水力振蕩器的研制及現(xiàn)場試驗(yàn)

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(guān)系到鉆井效果能否得到提升的關(guān)鍵?；谀壳般@井技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)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(yīng)對水力振蕩器的研制及現(xiàn)場試驗(yàn)過程進(jìn)行全面分析。

關(guān)鍵詞：水力振蕩器 研制 現(xiàn)場試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：TE921 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(xiàn)，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(yīng)認(rèn)真剖析水力振蕩器的研制過程，并對其現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行討論，提高水力振蕩器的應(yīng)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(shù)思路

在水力振蕩器的研制過程中，主要的技術(shù)思路是在工具內(nèi)部安裝1∶2的馬達(dá)，通過這一馬達(dá)向驅(qū)動(dòng)盤閥系統(tǒng)提供水力脈沖，通過水力脈沖驅(qū)動(dòng)工具內(nèi)部的轉(zhuǎn)子，形成短節(jié)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并且在工具內(nèi)部將短節(jié)設(shè)計(jì)成耐磨套和固定閥片組合的結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢是連接簡單，在工作中配合緊密，流體流過短節(jié)部分后會(huì)產(chǎn)生周期性的壓差變化，最終引起軸向振蕩，達(dá)到水力振蕩的目的。這種設(shè)計(jì)方式對內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，各個(gè)配合機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和連接難度較低，在實(shí)際的使用過程中可靠性高，不容易受到外部環(huán)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(diǎn)，通過鉆柱的振動(dòng)，能夠降低鉆柱與井壁的接觸面，進(jìn)而達(dá)到降低摩擦阻力的目的。因此，這一技術(shù)思路是完全可行的。

1.2 水力振蕩器的工具結(jié)構(gòu)

水力振蕩器在研制過程中，確定了技術(shù)思路之后，下一步就是設(shè)計(jì)工具結(jié)構(gòu)提高工具的技術(shù)能力。目前水力振蕩器的工具結(jié)構(gòu)主要為動(dòng)力短節(jié)、盤閥短節(jié)和振蕩短節(jié)。

3個(gè)主體部分構(gòu)成了水力振蕩器的主要結(jié)構(gòu)，在具體工作過程中，3個(gè)部分發(fā)揮的作用是不同的。其中動(dòng)力短節(jié)的作用主要是為后續(xù)的結(jié)構(gòu)提供動(dòng)力，其中動(dòng)力源為水，通過水的驅(qū)動(dòng)，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生壓差。盤閥短節(jié)主要是根據(jù)動(dòng)力短節(jié)傳輸過來的壓差進(jìn)行操作，通過壓力的改變形成不同的動(dòng)力形式。振蕩短節(jié)根據(jù)動(dòng)力短節(jié)和盤閥短節(jié)傳輸過來的壓力產(chǎn)生振蕩，形成整個(gè)振蕩器的軸向振蕩，這種振蕩具有一定的周期性特點(diǎn)，在振蕩過程中按照振蕩周期發(fā)生變化。

1.3 水力振蕩器的工具參數(shù)

目前水力振蕩器并不是適合所有的井眼，根據(jù)水力振蕩器的特點(diǎn)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(shù)參數(shù)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(zhì)量560kg，總長5.5m。

這些參數(shù)是水力振蕩器的工具參數(shù)，根據(jù)這些參數(shù)可以選擇適合的井位進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)。考慮到水力振蕩器的特殊性及其實(shí)際特點(diǎn)，在現(xiàn)場試驗(yàn)過程中，應(yīng)當(dāng)對水力振蕩器的工具參數(shù)有足夠的了解，做到根據(jù)工具參數(shù)確定現(xiàn)場試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)和試驗(yàn)內(nèi)容。通過現(xiàn)場試驗(yàn)的方式，找出水力振蕩器在生產(chǎn)過程中的優(yōu)勢和特點(diǎn)，并對其存在的問題進(jìn)行深度剖析，為水力振蕩器的實(shí)際應(yīng)用奠定良好的基礎(chǔ)。

2 水力振蕩器的現(xiàn)場試驗(yàn)

2.1 水力振蕩器的試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)

