明瑞卿， 張時(shí)中， 王海濤， 洪 毅， 姜書(shū)龍

(1.長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北武漢 430100；2.中石化河南石油工程有限公司，河南鄭州 450018；3.中國(guó)石油塔里木油田分公司，新疆庫(kù)爾勒 841000；4.東北煤田地質(zhì)局，遼寧沈陽(yáng) 110013)

國(guó)內(nèi)外水力振蕩器的研究現(xiàn)狀及展望

明瑞卿1， 張時(shí)中2， 王海濤3， 洪 毅4， 姜書(shū)龍1

(1.長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北武漢 430100；2.中石化河南石油工程有限公司，河南鄭州 450018；3.中國(guó)石油塔里木油田分公司，新疆庫(kù)爾勒 841000；4.東北煤田地質(zhì)局，遼寧沈陽(yáng) 110013)

針對(duì)目前定向井段和水平段鉆進(jìn)過(guò)程中為提高機(jī)械鉆速使用水力振蕩器出現(xiàn)的問(wèn)題，分析了水力振蕩器的研究現(xiàn)狀與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用狀況。首先介紹了國(guó)內(nèi)外不同水力振蕩器的結(jié)構(gòu)，分析了其優(yōu)缺點(diǎn)；然后結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)資料，通過(guò)實(shí)例對(duì)比了水力振蕩器和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的提速效果；最后針對(duì)水力振蕩器在應(yīng)用時(shí)出現(xiàn)的一系列問(wèn)題給出了相關(guān)建議。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果統(tǒng)計(jì)資料表明，水力振蕩器能降低摩阻，提高機(jī)械鉆速，縮短鉆井周期，降低鉆井成本，與旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具相比，機(jī)械鉆速可提高29.8%，鉆井成本可降低38萬(wàn)元。但存在實(shí)際工作排量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求、安放位置不合理、自身壓耗高、損壞MWD等精密儀器和耐沖蝕性偏差等問(wèn)題，嚴(yán)重影響了水力振蕩器的應(yīng)用。為解決這些問(wèn)題，需要對(duì)水力振蕩器進(jìn)行持續(xù)完善和改進(jìn)。

水力振蕩器 機(jī)械鉆速 摩檫損失 排量 研究現(xiàn)狀 發(fā)展建議

自20世紀(jì)80年代以來(lái)，井下動(dòng)力鉆具由于具有提高機(jī)械鉆速、增加單只鉆頭進(jìn)尺、實(shí)現(xiàn)井眼軌跡定向控制等諸多優(yōu)點(diǎn),在定向井中的應(yīng)用越來(lái)越多。隨著各大油田開(kāi)發(fā)的逐漸深入，大斜度井、水平井、多分支水平井等復(fù)雜結(jié)構(gòu)井?dāng)?shù)量越來(lái)越多，如何實(shí)現(xiàn)快速鉆進(jìn)和提高水平段長(zhǎng)度成為關(guān)注的焦點(diǎn)。然而,由于井斜角較大造成鉆柱和井壁之間的摩阻較大，鉆壓傳遞效率低，嚴(yán)重限制了鉆進(jìn)速度。

自2000年以來(lái)，國(guó)內(nèi)外各大研究機(jī)構(gòu)研制了各種樣式的水力振蕩器，并廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外各大油田的定向井段和水平段鉆井施工中，在取得一定提速效果的同時(shí)，也暴露出該工具的諸多問(wèn)題。針對(duì)這些問(wèn)題，筆者分析了國(guó)內(nèi)外水力振蕩器的研究現(xiàn)狀，總結(jié)了該工具在國(guó)內(nèi)各區(qū)塊的應(yīng)用情況，最后針對(duì)國(guó)內(nèi)外水力振蕩器現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中存在的問(wèn)題提出了具體的發(fā)展建議。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

