轴向振荡器在水平井中的应用
水力振荡器在水平井优快钻井的应用分析
2.2水力振荡器现场应用
为避免水力振荡器对LWD仪器的破坏，在距离钻头203.5m的位置安装水力振荡器，具体钻具组合为：?216mmPDC钻头+?172mm单弯螺杆（1.5°，扶正器212mm）+F165mm单流阀+?190mmLWD短节+?172mmMWD无磁悬挂+?165mm无磁钻铤（1根）+?127mm加重钻杆（3根）+?127mm钻杆（15根）+?172mm水利振荡器+?127mm钻杆（45根）+?127mm加重钻杆（18根）+?127mm钻杆，钻头选用迪普公司的PDC钻头，钻头型号DS653D，所钻井段3555~3762m，进尺207m，纯钻时间81h，平均机械钻速2.56m/h。参考厂家推荐并在现场使用摸索，A井应用水力振荡器钻进参数如表1所示。
参考文献
[1]孙晓峰，闫铁，王克林，等.复杂结构井井眼清洁技术研究进展[J] .断块油气田，2018,20（1）：1-5.
[2]刘华杰，高金文，涂辉，等.一种能有效提高机械钻速的水利振荡器[J] .石油机械，2013,41（7）：46-48.
[3]李博.水利振荡器的研制与现场试验[J] .石油钻探技术，2014,42（1）：111-113 .
4认识和建议
（1）在研究区块的大斜度井和水平井作业中使用水力振荡器，能够有效降低摩阻，改善拖压，提高机械钻速，缩短钻井周期。（2）水力振荡器可以与常规定向工具和仪器同时使用，将水力振荡器的安装位置调整合适以后，不会对仪器、动力钻具的寿命产生影响。（3）水利振荡器对井下钻具无不利影响，对MWD、LWD信号传输不会产生干扰。（4）水力振荡器在小钻压钻进中,可有效地消除钻具重量在井壁某段的聚集效应；如使用大钻压钻进,振荡短节的弹簧将受到压缩,这样就会降低工具的使用效果；在井斜较小的井眼钻井中,水力振荡器应安放在受压位置（中性点以下）,以避免跳钻发生。
水平井侧钻过程中钻柱振动规律的研究
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１ 钻柱 系统的各种振动分析
在水 平井 侧钻 过 程 中钻 柱 存 在着 各 种 振 动 ， 常 常表现 为钻 柱 的 轴 向振 动 、 向 振 动 和 扭 转 振 动 。 侧
本文 对水 平 井 水 平 井 段 侧 钻 过 程 的 振 动 问 题 进 行 分析 ， 各种振 动 形 式 （ 图 １ 。对 于水 平井 段 的钻 见 ）
１ １ 钻 柱轴 向 自然振 动的基本 方程 ． 假定 所研 究 的钻 杆是 匀质 的细 长杆 ， 元段 微 在运 动过 程 中产生位 移 。由动力学 定律 ， 可得
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振 动 的规 律 。 该 分 析 为 水 平 井 钻 井 工 程避 免钻 柱 共 振 提 供 了可靠 的理 论 依 据 。
浅谈水力振荡器的原理与应用
浅谈水力振荡器的原理与应用在斜井钻进中，钻具基于重力影响会自然贴合下井壁，并与井壁产生静摩阻，滑动钻进中则进一步演变为托压现象，常导致工具面摆置困难、机械钻速降低、单趟钻进尺减少等问题;若活动钻具不及时，则有可能引发钻具粘卡事故，严重时可致单井报废。
因此，降低摩阻、减缓托压已然成为安全钻井的重要环节。
摩阻大小由钻柱自重在井眼轨迹法线方向上的分力和静摩擦系数来决定。
在滑动钻进中，技术人员往往通过向泥浆中添加润滑剂或进行短起下（目的为修整井壁）等方式来降低静摩擦系数，从而达到降低摩阻、减缓托压的目的。
由经典物理可知静摩阻大于滑动摩阻，因此，可以通过把静摩阻转化为动摩阻来减缓托压。
标签：摩擦阻力;扭矩;水力振荡器;托压0前言钻井过程中，钻具贴合下井壁会产生摩擦阻力，摩擦阻力贯穿于整个钻井作业中。
其中旋转钻进中摩擦阻力会让钻柱所承受的扭矩是所有工况下的最大值，甚至会出现钻柱强度不够而导致钻具断裂。
而滑动钻进会产生轴向摩阻，一旦轴向摩阻大到完全平衡掉上部钻柱重力在轴向上的分量，钻头便难以得到钻压，钻头无钻压将无法钻进，产生“托压”现象。
这样不但会严重影响了水平井的钻井效率，也容易引起压差卡钻等井下故障。
为此相关研究人员做了多种尝试。
其中优化井眼轨迹、在钻井液中加入润滑剂和使用滚动扶正器等方法可以有效地降低摩擦阻力，同样的使用水力振荡器，利用机械振动将钻具与井壁之间的静摩擦力转化为动摩擦力以降低摩擦阻力，为我们水平钻进提供了一个新思路。
1结构与原理1.1 结构水力振荡器主要由动力部分（定子和转子）、阀轴系统（动阀和定阀等）和振荡短节部分（心轴和碟簧等）等组成。
其中，花键心轴用于传递扭矩，碟簧通过压缩或者拉伸释放能量，产生轴向振动，钻井液驱动转子旋转，在定子末端进行平面往复摆动，定阀与动阀做相对运动，使过流面积发生变化。
1.2 工作原理动力部分将钻井液动能通过转子转换为旋转的机械能，使动阀旋转，并使其工作时产生的流量呈周期性变化（尽可能为正弦波），使压力产生水击现象，水击作用于阀座上产生的温和振荡力通过钻具传递给钻头，形成周期性连续柔和变化的钻压。
