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摘 要：在采油钻井过程中，如何有效地解决钻柱与井壁之间的摩擦阻力问题，是关系到钻井效果能否得到提升的关键。基于目前钻井技术的发展现状，水力振荡器作为一种有效的钻井工具，可以有效降低钻柱与井壁之间的摩擦阻力，提高钻井效果。为此，我们应对水力振荡器的研制及现场试验过程进行全面分析。
关键词：水力振荡器 研制 现场试验
中图分类号：TE921 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）10（b）-0053-02
水力振荡器作为一种特殊的钻井工具，通过振荡的原理降低钻柱与井壁之间的摩擦阻力，使钻井效率得以有效提升。水力振荡器的出现，解决了采油钻井过程中的钻井效率问题，使钻柱与井壁之间的摩擦阻力得到降低，有利于钻井工作地开展。所以，我们应认真剖析水力振荡器的研制过程，并对其现场试验结果进行讨论，提高水力振荡器的应用效果，满足直井、水平井和定向井的钻井需要，使钻井过程能够获得更加有利的工具作为支撑，解决钻井中摩擦阻力问题。
1 水力振荡器的研制过程分析
1.1 水力振荡器技术思路
在水力振荡器的研制过程中，主要的技术思路是在工具内部安装1∶2的马达，通过这一马达向驱动盘阀系统提供水力脉冲，通过水力脉冲驱动工具内部的转子，形成短节的往复运动，并且在工具内部将短节设计成耐磨套和固定阀片组合的结构。这一结构的优势是连接简单，在工作中配合紧密，流体流过短节部分后会产生周期性的压差变化，最终引起轴向振荡，达到水力振荡的目的。这种设计方式对内部结构进行了优化，各个配合机构的设计和连接难度较低，在实际的使用过程中可靠性高，不容易受到外部环境的影响。考虑到钻井过程中钻柱与井壁之间的摩擦阻力较大的特点，通过钻柱的振动，能够降低钻柱与井壁的接触面，进而达到降低摩擦阻力的目的。因此，这一技术思路是完全可行的。
1.2 水力振荡器的工具结构
水力振荡器在研制过程中，确定了技术思路之后，下一步就是设计工具结构提高工具的技术能力。目前水力振荡器的工具结构主要为动力短节、盘阀短节和振荡短节。
3个主体部分构成了水力振荡器的主要结构，在具体工作过程中，3个部分发挥的作用是不同的。其中动力短节的作用主要是为后续的结构提供动力，其中动力源为水，通过水的驱动，使转子旋转产生压差。盘阀短节主要是根据动力短节传输过来的压差进行操作，通过压力的改变形成不同的动力形式。振荡短节根据动力短节和盘阀短节传输过来的压力产生振荡，形成整个振荡器的轴向振荡，这种振荡具有一定的周期性特点，在振荡过程中按照振荡周期发生变化。
1.3 水力振荡器的工具参数
目前水力振荡器并不是适合所有的井眼，根据水力振荡器的特点及其研制的尺寸，本次研制的水力振荡器适用于直径在215.9mm的井眼，其中技术参数为：工具外径172mm，心轴伸缩量3～9mm，最大冲击力50kN，工具压耗3～4MPa，推荐工作排量10～30L/s，工作频率15Hz，质量560kg，总长5.5m。
这些参数是水力振荡器的工具参数，根据这些参数可以选择适合的井位进行现场试验。考虑到水力振荡器的特殊性及其实际特点，在现场试验过程中，应当对水力振荡器的工具参数有足够的了解，做到根据工具参数确定现场试验目标和试验内容。通过现场试验的方式，找出水力振荡器在生产过程中的优势和特点，并对其存在的問题进行深度剖析，为水力振荡器的实际应用奠定良好的基础。
2 水力振荡器的现场试验
2.1 水力振荡器的试验目标
由于水力振荡器是解决钻柱与井壁之间摩擦阻力的重要工具，在水力振荡器的现场试验过程中，首先，要对水力振荡器的工作状态、性能指标和运行参数进行试验，检验水力振荡器在实际工作过程中是否能够达到试验指标。其次，还要对水力振荡器的使用工况进行试验。在实际钻井过程中，并不是所有的环境都能与试验环境相一致，在有些工况条件复杂和现场情况恶劣的钻井现场，水力振荡器能否得到有效应用是关键。因此，在具体的现场试验过程中，应将检验工作状态、性能指标和运行参数作为主要的试验目标。同时，还要模拟多种工况，检验水力振荡器是否能够在多种工况下有效运行，提高水力振荡器的工作效果，为水力振荡器的实际应用提供良好的试验依据。
2.2 水力振荡器的试验过程
