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1、提速工具简介,目录,一、液动旋冲工具二、涡轮钻具三、水力震荡器四、冲击钻井工具,油田深部地层岩石坚硬、研磨极值高，应用常规牙轮钻头钻进，单只钻头进尺少，需要多次起下钻且机械钻速较低；应用螺杆进行复合钻进时，由于深井中温度较高，螺杆寿命低、使用效果不理想；此外采用气体钻井技术钻进可较大提高机械钻速，但还存在地层出水易引起的泥包卡钻和气液转换后井壁稳定问题等，且气体钻井设备复杂，成本相对较高。,一、液动旋冲工具,1.研发背景,针对以上问题，国内外已尝试了多种工具，见到一定的提速效果，但存在工具寿命低、技术不成熟、工具数量不足、费用高等诸多问题。,一、液动旋冲工具,国内,水力脉冲提速工具 井底增压辅
2、助射流工具 SLTIT型扭力冲击器,国外,液动冲击锤 扭力冲击器,1.研发背景,一、液动旋冲工具,国内,1.研发背景,冲击锤,SLTIT型扭力冲击器是胜利油田钻井院研发的产品，它能够实现机械剪切、水力和扭转冲击3种破岩方式。该工具利用钻井液驱动内部冲击锤做反复的扭转冲击，将部分流体能量转换成一定频率、周向扭转、冲击型的井底机械破岩能量，并传递给钻头。,锤座,一、液动旋冲工具,国外,1.研发背景,分流机构,钻头连接短节,锤体,TorkBuster 扭力冲击器是美国阿特拉(ULTERRA)UD 公司研发的产品，是一种纯机械动力工具。它将钻井液的流体能量转换成扭向的、高频的(每分钟7501500次)
3、均匀稳定的机械冲击能量，并直接传递给PDC钻头。,一、液动旋冲工具,国外,1.研发背景,TorkBuster 扭力冲击器系列产品,(a)127mm 扭力冲击器(b)165mm 自带扶正器(c)219mm 扭力冲击器(d)279mm 自带扶正器 使用TorkBuster时，使用与之配套的阿特拉UD型PDC钻头，以达到最理想的应用效果。,自主研发的液动旋冲工具能够通过钻井液提供的动力，在周向产生高频冲击，在轴向产生水力脉冲，使钻头的破岩方式由普通的刮削转变为机械冲击与水力脉冲相结合的破岩方式，有效提高PDC钻头在深井硬地层中的剪切岩层效率。,一、液动旋冲工具,2.结构及原理,一、液动旋冲工具,液动
4、旋冲工具有效解决了PDC钻头在深井硬地层、软硬交错地层钻进时，钻柱的纵向弹跳以及扭向粘滑现象。,钻井液驱动动力机构带动上盘阀产生周期性脉冲对锤头做功，从而在钻头扭向上产生均匀稳定的高频冲击力，使钻头和井底始终保持连续的高频切削,提高剪切效率。,2.结构及原理,一、液动旋冲工具,(1）提供额外的周向高频冲击力，消除粘滑现象，辅助PDC钻头剪切岩层；液动旋冲工具内部的高频冲击机构带动PDC钻头在圆周方向实现高频冲击运动，可有效减少了粘滑现象，提高破岩效率，减少反冲扭力，有利于定向工具面的控制；这种高频冲击力能够在较硬地层钻进时预先形成岩石裂纹和预破碎，改善了PDC钻头的切削环境，达到辅助PDC钻头
5、剪切岩层的作用。(2）提高PDC钻头的适用性和耐久性；针对液动冲击特殊研制了高效PDC钻头，采用优质抗冲击PDC复合片，并设计了适合冲击钻进的冠部曲线及翼型，配合液动旋冲工具使用，使原来只能用牙轮钻头钻进的深部地层实现了PDC钻头钻井，提高机械钻速、使用寿命和安全性。,3.技术特点,一、液动旋冲工具,（3）液动脉冲辅助破岩；液动旋冲工具内部独特的液力冲击转化机构，改变了钻井液水力流场，形成了高频的水力脉冲波动，提高了井底岩屑的清洗和运移，减少岩石重复切削，进一步提高钻速。（4）纯机械构造，适用温度高；工具内部为纯机械零件构造，无电子元件，适用温度高，可满足深层高温的钻井的工况要求。（5）现场操
