水力振动器的研制及应用

王立宏

水力振动器的研制及应用

王立宏

（西安长庆石油工具制造有限责任公司，西安710201）①

在大斜度井和长水平段水平井滑动钻井时，托压、粘卡严重，制约了钻井速度的提高。研制了井下钻柱三维水力振动器，能够在径向和轴向上主动产生振动，减少滑动摩阻，增加有效钻压。在长庆油田进行了水力振动器的试验与应用，结果表明，在其他条件相同的情况下，加接水力振动器后，滑动钻进速度最多提高了100．96%，取得了非常显著的效果。

水力振动器；振动；摩阻

长庆油田属于“三低”油气藏，近几年的水平井数量逐渐增多，复杂水平井、三维水平井、大斜度定向井的大量出现为钻井施工增加了难度。在上述井的施工中，钻具产生的摩阻、托压问题严重影响了机械钻速［1-2］。水力振动器的主要作用是在井下主动产生径向和轴向上的振动，将静态摩阻转换为动态摩阻，从而起到提高有效钻压的作用［3］。川庆钻探长庆钻井总公司于2013年在长庆油田各个区块进行了水力振动器的试验与应用，明显减轻了水平段摩阻，提高了滑动钻速。

1　技术分析

1．1 结构和工作原理

水力振动器主要由径向振动器和轴向振动器2部分组成，其中径向振动器可以单独下井使用，轴向振动器须与径向振动器配合使用［4-5］。

径向振动器（如图1）主要由变流阀和动力部分组成。当高压钻井液从上端入口流入马达时，转子在定子型腔内作偏心距为e的公转圆周运动，在运动中，会产生离心惯性力，带动定子作径向振动。变流阀在工作时，使流经钻柱的液流体积产生改变，从而形成液压脉冲。

图1　径向振动器

轴向振动器（如图2）主要由心轴、碟簧、活塞组成。轴向振动器在工作时，由径向振动器产生的液压脉冲作用于活塞，压缩心轴上的碟簧，轴向振动器便产生轴线上的振动。

图2　轴向振动器

1．2 技术参数（如表1）

表1　技术参数

2　现场应用

2．1 概况

水力振动器入井使用10井次，其中斜井段2口，水平段8口；单一径向入井8口，径向轴向复合入井2口。累计使用时间1 334 h。下井情况如表2。

表2　水力振动器的应用概况

2．2 典型案例

在固平2821井试用中，水力振动器效果非常明显，为该口井的顺利完钻起到了关键作用。该井为复杂三维水平井，施工难度大，在钻至水平段1300m时，因托压严重，接单根都非常困难。使用Ø168径向振动器下井正常工作后，滑动钻压降至320～360 kN，钻时40～50min／m，无粘阻、托压现象，工具面基本稳定，效果明显。水力振动器在该井累计入井291 h，起出拆卸后，内部构件无损坏。

2．3 现场应用推荐钻具组合

试用过程中，径向振动器单独使用时，推荐钻具组合：PDC＋螺杆＋钻具稳定器＋钻具回压阀＋MWD循环短节＋无磁钻铤＋转换接头＋加重钻杆＋径向振动器＋钻杆。其中，径向振动器离钻头90～210m。

径向振动器与轴向振动器配合使用时，推荐钻具组合：PDC＋螺杆＋钻具稳定器＋钻具回压阀＋MWD循环短节＋无磁钻铤＋转换接头＋加重钻杆＋径向振动器＋轴向振动器＋加重钻杆＋钻杆。其中，径向振动器离钻头90～200m。

3　结论

1） 水力振动器在长庆油田的大量试用证明，该工具可以明显地改善井底钻柱托压状况，提高机械钻速，并且不影响MWD等仪器的使用。

2） 水力振动器安放位置对最终使用效果有较大影响，需进一步扩大试验范围，探寻最佳安放位置。

3） 根据钻机能力不同，设计不同压降的水力振动器，能够扩大该型工具的适用范围。

4） 设计水力振动器试验台架，更好模拟井下工况，为提高水力振动器的使用寿命、研究其最佳参数提供试验数据。

［1］ 易先中，宋顺平，陈霖，等．复杂结构井中钻柱托压效应的研究进展［J］．石油机械，2013，41（5）：100-104．

［2］ 信石玉，高文金，类歆，等．水平井钻井用连续压力脉动减阻防卡工具研究［J］．石油矿场机械，2014，43（8）：98-102．

［3］ 石崇东，党红军，张军，等水力振荡器在苏36-8-18H井的应用［J］．石油机械，2012，40（3）：35-38．

［4］ 李博．水力振荡器的研制与现场试验［J］．石油钻探技术，2014，41（1）：111113．

［5］ 李博，王羽曦，孙则鑫，等．Ø178型水力振荡器研制与应用［J］．石油矿场机械，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，甘肃西峰人，工程师，主要从事钻井技术与钻井工具研究。