水力振荡器减阻效果研究
123基金项目：中海石油（中国）有限公司天津分公司《渤中凹陷西南环异常压力条件下钻井提效关键技术研究》。
随着油田逐渐开发，为了更好地提高产量，水平井、大位移井、超深井等井型成为钻井的发展趋势。
井下复杂钻井出现摩阻较大，托压严重等问题，为此在底部钻具组合中加入水力振荡器进行减阻。
水力振荡器是由美国国民油井华高公司研发生产的一个独特的轴向振动减摩降扭工具，该工具最初被应用到连续管钻井施工中，由于减摩效果良好，其应用范围扩大到水平井、大斜度井和大位移井等定向钻井工艺领域。
水力振荡器可以有效地降低钻井阻力，但是针对性研究还是相对较少，因此研究水力振荡器的工作参数为钻井提供依据很有必要。
1 水力振荡器的结构与工作原理1.1 水力振荡器结构摩阻过大会导致钻具产生托压的效应，即是当钻具加压后，压力反而难传递到井下的钻头，所以钻压继续增加的前提下，钻头没有继续进尺，泵压没有升高、不憋泵，但是如果钻压继续增加，这时反而可能会突然憋泵。
定向井段托压主要会有两方面的不利影响，一是影响正常的定向施工作业，二是一旦操作不当，就易产生卡钻。
针对渤中潜山地层的片麻岩花岗岩难以破碎、易卡钻，采用AG－Itator水力振荡器加入钻具组合中改善这一问题。
图1 AG－Itator水力振荡器1.2 Itator水力振荡器工作基本原理AG－Itator水力振荡器工作时的振动频率为15～20Hz，而振幅在3.18～9.53mm之间，在此振动下，可以将钻具的滑移摩阻减小到正常值的20%~25%，从而在只施加常规钻进60%左右的地面钻压的情况下，依然可获得与正常值相当的机械钻速。
AG－Itator水力振荡器的使用性能（1）降低托压效应：AG－Itator水力振荡器以一定的频率和幅度带动井下钻具产生轴向振动，使静摩擦转变为动摩擦，减小了钻具与井壁之间的摩阻，有效地传递钻压给井底的钻头，减小托压效应，进而达到提高机械钻速的目的。
（2）更好地控制工具面：钻压被高效得传递，使得在造斜段和稳斜段可以更好地控制工具面，从而形成平滑井眼将会更加容易。
水平井修井技术难点与工艺技术应用分析
水平井修井技术难点与工艺技术应用分析发布时间：2021-06-08T15:53:12.067Z 来源：《基层建设》2021年第4期作者：刘恩营[导读] 摘要：随着我国经济迅速发展，石油企业为我国发展做出了很大贡献。
大港油田第三采油厂修井管理中心河北省沧县 061023摘要：随着我国经济迅速发展，石油企业为我国发展做出了很大贡献。
在开采油田的工程中，采用水平井开采石油是最常用的技术手段，随着国家经济的飞速发展，对于油田开采工程越来越重视，范围也变得越来越大，但是一些油田的开采因为受到地理环境的影响而变得难度大。
但是水平井钻井技术，就可以应对很多不同的地理环境进行工程操作。
随着水平井的不断进步与发展，本文对其进行探究。
关键词：水平井；钻井；技术难点；对策分析1、水平井钻井技术概述水平井钻井技术是常规钻井技术的创新和发展，水平井虽然可以提升油气的质量，但是水平井在掘进的过程中存在一定的难度。
水平井的关键在于井眼轨迹，只有符合了设计要求的井眼轨迹才能够使得水平井质量达到要求。
水平井通常应用于低渗透地层以及垂直裂缝中，在浅层的油气开采中应用效果较好。
水平井钻井技术中专用工具：低转速、大扭矩的马达，能够进行灵活控制的弯头，稳定器，扩孔器，加压器（给水加压）以及高效PDC钻头等。
为了能够提升钻井效率，可控弯头和稳定器可以灵活活动，保证水平井的井眼轨迹符合设计的要求。
随着水平钻进技术的发展，水平井钻井的优化设计、井眼轨迹控制、钻具的优化组合、钻井液以及钻头组合等都得到了很大的发展和进步。
2、水平井修井技术的难点分析2.1修井技术难点水平井的典型井身结构一般包括直井段、造斜段和水平段。
水平段、斜井段的管柱贴近井壁低边，再加上受钟摆力和磨擦力影响原油流动的方向和中重力的流动方向不能保持一致，加之接单根，作业管柱容易被卡。
小井眼水平井内脏物如砂粒等容易形成砂床，修井的难度加大，风险也大。
主要体现为：其一，斜井段、水平段管柱贴近井壁低边，受钟摆力与磨擦力影响，还有流体流动方向和重力方向不一致和接单根，井内赃物易形成砂床，导致作业管柱被卡。
水力振荡器介绍
NOV Solutions 水力振荡器的结构Shock Tool减震器Force轴向振动Power Section动力部分Rotation旋转ons ShowcasePulse generated产生压力波动脉冲1：2 螺杆Valve & BearingSection阀片和轴承部分水力振荡器的结构NOV Solutionsons ShowcaseNOV Solutions 水力振荡器工作效果•水力振荡器产生的振动是温和的振动，不会对钻头或其它钻具产生破坏。
（振幅1/8”-3/8”) 振动加速度<3g)ons Showcase •水力振荡器产生的压力脉冲对绝大多数MWD 没有干扰。
•制约水力振荡器寿命的主要部件是其动力总成，水力振荡器的寿命与螺杆钻具相当。
