水力振荡器室内试验研究

钱伟强

(中石化石油机械股份有限公司研究院，湖北 武汉 430223)

在滑动或旋转钻进过程中，较高的摩阻，尤其是在水平井和大位移井作业中，可能是钻井面临的一个主要问题。摩阻通过增加能量输入来降低钻井效率，主要是通过增加扭矩和钻头重量来实现所需的钻速(ROP)。钻井效率降低导致切削齿过度磨损、机械钻速降低和工具面控制不佳。在工业上用于对抗摩阻的几种井下工具中，水力振荡器应用效果最好[1]。本文着重介绍水力振荡器的工作原理，室内试验方案及数据分析过程。

1 水力振荡器的工作原理

水力振荡器最初设计被用于连续油管钻井作业和修井作业，后来发现该工具能有效解决滑动钻进或定向井面临的相关问题[2]，水力振荡器作用是产生压力脉冲，主要由上接头、螺杆、阀组和下接头四部分组成，如图1所示。

图1 水力振荡器结构示意图

螺杆是水力振荡器的动力部分，头数比为1∶2的单头螺杆最为简单。和多头螺杆相比，同等性能的水力振荡器，单头螺杆长度更短，对介质中的固体颗粒更加友好，对阀组的设计要求也更低，这些特性恰恰也是水力振荡器所需的。阀组是水力振荡器产生压力脉冲的根源，阀组包含动阀和静阀，动阀与静阀端面紧密贴合并开设流道孔，动阀随螺杆转子一起做平面往复周期性运动，这也是水力振荡器仅有的运动部件。在运动过程中，流道孔周期性的重合与相错，使得介质流通面积忽大忽小，根据伯努利原理，在阀上下产生周期性的压力脉冲[3]。……