自20世紀(jì)90年代以來(lái)，國(guó)外多家石油公司都致力于水力振蕩器研究，目前國(guó)外水力振蕩器提速技術(shù)已經(jīng)比較成熟。其中，具有代表性并已經(jīng)被商業(yè)化應(yīng)用的是美國(guó)國(guó)民油井華高公司(National Oil-well Varco，簡(jiǎn)稱NOV)研發(fā)生產(chǎn)的水力振蕩器(以下簡(jiǎn)稱NOV水力振蕩器)，該水力振蕩器最初被應(yīng)用于連續(xù)管鉆井中，但由于降摩效果較好，其應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大到大斜度井、水平井、多分支水平井鉆井中[1-4]。與國(guó)外相比，國(guó)內(nèi)水力振蕩器的研究起步相對(duì)較晚，但發(fā)展速度較快，自2006年以來(lái)，在短短不到10年內(nèi)，國(guó)內(nèi)已成功研制了近10種水力振蕩器，有的已投入商業(yè)化應(yīng)用。

1.1 NOV水力振蕩器

結(jié)構(gòu)與工作原理 NOV水力振蕩器一般由振動(dòng)短節(jié)、動(dòng)力短節(jié)、閥門(mén)和軸承系統(tǒng)組成(見(jiàn)圖1)，靠周期性變化的流體壓力，帶動(dòng)活塞做軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)(其主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1)。該水力振蕩器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可與鉆桿直接連接。其工作原理是：當(dāng)鉆井液經(jīng)過(guò)動(dòng)力短節(jié)時(shí)，驅(qū)動(dòng)螺桿旋轉(zhuǎn)，螺桿末端固定閥盤(pán)的過(guò)流孔設(shè)置在中心，與有偏心過(guò)流孔的振蕩閥盤(pán)緊密配合，由于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，2個(gè)閥盤(pán)的過(guò)流孔發(fā)生周期性交錯(cuò)和重合，使工具下端過(guò)流面積發(fā)生周期性變化，導(dǎo)致工具上部壓力產(chǎn)生周期性變化，形成脈沖壓力。當(dāng)壓力升高時(shí)，鉆井液壓力推動(dòng)活塞和心軸壓縮碟簧組，心軸伸出；而當(dāng)壓力降低時(shí)，心軸回到原位，這樣，脈沖壓力就引起了工具的軸向振動(dòng)，改變鉆柱與井壁的摩擦條件，達(dá)到降低摩阻和提速的目的。

主要優(yōu)缺點(diǎn) 1)造斜段和水平段提速明顯。水力振蕩器安裝在鉆柱中，使滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)鉆柱和井壁之間的靜摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)摩擦，摩擦阻力降低75%～80%。2)定向效果好?？煞乐广@壓堆積，精確控制工具面。3)工作壽命較短。影響水力振蕩器壽命的主要部件是其動(dòng)力總成，工具產(chǎn)生脈沖壓力的同時(shí)，對(duì)零件沖蝕嚴(yán)重。4)井斜角大于60°，水平位移超過(guò)1 000.00 m時(shí)，鉆速降低明顯。5)對(duì)LWD儀器的信號(hào)采集有影響。長(zhǎng)時(shí)間的高頻振動(dòng)會(huì)影響LWD內(nèi)部零件的連接，導(dǎo)致連接零件松動(dòng)甚至被振斷，最終因連接斷路影響信號(hào)采集。

表1 NOV水力振蕩器的主要技術(shù)參數(shù)

Table 1 Main technical parameters of NOV hydraulic oscillators

1.2 水力脈沖誘發(fā)振動(dòng)鉆井工具

結(jié)構(gòu)與工作原理 水力脈沖誘發(fā)振動(dòng)鉆井工具由鉆頭與鉆柱連接短節(jié)、殼體、鉆頭驅(qū)動(dòng)桿、缸套、水力振蕩器組成(見(jiàn)圖2)，其中鉆頭驅(qū)動(dòng)桿和水力振蕩器分別設(shè)有密封元件，防止在工作時(shí)有鉆井液滲出。其主要技術(shù)參數(shù)：鉆壓70～80 kN，推薦排量30～32 L/s，泵壓17 MPa，工作頻率23 Hz。其工作原理是:通過(guò)適當(dāng)?shù)哪芰哭D(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，將鉆井液的部分動(dòng)能周期性轉(zhuǎn)化為破碎井底巖石的沖擊能量，鉆頭工作時(shí)徑向旋轉(zhuǎn)和軸向振動(dòng)相結(jié)合，而且水力脈沖可以改變井底巖石的受力狀態(tài)，同時(shí)可以提高井底清潔效果，極大地提高鉆頭的破巖效率[5-6]。