6、作简单可行、安全可靠。液动旋冲工具配合与北京合作研发的特殊高效PDC钻头现场施工简单，对现场条件要求较少，无需额外的设备，即使工具失效也可作为短接继续钻进，确保施工安全可靠。,安全可靠的防脱结构,3.技术特点,一、液动旋冲工具,4.技术参数,试验目的：1.测试工具在钻压下运转情况；2.测试工具在设计排量下运转情况。试验结果：工具6L/s时启动，30L/s时运转正常，加钻压16t工具动作正常。,5.室内试验,一、液动旋冲工具,试验目的：1.测试工具在设计排量下震动频率。试验结果：运转正常，各型号工具测试频率分别为4060Hz。,5.室内试验,一、液动旋冲工具,BSZ600高级震动分析仪,F130
7、0泥浆泵,由于工具对钻头施加额外的周向高频冲击和轴向水力脉冲，因此对钻头提出了更高的要求。结合工具特点及不同地层的地质情况，研发了635系列专用PDC钻头（已升级至四代），并优选了616系列进口钻头。,635/1400,井号：城探1井段：4357-4954m进尺：597m钻速：4.21m/h纯钻：141.75h,井号：古城9井段：4526-5157 m 进尺：631m钻速：5.06m/h纯钻：124.92h,635/8263,6.现场工艺研究配套钻头研选,一、液动旋冲工具,由于工具对钻头施加额外的周向高频冲击和轴向水力脉冲，因此对钻头提出了更高的要求。结合工具特点及不同地层的地质情况，研发了6
8、35系列专用PDC钻头（已升级换代至四代），并优选了616系列进口钻头。,616/A195313,井号：芳深4-平1井段：2502-2811 m进尺：309m钻速：8.22m/h纯钻：37.61h 起钻原因：地质取心,井号：达深21井段：2749.09-3254.2m进尺：505.11m钻速：3.0m/h,635/8580002,6.现场工艺研究配套钻头研选,一、液动旋冲工具,1、井深2600m2、转盘转速70rpm,一、液动旋冲工具,7.钻具组合-应用landmark软件对钻具组合进行了模拟计算,初始条件：,1、初始井斜0-52、钻压10-160KN3、钻具组合形式,变量：,7.钻具组合-光
9、钻铤钻具组合,光钻铤钻具组合钻压与造斜率的关系,一、液动旋冲工具,塔式钻具组合钻压与造斜率的关系,7.钻具组合-塔式钻具组合,一、液动旋冲工具,7.钻具组合-满眼钻具组合,满眼钻具组合钻压与造斜率的关系,一、液动旋冲工具,双钟摆钻具组合钻压与造斜率的关系,7.钻具组合-双钟摆钻具组合,一、液动旋冲工具,单钟摆钻具组合钻压与造斜率的关系,7.钻具组合-单钟摆钻具组合,一、液动旋冲工具,7.钻具组合-landmark软件计算结果,一、液动旋冲工具,7.钻具组合-landmark软件计算结果,一、液动旋冲工具,通过理论计算得出，单钟摆钻具组合更适用于液动旋冲工具，在规定钻进参数下，能够起到防斜、纠斜
10、效果。通过达深20井的现场应用，进一步证明了单钟摆钻具组合配合液动旋冲工具，能更好的控制井斜，保证井身质量。,7.钻具组合-现场验证,一、液动旋冲工具,试验目的：下井前测试工具是否正常。测试结果：30L/s时工具压降及动作正常。,带螺杆测试,不带螺杆测试,一、液动旋冲工具,8.现场应用入井前测试,测试目的：室内测试工具使用后功率及压降变化。测试结果：25L/s时工具动作正常，功率降低，压降减少1MPa。,达深16井第1支工具，工作时间138h，进尺577.27m。,一、液动旋冲工具,8.现场应用使用后测试,一、液动旋冲工具,已在34口深井上成功应用（其中直井29口，水平井4口，定向井1口），共