NOV Solutions Agitator –工作效果显著改善钻压在钻进过程中的损失减少井壁与管柱之间的摩阻MWD/LWD配合使用不会损害MWD仪器，不干扰MWD的信号；减小钻具的横向振动和扭转振动；钻具组合时，可以连接在MWD工具的上部或者下部；ons Showcase 不会对钻头和钻具产生冲击破坏；与钻头配合使用可以和牙轮钻头或者任何固定切削齿类型的钻头使用；不会对钻头的切削齿或者轴承造成冲击破坏；平稳的传递钻压，有效的延长PDC钻头的使用寿命，不会产生顿钻现象； 加强钻具的定向能力防止钻具重量叠加在钻具的一点或者一段，从而更好的控制工具面；在不能施加大钻压的滑动钻进过程中有效的提高机械钻速；在减小钻杆压缩量的情况下，有效的将钻压传递到钻头； 打捞作业中有效提高解卡效率水力振荡器技术规格NOV Solutionsons ShowcaseNOV Solutions ons ShowcaseNOV Solutions ons ShowcaseNOV Solutions ons ShowcaseNOV Solutions 4 3/4’’ 水力振荡器在苏里格气田6’’ 水平段成功应用, 并创造2606m 国内陆上油田最长水平段记录国内陆上油田最长水平段记录，，相对于邻井段钻速增加91% , China, CNPC Changqing, Q2 2011区块:长庆油田，苏里格气田，鄂尔多斯盆地伊陕斜坡，苏5区块，50672井队，苏5-3-16H1ons Showcase设计:井深6183米，6’’水平段2500米泥浆类型：KCL 聚磺体系混原油目的：由水平段1909米起使用国民油井水力振荡器，用于解决摩阻及扭矩过大及严重拖压现象，并最终提高机械钻速钻具组合水平段3727-5636米（无水力振荡器）：NOV Solutions Φ152.4钻头+Φ127螺杆+回压阀+Φ148扶正器+MWD接头+Φ120无磁+接头+Φ101.6加重+Φ101.6钻杆+Φ101.6加重+Φ101.6钻杆ons Showcase 水平段5636-6329米（加水力振荡器）：Φ152.4钻头+Φ127螺杆+回压阀+Φ148扶正器+MWD接头+Φ120无磁+接头+Φ101.6加重+Φ101.6钻杆+水力振荡器（距钻头600米）+Φ101.6钻杆+Φ101.6加重+Φ101.6钻杆NOV Solutions 应用总结应用总结::水力振荡器成功创造2606米国内陆上油田最长水平段，水平段总长比设计增加106米。
水力振荡器在JHWL2-1井的应用
1 概述随着石油开采技术的快速发展，为了提高采收率，水平井、侧向井、大位移井的比例越来越大，但是由于地层和井眼轨迹的复杂性，导致在钻井过程中会钻柱会出现托压、黏卡现象，大幅降低机械转速。
水力振荡器作为效果较好的振动减阻工具，得到了广泛的应用，在井下工作时受环境影响较小，能够起到明显的减阻提速效果。
国内外学者研制出水力振荡器用于解决因钻柱与井壁岩石之间的摩擦力到来的诸多问题，并进行了大量的理论分析、有限元分析和实验验证。
2001年Rasheed W[1]提出水力振荡器的概念，国内外学者先后开始研发，田家林、余长柏等[2]针对大位移井和水平井的摩阻问题提出了一种轴向振动减摩的水力振荡器。
郑灵先[3]设计出的新型井下振动减摩工具的工作特性相关参数进行了分析和研究，柳鹤[4]通过改进一种射流式冲击器，研发了一种射流式水力振荡器。
李博[5]、董学成[6]等对水力振荡器进行研制，并对其进行了模拟试验，实验测得的压降与设计性能参数相似度较高，工具的压力脉冲频率与其振动频率一致。
罗鹏[7]等分析了浙江油田 YSX 井连续油管作业过程中水力振荡器的使用对于连续油管的影响。
本文通过在新疆准噶尔地区JHWL2-1井中试验轴向振动水力振荡器，现场结果表明水力振荡器在水平井中钻井中应用效果在良好，不会对钻头和随钻测井工具造成损害，能够有效减小钻井中的托压现象，减小钻头粘滑现象，提高钻压传递效果。
2 水力振荡器结构和原理水力振荡器是将钻井液产生液压能转化为机械能，通过自身的轴向振荡来使得钻压能够有效的传递，减小底部钻具与井眼之间的摩阻，从而改善钻压传递，减少粘滑振动，钻井液的一系列压力脉冲由水力振荡器的盘阀总成部分产生。
水力振荡器在JHWL2-1井的应用王洪中1 管东红2 贺平林31. 西部钻探吐哈钻井公司 新疆 鄯善 8382002.兰州石化公司合成橡胶厂 甘肃 兰州 7300603.兰州石化公司乙烯厂 甘肃 兰州 730060摘要：新疆准噶尔盆地地区在定向井及水平井在定向滑动托压粘卡方面遇到“瓶颈”性问题，难以实现突破性进展。
浅谈连续油管水力振荡器在页岩气水平井中的应用
浅谈连续油管水力振荡器在页岩气水平井中的应用作者：来源：《海峡科技与产业》2017年第09期摘要：针对目前连续油管在页岩气井开发过程中遇到的在水平井中经常发生锁定的现象，通过摩阻成因分析、连续油管水力振荡器作用机理、结合其在页岩气井YSX井的现场应用情况，得出了连续油管水力振荡器在解决连续油管锁定现象方面取得了显著的效果，以及在页岩气勘探开发过程中有着巨大潜力这一结论。