主要優(yōu)缺點(diǎn) 1)綜合了振動(dòng)沖擊和水力脈沖的優(yōu)勢(shì)，提高了鉆頭的破巖效率；2)采用水力脈沖直接誘發(fā)機(jī)械振動(dòng),與旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井中的沖擊錘等中間部件相比,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，研制和應(yīng)用成本低，安全性和可靠性高；3)適應(yīng)性不佳，應(yīng)用地層受限，目前該工具不適合鉆進(jìn)較堅(jiān)硬的地層；4)耐沖蝕性較差，水力結(jié)構(gòu)易損壞。

1.3 自激振蕩式旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具

結(jié)構(gòu)與工作原理 自激振蕩式旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具由鉆柱連接短節(jié)、自激振蕩器、沖擊傳遞桿和鉆頭驅(qū)動(dòng)連接短節(jié)等4部分組成，其中自激振蕩器包含一級(jí)和二級(jí)2種振蕩器(見(jiàn)圖3)。主要技術(shù)參數(shù)：應(yīng)用井深不大于6 000.00 m，適用于φ152.4～φ406.4 mm井眼，鉆壓40.0～140.0 kN，轉(zhuǎn)速60～120 r/min，泵壓16～25 MPa，推薦排量20～60 L/s，振動(dòng)頻率45～50 Hz，鉆井液密度1.1～1.7 kg/L，壓力損耗約0.5 MPa，工作壽命超過(guò)200 h。其工作原理是：流體經(jīng)過(guò)該工具內(nèi)的一級(jí)和二級(jí)自激振蕩器的轉(zhuǎn)化，在二級(jí)振蕩器出口形成水力脈動(dòng)壓力，經(jīng)過(guò)鉆頭驅(qū)動(dòng)桿轉(zhuǎn)化為對(duì)鉆頭的機(jī)械振動(dòng)沖擊，同時(shí)脈動(dòng)壓力繼續(xù)往下，在井底形成脈沖射流，在振動(dòng)沖擊與脈沖射流聯(lián)合作用下，改變井底巖石的受力情況，強(qiáng)化對(duì)井底巖屑的清洗，提高破巖鉆進(jìn)效率[7-9]。

主要優(yōu)缺點(diǎn) 1)該工具主要用性能較高的合金鋼制造，整體強(qiáng)度與鉆具基本相當(dāng)；2)密封元件耐酸、堿、油，耐溫高達(dá)200 ℃；3)根據(jù)聲學(xué)原理設(shè)計(jì)，沒(méi)有活動(dòng)零件，高壓鉆井液進(jìn)入水力振蕩器后，經(jīng)過(guò)諧振“反饋”選頻及放大等自激振蕩過(guò)程，形成水力脈沖射流；4)結(jié)合振動(dòng)沖擊、水力脈沖和射流破巖的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步增強(qiáng)破巖提速效果；5)耐沖蝕性強(qiáng)，鉆頭驅(qū)動(dòng)桿頂端和水力振蕩器的出入口等受鉆井液固相沖蝕強(qiáng)烈部位，選用硬質(zhì)合金等耐磨材料，并采用局部淬火“氮化”激光熔覆等表面強(qiáng)化技術(shù)；6)水力脈沖具有高頻率、小幅度的特點(diǎn)，適用于任何鉆具組合與鉆頭，安全性高；7)自身壓耗較低(約1.0 MPa)，避免鉆井泵在高壓下作業(yè)帶來(lái)不必要的損失；8)由于采用優(yōu)化的水力結(jié)構(gòu)和高耐磨材料，使用壽命大于200 h，可通過(guò)更換水力元件，延長(zhǎng)其使用壽命；9)目前該工具只能用于直井段，極大地限制了其應(yīng)用范圍。

1.4 軸向水力振蕩器

結(jié)構(gòu)與工作原理 軸向水力振蕩器一般由動(dòng)力部分、閥門(mén)與軸承系統(tǒng)、振動(dòng)部分等3部分組成,主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2。其工作原理與NOV水力振蕩器類似，不同時(shí)刻閥門(mén)過(guò)流面積發(fā)生周期性變化，從而產(chǎn)生水力脈沖，帶動(dòng)工具的振動(dòng)部分在軸向上做周期性的伸縮運(yùn)動(dòng)，改變鉆桿和井壁之間的摩擦方式，提高鉆進(jìn)效率[10-13]。