11、使用75支工具，提速幅度达1-7倍，各项指标均超过国外同类产品。,（1）机械钻速高，提速效果好；同比牙轮钻头机械钻速最高提高了613%，平均提高了246%。（2）工具寿命高，单趟进尺长；工具使用寿命已达190h，单支工具总进尺最高631m。（3）保护钻头，井眼规则，保护油气层，有利于发现；与未用工具井段相比，应用工具井段PDC钻头磨损较小，井眼更加规则。由于提速，施工周期缩短，减少了钻井液浸泡时间，保护油气层，有利于发现，总公司重奖古城9和徐探1井，三开都应用了液动旋冲工具提速。（4）适应性强，可满足不同井型的需求。可在直井、水平井、定向井应用，提速效果显著。,9.现场应用效果,一、液动旋冲工
12、具,达深16井共使用4支工具，施工井段为3040.75-4400.00m，累计进尺1356.59m，此段设计施工时间为58d，而应用液动旋冲工具的实际施工时间为20d，比设计提前38d完钻，直接节省钻机日费、钻井液维护费以及钻头费用等合计1762.4万元，助推达深16井创出了“大庆深井速度”（钻井周期64.96d）。,具体情况,9.现场应用效果达深16井（大庆）,一、液动旋冲工具,钻时曲线及钻头,9.现场应用效果达深16井（大庆）,一、液动旋冲工具,钻时曲线及钻头,9.现场应用效果达深16井（大庆）,一、液动旋冲工具,达深3-平1井共使用3支工具，施工井段为水平段3445.24-4186.09
13、m，累计进尺690.66m。该井共节省12趟起下钻，累计节约钻井时间57d，直接节约钻井成本1491.49万元。,具体情况,9.现场应用效果达深3-平1井（大庆）,一、液动旋冲工具,钻时曲线及钻头,9.现场应用效果达深3-平1井（大庆）,一、液动旋冲工具,中原油田钻井二公司委托，为提高巴音戈壁组层段的钻井速度，使用液动旋冲工具在该区块祥10井进行提速作业，施工三趟钻，总进尺251.1m，平均机械钻速2.93m/h，提高了167%，提速效果显著。,具体情况,9.现场应用效果祥10井（内蒙）,一、液动旋冲工具,9.现场应用效果祥10井（内蒙）,钻时曲线及钻头,一、液动旋冲工具,齐古1井共施工四趟钻
14、，施工井段3971-4582m，总进尺516m，平均机械钻速4.21m/h，机械钻速同比上趟钻提高了106%，提速效果显著。,具体情况,9.现场应用效果齐古1井（吉林）,一、液动旋冲工具,9.现场应用效果齐古1井（吉林）,钻时曲线及钻头,一、液动旋冲工具,9.现场应用效果齐古1井（吉林）,钻时曲线及钻头,一、液动旋冲工具,胜利3井共施工两趟钻，施工井段2857-3047m，进尺总计284.46m，纯钻时间65.03h，平均机械钻速4.37m/h，机械钻速比临井（1.37m/h）提高了219%。,具体情况,9.现场应用效果胜利3井（吉林）,一、液动旋冲工具,金1-2井共施工三趟钻，施工井段214
15、8-2576m，进尺总计412.99m，纯钻时间104.24h，平均机械钻速3.96m/h，机械钻速比临井（1.37m/h）提高了202%。,具体情况,9.现场应用效果金1-2井（吉林）,一、液动旋冲工具,9.现场应用效果金1-2井（吉林）,钻头入井、出井情况对比,钻头第一次出井后 钻头第二次出井后 钻头第三次出井后,金1-2井共施工三趟钻，使用同一只钻头，进尺总计412.99m，工作时间104h，出井后钻头磨损轻微。,取芯岩样,一、液动旋冲工具,一、液动旋冲工具,在新疆塔东区块共使用3口井，11支工具，施工井井号分别为城探1井、古城9井和古城12井，井位关系如图所示，3口井均离古城8井较近，
