近年來，隨著鉆井技術(shù)的不斷發(fā)展，大位移井、長水平段水平井的數(shù)量越來越多。水平井鉆進(jìn)過程中，摩阻大、托壓等問題不僅嚴(yán)重影響了水平井的機(jī)械鉆速，也容易引起壓差卡鉆等井下故障，尤其是在滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)，無法給鉆頭施加真實(shí)有效的鉆壓，降低了鉆井效率，延長了建井周期^［１］。為了解決該問題，先后開展了優(yōu)化井眼軌道、加入井筒潤滑劑、應(yīng)用滾動(dòng)扶正器等方面的研究與試驗(yàn)，但都沒有解決長水平段摩阻大、托壓的問題。為
 
此，筆者開展了水力振蕩器的研制，利用機(jī)械振動(dòng)的原理，將鉆具與井壁之間的靜摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)摩
擦，從而降低摩阻，減小托壓。
 
１ 方案設(shè)計(jì)
 
１．１ 設(shè)計(jì)思路
 
水力振蕩器的主要設(shè)計(jì)思路是，將鉆井液作  

為動(dòng)力源，將液體能量轉(zhuǎn)變?yōu)楦咚傩D(zhuǎn)的機(jī)械能，

通過脈沖壓力發(fā)生機(jī)構(gòu)將高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變

為高頻壓力脈沖，壓力脈沖作用到工具的振動(dòng)機(jī)

，

，

構(gòu)上 脈沖壓力與回復(fù)彈簧共同作用 使其產(chǎn)生軸

向高頻振動(dòng)

［２］

。

工作原理

１．２

水力振蕩器主要由振動(dòng)短節(jié)、密封總成、彈簧機(jī)

構(gòu) 動(dòng)力機(jī)構(gòu)和閥門總成等部分組成 見圖

）。

#p#分頁標(biāo)題#e#

鉆井液流經(jīng)動(dòng)力機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)動(dòng)力機(jī)構(gòu)的葉輪高

速旋轉(zhuǎn)，葉輪帶動(dòng)閥門片旋轉(zhuǎn)，閥門片與閥門定子間

隙配合，閥門片垂直軸向方向時(shí)，閥門片將鉆井液通

道關(guān)閉，產(chǎn)生**大壓降，閥門片繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)**平行軸向

方向時(shí)，鉆井液通道打開，流通面積**大，產(chǎn)生**小

壓降，閥門片旋轉(zhuǎn)一周，鉆井液通道關(guān)閉２次，產(chǎn)生

２次憋壓。閥門片在高速旋轉(zhuǎn)過程中，實(shí)現(xiàn)通道的

打開和關(guān)閉，產(chǎn)生周期壓力脈沖

［３］

。

閥門總成產(chǎn)生的壓力脈沖通過滑動(dòng)密封總成作

用到振動(dòng)機(jī)構(gòu)的彈簧上。由于壓力周期性變化，在

壓力**大時(shí)，振動(dòng)心軸伸出，壓縮彈簧并儲(chǔ)存能量；

當(dāng)壓力**小時(shí) 彈簧回復(fù) 振動(dòng)心軸縮回 振動(dòng)心軸

，

，

，

在壓力和彈簧的雙重作用下產(chǎn)生軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使

井下鉆具在水力振蕩器帶動(dòng)下進(jìn)行軸向振動(dòng)

［３］

。彈

簧被壓縮，儲(chǔ)存能量，當(dāng)彈簧回復(fù)施放能量時(shí)，對(duì)鉆

［ ］

頭方向有一定的沖擊力，可以有效地傳遞鉆壓４－５ 。

水力振蕩器的振動(dòng)頻率為

，在該振動(dòng)頻

１６～２０Ｈｚ

率下，鉆具的滑動(dòng)摩阻可以減?。罚担ァ福埃?/td>

［６］

。

閥門片與閥門定子在憋壓過程中鉆井液流道變

小，流速增大，易被沖蝕，因此在加工閥門片與閥門

定子時(shí)，在其表面噴涂耐磨、抗沖蝕材料來提高表面

硬度，延長閥門總成壽命

［７］

。

工具性能參數(shù)