选择高10-斜11井进行测试，试验层位于松基组含砂砾泥岩，工具入井井深2600m，井斜52.77°，加入水力振荡器前、后两趟钻的钻具组合完全一样，只是第二趟钻在距离PDC钻头120.26m的位置加入轴向振荡发生工具，数据分析重点放在第一趟钻的结束部分和第二趟钻接上了水力振荡器。因此，通过两次钻井过程和钻井数据的对比来看，加入了水力振荡器之后，钻井速度明显加快。钻杆与井壁的摩擦也相应减小。为了验证这一结果，可以通过两次完全不同的钻具组合进行钻井试验，其中安装水力振荡器之后开钻一次，不安装水力振荡器开钻一次。对二者的钻井速度、钻井效率和单位时间的钻井深度等数据进行综合对比。通过对比发现，安装了水力振荡器之后，钻井效率明显提高，钻井速度提高达55%。
2.3 水力振荡器的试验结果
目前水力振荡器已经在油田内部进行了两口井的现场试验和基本测试，试验结果表明：水力振荡器的工具原理正确，结构可靠，可以提高机械钻速20%以上，工作寿命100h以上，对常规的PDC钻头及牙轮钻头有较好的适应性，压力损耗4.5MPa左右。
从现有的试验结果来看，水力振荡器在实际应用过程中达到了预期目标，解决了钻井过程中钻柱与井壁的摩擦阻力问题。同时，水力振荡器能够与常规钻头进行紧密的结合，适应性较强，不用根据水力振荡器更换特殊钻头，降低了设备更换成本。
为此，我们应对水力振荡器的特点和优势有正确认识，根据钻井的实际需要，匹配水力振荡器，通过水力振荡器的应用，为钻井过程提供有效的工具支持，满足钻井作业的实际需要，提高钻井效率，实现钻柱与井壁摩擦系数的减小。
3 结语
通过本文的分析可知，水力振荡器作为一种新式的钻井工具，对提高钻井效率和解决钻柱与井壁的摩擦阻力具有重要作用。本文主要分析了水力振荡器的研制过程，对技术思路、工具结构和技术参数进行了分析，并对其现场试验过程进行了研究，总结了水力振荡器的特点及其应用经验，为现场钻井作业提供了工具支持，保证了现场钻井能够获得更加高效的钻井辅助工具，从而达到提高钻井效率的目的。
参考文献
[1] 刘华洁，高文金，涂辉，等.一种能有效提高机械钻速的水力振荡器[J].石油机械，2013（7）：46-48.
[2] 刘志坚，李榕.φ172mm水力振荡器在川西中浅水平井的应用[J].天然气技术与经济，2012（6）：37-39.
[3] 付加胜，李根生，史怀忠，等.井下振动减摩技术研究进展[J].石油机械，2012（10）：6-10.
关键词：水力振荡器 研制 现场试验
中图分类号：TE921 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）10（b）-0053-02
水力振荡器作为一种特殊的钻井工具，通过振荡的原理降低钻柱与井壁之间的摩擦阻力，使钻井效率得以有效提升。水力振荡器的出现，解决了采油钻井过程中的钻井效率问题，使钻柱与井壁之间的摩擦阻力得到降低，有利于钻井工作地开展。所以，我们应认真剖析水力振荡器的研制过程，并对其现场试验结果进行讨论，提高水力振荡器的应用效果，满足直井、水平井和定向井的钻井需要，使钻井过程能够获得更加有利的工具作为支撑，解决钻井中摩擦阻力问题。
1 水力振荡器的研制过程分析
1.1 水力振荡器技术思路
在水力振荡器的研制过程中，主要的技术思路是在工具内部安装1∶2的马达，通过这一马达向驱动盘阀系统提供水力脉冲，通过水力脉冲驱动工具内部的转子，形成短节的往复运动，并且在工具内部将短节设计成耐磨套和固定阀片组合的结构。这一结构的优势是连接简单，在工作中配合紧密，流体流过短节部分后会产生周期性的压差变化，最终引起轴向振荡，达到水力振荡的目的。这种设计方式对内部结构进行了优化，各个配合机构的设计和连接难度较低，在实际的使用过程中可靠性高，不容易受到外部环境的影响。考虑到钻井过程中钻柱与井壁之间的摩擦阻力较大的特点，通过钻柱的振动，能够降低钻柱与井壁的接触面，进而达到降低摩擦阻力的目的。因此，这一技术思路是完全可行的。
1.2 水力振荡器的工具结构
水力振荡器在研制过程中，确定了技术思路之后，下一步就是设计工具结构提高工具的技术能力。目前水力振荡器的工具结构主要为动力短节、盘阀短节和振荡短节。
