蔡勇

摘要：水力脉冲发生器在钻进中的使用是将水力脉冲空化射流式钻进和旋转钻进相结合的一种钻进方法。为了在钻井施工过程中，提高钻井机械钻速，增强螺杆和钻头的使用效率，满足在不同地质区块和不同地层的钻井提速要求，水力脉冲发生器广泛应用于生产井、预探井、探井的钻井施工过程中。水力脉冲发生器在常规转盘钻进方式下应用的优势主要表现在以下几个方面：在软、中硬、硬地层中钻进，机械钻速高、井身质量好、钻井成本低、钻头和螺杆使用寿命长等，加快了钻井速度，提高了经济效益。本文对水力脉冲发生器在冀中地区的适应情况进行统计、分析及评价。

关键词：冀中地区;水力脉冲发生器;钻井提速

前言

通过对水力脉冲发生器性能参数同岩石抗钻特性之间的关系、水力脉冲发生器的设计结构理论和设计方法、发生器及其部件的使用寿命、冲击性能参数和钻井工艺参数优化的深入研究，使得水力脉冲发生器在常规转盘应用的效果得以充分发挥。通过不同井型和不同区块的钻井实践和分析对比，我们已经能够较好的将这一新工具应用到钻井提速过程中。

实践表明，在不增加地面设备动能的前提下，合理利用水力脉冲能量或以水力能量驱动适当井下工具进行破岩、辅助破岩是当前提高钻井速度可行的途径之一，采用水力脉冲空化射流破岩、辅助破岩是合理利用水力能量、提高机械钻速的一个重要方式。因此，深入研究水力脉冲发生器在常规转盘钻进方式下的应用情况，对加快钻井勘探开发具有重要意义。

1水力脉冲发生器

1.1水力脉冲发生器结构

水力脉冲发生器主要由本体、弹性挡圈、导流体、叶轮总成、自激振荡腔室等组成，如图1所示。

1.2水力脉冲发生器原理

其中导流体：改变钻井液方向和速度;叶轮总成：为振动腔提供有源脉冲;自激振荡腔：有源脉冲信号产生流体声谐共振、信号放大，在流体出口端产生强烈脉动涡环流。

1.3水力脉冲发生器结构

（1）导流体结构（图2）

（2）叶轮结构（图3）

（3）自激振荡腔室结构及具体参数（图4、表1）

1.4水力脉冲发生器基本参数

型号：HPCDT-178和HPCDT-228型

外径：178（7"）和228mm（9"） 长度：500mm-605mm

重量：95kg-150kg 井深：≤7000m

排量：20～60l/s 压耗：0.5-1.5 MPa

脉冲：2.0-3.0 Mpa 上扣：730，631，410，4A10

下扣：730，630，430。

1.5压力脉动幅度

流量为30l/s，叶轮转速50～300r/min，压力脉动在1.25MPa左右;入口流量20～45l/s，压力脉动幅度从0.53MPa增大到2.73MPa（图5）。

以178型水力脉冲发生器为例，通过分析压力脉动幅度随泵排量的增加呈线性增大趋势，由此得出了在不同水力脉冲发生器结构参数和钻井水力参数下脉冲发生器基本参数的变化规律，对于钻井水力参数的优选具有较好的指导意义。

2实际钻进过程中的使用效果对比分析

以宁古15井为例：在三开钻进第二次使用水力脉冲发生器进行高压脉冲空化射流钻井。

钻具组合：Φ215.9mm牙轮钻头+脉冲接头+411×4A0+浮阀+托盘+Φ165mm无磁钻铤×1根+Φ165mm螺旋钻铤×11根+4A1×410+Φ127mm加重钻杆×16根+165mm随钻震击器+Φ127mm加重钻杆×5根+Φ127mm18°钻杆。

钻进参数：钻压：160KN;转速：100rpm/min;排量：32l/s，泵压17Mpa。钻井液密度：1.34-1.37g/cm3，粘度：49-51秒。

钻进井段：3730-3880米，进尺：150米。

地层：沙2+3。

岩性：灰色泥岩与紫红色泥岩夹薄层浅灰色细沙岩。纯钻时间：63.2小时。平均机械钻速2.37米/小时。

水力脉冲发生器井下工作正常，起出后检查外观完好，导流体斜面靠近叶轮处冲蚀出缺口，叶轮转动灵活，无阻卡现象，叶轮本体完好。

与邻井宁古11井相同井段相比机械钻速提高0.89米/小时，提速幅度60.14%（表2）。

3水利脉冲发生器在复合钻进方式下应用情况

以宁古15井为例：在三开钻进第一次使用水力脉冲发生器进行高压脉冲射流钻井。

钻具组合：Φ215.9mmPDC钻头+178mm水力脉冲发生器+411×431配合接头+172mm直螺杆+回压凡尔+Φ165mm无磁钻铤×1根+Φ214mm扶正器+Φ165mm螺旋鉆铤×11根+Φ127mm加重钻杆×15根+165mm随钻震击器+Φ127mm加重钻杆×6根+Φ127mm钻杆。

钻进参数：钻压：40-60KN;转速：50rpm/min+DN;排量：35-31l/s，泵压17-18Mpa。钻井液密度：1.20-1.28g/cm3，粘度：38-50秒。