研制的水力振蕩器適用于 ２１５．９ｍｍ井眼，工具

性能參數(shù)見表

，

鉆桿扣

。

１

４１１－４１０

室內(nèi)模擬試驗(yàn)

根據(jù)高頻振動(dòng)降低摩阻的機(jī)理，進(jìn)行了振動(dòng)模

#p#分頁標(biāo)題#e#

２）水力振蕩器產(chǎn)生的壓力脈沖與其振動(dòng)頻率一致，表明其振動(dòng)頻率與壓力脈沖頻率相匹配；３）長時(shí)間的循環(huán)試驗(yàn)未出現(xiàn)故障，證明水力振蕩器的振動(dòng)穩(wěn)定性符合設(shè)計(jì)要求。
 
 
３ 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)
 
衛(wèi)１８６－平１４２井位于大慶油田芳５－５區(qū)塊^，設(shè)
計(jì)井深２１５５．００ｍ^，水平段長５２９．５８ｍ^，在該水平段鉆進(jìn)過程中進(jìn)行了水力振蕩器現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。鉆
 
具組合為：ＰＤＣ鉆頭＋１．２５°螺桿鉆具＋箭形止回閥＋ＬＷＤ＋無磁加重鉆桿＋水力振蕩器＋１８°斜坡鉆桿 ×９３根＋加重鉆桿 ×３６根＋鉆桿。
 
衛(wèi)１８６－平１４２井鉆**井深１６３９．００ｍ 時(shí)^，井斜角８８．７°，方位角９０．０°，進(jìn)入水平段鉆進(jìn)。水平段下鉆前，進(jìn)行了水力振蕩器連接近鉆頭定向儀器的井口測(cè)試和檢測(cè)，排量為３０Ｌ／ｓ時(shí)，水力振蕩器的振動(dòng)頻率１６Ｈｚ，振幅４ｍｍ，壓降２ＭＰａ，其對(duì)近鉆頭定向儀器信號(hào)無干擾。水平段鉆進(jìn)時(shí)，水力振蕩器連接在距
 
鉆頭３４ｍ處^，泵排量３０～３２Ｌ^／ｓ^，泵壓１７～１８ＭＰａ^，
鉆井液密度１．２２ｋ／Ｌ，滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)鉆壓控制在４０ｇ ～
 
６０ｋＮ。在鉆進(jìn)過程中，工具面穩(wěn)定，近鉆頭定向儀器
 
信號(hào)傳輸正常，未發(fā)生干擾現(xiàn)象。
 
該井共使用水力振蕩器鉆進(jìn)５０１．００ｍ，累計(jì)工作時(shí)間９６ｈ，其中滑動(dòng)鉆進(jìn)３６．７７ｍ，平均機(jī)械鉆速
 
５．３６ｍ^／ｈ^，鉆速提高５４．９％^；復(fù)合鉆進(jìn)４６４．２３ｍ^，平
均機(jī)械鉆速１３．７６ｍ／ｈ，鉆速提高２３．０％，摩阻減小
 
２０～４０ｋＮ^。
現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，水力振蕩器各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求，降低摩阻和提高機(jī)械鉆速，其與定向儀器連接使用不影響儀器信號(hào)傳輸。水力振蕩器在出井后，拆卸檢查，發(fā)現(xiàn)除了動(dòng)力部分的葉輪轉(zhuǎn)子、定子等部分零件有沖蝕現(xiàn)象外，其他零件均未損壞，需進(jìn)一步增強(qiáng)動(dòng)力部分零件的耐沖蝕性能。
 
 
４ 結(jié)論及建議
 
１）在水平井鉆進(jìn)過程中，井下鉆具以一定頻率和幅度進(jìn)行軸向振動(dòng)，可以降低鉆具與井壁之間的摩阻，減小托壓。
 
２）水力振蕩器現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，同一井段的滑動(dòng)鉆進(jìn)機(jī)械鉆速和復(fù)合鉆進(jìn)機(jī)械鉆速均有不同程度的提高，鉆進(jìn)摩阻減小，可在水平井鉆井中推廣 
應(yīng)用。
 
３）應(yīng)進(jìn)一步提高水力振蕩器部分零件的耐沖蝕性 能，延 長 其 使 用 壽 命，更 好 地 發(fā) 揮 其 提 速作用。