该结论为连续油管水力振荡器在页岩气藏储层改造中的规模应用奠定了基础，为连续油管水力振荡器在长水平段及井眼轨迹复杂井的环境作业积累了宝贵的经验。
关键词：连续油管；水力振荡器；页岩气；水平井；锁定随着油气田的开发和能源的耗竭，非常规油气将成为未来石油天然气能源的重要接替者。
据统计2015年美国页岩气产量约合4.3×1011m3，是其2010年产量的3倍，预测到2035年页岩气产量将占到美国天然气总产量的46%。
在我国，2016年中国页岩气产量约为8.5×109m3，2017年国家能源局发布《石油天然气发展“十三五”规划》，指出2020年我国页岩气产量力争达到3×1010m3[1]。
连续油管作业机[2]可建立独立循环通道、带压作业等特点，使得连续油管在页岩气藏储层改造中能够提供通、洗井，传输射孔、传输桥塞、冲砂解堵、钻磨桥塞、清扫井筒障碍等各种服务。
但是连续油管在页岩气井的开发过程中也遇到了一些难题，特别是因为其在水平井中经常发生锁定现象，很难下至指定深度等。
本文通过在YSX井中使用NOV公司生产的连续油管水力振荡器顺利钻磨完该井在长水平段中的9个桥塞，说明了连续油管水力振荡器在解决连续油管锁定现象方面的必要性以及其在页岩气开发中的重要性。
1 什么是连续油管锁定现象？当连续油管的轴向压缩力超过其螺旋弯曲载荷时，连续油管就弯曲成螺旋形，引起附加的径向接触力，使油管与井壁的摩擦力增加，轴向力越大其摩擦力越大，增加的任何附加力都将由于该点的摩擦而损失殆尽。
页岩气水平井水力振荡器降摩减阻工艺研究与应用
页岩气水平井水力振荡器降摩减阻工艺研究与应用1.2 水力振荡器的作用与应用水力振荡器是一种通过水力工作原理，在井下实现往复振动的设备，其通过振动作用可以有效地降低管壁与地层之间的摩擦阻力，减小水力压降，提高开采效率。
在水平井开发中，水力振荡器被广泛应用于提高采收率、改善油气流动特性和减少钻井工序中的摩阻力。
2.1 水力振荡器降摩机理研究水力振荡器的降摩机理主要包括两个方面：一是通过振动作用，破碎或减小井下油气层中的结垢物，在一定程度上减小摩阻；二是通过往复振动的方式，改变井下管道在地层中的位置，减小摩擦力。
针对这两方面，在实验室和井下实际应用中进行了大量研究和试验，形成了一系列关于水力振荡器降摩机理的理论和实践经验。
2.2 工艺参数的优化在应用水力振荡器降摩减阻工艺时，选择合适的工艺参数对于工艺效果具有重要的影响。
振幅、振频、水力振荡器的尺寸和结构等因素，都对降摩效果有着直接的影响。
需要通过实验研究和模拟计算，确定出最佳的工艺参数组合，以实现最佳的降摩减阻效果。
2.3 技术装备的研发与改进水力振荡器降摩减阻工艺需要配套的技术装备进行实施。
在现有水力振荡器设备的基础上，需要进行改进和研发，以适应不同地层条件和工作环境。
需要研发出具有自适应功能的水力振荡器，能够根据井下情况自动调整工作参数；需要开发出能够实时监测和反馈井下工况的技术装备，以实现实时调整和优化工艺参数的目的。
3.1 案例一：页岩气水平井水力振荡器降摩减阻工艺在某页岩气田的应用某页岩气田在水平井作业实施水力振荡器降摩减阻工艺后，产量显著提升，井下动液效率得到了明显改善。
实施该工艺后，井下动液压力得到了有效控制，降低了管道的摩阻，减少了运输损耗，为页岩气田的生产经营带来了明显的经济效益。
3.2 案例二：页岩气水平井水力振荡器降摩减阻工艺在某项目中的引入某页岩气勘探项目在初期开发阶段引入水力振荡器降摩减阻工艺，通过技术改造和装备升级，取得了明显的效果。
水平井轴向振荡工具的发展与应用
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水 平 井 轴 向振 荡 工 具 的 发 展 与 应 用
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（ 胜 利石 油工 程 公司 塔里 木分 公 司 山东 东营 ２ ５ ７ ０ ６ ４ ） ［ 摘 要］ 水 平井 轴 向振荡 工具 通 过 自身产 生 的纵 向振动 来提 高 钻进 过程 中钻 压 传递 的有 效性 和 减少井 下钻 具组 合 与井 眼之 间 的摩 阻 ， 其可 以在 所有 的钻 井 模式 中应 用 ， 特别是 在有 螺杆 的滑 动定 向钻进 过程 中改善 钻压 的传递 ， 减少 扭转振 动 。 由于 当前 的井 眼越来 越不 规则 ， 大位 移水 平井钻 进模 式面 临更大 的挑 战 ， 研 发水 平井 轴 向振荡 工具 ， 对 解决 这个 难题 提出 一个 新的 方 向。 ［ 关键 词］ 水 平井 轴 向振荡 工具 ； 摩 擦 阻力 ， 轴 向力 传递 ； 滑动钻 进 ； 旋 转钻 进 中图分类 号 ： Ｔ Ｂ 文献标 识码 ： Ａ 文章 编号 ： １ ０ ０ ９ — ９ １ ４ Ｘ （ ２ ０ １ ４ ） ２ ６ — ０ ０ ０ ４ — ０ １