16、因此与古城8井进行了相应对比分析。古城8井三开为9 井眼，采用了国外165型扭力冲击器进行了提速施工，但其效果一般，为此针对9 井眼专门研发了功率更大的196型液动旋冲工具，并在城探1井应用效果良好。,井位关系位置图,9.现场应用效果新疆塔东区块,一、液动旋冲工具,平均机械钻速对比,起下钻次数对比,平均单趟进尺对比,提高128%,提高326%,提高137%,提高361%,提高183%,提高263%,9.现场应用效果新疆塔东区块,一、液动旋冲工具,城探1井自4357m开始至5490m，进尺1056.2m，共使用4支液动旋冲工具。,9.现场应用效果城探1井,一、液动旋冲工具,古城9井自4526m开
17、始至5670m，进尺1144m，共使用4支液动旋冲工具。,9.现场应用效果古城9井,一、液动旋冲工具,古城12井自4818m开始至5717m，进尺899m，共使用4支液动旋冲工具。,9.现场应用效果古城12井,一、液动旋冲工具,通过大量现场应用已证明，液动旋冲工具操作简单、施工方便、提速效果好等优点。1、钻井液含砂量0.3%以内，密度1.5以内，不含颗粒状堵漏剂。2、工具及钻头会额外增加2-3MPa的压降，循环系统需能承受相应泵压。3、成功应用的层位：白垩系下白垩统泉头组至火石岭组、奥陶系上统却 而却可组。4、适应井型：直井、水平井水平段、定向井。5、井眼尺寸：12、9、8 以及6井眼。,10
18、.推广应用条件,11.下一步攻关方向,进一步缩短液动旋冲工具的长度，使其能够广泛应用于造斜段、水平段 优化工具内部结构，优选耐冲蚀材料，提高工具使用寿命 根据不同区块、深度的地质特性，优选于液动旋冲工具的配套钻头 针对不同地质情况，优化钻具组合和钻井参数 进一步完善液动旋冲工具操作规程，规范现场施工工艺 加快液动旋冲工具现场推广应用,一、液动旋冲工具,一、液动旋冲工具,12.液动旋冲工具产品化及服务能力,液动旋冲工具已形成了加工、组装、工具测试、检修标准，并编制了液动旋冲工具室内试验操作规程及现场施工规范，每年可加工生产200套工具，现场服务能力50口井以上。,深部地层岩石抗压强度高、胶结程度
19、好、研磨性强，采用常规钻井方式机械钻速和单只钻头进尺均较低，严重影响深井钻井速度和钻井成本。近年来，液动旋冲工具配合专用PDC钻头在深层钻井提速方面效果显著，但PDC钻头在岩石抗压强度140MPa以上地层钻进提速效果不理想。为解决深部高硬、高研磨地层钻井速度慢的世界钻井工程技术难题，大庆钻探历时两年，成功研发了具有完全自主知识产权的新一代高速井下动力钻具DQW-178型涡轮钻具。,二、涡轮钻具,1.研发背景,国外涡轮钻具研发生产以全俄钻井院和史密斯涡轮为主，处于国际领先地位，涡轮钻具规格品种齐全，能够满足各种井型、井眼尺寸的钻井需求；近几年，哈里伯顿公司在涡轮钻具研发应用方面也取得了较大进展。
20、,1.研发背景,二、涡轮钻具,国内深圳百勤公司、北京佐邦公司、兰德公司等率先引进国外先进涡轮钻具，提供涡轮钻井服务，其中部分公司进行了配件国产化工作，未达到预期效果；长江大学、石油大学、川庆钻探、江汉钻头厂等单位也一直持续开展涡轮钻具研发和改进完善工作，但其涡轮钻具工作寿命不稳定，未能大规模推广应用。,二、涡轮钻具,1.研发背景,DQW-178型涡轮钻具工作转速1000rpm以上，工作寿命200h以上，与孕镶金刚石钻头配合使用，在提高机械钻速的同时一趟钻获得更多进尺，大幅度提高钻井速度，缩短钻井周期，节约钻井成本。,1.研发背景,二、涡轮钻具,涡轮钻具是一种将钻井液的压力能转换为机械能的井下动