主要優(yōu)缺點(diǎn) 1)靜摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)摩擦，防止鉆壓堆積、鉆柱屈曲、鉆頭黏滑和丟失工具面的發(fā)生，有助于提高鉆進(jìn)效率；2)與各種鉆頭均配合良好，且?guī)?dòng)鉆頭在軸向上做有規(guī)律的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，可有效減小橫向與扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，保護(hù)鉆頭，延長(zhǎng)鉆頭的使用壽命；3)對(duì)MWD和LWD儀器無(wú)影響；4)定子、葉輪轉(zhuǎn)子等部分零件在工作中沖蝕嚴(yán)重，工具耐沖刷性能偏弱；5)在三維扭方位鉆進(jìn)時(shí)，提速效果不明顯。

1.5 徑向水力振蕩器

結(jié)構(gòu)與工作原理 徑向水力振蕩器一般主要由激振機(jī)構(gòu)單元、動(dòng)力單元及旋轉(zhuǎn)密封單元組成，其中動(dòng)力單元的核心部件是螺桿馬達(dá)，激振機(jī)構(gòu)單元由偏心軸、外筒、密封總成、軸承以及下部轉(zhuǎn)換接頭等組成(見(jiàn)圖4)。其主要技術(shù)參數(shù)：可用于φ152.4 mm井眼，工具最大外徑121.0 mm，配合φ88.9 mm鉆桿使用，激振力0.6～1.4 kN，推薦排量10～15 L/s，振動(dòng)頻率10～25 Hz，壓耗1.2 MPa。其工作原理是：當(dāng)高壓鉆井液通過(guò)徑向水力振蕩器時(shí)，馬達(dá)開(kāi)始工作，在馬達(dá)主軸的帶動(dòng)下，偏心軸發(fā)生旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生激振力，方向是由偏心軸偏心質(zhì)量重心位置指向偏心軸中心線，并隨著偏心軸的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，激振力帶動(dòng)與徑向水力振蕩器相連接的上部鉆桿和下部鉆桿產(chǎn)生周期性徑向振動(dòng)[14-15]。

主要優(yōu)缺點(diǎn) 1)周期性減少鉆桿對(duì)井壁的正壓力，從而降低摩擦力，鉆壓能更有效地傳遞給鉆頭；2)采用較成熟的螺桿馬達(dá)，其結(jié)構(gòu)不影響流體傳遞，故對(duì)MWD儀器無(wú)影響；3)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零部件較少，安裝、拆卸方便；4)目前該工具對(duì)于井斜角小于60°的造斜段應(yīng)用效果明顯，但對(duì)于井斜角大于60°的造斜段和水平段托壓現(xiàn)象依然嚴(yán)重。

1.6 雙向水力振蕩器

2014年，川慶鉆探工程有限公司長(zhǎng)慶鉆井總公司結(jié)合軸向水力振蕩器和徑向水力振蕩器的技術(shù)特點(diǎn)，成功研制出井下鉆柱三維水力振動(dòng)器(俗稱雙向水力振蕩器)。

結(jié)構(gòu)與工作原理 雙向水力振動(dòng)器主要由軸向水力振動(dòng)器和徑向水力振動(dòng)器2部分組成，其中軸向水力振動(dòng)器必須配合徑向振動(dòng)器使用，徑向水力振動(dòng)器可以單獨(dú)入井使用。

徑向水力振動(dòng)器主要由動(dòng)力部分和變流閥組成。其工作原理是：當(dāng)鉆井液從上端入口進(jìn)入馬達(dá)時(shí)，轉(zhuǎn)子在定子腔內(nèi)作圓周運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生離心慣性力帶動(dòng)定子產(chǎn)生徑向振動(dòng)，變流閥在工作時(shí)，使流經(jīng)鉆柱鉆井液的體積發(fā)生變化，從而形成水力液壓脈沖。

軸向水力振動(dòng)器一般由活塞、心軸、碟簧組成。其工作原理是：當(dāng)軸向水力振動(dòng)器在工作狀態(tài)下，由徑向振動(dòng)器產(chǎn)生的液壓脈沖作用于活塞，心軸上的碟簧被壓縮，導(dǎo)致軸向水力振蕩器產(chǎn)生軸線方向上的振動(dòng)[16]。