盘 阀系统是 工具 的核心 ， 通 过使用一 对阀片 周期性节流 来实现转 化钻井 液 排量变化 为一 系列压 力波动 （ 压力 脉冲 ） ， 阀片 的相错和 重合 导致工具 总流量 周 期性 的从最大 到最小 。 在盘 阀达到 最小过 流面积 时 ， 产 生压力 降最高 ， 在达 到最 小过 流面 积时 ， 产 生压 力 降最低 。 振荡短节 内有一个密 封心轴在 轴 向上 有弹簧加 载 ， 当内部压 力作用在 振荡 短节上 ， 由于压 力作 用在 工具内部 的密封 区域 （ 泵 过流 面积 区） ， 心轴会伸 长 。 压 力消 失 ， 弹簧 使心 轴返 回初 始位置 。 当振 荡短节直 接放置 在水 力振荡器 之上 ， 压 力脉 冲引起 振荡 短节 伸长和 缩 回， 因而产生 轴 向振荡 。 振荡 短节 可 以放 置在 钻 柱上 任何 位置 ， 来振荡 钻柱 使其 最有 效 。 振 荡短节可 以选择性 的在钻 具组合 中连接使用 ， 动力短 节与盘 阀系 统 自身 产生 压力 脉冲 ， 为使 液压 能转化 为 连接钻 杆的机 械能 ， 振 荡短 节放在 井 下钻具 组合 或钻 杆 中的水力 振荡器 之上 ， 如图１ 。 连续 油管作 业操 作 中， 仅 仅需 要动力 短节 与盘 阀短 节两部 分 ， 不需要 再加 振荡短 节 ， 当流体压 力脉 冲作用 在 连续油 管上 ， 连续油 管 挠性强 可 以连 续伸缩 。 ２轴 向振 荡 工具 的优 点 （ １ ） 轴 向振荡 工具 与ＭＷＤ、 Ｌ ＷＤ仪器 的兼 容性 十 工 具在 工作状 态 产生 的振动 不会 破坏ＭＷＤ、 Ｌ ＷＤ仪器 和干扰 系统 信号 减少 横 向振动 和扭 转振 动 ・ 钻 具组 合 中可 以在ＭＷＤ 仪器 的 上下 ， 位置 比较 自由 不会 对钻 头和 管柱 产生 振动 破坏
水力轴向振荡器在垦761区块的应用
266垦761区块水平井的施工中，为满足井身轨迹的需要，中深层（沙河界）定向成为首选，造斜点一般位于2200～2300m。
丛式井组各油井间距离近，井眼轨迹交叉分布，防碰和绕障难度大。
水平井因没有稳斜段，或能用以进行调整的稳斜段一般很短，当造斜率发生误差或垂深发生波动时，能进行纠正和调整的余地很小。
1 水力轴向振荡器的结构参数及工作原理1.1 结构水力轴向振荡器由动力短节、阀总成和振荡系统等3个部件组成。
动力短节其实就是一个容积式马达，钢制转子与橡胶定子采用1‥2头配置，这种配置较常规多头配置提供了更大的腔室容积，从而可获得更高的旋转速度。
[1]水力轴向振荡器在垦761区块的应用张锐中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院 山东 东营 257000摘要：为了改善钻井液携岩、稳定井眼的性能，解决定向井钻进时脱压、钻压有效传递等问题，在该区块使用了水力轴向振荡器，实现了钻井提速增效的目的。
关键词：垦761 钻井液钻压水力轴向振荡器1.2 技术参数适合井眼尺寸 81/2"（2l5.9mm）工具尺寸外径63/4"in（172mm）心轴伸缩量 3～9mm 最大冲击力 5t 工具压耗 3～4MPa 推荐工作排量 10～30L/s 工作频率 15（28L/s）Hz 重量 560kg 总长7.0m上、下部扣型 NC50工具安装位置：推荐水平井轴向振荡工具放置在动力钻具和MWD之上，在钻挺与加重钻杆之间。
1.3 工作原理驱动螺杆在钻井液驱动下，带动盘阀振荡装置结构旋转，从而产生压力变化，使钻具产生高频周期变化的轴向力，引起钻具的振动。
2 技术特点2.1 减小托压，改善钻压传递依靠振动来改善钻压传递效果。
井下动力钻具进行定向（滑动）钻进时，降低滑动钻进时的粘卡趋势，可施加小钻压钻进。
2.2 防止粘卡，改善定向效果提高机械钻速改善了钻压传递，无粘卡配合PDC钻头滑动钻进时提高了定向钻进和转盘钻进ROP工具面的控制精确性，日进尺明显增加。
轴向振动对近水平孔管柱减摩及屈曲的影响
第 44 卷第 2 期2024 年 4 月振动、测试与诊断Vol. 44 No. 2Apr.2024 Journal of Vibration，Measurement & Diagnosis轴向振动对近水平孔管柱减摩及屈曲的影响∗徐保龙，刘送永，李洪盛（中国矿业大学机电工程学院徐州，221116）摘要为了解决近水平长钻孔孔内管柱受压后摩阻增大甚至管柱屈曲变形的问题，提出了轴向振动减摩和防屈曲方法。
首先，建立了轴向振动减摩的力学分析模型，分析了振动减摩的内在力学机制；其次，建立了振动减摩的有限元模型，研究了激振力、激振频率对于减摩效果的影响关系，并通过现场试验进行了验证。
研究结果表明：单个振动周期内管柱与孔壁摩阻存在方向变换现象，降低了单个振动周期内的平均摩阻；激振力越大，减摩效果越好；轴向振动的幅值和频率达到一定门限值后能够有效防止管柱屈曲变形，降低管柱摆动；对于长为200 m 、直径为89 mm的通缆钻杆管柱，当激振力大于等于5 kN时，能够大幅度减小管柱与孔壁摩阻，防止管柱屈曲；平均摩阻与振动频率呈倒对数关系，随着激振频率的增大，平均摩阻先减小而后趋于稳定，当激振频率大于等于6 Hz后减摩效果趋于稳定。