21、力钻具，工作时利用钻井泵泵出的高压钻井液冲击反向弯曲的涡轮定、转子叶片，定子起导流作用，将高压流体导向转子推动转子旋转，转子将扭矩传递到涡轮轴，驱动钻头进行钻井作业。,二、涡轮钻具,2.结构及原理,应用计算流体力学方法，分析涡轮叶片流场，优化叶型设计，实现涡轮水力效率和工作寿命的最优化设计；叶片采用高耐冲蚀合金钢一次性精铸成型，叶片工作寿命可达800h以上。,涡轮叶片,跨叶片流场流线图,二、涡轮钻具,2.结构及原理,应用转子动力学方法，分析转子系统失稳特性，优化扶正轴承径向配合间隙及轴向分布，降低摩擦及振动，避免卡阻及失稳。,转子系统扶正技术,二、涡轮钻具,2.结构及原理,涡轮钻具由涡轮节和支
22、承节组成，涡轮节是动力模块，安装132级涡轮定转子，将钻井液的压力能转换为心轴旋转机械能，并将旋转动力和轴向载荷传递给支承节；支承节是悬挂支撑模块，安装多副PDC止推轴承，承担涡轮节轴向载荷和钻压，并将旋转动力传递给钻头破岩。,二、涡轮钻具,3.组成结构,现有两种规格涡轮钻具，基本型内部安装132级涡轮，其工作压降略低，适应性更好；加强型内部安装150级涡轮，动力输出更强劲；可选择安装本体螺旋稳定器，工作稳定性更好。,二、涡轮钻具,4.规格参数,DQW-178型涡轮钻具达到国际先进水平,二、涡轮钻具,5.对标情况,先进的涡轮叶片水力设计，能量转化效率高转子系统的同轴设计，稳定性高涡轮钻具动力输
23、出几乎不随使用时间变化井下连续工作时间200h以上全金属结构，不受井下温度、压力、泥浆限制模块化设计，可在现场更换涡轮节或支承节,二、涡轮钻具,6.技术特色,通过室内试验，涡轮钻具动力性能与国外同型号产品相当，满足钻井需求。,二、涡轮钻具,7.室内试验,制动扭矩测量,通过拉力计测试涡轮钻具在不同排量下的制动扭矩,二、涡轮钻具,7.室内试验,通过转速仪测量涡轮钻具的输出转速,空转转速测量,二、涡轮钻具,7.室内试验,二、涡轮钻具,8.现场工艺研究配套钻头优选,由于工具对钻头施加额外的轴向载荷，并且涡轮钻具工作转速较高，因此对钻头提出了极高的要求。结合工具特点及涡轮钻具的破岩方式，优选瑞德孕镶金刚
24、石钻头钻头。,史密斯孕镶钻头,瑞德孕镶钻头,钻头使用后效果对比,二、涡轮钻具,钻具组合-李子丰教授计算结果,8.现场工艺研究钻具组合优化,二、涡轮钻具,钻具组合-李子丰教授计算结果,8.现场工艺研究钻具组合优化,二、涡轮钻具,(1)已经用的1#钻具，具有一定的增斜能力，当钻压较大时，增斜能力较强。计算结果与实钻比较一致。（2）现有的带双螺旋稳定器的涡轮，由于其有一个近钻头稳定器，明显属于增斜钻具类型，计算数据也是如此。（3）如果将（2）中的近钻头稳定器去掉，则具有比较稳定的防斜能力。（4）如果将（2）中的近钻头稳定器去掉，再在涡轮上方加稳定器，则在低钻压下，具有比较强的防斜能力；而高钻压下，可
25、能略增斜。（5）5#在光涡轮上方加2个稳定器，有比较好的防斜效果。（6）6#214稳定器与5#212稳定器区别不大。,钻具组合-李子丰教授计算结果,8.现场工艺研究钻具组合优化,优选,3#,5#,DQW-178型涡轮钻具具有转速高、寿命长等优点，已大庆探区深井应用4口井，均取得了较好的提速效果，正常施工一趟钻进尺相当于6只以上牙轮钻头进尺，能够大幅度提高深部难钻地层机械钻速和行程钻速，可满足215.9mm井眼直井的钻井提速需求。产品技术性能达到国际同类产品先进水平，被评为2013年中石油“十大工程技术利器”。,DQW-178型涡轮钻具应用统计,二、涡轮钻具,9.现场应用效果,宋深9H井3274