主要優(yōu)缺點(diǎn) 1)雙向水力振蕩器工作時(shí)，鉆桿在徑向上的正壓力減小，軸向上的摩擦方式發(fā)生改變，摩擦力大大降低，鉆進(jìn)效率明顯提高；2)不影響MWD儀器正常使用，使用壽命較長(zhǎng)；3)最終使用效果受安放位置影響較大，需探尋最合適的安放位置。

1.7 自激振蕩脈沖粒子射流鉆井工具

除了上述幾類水力振蕩器產(chǎn)品外，最近中國(guó)石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院研制出了專門(mén)用于側(cè)鉆水平段的自激振蕩脈沖粒子射流鉆井工具，目前仍處于工具結(jié)構(gòu)優(yōu)化的試驗(yàn)階段。

結(jié)構(gòu)與工作原理 自激振蕩脈沖粒子射流鉆井工具主要由鉆頭、下接頭、風(fēng)琴管、自激振蕩腔襯套、雙錐度噴嘴、殼體和上接頭組成(見(jiàn)圖5)。其工作原理是：在鉆井過(guò)程中，高壓流體經(jīng)過(guò)鉆桿進(jìn)入殼體內(nèi)部的雙錐度噴嘴，經(jīng)過(guò)噴嘴加速后形成高速射流，因?yàn)樯淞骶哂形碜饔?，在自激振蕩腔?nèi)形成低壓區(qū)，并伴隨一定的脈動(dòng)壓力，在壓差作用下，殼體的粒子吸入口將環(huán)空中的鋼制粒子吸入其內(nèi)部，與鉆井液充分混合形成粒子脈沖射流，通過(guò)風(fēng)琴管的作用放大脈沖，再由鉆頭水眼高速噴出，作用于井底巖石[17]。

主要優(yōu)缺點(diǎn) 1)鋼制粒子與脈沖射流對(duì)井底巖石進(jìn)行打磨和高頻率沖擊，降低巖石破碎所需最大壓力，使巖石更容易破碎；2)該工具結(jié)合自激振蕩脈沖射流技術(shù)與粒子沖擊鉆井技術(shù)，鋼制粒子自吸效果好，壓力脈沖幅度大，能大幅提高堅(jiān)硬地層的破巖效率。

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用分析

2.1 應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

提速效果明顯 水力振蕩器作為一種降摩阻、防托壓、提鉆速的有效工具,近年來(lái)在國(guó)內(nèi)各區(qū)塊得到了廣泛應(yīng)用。表3為各地區(qū)水力振蕩器的應(yīng)用情況統(tǒng)計(jì)。由表3可知，應(yīng)用水力振蕩器后，各地區(qū)滑動(dòng)鉆進(jìn)速度均有顯著提升，鉆井周期均縮短了10%以上，大大加快了整體施工進(jìn)度。

使用壽命較長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)效益較好 大慶油田衛(wèi)186-平142井、勝利油田高10-平11井、純56-平6井和寧夏地區(qū)黃113-55井等多口井鉆井時(shí)，應(yīng)用了水力振蕩器，其平均使用壽命均大于150 h，雙向水力振蕩器的使用壽命達(dá)到300 h以上。就經(jīng)濟(jì)性而言，由于應(yīng)用水力振蕩器后縮短了鉆井周期，故鉆井成本得到了大幅度降低[18-22]。

水力振蕩器優(yōu)于目前的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具 張海29-38L井、張海30-26L井和張海28-36井都位于埕海2-2 人工島，具有相同的地層，深度相近，具有很強(qiáng)的對(duì)比性。張海29-38L井應(yīng)用了水力振蕩器，機(jī)械鉆速比應(yīng)用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的張海30-26L井、張海28-36井分別提高了56.8%和12.1%(見(jiàn)表4)，鉆井成本降低近38萬(wàn)元[23]。