钻进井段：2425-3297米，进尺：872米。

地层：东营～沙一。

岩性：紫红色泥岩与浅灰色细砂岩互层，灰色泥岩与浅灰色细沙岩互层。

纯钻时间：56.7小时。平均机械钻速15.38米/小时。

水力脉冲发生器井下工作正常，起出后检查外观完好，叶轮转动灵活，无阻卡现象，叶轮本体完好。钻头起出后胎体、齿廓完好，新度98%，可重新入井使用。

由与相邻区块使用效果对比表可以看出，在使用的钻头、地层、井段、钻井参数基本相近的情况下，本井与西47-16井相比，机械钻速提高9.81米/小时，提速176.1%。

4水力脉冲发生器在雁翎区块复合钻进方式下的应用情况

4.1雁翎区块的定向井上直井段钻进中使用水力脉冲发生器进行高压脉冲射流钻井

钻具组合：Φ215.9mmPDC钻头+178mm水力脉冲发生器+411×431配合接头+172mm1°单弯螺杆+回压凡尔+Φ165mm无磁钻铤×1根+Φ214mm扶正器+Φ165mm螺旋钻铤×5～8根+Φ127mm加重钻杆×9～12根+159mm随钻震击器+Φ127mm加重钻杆×6根+Φ127mm钻杆。

钻进参数：钻压：30-50KN;转速：50rpm/min+DN;排量：35-31l/s，泵压12-18Mpa。钻井液密度：1.05-1.15g/cm3，粘度：20-40秒。

机械钻速与同区块同样复合钻进方式和相近钻井参数施工的雁63-13X井相近的上直井段比较有较大幅度提高。

由雁翎区块上直井段使用效果对比表可以看出，在使用的钻头、地层、井段、钻井参数基本相近的情况下，在雁翎区7口定向井的上直井段使用水力脉冲发生器与未使用水力脉冲发生器的雁63-13X井相比，机械钻速提高幅度在29.41%～100.61%之间，7口井共节约钻井周期3.98天;平均每口井节约钻井周期0.57天，取得了明显的提速效果。

4.2在雁翎区块施工的3口直井施工中钻进中使用水力脉冲发生器进行高压脉冲空化射流钻井

钻具组合：Φ215.9mmPDC钻头+178mm水力脉冲发生器+411×431配合接头+172mm1°单弯螺杆+回压凡尔+Φ165mm无磁钻铤×1根+Φ214mm扶正器+Φ165mm螺旋钻铤×5～8根+Φ127mm加重钻杆×9～12根+159mm随钻震击器+Φ127mm加重钻杆×6根+Φ127mm钻杆。

钻进参数：钻压：30-60KN;转速：50rpm/min+DN;排量：35-31l/s，泵压12-18Mpa。钻井液密度：1.05-1.23g/cm3，粘度：20-55秒。

鉆机月速与同区块同样复合钻进方式和相近钻井参数施工的雁63-95井比较有较大幅度提高。

由雁翎区块上直井段使用效果对比表可以看出，在使用的钻头、地层、井段、钻井参数基本相近的情况下，在雁翎区3口直井使用水力脉冲发生器与未使用水利脉冲发生器的雁63-95井相比，钻机月速提高幅度在42.32%～88.35%之间，3口井按钻机月速相比共节约钻井周期19.61天;平均每口井节约钻井周期6.54天，提速效果明显。

5应用情况及经济效益

从水力脉冲发生器在不同地层复合钻进方式下的使用情况可以看出，在冀中区块所钻4口井在二开上直井段软地层使用水力脉冲发生器后提速效果明显，平均机械钻速72.13米/小时，平均提速幅度达到62.4%，共计创效9.81万元。

在冀中区块所钻2口井在中硬地层使用水力脉冲发生器后平均机械钻速44.22米/小时，平均提速幅度达到121.44%，共计创效20.09万元。

在冀中区块硬地层使用水力脉冲发生器后平均机械钻速2.37米/小时，提速幅度达到60.14%，共计创效5.68万元。

上述6口井使用水力脉冲发生器后平均机械钻速总体提升81.33%，共创效35.58万元。通过在不同地层的使用情况来分析，在软地层和中硬地层中使用水力脉冲发生器提速增效效果显著，水力脉冲发生器在冀中地区复合钻进条件下具有较高的应用价值。

6结论

（1）水力脉冲发生器通过压力脉动，改变井底流场，减少压持效应，提高了井底清洗效果，达到了提高机械钻速的目的。

（2）水力脉冲器不影响直螺杆的应用，但在定向井段施工过程中，对定向井仪器的电脉冲信号产生影响。

（3）水力脉冲发生器在冀中地区不同地层（软、中硬、硬等地层）都有提速效果，尤其在软及中硬地层提速效果更为显著。

（4）水力脉冲发生器使用寿命长，可达500小时，可多次重复下井使用。

（5）水力脉冲发生器压降在1.5-2MPa，在水力参数设计时要充分考虑。

参考文献

[1]周波，李建业.水力脉冲发生器在冀中地区的试验应用[J].中国石油和化工标准与质量.2019（10）：113-114.