26、m-3601m井段，一趟钻进尺326.19m，相当于6只常规牙轮钻头进尺，机械钻速1.67m/h,钻头使用前后对比,机械钻速提高145.6%缩短钻井时间16.8天节约钻井成本200万元,与牙轮钻头相比,涡轮钻具工作时间215h，起钻前仍能正常钻进,工具出井图,二、涡轮钻具,9.现场应用效果提速(宋深9H井),宋深11井营城组-沙河子组，3460m-3923m井段，一趟钻进尺459.7m，相当于7只常规牙轮钻头进尺，机械钻速2.24m/h，钻头新度85%左右。,钻头使用前后对比,机械钻速提高71%缩短钻井时间15天节约钻井成本180万元,与牙轮钻头相比,涡轮钻具创工作时间260h新记录，起钻前仍
27、能正常钻进,9.现场应用效果提速(宋深11井),二、涡轮钻具,由于钻头的高转速，与容积式正排量泥浆马达相比，涡轮钻具的井眼能够始终保持平滑，涡轮钻具基于同心设计，可以最大限度地减少井眼的不规则性；严格控制井眼扩大率，保证井身质量。,9.现场应用效果井身质量,二、涡轮钻具,螺杆钻具与涡轮钻具所钻井眼对比,二、涡轮钻具,10.推广应用条件,涡轮钻具系列化，研制127mm和195mm涡轮钻具研制减速涡轮钻具，工作寿命是常规螺杆的2倍以上研制导向涡轮钻具，满足水平井钻井需求进一步优化涡轮叶片叶型设计，优选耐冲蚀材料，提高叶片性能建立涡轮钻具整机动力性能试验台，进一步规范组装、检修标准进一步完善涡轮钻具
28、操作规程，规范涡轮钻井工艺进一步优化涡轮钻具组合设计，提高井身质量,二、涡轮钻具,11.下步完善方向,12.涡轮钻具产品化及服务能力,二、涡轮钻具,涡轮钻具已具有一定的生产规模和服务能力，形成了加工、组装、工具测试、检修标准，编制了涡轮钻具室内试验操作规程及现场施工规范，每年可加工生产15套工具，现场服务能力10口井以上。,三、水力震荡器,水平井钻进过程中，钻具在井眼曲率较大的井段和水平段产生托压现象，尤其是在三维井造斜段和水平段托压现象更加明显，托压问题不仅严重影响水平井的机械钻速，降低钻头的使用寿命，同时也非常容易引起粘卡等井下复杂事故的发生。国内外油田开展了优化井眼轨迹、井筒润滑剂、刚性
29、扶正器等技术措施的研究，但还不能有效解决水平井摩阻大、托压问题。,1.研发背景,三、水力震荡器,摩阻大、托压引起工程问题：机械钻速慢钻压不能施加到钻头上钻头寿命降低工具面难于控制井眼轨迹不平滑导致井下马达憋停钻具弯曲磨损,1.研发背景,轴向力侧向力摩阻,中性点,张力,压力,三、水力震荡器,针对水平井摩阻大、托压等问题自主研发水力震荡器，该工具利用钻井液的液能驱动工具振动，同时带动井下钻柱沿轴向高频率、小振幅振动，将钻柱与井壁之间的静摩擦力转变为动摩擦力，减小摩阻，提高水平井钻井效率。,1.研发背景,三、水力震荡器,国民油井公司（NOV）研发水力震荡器（Agitator）主要应用于短半径水平井造
30、斜段、大位移水平段，解决摩阻大、托压等问题。Agitator主要包括振动短接、动力部分、阀门总成三部分，动力部分是以螺杆作为旋转动力，通过阀门总成产生压力脉冲，压力脉冲作用于振动短接的密封面，驱动振动短接轴向振动。,2.国内外技术现状,振动短接,动力部分,阀门总成,三、水力震荡器,2.国内外技术现状,Agitator工具参数：8 1/2井眼工具振动频率16-17Hz，工作压差范围4.24.9MPa。该工具在国内外油田广泛应用，取得了很好的效果。2011年6、7月该公司Agitator工具在大庆油田进行了两口井现场试验，由于井壁稳定和钻进泵压过高等问题未能达到试验效果。,NOV公司Agitato
