器的出現，解決了采油鉆井過程中的鉆井效率問題，使鉆柱與井壁之間的摩擦阻力得到降低，有利于鉆井工作地開展。所以，我們應認真剖析水力振蕩器的研制過程，并對其現場試驗結果進行討論，提高水力振蕩器的應用效果，滿足直井、水平井和定向井的鉆井需要，使鉆井過程能夠獲得更加有利的工具作為支撐，解決鉆井中摩擦阻力問題。

1 水力振蕩器的研制過程分析

1.1 水力振蕩器技術思路

在水力振蕩器的研制過程中，主要的技術思路是在工具內部安裝1∶2的馬達，通過這一馬達向驅動盤閥系統提供水力脈沖，通過水力脈沖驅動工具內部的轉子，形成短節的往復運動，并且在工具內部將短節設計成耐磨套和固定閥片組合的結構。這一結構的優勢是連接簡單，在工作中配合緊密，流體流過短節部分后會產生周期性的壓差變化，最終引起軸向振蕩，達到水力振蕩的目的。這種設計方式對內部結構進行了優化，各個配合機構的設計和連接難度較低，在實際的使用過程中可靠性高，不容易受到外部環境的影響。考慮到鉆井過程中鉆柱與井壁之間的摩擦阻力較大的特點，通過鉆柱的振動，能夠降低鉆柱與井壁的接觸面，進而達到降低摩擦阻力的目的。因此，這一技術思路是完全可行的。

1.2 水力振蕩器的工具結構

水力振蕩器在研制過程中，確定了技術思路之后，下一步就是設計工具結構提高工具的技術能力。目前水力振蕩器的工具結構主要為動力短節、盤閥短節和振蕩短節。

3個主體部分構成了水力振蕩器的主要結構，在具體工作過程中，3個部分發揮的作用是不同的。其中動力短節的作用主要是為后續的結構提供動力，其中動力源為水，通過水的驅動，使轉子旋轉產生壓差。盤閥短節主要是根據動力短節傳輸過來的壓差進行操作，通過壓力的改變形成不同的動力形式。振蕩短節根據動力短節和盤閥短節傳輸過來的壓力產生振蕩，形成整個振蕩器的軸向振蕩，這種振蕩具有一定的周期性特點，在振蕩過程中按照振蕩周期發生變化。

1.3 水力振蕩器的工具參數

目前水力振蕩器并不是適合所有的井眼，根據水力振蕩器的特點及其研制的尺寸，本次研制的水力振蕩器適用于直徑在215.9mm的井眼，其中技術參數為：工具外徑172mm，心軸伸縮量3～9mm，最大沖擊力50kN，工具壓耗3～4MPa，推薦工作排量10～30L/s，工作頻率15Hz，質量560kg，總長5.5m。

這些參數是水力振蕩器的工具參數，根據這些參數可以選擇適合的井位進行現場試驗。考慮到水力振蕩器的特殊性及其實際特點，在現場試驗過程中，應當對水力振蕩器的工具參數有足夠的了解，做到根據工具參數確定現場試驗目標和試驗內容。通過現場試驗的方式，找出水力振蕩器在生產過程中的優勢和特點，并對其存在的問題進行深度剖析，為水力振蕩器的實際應用奠定良好的基礎。

2 水力振蕩器的現場試驗

2.1 水力振蕩器的試驗目標

由于水力振蕩器是解決鉆柱與井壁之間摩擦阻力的重要工具，在水力振蕩器的現場試驗過程中，首先，要對水力振蕩器的工作狀態、性能指標和運行參數進行試驗，檢驗水力振蕩器在實際工作過程中是否能夠達到試驗指標。其次，還要對水力振蕩器的使用工況進行試驗。在實際鉆井過程中，并不是所有的環境都能與試驗環境相一致，在有些工況條件復雜和現場情況惡劣的鉆井現場，水力振蕩器能否得到有效應用是關鍵。因此，在具體的現場試驗過程中，應將檢驗工作狀態、性能指標和運行參數作為主要的試驗目標。同時，還要模擬多種工況，檢驗水力振蕩器是否能夠在多種工況下有效運行，提高水力振蕩器的工作效果，為水力振蕩器的實際應用提供良好的試驗依據。

2.2 水力振蕩器的試驗過程

選擇高10-斜11井進行測試，試驗層位于松基組含砂礫泥巖，工具入井井深2600m，井斜52.77°，加入水力振蕩器前、后兩趟鉆的鉆具組合完全一樣，只是第二趟鉆在距離PDC鉆頭120.26m的位置加入軸向振蕩發生工具，數據分析重點放在第一趟鉆的結束部分和第二趟鉆接上了水力振蕩器。因此，通過兩次鉆井過程和鉆井數據的對比來看，加入了水力振蕩器之后，鉆井速度明顯加快。鉆桿與井壁的摩擦也相應減小。為了驗證這一結果，可以通過兩次完全不同的鉆具組合進行鉆井試驗，其中安裝水力振蕩器之后開鉆一次，不安裝水力振蕩器開鉆一次。對二者的鉆井速度、鉆井效率和單位時間的鉆井深度等數據進行綜合對比。通過對比發現，安裝了水力振蕩器之后，鉆井效率明顯提高，鉆井速度提高達55%。

2.3 水力振蕩器的試驗結果

目前水力振蕩器已經在油田內部進行了兩口井的現場試驗和基本測試，試驗結果表明：水力振蕩器的工具原理正確，結構可靠，可以提高機械鉆速20%以上，工作壽命100h以上，對常規的PDC鉆頭及牙輪鉆頭有較好的適應性，壓力損耗4.5MPa左右。

從現有的試驗結果來看，水力振蕩器在實際應用過程中達到了預期目標，解決了鉆井過程中鉆柱與井壁的摩擦阻力問題。同時，水力振蕩器能夠與常規鉆頭進行緊密的結合，適應性較強，不用根據水力振蕩器更換特殊鉆頭，降低了設備更換成本。

為此，我們應對水力振蕩器的特點和優勢有正確認識，根據鉆井的實際需要，匹配水力振蕩器，通過水力振蕩器的應用，為鉆井過程提供有效的工具支持，滿足鉆井作業的實際需要，提高鉆井效率，實現鉆柱與井壁摩擦系數的減小。

3 結語

通過本文的分析可知，水力振蕩器作為一種新式的鉆井工具，對提高鉆井效率和解決鉆柱與井壁的摩擦阻力具有重要作用。本文主要分析了水力振蕩器的研制過程，對技術思路、工具結構和技術參數進行了分析，并對其現場試驗過程進行了研究，總結了水力振蕩器的特點及其應用經驗，為現場鉆井作業提供了工具支持，保證了現場鉆井能夠獲得更加高效的鉆井輔助工具，從而達到提高鉆井效率的目的。

參考文獻

[1] 劉華潔，高文金，涂輝，等.一種能有效提高機械鉆速的水力振蕩器[J].石油機械，2013（7）：46-48.

[2] 劉志堅，李榕.φ172mm水力振蕩器在川西中淺水平井的應用[J].天然氣技術與經濟，2012（6）：37-39.

[3] 付加勝，李根生，史懷忠，等.井下振動減摩技術研究進展[J].石油機械，2012（10）：6-10.endprint