该研究结果对于减摩防屈曲钻具的研制以及钻孔工程施工具有指导意义。
关键词轴向振动；管柱；摩阻；屈曲特性；影响因素中图分类号TH113.1；TD421.3引言近水平钻孔是煤矿巷道或工程隧道掘进前探测与治理瓦斯、水害等灾害的必要通道。
近年来，近水平定向钻进技术在巷道（隧道）超前探中应用日益广泛，钻孔深度也越来越深［1］。
钻压通过采用孔口动力头向孔内压缩钻杆的方式来施加，受压管柱在孔内存在压缩变形，在重力以及定向孔弯曲等扰动下会发生屈曲变形，首先产生正弦屈曲，随着压缩程度的增加继而产生螺旋屈曲。
屈曲行为会引起钻柱与孔壁摩阻的急剧增加，造成钻头钻压严重不够，产生“托压效应”［2］，钻进效率快速下降，限制了钻孔极限深度。
页岩气水平井水力振荡器降摩减阻工艺研究与应用
页岩气水平井水力振荡器降摩减阻工艺研究与应用页岩气水平井是指倾斜钻井技术中，井眼倾角小于90°的水平井。
与传统的垂直井相比，页岩气水平井具有开采效果更好、产量更高、井位更灵活等优势。
由于页岩气层岩性较硬、渗透率低、孔隙度小等特点，水平井的产量受到摩阻的严重影响，急需一种降摩减阻工艺来解决这一难题。
水力振荡器是一种通过水力驱动的振荡装置，可以在井眼内形成振荡流动，从而减小摩阻，提高产量。
本文将对水力振荡器降摩减阻工艺进行研究与应用，旨在为页岩气水平井的高效开采提供技术支持。
一、水力振荡器的原理及特点水力振荡器是一种通过水力驱动的振荡装置，其原理是通过振荡器内部的阀门控制水流的节奏性波动，使流体在井眼内形成振荡流动。
水力振荡器的特点包括：1. 减小摩阻：水力振荡器在井眼内产生振荡流动，可以有效地减小流体在井眼内的摩阻，降低油气开采过程中的动态摩阻。
2. 提高产量：水力振荡器可以提高井底产量，改善油气采收率，从而提高开采效果。
3. 节能环保：水力振荡器不需要外部动力驱动，完全依靠水力原理进行振荡，节能环保。
二、水力振荡器降摩减阻工艺研究通过数值模拟和实验方法，研究水力振荡器对页岩气水平井摩阻的降低作用。
通过对比有无水力振荡器的情况下，流体在井眼内的流动特性及摩阻情况，验证水力振荡器对降低摩阻的效果。
2. 水力振荡器在页岩气水平井的应用效果研究选取具体的页岩气水平井井位，安装水力振荡器，并进行开采实验。
通过对比实验前后的产量、油气采收率等指标，验证水力振荡器在实际开采中的应用效果。
3. 水力振荡器运行参数的优化研究研究水力振荡器的运行参数，包括振荡频率、振幅等对其降摩减阻效果的影响，并进行优化调整，以提高水力振荡器的开采效果。
1. 设计优化水力振荡器装置根据研究结果，设计优化水力振荡器装置，以适应页岩气水平井的特殊环境和工艺要求。
2. 推广应用水力振荡器降摩减阻技术将优化后的水力振荡器降摩减阻技术推广应用于页岩气水平井的开采工艺中，提高产量、降低成本。
页岩气水平井水力振荡器降摩减阻工艺研究与应用
页岩气水平井水力振荡器降摩减阻工艺研究与应用【摘要】页岩气开发是当前我国能源领域的重点项目之一，水平井作为页岩气开发的重要手段之一，降低摩擦阻力对提高生产效率具有重要意义。
本文以水平井页岩气开发过程中的摩擦阻力为研究对象，探讨了水力振荡器降摩减阻工艺在水平井中的应用。
首先介绍了水力振荡器的原理与特点，然后系统分析了水平井降摩减阻技术的研究进展，并通过实验结果进行了深入分析。
本文还结合实际工程案例，探讨了该工艺在页岩气开发中的应用前景。
最后从环境影响评价的角度对该工艺进行了评价，得出了研究总结和未来展望，并强调了该工艺的创新价值和重要意义。
该研究为页岩气开发提供了有益的参考和借鉴。
【关键词】页岩气、水平井、水力振荡器、降摩减阻、工艺研究、应用案例、环境影响、研究总结、未来展望、创新价值1. 引言1.1 研究背景页岩气是一种非常重要的天然气资源，具有丰富的储量和良好的开发前景。
由于页岩气层的特殊性质，传统的抽采方法在实际开采过程中面临着很多挑战，包括高渗透率、低渗透率、水平井受阻等问题。
为了提高页岩气的开采效率和降低生产成本，需要开发新的技术来应对这些挑战。
有必要对页岩气水平井水力振荡器降摩减阻工艺进行深入研究和应用。
本文旨在探讨水力振荡器在页岩气水平井开采中的原理、特点、技术研究、实验结果分析、工艺应用案例以及环境影响评价，为提高页岩气开采效率和减少环境影响提供理论支持和实践参考。
1.2 研究意义页岩气水平井水力振荡器降摩减阻工艺是页岩气开采中的一项重要技术手段。
研究表明，通过应用水力振荡器技术，在水平井开采页岩气过程中可以有效降低摩擦阻力，提高气体产量和开采效率。
这对于解决页岩气开采中存在的低产量、高成本、长周期等难题具有重要意义。
研究意义主要体现在以下几个方面：水力振荡器技术可以有效降低水平井中的摩擦阻力，提高气体产量，使页岩气的开采更加高效。
该技术可以减少水力波动对井底产能的影响，使井底流体更加稳定，降低井底流速，延长水平井的产气时间。
振动器在长北水平段的应用
振动器在长北区块水平段的应用摘要：长北区块双分支水平井施工中引进了很多先进的技术、工艺和工具，为长北水平井快速钻进提供了过硬的硬件设施。