31、r系列工具参数,三、水力震荡器,自主研发水力震荡器（已申请专利）由振动机构、压力脉冲控制机构和旋转动力机构组成。水平井钻进时，钻井液流经动力机构，动力机构带动阀体高速旋转，使阀体过流孔周期性开关并产生压力脉冲，在脉冲压力和回复弹簧的作用下，振动心轴产生高频率、小振幅轴向振动。,3.工具结构原理,三、水力震荡器,高转速、低扭矩旋转动力输出高频率脉冲压力激发高频率振动与高频率脉冲匹配耦合,4.技术关键,三、水力震荡器,5.技术攻关脉冲压力激发,设计的偏心孔式脉冲压力发生机构由上阀体和下阀体组成，两个阀体相对转动一周，流量变化一次，产生一个脉冲压力，实现了在高转速动力的驱动下，高频率脉冲的有效激发。
32、,产生最小压力位置,产生最大压力位置,流道切换,上阀体旋转,压力脉冲,三、水力震荡器,5.技术攻关阀体耐冲蚀结构设计,阀体产生高频率周期性压力脉冲同时端面和孔流道容易被钻井液冲蚀，通过大量研究与试验，在阀体端面镶嵌硬质合金结构和偏心孔流道喷涂耐冲蚀涂层加工工艺，提高了阀体的表面硬度和抗冲蚀性能，解决了阀体的冲蚀问题。,阀体端面镶嵌硬质合金,喷涂阀体偏心孔流道,三、水力震荡器,工具采用主动式高频机械振动，减阻效率高纯机械结构，不受井下温度、压力、泥浆限制井下连续工作时间150h以上可以和井下定向仪器联用，不影响信号传输现场操作简单、安全可靠,6.技术特色,三、水力震荡器,7.工具技术参数,三、水
33、力震荡器,8.室内试验振动性能测试,将试验样机与试验泵连接，工具动力机构位置接入压力传感器和压力监控系统，对工具压力脉冲进行实时监测，振动心轴连接振动传感器，测量工具的振动频率和振幅等振动参数。,振动性能测试示意图,压力脉冲曲线图,三、水力震荡器,振动测量仪器测量工具在不同排量下工具的振动频率和振幅，排量30L/s时，工具振动频率为2224Hz，振幅为9.341mm，工作压降2.3MPa,各项技术指标达到了设计要求。,振动性能测试数据表,8.室内试验振动性能测试,三、水力震荡器,通过启动力检验水力震荡器非工作和工作状态下在模拟井筒中的摩阻大小，试验表明工具在正常工作时，启动力0.71kN，工具
34、非振动时，启动力为2.83kN，通过对比摩阻相对减小75%，减阻效果显著。,工具振动时匀速被拉出模拟井筒，拉力0.71KN,工具不振动多人拖动，拉力2.83KN,8.室内试验振动减阻模拟试验,三、水力震荡器,9.现场工艺研究工具下入位置设计,根据井眼轨迹设计及钻具组合，运用LANDMARK设计软件计算得出最大摩阻位置，并结合现场钻井情况，确定水力震荡器工具下入位置。,三、水力震荡器,9.现场应用效果工具下入位置设计,水力震荡器根据现场井眼轨迹设计下入预定位置，在现场应用中达到了预期效果，造斜段工具下入距钻头150-160m位置，水平段工具下入距钻头30-35m位置。,水力震荡器不同安放位置应用
35、情况,三、水力震荡器,水力震荡器现场成功应用6口井，在水基钻井液、油基钻井液分别应用3口井，平均机械钻速提高52.7%，定向钻速最大提高160.8%，复合钻速最大提高193.4%，平均降低钻进摩阻3.16t，现场应用效果显著。,10.现场应用效果,水力震荡器现场应用数据表,三、水力震荡器,水力震荡器在芳38-平6井、芳38-平1井实现三维井造斜段一趟钻完成，平均进尺553.5m，定向钻速提高67.9%，复合钻速提高174.5%，平均机械钻速提高93.05%，平均摩阻降低3.5t。,水力震荡器现场应用效果对比表,10.现场应用效果造斜段（水基）,三、水力震荡器,水力震荡器现场应用效果对比表,10