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(xiàn)場試驗(yàn)過程中，首先，要對水力振蕩器的工作狀態(tài)、性能指標(biāo)和運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，檢驗(yàn)水力振蕩器在實(shí)際工作過程中是否能夠達(dá)到試驗(yàn)指標(biāo)。其次，還要對水力振蕩器的使用工況進(jìn)行試驗(yàn)。在實(shí)際鉆井過程中，并不是所有的環(huán)境都能與試驗(yàn)環(huán)境相一致，在有些工況條件復(fù)雜和現(xiàn)場情況惡劣的鉆井現(xiàn)場，水力振蕩器能否得到有效應(yīng)用是關(guān)鍵。因此，在具體的現(xiàn)場試驗(yàn)過程中，應(yīng)將檢驗(yàn)工作狀態(tài)、性能指標(biāo)和運(yùn)行參數(shù)作為主要的試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。同時(shí)，還要模擬多種工況，檢驗(yàn)水力振蕩器是否能夠在多種工況下有效運(yùn)行，提高水力振蕩器的工作效果，為水力振蕩器的實(shí)際應(yīng)用提供良好的試驗(yàn)依據(jù)。

2.2 水力振蕩器的試驗(yàn)過程

選擇高10-斜11井進(jìn)行測試，試驗(yàn)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(fā)生工具，數(shù)據(jù)分析重點(diǎn)放在第一趟鉆的結(jié)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?dāng)?shù)據(jù)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(yīng)減小。為了驗(yàn)證這一結(jié)果，可以通過兩次完全不同的鉆具組合進(jìn)行鉆井試驗(yàn)，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(shí)間的鉆井深度等數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合對比。通過對比發(fā)現(xiàn)，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(dá)55%。

2.3 水力振蕩器的試驗(yàn)結(jié)果

目前水力振蕩器已經(jīng)在油田內(nèi)部進(jìn)行了兩口井的現(xiàn)場試驗(yàn)和基本測試，試驗(yàn)結(jié)果表明：水力振蕩器的工具原理正確，結(jié)構(gòu)可靠，可以提高機(jī)械鉆速20%以上，工作壽命100h以上，對常規(guī)的PDC鉆頭及牙輪鉆頭有較好的適應(yīng)性，壓力損耗4.5MPa左右。

從現(xiàn)有的試驗(yàn)結(jié)果來看，水力振蕩器在實(shí)際應(yīng)用過程中達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，解決了鉆井過程中鉆柱與井壁的摩擦阻力問題。同時(shí)，水力振蕩器能夠與常規(guī)鉆頭進(jìn)行緊密的結(jié)合，適應(yīng)性較強(qiáng)，不用根據(jù)水力振蕩器更換特殊鉆頭，降低了設(shè)備更換成本。

為此，我們應(yīng)對水力振蕩器的特點(diǎn)和優(yōu)勢有正確認(rèn)識(shí)，根據(jù)鉆井的實(shí)際需要，匹配水力振蕩器，通過水力振蕩器的應(yīng)用，為鉆井過程提供有效的工具支持，滿足鉆井作業(yè)的實(shí)際需要，提高鉆井效率，實(shí)現(xiàn)鉆柱與井壁摩擦系數(shù)的減小。

3 結(jié)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(shù)思路、工具結(jié)構(gòu)和技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了分析，并對其現(xiàn)場試驗(yàn)過程進(jìn)行了研究，總結(jié)了水力振蕩器的特點(diǎn)及其應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，為現(xiàn)場鉆井作業(yè)提供了工具支持，保證了現(xiàn)場鉆井能夠獲得更加高效的鉆井輔助工具，從而達(dá)到提高鉆井效率的目的。

參考文獻(xiàn)

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

[2] 劉志堅(jiān)，李榕.φ172mm水力振蕩器在川西中淺水平井的應(yīng)用[J].天然氣技術(shù)與經(jīng)濟(jì)，2012（6）：37-39.

[3] 付加勝，李根生，史懷忠，等.井下振動(dòng)減摩技術(shù)研究進(jìn)展[J].石油機(jī)械，2012（10）：6-10.endprint