本文着重介绍振动器的结构、工作原理及现场使用情况，振动器的使用加快了水平段钻进速度，延长钻头的使用寿命和增加钻头进尺，延长水平段可钻长度。
一、振动器的介绍振动器(Agitator)能够轻微地震荡钻头和钻具，充分地减少摩阻。
这种工具能够提高钻压的传递，减少钻具粘卡的风险，尤其是滑动导向钻进中。
随着井眼轨迹越来越复杂，水平段的长度受到各种因素的限制，振动器能够提供一种简单的方式来提高螺杆钻进的能力。
振动器应能够适应MWD的工作，以不同的方式提高机械钻速，减少起下钻次数、降低粘卡的风险、延长水平段钻进长度。
与MWD/LWD 工作兼容不能损坏MWD工具或产生干扰信号；减少横向振动和旋转振动；能在MWD之上或之下工作；不会对钻头或钻具产生破坏；和钻头的适应性能够与镶齿牙轮钻头和铣齿牙轮钻头一块使用；不会造成牙齿或轴承的先期破坏；通过约束钻压的传递延长PDC钻头的使用寿命；定向增强预防钻压堆积，方便工具面控制；滑动钻进中，能够在小幅度减少钩载下提供高的机械钻速；钻压传递中，减少钻杆的压缩量。
二、工作原理振动器由三部分组成:动力部分、阀组及轴承部分、激振部分；在普通钻具中，激振部分是由震击短接提供的；在连续油管钻具中，由连续油管自身提供震击。
动力部分驱动阀组产生的脉冲压力依次冲击震击短节或绕性管串，依靠震击短节或绕性管串的轴向运动破坏钻具的静摩擦力。
独特设计的阀组系统是振动器的心脏。
它能将泵压能量转换成一系列的压力波动（脉冲压力），这个功能是由一组阀板的周期性的开合来实现的。
阀的开合能改变流体截面积，从而使工具产生的脉冲压力周期性从最大变成最小。
在最小流体截面积时，压力最高，反之亦然。
脉冲压力频率与流量成正比。
阀板的尺寸是基于优化的作业参数以及受工具自身压降的限制。
振动器自身只能产生脉冲压力。
振动冲击钻井提速技术举措
振动冲击钻井提速技术举措摘要：钻井提速理论经过长期的研究和应用，业内已经相继研发出多种振动冲击提速工具，本文笔者主要针对振动冲击钻井提速技术进行分析。
希望通过笔者的分析，可以为振动冲击钻井工作提供一些参考。
关键词：振动冲击钻井；提速技术在钻探行业中，钻井提速是非常重要的，它可以有效地降低成本，提升效益。
因此，冲击破岩技术是提高机械转速的重要手段。
随着钻井技术的不断发展，振动冲击提速技术以及工具的研发也在不断地提升，将钻井液的流体能量转换为冲击能量，可以大大的提升钻头的破岩效率。
因此，笔者针对轴向振动冲击转井提速技术、扭向振动冲击转井提速技术以及轴扭复合振动冲击钻井提速技术，这三个振动冲击钻井方式进行分析。
1.轴向振动冲击钻井提速技术1.1水力脉冲空化射流振动提速技术工作原理：他是通过导流体改变流动方向和速度，促使钻井液驱动叶轮产生高速旋转，连续改变流道面积形成脉冲压力，通过震荡腔出口收缩面积进入喷嘴时产生压力波动，压力波动又反射回自激振荡腔室形成强烈脉动涡环流来对井底进行冲击。
优势：水力脉冲空化射流振动钻井技术可以匹配不同类型的钻头，可以在不同类型的地层条件、钻井液下使用，该技术无橡胶件，因此不会受到地层温度和深度的影响。
弊端：由于大力脉冲空化射流的动力来源于钻井液，因此会受到钻井液排量及工具尺寸的限制。
1.2自激振荡式提速工具工作原理：钻井液通过一级震荡器和二级振荡器连接八方杠经产生的冲击力直接作用在钻头上，钻井液再经钻头水眼喷射出，通过冲击锤上下高频往复冲击，从而产生水力脉冲作用于井底岩石。
优势：他有振动冲击和水力脉冲的优势，其结构简单，性能可靠，可以提升钻头破岩效率。
弊端：这项技术会在硬地层钻井时受限，其运行轨迹复杂，会受钻井液含量和地层砂的影响，冲击锤体也会受到钻井液冲蚀。
1.3 Fluid Hammer 提速技术工作原理：在钻井过程中Fluid Hammer的外筒与上部螺杆定子连接在一起，钻井液驱动上部螺杆转子产生高速旋转，下凸与上凸轮产生交变啮合为钻头提供冲击力。
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轴向振荡器在水平井中的应用
【摘要】近年来由于开发考虑到环境保护、非常规开发、投资占地减少等需要，定向井、水平井、大位移井、多分支井的钻井数量越来越多。
在定向井和水平井中，水平位移大，轴向力传递困难，特别是大位移井和水平井中，摩阻相当大，会造成钻压加不到钻头上，造成托压现象，严重时会导致钻柱自锁。
为了减少摩阻，实现轴向力的连续传递，将轴向振荡器应用于现场钻井作业中，解决定向井钻进时托压、钻压有效传递、工具面的控制能力等问题，实现钻井提速增效目的。
【关键词】水平井；托压；轴向力；轴向振荡器
在定向井和水平井中，轴向力传递通常成问题，如在水平井和大位移井中，摩擦阻力相当高，有时会导致钻柱发生自锁，导致轴向力下传开始变得困难，钻柱起下摩阻或屈曲，泥浆马达滑动钻进、钻柱与完井管柱的下入、钻进期间为钻头传递钻压都将变得异常困难，为了减少摩阻并实现轴向力的连续传递，国内外已经采用了许多方法与工具，具体包括液体或固体的润滑泥浆添加剂、滚轮减阻等机械工具、将钻铤或加重钻杆接到钻杆之上来向下推动整个钻柱、旋转钻杆、清洁丼眼等等。
