水力震荡器在定向井的研究与应用

宗庆凤 路畅 翁广超 马瑞

摘要：随着石油资源用量的增多，对石油开采的速度和效率提出了更高的要求。在定向井的生产过程中，受到钻井工具、施工工艺的局限，提速增效的结果不理想。本文通过对水力震荡器在定向井中的应用进行了研究，进一步验证了该设备应用的优势作用。

关键词：水力震荡器;定向井;应用

前言：

在石油资源开发力度不斷提升的过程中，定向井的数量不断增多。定向井在生产的过程中，需要滑动钻进的过程中，存在着托压粘卡的问题，影响着钻井的生产速度和效率。水力震荡器的使用，通过自身的轴向振动，能够有效的解决托压粘卡的问题，提升钻井速度，并提高施工效率。

一、水力震荡器在定向井中应用的优势

（一）工作原理

水力震荡器在应用的过程中，借助于钻井液的作用，带动转子发生转动，在动、定两个阀门的相互作用中，阀门的作用面积发生改变，引起液柱压力的改变，并产生压力脉冲。水力震荡器中的震荡活塞，在压力和弹簧的作用中，会发生小幅度的高频振动，在这个振动的过程中，钻具沿着轴线的方向运动。在这个运动的过程中，钻具和井壁之间的摩擦力不断减少，能够有效的改善钻具的摩擦受损情况，提高钻具的使用周期。同时在润滑的作用中，钻具的钻进速度也得到了提升。

（二）技术优势

水力震荡器在定向井中的应用，通过钻井液的作用，将压能转化为机械能，改变钻压，环节粘卡托压的问题，同时对钻具中产生的摩擦阻力有效环节，更利于钻压的传递，并实现提高钻速的效果[1]。在具体的应用过程中，水力震荡器具有以下几点技术优势。第一，该设备在应用的过程中，能够将单一的机械加压转变为机械与液力结合的复合加压方法，更有利于钻压的传递。第二，水力震荡器在应用的过程中，上下钻具产生纵向运动，能够有效的将钻具产生的静态摩擦改变为动态摩擦，从而降低摩擦阻力，有效缓解钻具中存在的托压粘卡问题。第三，水力震荡器的应用，能够有效的提升钻具的使用周期。钻具在振动的过程中，受损程度降低，延长使用周期，控制了生产成本。

（三）参数设置

在定向井中应用水力震荡器，需要对使用的参数进行有效的设置。一般情况下，在设置参数的过程中，需要结合油井的井眼尺寸、井眼型号，根据油井实际情况，科学设置。

（四）安装位置

水力震荡器在应用中，安装的位置需要结合定向井的井斜、摩擦力的聚集等因素进行确定。一般情况下，需要设置在水平段、斜井段等位置，确保无线随钻设备的正常应用[2]。如果定向井中的井斜较小，可以将水力震荡器安装在受压位置中性点以内。

二、水力震荡器在定向井中的具体应用

（一）油井情况

水力震荡器在定向井中的应用，具有一定的优势。本文以某油田开发中的定向井为例，对该定向井中使用水力震荡器的情况进行分析。在该定向井中，井身的结构为二开井，井斜3821.39m，井深3700m，井斜段长1200m。结合该油井的实际情况，在螺杆钻具的使用中，增加了水力震荡器的应用，对油井钻速进行改善。

（二）钻具测试

为保证水力震荡器的完善应用，减少钻具和井壁之间的摩擦，对钻具在滑动钻进过程中产生的问题进行改善，对钻具的受力情况进行了计算。并且最终确定将水力震荡器安装在距离钻头相距140米的位置，并且对钻具的组合使用情况开展测试，确保钻具组合使用的安全稳定[3]。在该定向井的钻具组合设计中，分别使用了PDC钻头、螺杆钻具、止回阀、定向接头、无磁钻铤、随钻仪器、加重钻杆等钻具。针对这些钻具的组合使用情况，开展的测试中，排量达到了每秒30升，泵压控制在9MPa。在水力震荡器的计算压降保持在4.0MPa的情况下，钻具的运行一切正常，符合定向井开采的钻具要求。

（三）参数调整

在该定向井中使用水力震荡器，转盘的钻速调整为每分钟60转，钻井泵的排量控制在每秒30升左右，并且对滑动定向钻的钻压进行了控制，设置在2-5t之间，将复合钻压控制在3-6t之间，在保持该参数的应用中，在该油井中，实现了顺利钻井的效果[4]。并且在钻进的过程中，水力震荡器的设备应用正常，无线随钻设备的使用正常，钻头的磨损程度只有10%左右。在参数设置的不断调整和控制过程中，充分的发挥出水力震荡器的作用，保证了定向井中各种钻具的稳定应用。

（四）效果分析

在对该定向井使用水力震荡器的前后生产情况进行数据的分析和对比，发现在使用水力震荡器的设备中，平均的钻速达到了近12m/h，比之前的钻进速度提高了近25%。另外，滑动定向的钻速也实现了近40%的提升。并且在使用水力震荡器的过程中，钻井液的润滑剂使用量明显减少，有效的实现了钻井速度的提升，并且还更好的控制了生产成本。通过对实际生产过程中产生的各种数据进行分析，对于在定向井中使用水力震荡器的作用，得出以下几点结论。第一，在定向井中使用水力震荡器，能够有效的对钻压的传递过程进行优化，改变钻具和井壁之间的摩擦阻力，不断提高钻具在滑动钻井过程中的速度，并且对符合钻井的机械速度也有明显的提升效果。第二，在定向井的生产中，使用水力震荡器，能够有效的对滑动钻井过程中，钻具产生的托压粘卡现象进行缓和，使工具面更稳定，并且对定向工具面的运行时间进行控制，切实减少钻具的活动次数，提高钻具的使用周期。第三，在水力震荡器的应用过程中，由于小幅度的振动现象，能够和无线随钻的一起、螺杆钻具等设备互相兼容，保证各个设备的作用充分发挥，并且在具体应用的过程中，不会出现共振的问题，进而减少干扰影响，确保定向井的顺利施工，高效钻井。第四，在定向井中使用水力震荡器，能够有效的改善压力消耗大的问题，对在高泵压的环境中，开展的钻井施工风险有效改善，进一步的提升钻井施工的安全，确保定向井的施工高效进行。

结语：

总之，在定向井的数量不断增多的情况下，通过使用水力震荡器，能够有效的改善当前油井中存在的问题，实现定向井开采速度、开采效率的同步提升，并且还能有效控制生产成本，提高油井的综合效益。随着油井开采研究力度的不断提升，在未来的定向井复杂生产过程中，水力震荡器的作用将被更加重视，发挥出更明显的效果，促进油田生产效益的提升。

参考文献：

[1]郑友志，辜涛，舒刚等. 高温定向井井筒瞬态温度计算模型及其应用[J]. 天然气工业，2021，41（03）：119-126.

[2]李校侃. 定向井钻井速度的影响因素及提升探讨[J]. 石油和化工设备，2021，24（02）：107-108.

[3]仇常凯，蒋凯. 致密油储层定向井工艺优化研究[J]. 石化技术，2021，28（01）：78-79.

[4]张铖，肖曰秋. 页岩油定向井钻井速度影响因子探讨[J]. 石化技术，2020，27（10）：141-142.