表4 水力振蕩器與旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井的機(jī)械鉆速對(duì)比

Table 4 ROP comparison between hydraulic oscillators and steering drilling tools

涪陵地區(qū)的焦頁(yè)XX-2HF井自井深1 464.00 m到二開(kāi)完鉆應(yīng)用了旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具，進(jìn)尺1 182.00 m，機(jī)械鉆速僅為5.90 m/h。焦頁(yè)XX-1HF井在水平段的2 644.00～3 993.00 m井段應(yīng)用了水力振蕩器，機(jī)械鉆速為15.93 m/h，實(shí)現(xiàn)了水平井段“一趟鉆”完鉆[24-25]。與焦頁(yè)XX-2HF井相比，焦頁(yè)XX-1HF井的機(jī)械鉆速提高了近170%,提速效果明顯。

2.2 存在問(wèn)題

水力振蕩器在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用中，雖然取得了一定的效果，但也暴露出了很多問(wèn)題[26-32]。

1) 排量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，在一定程度上阻礙了該工具工作性能的充分發(fā)揮。表5為不同地區(qū)水力振蕩器的工作排量。由表5可知，僅有蘇里格地區(qū)的蘇36-8-18H井水力振蕩器的實(shí)際排量在設(shè)計(jì)排量范圍內(nèi)，其余各應(yīng)用地區(qū)在鉆進(jìn)過(guò)程中水力振蕩器的實(shí)際排量均處于設(shè)計(jì)排量的下限。

2) 自身壓耗偏大。目前在國(guó)內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，不論美國(guó)的NOV水力振蕩器，還是國(guó)內(nèi)研制的軸向、徑向和雙向水力振蕩器等，壓耗普遍偏大(約4.5～8.0 MPa),對(duì)鉆井泵的要求較高，且長(zhǎng)期在高壓下作業(yè)易出現(xiàn)井下故障，造成財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡。

3) 水力振蕩器的周期性振動(dòng)影響井下高精密儀器的正常工作。水力振蕩器在涪陵地區(qū)焦石壩區(qū)塊的應(yīng)用表明，水力振蕩器的振動(dòng)會(huì)對(duì)MWD的測(cè)量產(chǎn)生影響，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致儀器無(wú)信號(hào)。

4) 水力振蕩器的安放位置不合理。寧夏、長(zhǎng)慶、川西等地區(qū)的多口井水力振蕩器的安放位置不合理，導(dǎo)致提速效果不明顯，甚至無(wú)效果。

5) 耐沖蝕性有待提高。水力振蕩器在各應(yīng)用地區(qū)多口井出井后，拆開(kāi)檢查，發(fā)現(xiàn)動(dòng)力部分的定子、葉輪轉(zhuǎn)子等零件被嚴(yán)重沖蝕。

3 發(fā)展建議

針對(duì)國(guó)內(nèi)外各類水力振蕩器的技術(shù)特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中出現(xiàn)的諸多問(wèn)題，提出以下發(fā)展建議。

1) 提高水力振蕩器的工作排量。雖然水力振蕩器的工作排量增大會(huì)提高對(duì)鉆井泵的要求、加大管路的沿程水頭損失，但其振蕩充分、摩阻降低明顯，能極大地提高定向井段和水平段的機(jī)械鉆速，故在不影響其他鉆井設(shè)備正常使用的前提下，盡可能達(dá)到設(shè)計(jì)排量，以充分發(fā)揮水力振蕩器的性能。

2) 進(jìn)一步優(yōu)化水力振蕩器內(nèi)部結(jié)構(gòu)。目前從各類水力振蕩器現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果來(lái)看，壓耗普遍偏大，導(dǎo)致局部水頭損失明顯增大，鉆井液對(duì)井底巖石的沖擊破碎壓力降低，鉆井液的輔助破巖能力下降。因此，需繼續(xù)改進(jìn)和完善水力振蕩器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，降低水力振蕩器自身的壓耗。

3) 確定水力振蕩器合理的安放位置。從國(guó)內(nèi)各地區(qū)水力振蕩器的應(yīng)用情況看，由于水力振蕩器安放位置不合理，時(shí)常導(dǎo)致MWD等井下精密儀器有不同程度的損壞，鉆井效率明顯降低。

4) 優(yōu)選水力振蕩器動(dòng)力部分零件的材料，研制動(dòng)力部件的涂層材料。在水平井鉆井過(guò)程中，特別是長(zhǎng)水平段水平井使用水力振蕩器，動(dòng)力部分零件沖蝕嚴(yán)重甚至損壞，因此應(yīng)加快其表面涂層的研制，增強(qiáng)水力振蕩器動(dòng)力部分零件的耐沖蝕性能，延長(zhǎng)其使用壽命，提高鉆井效率。

