近年来，随着钻井技术的不断发展，大位移井、长水平段水平井的数量越来越多。水平井钻进过程中，摩阻大、托压等问题不仅严重影响了水平井的机械钻速，也容易引起压差卡钻等井下故障，尤其是在滑动钻进时，无法给钻头施加真实有效的钻压，降低了钻井效率，延长了建井周期
［１］。为了解决该问题，先后开展了优化井眼轨道、加入井筒润滑剂、应用滚动扶正器等方面的研究与试验，但都没有解决长水平段摩阻大、托压的问题。为
此，笔者开展了水力振荡器的研制，利用机械振动的原理，将钻具与井壁之间的静摩擦转变为动摩
擦，从而降低摩阻，减小托压。
１ 方案设计
１．１ 设计思路
水力振荡器的主要设计思路是，将钻井液作
| 为动力源，将液体能量转变为高速旋转的机械能， |
| 通过脉冲压力发生机构将高速旋转的机械能转变 |
| 为高频压力脉冲，压力脉冲作用到工具的振动机 |
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| | ， | | | | | | | | ， | | | | |
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| 构上 脉冲压力与回复弹簧共同作用 使其产生轴 |
| 向高频振动 | ［２］ | | | | | | | | | | |
| | | 。 | | | | | | | | | |
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| | 工作原理 | | | | | | | | | | |
| １．２ | | | | | | | | | | | |
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| | 水力振荡器主要由振动短节、密封总成、弹簧机 |
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| 构 动力机构和阀门总成等部分组成 见图 | | ）。 | |
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| 钻井液流经动力机构，驱动动力机构的叶轮高 |
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| 速旋转，叶轮带动阀门片旋转，阀门片与阀门定子间 |
| 隙配合，阀门片垂直轴向方向时，阀门片将钻井液通 |
| 道关闭，产生**大压降，阀门片继续转动**平行轴向 |
| 方向时，钻井液通道打开，流通面积**大，产生**小 |
| 压降，阀门片旋转一周，钻井液通道关闭２次，产生 |
| ２次憋压。阀门片在高速旋转过程中，实现通道的 |
| 打开和关闭，产生周期压力脉冲 | ［３］ | | | | |
| | 。 | | | | |
| 阀门总成产生的压力脉冲通过滑动密封总成作 |
| 用到振动机构的弹簧上。由于压力周期性变化，在 |
| |
| 压力**大时，振动心轴伸出，压缩弹簧并储存能量； |
| 当压力**小时 弹簧回复 振动心轴缩回 振动心轴 |
| | | ， | | | ， | ， | | | |
| 在压力和弹簧的双重作用下产生轴向往复运动，使 |
| 井下钻具在水力振荡器带动下进行轴向振动 | ［３］ | |
| | 。弹 |
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| 簧被压缩，储存能量，当弹簧回复施放能量时，对钻 |
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| | | | | | | | | | | | ［ ］ |
| 头方向有一定的冲击力，可以有效地传递钻压４－５ 。 |
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| 水力振荡器的振动频率为 | | ，在该振动频 |
| | | |
| | | | | | | | １６～２０Ｈｚ | | | | |
| 率下，钻具的滑动摩阻可以减小７５％～８０％ | ［６］ | |
| | | 。 | |
| 阀门片与阀门定子在憋压过程中钻井液流道变 |
| 小，流速增大，易被冲蚀，因此在加工阀门片与阀门 |
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| |
| 定子时，在其表面喷涂耐磨、抗冲蚀材料来提高表面 |
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| 硬度，延长阀门总成寿命 | | | | | | | |
| | ［７］ | | | | | |
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| | | 。 | | | | | |
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| 工具性能参数 | | | | | | | |
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| 研制的水力振荡器适用于 ２１５．９ｍｍ井眼，工具 |
| 性能参数见表 | ， | | | | | 钻杆扣 | 。 |
| | | １ | | | | | | ４１１－４１０ | | | |
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| 室内模拟试验 | | | | | | | |
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| 根据高频振动降低摩阻的机理，进行了振动模 |
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２）水力振荡器产生的压力脉冲与其振动频率一致，表明其振动频率与压力脉冲频率相匹配；３）长时间的循环试验未出现故障，证明水力振荡器的振动稳定性符合设计要求。
３ 现场试验
卫１８６－平１４２井位于大庆油田芳５－５区块
，设
计井深２１５５．００ｍ
，水平段长５２９．５８ｍ
，在该水平段钻进过程中进行了水力振荡器现场试验。钻
具组合为：ＰＤＣ钻头＋１．２５°螺杆钻具＋箭形止回阀＋ＬＷＤ＋无磁加重钻杆＋水力振荡器＋１８°斜坡钻杆 ×９３根＋加重钻杆 ×３６根＋钻杆。
卫１８６－平１４２井钻**井深１６３９．００ｍ 时
，井斜角８８．７°，方位角９０．０°，进入水平段钻进。水平段下钻前，进行了水力振荡器连接近钻头定向仪器的井口测试和检测，排量为３０Ｌ／ｓ时，水力振荡器的振动频率１６Ｈｚ，振幅４ｍｍ，压降２ＭＰａ，其对近钻头定向仪器信号无干扰。水平段钻进时，水力振荡器连接在距
钻头３４ｍ处
，泵排量３０～３２Ｌ
／ｓ
，泵压１７～１８ＭＰａ
，钻井液密度１．２２ｋ／Ｌ，滑动钻进时钻压控制在４０ｇ ～
６０ｋＮ。在钻进过程中，工具面稳定，近钻头定向仪器
信号传输正常，未发生干扰现象。
该井共使用水力振荡器钻进５０１．００ｍ，累计工作时间９６ｈ，其中滑动钻进３６．７７ｍ，平均机械钻速
５．３６ｍ
／ｈ
，钻速提高５４．９％
；复合钻进４６４．２３ｍ
，平
均机械钻速１３．７６ｍ／ｈ，钻速提高２３．０％，摩阻减小
２０～４０ｋＮ
。现场试验表明，水力振荡器各项性能指标满足现场施工要求，降低摩阻和提高机械钻速，其与定向仪器连接使用不影响仪器信号传输。水力振荡器在出井后，拆卸检查，发现除了动力部分的叶轮转子、定子等部分零件有冲蚀现象外，其他零件均未损坏，需进一步增强动力部分零件的耐冲蚀性能。
４ 结论及建议
１）在水平井钻进过程中，井下钻具以一定频率和幅度进行轴向振动，可以降低钻具与井壁之间的摩阻，减小托压。
２）水力振荡器现场试验表明，同一井段的滑动钻进机械钻速和复合钻进机械钻速均有不同程度的提高，钻进摩阻减小，可在水平井钻井中推广
应用。
３）应进一步提高水力振荡器部分零件的耐冲蚀性 能，延 长 其 使 用 寿 命，更 好 地 发 挥 其 提 速作用。