3个主体部分构成了水力振荡器的主要结构，在具体工作过程中，3个部分发挥的作用是不同的。其中动力短节的作用主要是为后续的结构提供动力，其中动力源为水，通过水的驱动，使转子旋转产生压差。盘阀短节主要是根据动力短节传输过来的压差进行操作，通过压力的改变形成不同的动力形式。振荡短节根据动力短节和盘阀短节传输过来的压力产生振荡，形成整个振荡器的轴向振荡，这种振荡具有一定的周期性特点，在振荡过程中按照振荡周期发生变化。
1.3 水力振荡器的工具参数
目前水力振荡器并不是适合所有的井眼，根据水力振荡器的特点及其研制的尺寸，本次研制的水力振荡器适用于直径在215.9mm的井眼，其中技术参数为：工具外径172mm，心轴伸缩量3～9mm，最大冲击力50kN，工具压耗3～4MPa，推荐工作排量10～30L/s，工作频率15Hz，质量560kg，总长5.5m。
这些参数是水力振荡器的工具参数，根据这些参数可以选择适合的井位进行现场试验。考虑到水力振荡器的特殊性及其实际特点，在现场试验过程中，应当对水力振荡器的工具参数有足够的了解，做到根据工具参数确定现场试验目标和试验内容。通过现场试验的方式，找出水力振荡器在生产过程中的优势和特点，并对其存在的問题进行深度剖析，为水力振荡器的实际应用奠定良好的基础。
2 水力振荡器的现场试验
2.1 水力振荡器的试验目标
由于水力振荡器是解决钻柱与井壁之间摩擦阻力的重要工具，在水力振荡器的现场试验过程中，首先，要对水力振荡器的工作状态、性能指标和运行参数进行试验，检验水力振荡器在实际工作过程中是否能够达到试验指标。其次，还要对水力振荡器的使用工况进行试验。在实际钻井过程中，并不是所有的环境都能与试验环境相一致，在有些工况条件复杂和现场情况恶劣的钻井现场，水力振荡器能否得到有效应用是关键。因此，在具体的现场试验过程中，应将检验工作状态、性能指标和运行参数作为主要的试验目标。同时，还要模拟多种工况，检验水力振荡器是否能够在多种工况下有效运行，提高水力振荡器的工作效果，为水力振荡器的实际应用提供良好的试验依据。
2.2 水力振荡器的试验过程
选择高10-斜11井进行测试，试验层位于松基组含砂砾泥岩，工具入井井深2600m，井斜52.77°，加入水力振荡器前、后两趟钻的钻具组合完全一样，只是第二趟钻在距离PDC钻头120.26m的位置加入轴向振荡发生工具，数据分析重点放在第一趟钻的结束部分和第二趟钻接上了水力振荡器。因此，通过两次钻井过程和钻井数据的对比来看，加入了水力振荡器之后，钻井速度明显加快。钻杆与井壁的摩擦也相应减小。为了验证这一结果，可以通过两次完全不同的钻具组合进行钻井试验，其中安装水力振荡器之后开钻一次，不安装水力振荡器开钻一次。对二者的钻井速度、钻井效率和单位时间的钻井深度等数据进行综合对比。通过对比发现，安装了水力振荡器之后，钻井效率明显提高，钻井速度提高达55%。
2.3 水力振荡器的试验结果
目前水力振荡器已经在油田内部进行了两口井的现场试验和基本测试，试验结果表明：水力振荡器的工具原理正确，结构可靠，可以提高机械钻速20%以上，工作寿命100h以上，对常规的PDC钻头及牙轮钻头有较好的适应性，压力损耗4.5MPa左右。
从现有的试验结果来看，水力振荡器在实际应用过程中达到了预期目标，解决了钻井过程中钻柱与井壁的摩擦阻力问题。同时，水力振荡器能够与常规钻头进行紧密的结合，适应性较强，不用根据水力振荡器更换特殊钻头，降低了设备更换成本。
为此，我们应对水力振荡器的特点和优势有正确认识，根据钻井的实际需要，匹配水力振荡器，通过水力振荡器的应用，为钻井过程提供有效的工具支持，满足钻井作业的实际需要，提高钻井效率，实现钻柱与井壁摩擦系数的减小。
3 结语
通过本文的分析可知，水力振荡器作为一种新式的钻井工具，对提高钻井效率和解决钻柱与井壁的摩擦阻力具有重要作用。本文主要分析了水力振荡器的研制过程，对技术思路、工具结构和技术参数进行了分析，并对其现场试验过程进行了研究，总结了水力振荡器的特点及其应用经验，为现场钻井作业提供了工具支持，保证了现场钻井能够获得更加高效的钻井辅助工具，从而达到提高钻井效率的目的。
参考文献
[1] 刘华洁，高文金，涂辉，等.一种能有效提高机械钻速的水力振荡器[J].石油机械，2013（7）：46-48.
[2] 刘志坚，李榕.φ172mm水力振荡器在川西中浅水平井的应用[J].天然气技术与经济，2012（6）：37-39.
[3] 付加胜，李根生，史怀忠，等.井下振动减摩技术研究进展[J].石油机械，2012（10）：6-10.