自激式谐振脉冲装置提速应用

刘 丰，颜 江 ，杨万忠，蒋崇贵，安 俊

西部钻探克拉玛依钻井公司，新疆 克拉玛依 834000

1 自激式谐振脉冲装置原理

脉冲装置内部自激式谐振脉冲发生器主要由高耐磨合金制成，上部为谐振导流杯体，下部反射器和多曲面两部分组成谐振荡腔体，其原理是根据自激振荡原理，射流由喷嘴上段内的异流进水腔，经上、下两个撞面反射，上撞面的反射压力波与向下运动的水流压力波的初相相等，形成波形叠加，与下撞面反射的射流相碰，产生强大的圆形剪切应力，使高喷射流剪切成瞬时真空形成交替的水弹，真空中产生的高压，把水弹以高速度排出，形成不连续的水弹射流，提高了射流的瞬时打击力、有效喷射距离和射流到达井底时的水利能量。

2 自激式谐振脉冲装置安装及技术说明

自激式谐振脉冲装置分为自激式谐振脉冲接头和自激式谐振脉冲喷嘴两种，安装位置见右下图：

标示为3、7部位为两脉冲接头，脉冲喷嘴安装在钻头上。泥浆流入位于方钻杆保护接头下的第一个自激式谐振脉冲接头,经过自激振荡后形成了加速后的脉冲泥浆流体,泥浆在钻杆里流速由原来的流速提高了1.7～2.5倍,由于泥浆的快速流动到达井底的第二个自激式谐振脉冲接头进行再次谐振加压加速，再通过钻头上的脉冲喷嘴自激振荡达到超音速射流，使井底持续慢流转换为超音速瞬时脉冲流场，提高了泥浆对地层冲击、冲蚀破岩的能力，将井底的持续压力场转换成瞬时压力场，减少了压持现象，将井底岩屑快速脱离井底，最大程度地避免了岩屑对钻头的研磨损伤，大幅度提高了携岩体积，减少了钻头的泥包现象，从而提高钻井速度。

3 自激式谐振脉冲装置的应用

石南油田使用自激式谐振脉冲装置提速效果对照表

从表中可以看出：在石南区块的490m～1250m井段范围，采取同样的钻井参数，未使用脉冲装置的井平均机械钻速为24.25 m/h，使用脉冲装置的井平均机械钻速为30.04m/h，提速5.79 m/h，提高了23.88%。石319井提速尤为明显：在498m～1210m井段使用脉冲装置机械钻速达到29.48m/h，对于姊妹井——石318井，498m～1229m最高机械钻速为19.53m/h（498m～730m、730～897m使用两只SKH437钻头机械钻速分别为19.33m/h、10.44m/h），提速9.95m，机械钻速提高了50.95%。

3.1 脉冲喷嘴与普通喷嘴平均使用情况对比

使用自激式谐振脉冲装置提速效果对照表

从表中可以看出：在莫北区块的500m～1500m之间的范围，采取同样的钻井参数，未使用脉冲装置的井平均机械钻速为20.7 m/h，使用脉冲装置的井平均机械钻速为24.7m/h，提速4m/h，提高了19.32%。

3.2 脉冲接头的现场试验

从表中可以看出，在滴西区块使用相同的钻井参数，滴西27井机械钻速比其他两口井的平均机械钻速17.7m/h提高了3.6m/h为21.3m/h，提速效率达到了20.33%。

莫北区块两支井队使用自激式谐振脉冲装置提速效果对照表

2008年通过自激式谐振脉冲装置在莫北井区的应用，取得了良好的提速效果：从上表可以看出2008年使用脉冲装置的井平均机械钻速达到15.57m/h，钻机月速4286m/台月；2007年未使用的井机械钻速为10.29m/h，钻机月速2769m/台月；钻机月速提高了1517m/台月，提速幅度54%。

2007与2008年莫北区块综合技术指标对比表

备注：2007年钻井一公司莫北区块未使用自激式谐振脉冲装置，2008年钻井一公司莫北区块使用自激式谐振脉冲装置。

由于自激式谐振脉冲装置不受地自激式谐振脉冲装置经过在莫北井区的试验应用，取得了良好的提速效果：从上表可以看出2008年使用脉冲装置的井平均机械钻速达到13.41m/h，钻机月速4003.94m/台月；2007年未使用的井机械钻速为10.72m/h，钻机月速2984.14m/台月；钻机月速提高了1019.8m/台月，提速幅度34.17%。个别井提速效果更佳，如使用脉冲装置的滴西27井比未使用的邻井滴西24、滴西171井机械钻速提高3.6m/h，钻速提幅20.33%。

由于使用自激式谐振脉冲装置钻机月速提高了1019.8m/台月，提速幅度34.17%，由于自激式谐振脉冲装置不受地层等条件的影响和限制，可在各个区块推广使用，且使用方便、简单，提速效果明显，经济实用，有良好的经济效益和社会效益。

4 几点认识和建议

1）使用自激式谐振脉冲装置，安装的脉冲喷嘴不宜过小，防止过大的脉冲波冲击力提前损坏脉冲喷嘴；

2）使用自激式谐振脉冲装置开泵应缓慢柔和，防激动压力损坏脉冲装置内部自激式谐振脉冲发生器，使脉冲装置失效；

3）自激式谐振脉冲装置为达到应有的使用效果，建议成套使用，且所装脉冲喷嘴必须为三只水眼等径的喷嘴；

4）自激式谐振脉冲喷嘴使用寿命为70h～80h，脉冲接头不宜超过200h，时间过长，脉冲发生器曲面失去应用的反射效果，使用效果减弱甚至消失；

5）使用自激式谐振脉冲装置前，清除脉冲接头内异物，泥浆保持清洁无杂物，固相含量低，这样可延长自激式谐振脉冲装置使用寿命；

6）自激式谐振脉冲装置更适合在深井中使用，可更大程度地释放泥浆泵功率，使用效果更加明显。

[1]廖振方，唐川林，张凤华.自激振荡脉冲射流喷嘴的试验研究[J].重庆大学学报：自然科学版，2002(2).

[2]李江云，徐如良，王乐勤.自激脉冲喷嘴发生机理数值模拟[J].工程热物理学报，2004(2).

[3]康勇烽.自吸式自激振荡脉冲射流曝气器的实验研究[D].重庆大学，2006.