王立宏

水力振動器的研制及應用

王立宏

（西安長慶石油工具制造有限責任公司，西安710201）①

在大斜度井和長水平段水平井滑動鉆井時，托壓、粘卡嚴重，制約了鉆井速度的提高。研制了井下鉆柱三維水力振動器，能夠在徑向和軸向上主動產(chǎn)生振動，減少滑動摩阻，增加有效鉆壓。在長慶油田進行了水力振動器的試驗與應用，結果表明，在其他條件相同的情況下，加接水力振動器后，滑動鉆進速度最多提高了100．96%，取得了非常顯著的效果。

水力振動器；振動；摩阻

長慶油田屬于“三低”油氣藏，近幾年的水平井數(shù)量逐漸增多，復雜水平井、三維水平井、大斜度定向井的大量出現(xiàn)為鉆井施工增加了難度。在上述井的施工中，鉆具產(chǎn)生的摩阻、托壓問題嚴重影響了機械鉆速［1-2］。水力振動器的主要作用是在井下主動產(chǎn)生徑向和軸向上的振動，將靜態(tài)摩阻轉(zhuǎn)換為動態(tài)摩阻，從而起到提高有效鉆壓的作用［3］。川慶鉆探長慶鉆井總公司于2013年在長慶油田各個區(qū)塊進行了水力振動器的試驗與應用，明顯減輕了水平段摩阻，提高了滑動鉆速。

1　技術分析

1．1 結構和工作原理

水力振動器主要由徑向振動器和軸向振動器2部分組成，其中徑向振動器可以單獨下井使用，軸向振動器須與徑向振動器配合使用［4-5］。

徑向振動器（如圖1）主要由變流閥和動力部分組成。當高壓鉆井液從上端入口流入馬達時，轉(zhuǎn)子在定子型腔內(nèi)作偏心距為e的公轉(zhuǎn)圓周運動，在運動中，會產(chǎn)生離心慣性力，帶動定子作徑向振動。變流閥在工作時，使流經(jīng)鉆柱的液流體積產(chǎn)生改變，從而形成液壓脈沖。

圖1　徑向振動器

軸向振動器（如圖2）主要由心軸、碟簧、活塞組成。軸向振動器在工作時，由徑向振動器產(chǎn)生的液壓脈沖作用于活塞，壓縮心軸上的碟簧，軸向振動器便產(chǎn)生軸線上的振動。

圖2　軸向振動器

1．2 技術參數(shù)（如表1）

表1　技術參數(shù)

2　現(xiàn)場應用

2．1 概況

水力振動器入井使用10井次，其中斜井段2口，水平段8口；單一徑向入井8口，徑向軸向復合入井2口。累計使用時間1 334 h。下井情況如表2。

表2　水力振動器的應用概況

2．2 典型案例

在固平2821井試用中，水力振動器效果非常明顯，為該口井的順利完鉆起到了關鍵作用。該井為復雜三維水平井，施工難度大，在鉆至水平段1300m時，因托壓嚴重，接單根都非常困難。使用?168徑向振動器下井正常工作后，滑動鉆壓降至320～360 kN，鉆時40～50min／m，無粘阻、托壓現(xiàn)象，工具面基本穩(wěn)定，效果明顯。水力振動器在該井累計入井291 h，起出拆卸后，內(nèi)部構件無損壞。

2．3 現(xiàn)場應用推薦鉆具組合

試用過程中，徑向振動器單獨使用時，推薦鉆具組合：PDC＋螺桿＋鉆具穩(wěn)定器＋鉆具回壓閥＋MWD循環(huán)短節(jié)＋無磁鉆鋌＋轉(zhuǎn)換接頭＋加重鉆桿＋徑向振動器＋鉆桿。其中，徑向振動器離鉆頭90～210m。

徑向振動器與軸向振動器配合使用時，推薦鉆具組合：PDC＋螺桿＋鉆具穩(wěn)定器＋鉆具回壓閥＋MWD循環(huán)短節(jié)＋無磁鉆鋌＋轉(zhuǎn)換接頭＋加重鉆桿＋徑向振動器＋軸向振動器＋加重鉆桿＋鉆桿。其中，徑向振動器離鉆頭90～200m。

3　結論

1） 水力振動器在長慶油田的大量試用證明，該工具可以明顯地改善井底鉆柱托壓狀況，提高機械鉆速，并且不影響MWD等儀器的使用。

2） 水力振動器安放位置對最終使用效果有較大影響，需進一步擴大試驗范圍，探尋最佳安放位置。

3） 根據(jù)鉆機能力不同，設計不同壓降的水力振動器，能夠擴大該型工具的適用范圍。

4） 設計水力振動器試驗臺架，更好模擬井下工況，為提高水力振動器的使用壽命、研究其最佳參數(shù)提供試驗數(shù)據(jù)。

［1］ 易先中，宋順平，陳霖，等．復雜結構井中鉆柱托壓效應的研究進展［J］．石油機械，2013，41（5）：100-104．

［2］ 信石玉，高文金，類歆，等．水平井鉆井用連續(xù)壓力脈動減阻防卡工具研究［J］．石油礦場機械，2014，43（8）：98-102．

［3］ 石崇東，黨紅軍，張軍，等水力振蕩器在蘇36-8-18H井的應用［J］．石油機械，2012，40（3）：35-38．

［4］ 李博．水力振蕩器的研制與現(xiàn)場試驗［J］．石油鉆探技術，2014，41（1）：111113．

［5］ 李博，王羽曦，孫則鑫，等．?178型水力振蕩器研制與應用［J］．石油礦場機械，2013，42（8）：55-57．

Development and Application of Hydro-oscillator

WANG Lihong
（Xi′an Changqing PetroleumToolsmanufacturing Co．，Ltd．，Xi′an710201，China）

During the process of curve section or long radius drilling in the horizontal well，between the drilling string and wellbore，the phenomenon of friction，sticking and backing pressure is very serious．The H ydrooscillator newly developed couldmake vibration in radial direction and axial．So the tool could reduce the sliding friction and increase the effective drill pressure to the bit．This tool was widely tested in Changqing oilfield．The result shows that，under the same conditions，with this tool，sliding drilling speed is up to 100．96%and sliding drilling achieved significant results．

hydrooscillator；vibration；friction

TE921．2

B

10．3969／j．issn．10013842．2015．03．020

10013482（2015）03008103

①2014-09-15

王立宏（1970-），男，甘肅西峰人，工程師，主要從事鉆井技術與鉆井工具研究。