5) 選用壓耗小的測(cè)量?jī)x器和鉆井工具。如果條件允許，應(yīng)盡量選擇壓耗小的工具，譬如上部鉆具盡量使用大直徑(如φ139.7 mm)鉆桿以降低壓力損耗，且盡量選擇壓耗小的測(cè)量?jī)x器與工具。在鉆井過(guò)程中，管路整體壓耗降低，可提高鉆井液的破巖能力，輔助水力振蕩器提高機(jī)械鉆速。

6) 提高鉆井設(shè)備的工作能力。目前國(guó)內(nèi)很多水平井的水平段長(zhǎng)度超過(guò)1 500.00 m，鉆井過(guò)程中托壓嚴(yán)重，機(jī)械鉆速較低。但在長(zhǎng)水平段鉆進(jìn)過(guò)程中，安放1個(gè)水力振蕩器通常不能滿足鉆井提速的需求，因此如果鉆井設(shè)備能匹配更高的泵壓，建議在鉆具組合中安放2～3個(gè)水力振蕩器，以進(jìn)一步提高鉆井效率。

4 結(jié) 論

1) 應(yīng)用水力振蕩器能降低摩阻和扭矩，提高機(jī)械鉆速；可減小鉆具的橫向和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，保護(hù)井下高精密儀器和鉆頭。

2) 水力振蕩器的使用壽命長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)效益好。

3) 水力振蕩器的提速效果比目前的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆具好，且水力振蕩器已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，應(yīng)用成本相對(duì)較低，具有很好的推廣價(jià)值。

4) 水力振蕩器在應(yīng)用時(shí)還存在一些問(wèn)題，今后應(yīng)分析存在問(wèn)題的原因，對(duì)其進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)，以提高水力振蕩器的性能。

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[編輯 劉文臣]

Research Status and Prospect of Hydraulic Oscillator Worldwide

Ming Ruiqing1, Zhang Shizhong2, Wang Haitao3, Hong Yi4, Jiang Shulong1

(1.SchoolofPetroleumEngineering,YangtzeUniversity,Wuhan,Hubei, 430100,China；2.SinopecHenanOilfieldServiceCorporation,Zhengzhou,Henan, 450018,China; 3.PetroChinaTarimOilfieldCompany,Korla,Xinjiang, 841000,China; 4.NortheastCoalfieldGeologicalBureau,Shenyang,Liaoning, 110013,China)

Because drilling problems can occur when hydraulic oscillators are used to increase the rate of penetration (ROP) in directional and horizontal sectiondrilling, the application and research status of hydraulic oscillators were studied. Firstly, analysis was performed on various hydraulic oscillators in other parts of the world to determine advantages and disadvantages based on their structures. Then, a comparison study was carried out on the velocity improvement between hydraulic oscillators and rotary steering tools based on their field application. And finally, a series of recommendations were proposed. Hydraulic oscillators can decrease friction, improve ROP, shorten drilling cycle and reduce drilling cost. Compared with rotary steering tools, hydraulic oscillators can increase ROP by 29.8% and reduce drilling cost by RMB 380 000 Yuan. In practical operation, however, the application of the hydraulic oscillators isstrongly influenced by improper pumping rate and tools setting, and due to its high pressure consumption, precision instruments (e.g. MWD) may be damaged and resistance to erosion is not satisfactory. In order to solve these problems,it is necessary to continuously improve hydraulic oscillators.

hydraulic oscillator; rate of penetration; friction loss; displacement; research status; recommendations

2015-02-06；改回日期：2015-08-24。

明瑞卿(1989—)，男，湖北荊州人，2013年畢業(yè)于長(zhǎng)江大學(xué)石油工程專業(yè)，在讀碩士研究生，主要從事鉆井工藝與技術(shù)方面的研究。

國(guó)家科技重大專項(xiàng)“海相碳酸鹽巖油氣井井筒關(guān)鍵技術(shù)”(編號(hào)：2011ZX05005-006)資助。

?鉆采機(jī)械?

10.11911/syztjs.201505020

TE921

A

1001-0890(2015)05-0116-07

聯(lián)系方式：18571510329，411478802@qq.com。