36、.现场应用效果水平段（水基）,水力震荡器在卫186-平142井一趟钻完成水平段钻进，水平段进尺501m，工具使用时间96h，定向钻速提高54.9%，复合钻速提高23%，摩阻减小24t，提速、减阻效果明显。,工具井口测试图,三、水力震荡器,齐平2-平9井使用油基钻井液，造斜段应用水力震荡器钻进241m，对比平台邻井齐平2-平8井定向钻速提高160.8%，复合钻速提高23.6%，平均机械钻速提高67.3%，平均摩阻降低2.5t。,水力震荡器现场应用效果对比表,10.现场应用效果油基钻井液,三、水力震荡器,11.国外技术应用效果对比,国民油井公司研制的Agitator在国内外油田广泛应用，在大位移水
37、平井提速方面取得了明显的效果，通过现场应用效果对比，自主研发的水力震荡器在降摩阻、提速方面已经达到了国外技术水平，在工作性能、工具尺寸、应用成本方面优于国外产品，具有良好的应用前景。,水力震荡器技术对比,三、水力震荡器,12.推广应用范围及条件,适用于深层、浅层水平井造斜段及水平段适用于二维、三维水平井，油基/水基钻井液无易塌、易缩径地层钻井泵及管汇可承受21MPa压力钻井液含砂量低于0.3%,三、水力震荡器,13.水力震荡器产品化及服务能力,经过技术攻关和现场应用，水力震荡器能够满足现场使用要求，在水平井提速提效方面取得了显著的效果，现已形成了加工、组装、工具测试、检修标准，编制了室内试验操
38、作规程及现场施工规范，每年可加工生产30套工具，现场服务能力20口井以上。,14.下一步攻关方向,改进完善工具工作性能，优化工具结构尺寸 优化旋转动力机构，优选耐冲蚀材料，提高工具使用寿命 规范加工、组装、测试、检修标准，形成产品规模化 工具系列化，研制127mm和195mm水力震荡器 完善现场工艺技术，优化工具下入位置设计 进一步完善水力震荡器操作规程，规范现场施工工艺 加快水力震荡器现场推广应用,三、水力震荡器,冲击钻井工具将动力机构周向旋转运动，通过冲击机构转换成轴向高频、均匀稳定的机械冲击振动，直接传递给钻头，实现额外的高频冲击辅助钻头破岩，以达到提高钻井速度的目的。,动力机构 冲击机
39、构 钻头,1.研制情况,四、冲击钻井工具,1）完成机械式冲击钻井工具的设计，采用螺杆作为动力机构，带动内部的高速冲击机构工作，实现了轴向高频冲击，冲击机构采用纯机械结构，具有无额外压降的优点；2）完成机械式冲击钻井工具样机加工，进行了动力机构单元试验，工具振动明显；,动力机构单元试验,小振幅高频冲击,2.进展情况,机 械 式,四、冲击钻井工具,整体模拟试验,3）进行了机械式冲击钻井工具的整机模拟试验，试验后检查工具内部零件，冲击机构接触面有轻微磨损。4）根据整机试验情况，优化工具内部结构，设计了减阻机构，保护冲击体，以提高使用寿命。,2.进展情况,机 械 式,四、冲击钻井工具,2.进展情况,1）设计完成了新的液动式冲击钻井工具，采用钻井液为动力直接驱动内部的冲击机构，实现高频轴向冲击。2)完成新的液动式冲击钻井工具样机加工，进行室内组装调试及地面试验。,2.进展情况,液 动 式,四、冲击钻井工具,3）根据多次试验情况，对动力机构和冲击机构连接方式进行改进，并最终确定喷嘴尺寸。目前硬质合金喷嘴已加工完成，工具已满足上井试验要求。,2.进展情况,液 动 式,四、冲击钻井工具,1）继续进行机械式冲击钻井工具的优化改进，加工减阻机构，进行室内整机试验；2）进行液动式冲击钻井工具现场试验，根据现场试验情况进行下一步改进优化。,3.下步工作安排,四、冲击钻井工具,谢谢！,