轴向振荡器的研发应用对于解决托压问题、实现有效的钻压传递、减少滑动钻进期间的钻具拖拉现象、减少马达制动现象、提高对工具面的控制能力并最终实现提速增效具有十分重要的意义。
1 轴向振荡器的结构及工作原理
轴向振荡器由动力短节、阀总成和振荡系统等3个部件组成。
动力短节其实就是一个容积式马达，钢制转子与橡胶定子采用1：2头配置，这种配置较常规多头配置提供了更大的腔室容积，从而可获得更高的旋转速度。
驱动螺杆在钻井液驱动下带动盘阀振荡装置结构旋转，从而差生压力变化，使钻具产生高频周期变化的轴向力，引起钻具的振动。
2 技术参数
适合井眼尺寸81/2” （2l5.9mm）
工具尺寸外径63/4”in（172mm）
心轴伸缩量3-9mm
最大冲击力5t
工具压耗3-4MPa
推荐工作排量10-30L/S
工作频率15（28L/s）Hz
重量560Kg
总长7.0m
上、下部扣型NC50
工具安装位置：推荐水平井轴向振荡工具放置在动力钻具和MWD之上，在钻挺与加重钻杆之间。
3 技术特点
3.1 减小托压，改善钻压传递
改善井下钻压传递效果依靠振动来改善钻压传递效果。
井下动力钻具进行定向（滑动）钻进时效果明显降低滑动钻进时的粘卡趋势，可施加小钻压钻进。
降低了憋停马达等情况，减少了由于难以预测的反扭矩而发生工具面失控的情况。
[1]
3.2 防止粘卡，改善定向效果
有效提高机械钻速大大改善钻压传递，无粘卡配合PDC钻头提高定向能力使钻头滑动钻进更加容易显著提高定向钻进和转盘钻进ROP工具面控制更精确，日进尺明显增加。
3.3 减小摩阻，改善定向可控能力
明显降低摩阻轻微振动井下钻具组合（BHA），明显降低摩阻，提高钻压传递果。
这就意味着改善钻压传递，减少黏滑现象，尤其适用于井下动力钻具定向钻进的情况。
为常规的井下动力钻具提供了更易操作的窗口，防止钻压堆栈，精确控制工具面提高ROP，滑动钻进效果更佳减少钻柱受压。
3.4 减小钻头冲击，延长钻头寿命
在提高机械钻速的同时，减少起钻换钻头的次数和压差卡钻的机会，还有助于延伸大位移靶区。
与MWD/LWD兼容不会损坏MWD/LWD工具或干扰信号传递减少横向振动和扭矩波动位于MWD/LWD上部或下部皆可对钻头或管串无冲击力与各种钻头均配合良好，可同牙轮钻头和PDC钻头一起使用，对钻头牙齿或轴承无冲击损坏，良好的压力传递效果，杜绝顿钻冲击，延长钻头使用寿命。
4 现场应用
垦761-平6井是孤岛采油厂的一口水平井，构造位置：济阳坳陷沾化凹陷垦西斜坡带垦761块构造较高部位。
完钻层位：沙三段。
钻探目的：提高垦761区块的开发效果，高效开发垦761块沙三中含油砂体。
主要目的层：Es391，2450～2500m。
A靶点设计目的层为垦761-斜2井的11+12号层；B靶点设计目的层为垦761-1井的17+18+19小层，该油层厚5m。
在定向段+水平段（2396-2990m）钻具结构：P4362MC钻头+1.5°动力钻具+187mmFEWD+悬挂短节+无磁承压+3柱钻杆+水力振荡器+22柱钻杆+127mm加重*21根+127mm钻杆。
垦761-平7井没有带轴向振荡器钻进后期定向钻进进尺明显变慢，托压严重，单班进尺仅30米左右，但是复合钻进非常快，钻时2-3min/m，由此可以断定钻时变慢不是钻头原因，而是钻具结构不适合该井段，钻头起出后磨损程度较轻。
垦761-平6井下入轴向振荡器后，托压现象明显减小，几乎没有憋泵，工具面变稳，缩短找工具面的时间，间接提高了机械转速，钻时明显变快。
选用PDC 钻头，仅用一趟钻就打完二开剩余进尺，单日平均进尺：（2990-2396）m/3.8d=156m/d，机械转速10.24m/h。
邻井垦761-平7井在该井段使用MD517X 牙轮钻头，单日平均进尺（2961-2465）m/8.5d=58m/d，机械转速6.35m/h；极大的节约了钻头成本。
垦761-平6井在2396-2990m井段，使用PDC钻头一只，且钻头在起出后几乎没有磨损。
垦761-平7井在2465-2961m井段，使用MD517X 钻头3只。
轴向振荡器大幅度提高了机械钻速，节约了成本，延长了钻头使用寿命。
5 结论
（1）轴向振荡器应用工艺技术，有效解决钻进卡、滑，控制扭矩波动，减少马达制动，减轻对设备工具的损坏，提高机械钻速，缩短钻井周期。
[2]
（2）减少摆工具面时间，改善导向性能，改善井眼轨迹；解决托压问题，降低地面钻压需求，减少钻杆屈曲，降低压差卡钻风险，提高钻井速度，降低钻井成本。
（3）通过改善钻压传递的平稳性，减少钻头和地层岩石的冲击，延长钻头寿命，提高机械钻速；进一步提高钻井延伸能力，增强大水平位移井的钻井技术水平。
（4）加大推广轴向振荡器现场应用，利用计算机对轴向振荡器在井下钻具组合位置进行模拟，结合现场实际应用效果来决定最佳工具安装位置。
参考文献：
[1]李克向，周煜辉，苏义脑.等.国外大位移井钻井技术[M].北京：石油工业出版社，1998.
[2]苏义脑译.定向钻井.石油工业出版社，1995.。