一文看懂水力振荡器的工作原理及使用说明 - 全文

　　水力振荡器结构

　　水力振荡器主要由三部分机械组成部分：（1）振荡短节;（2）动力部分;（3）阀门和轴承系统。

　　水力振荡器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底部钻具与井眼之间的摩阻，这就意味着水力振荡器可以在各种钻进模式中，特别是在使用动力钻具的定向钻进中改善钻压的传递，减少钻具组合粘卡的可能性，减少扭转振动。

　　随着大位移井数量的增加和水平位移的不断延伸，其钻进模式面临着更大的挑战，NOV公司的水力振荡器通过简单有效的方式解决这个难题，提出了一个独特而又有效的途径。平稳的钻压传递，甚至在方位角变化很大的复杂地层中，提高对钻头工具面的调整能力，以使钻达更远的目的层;在钻进中不需过多的工作来调整工具面，保持工具面的稳定，提高机械钻速

　　水力振荡器原理说明

　　工具的动力部分是有一一个2：1的马达组成，马达转子的下端固定一个阀片，所以流体通过动力部分时，驱动心轴转动，由于螺杆的特性，末端在-一个平面上往复运动（称之为动阀片）。

　　与动力部分连接的是阀门和轴承系统，主要部件就是耐磨套和-一个固定的阀片（定阀片），动阀片和定阀片紧密配合，由于转子的转动，导致两个阀片相错和重合，相错和重合就导致上流的压力发生变化，期性相对运动造成流体流经工具的截面积（最大值和最小值）周期性的变化。过程如下图所示：

　　图3：

　　图一：

　　两个阀门最少重合时，由于流体通过工具的截面积为最小，所以通过工具后就产生一个最大的压力降。

　　图二：

　　截面积周期性变化导致上游压力同步的周期变化。

　　水力振荡器作用机理

　　动力部分使上游压力周期性的变化作用在弹簧短节上，就形成弹簧短节不断的压内在的弹簧，形成振动。弹簧短 节简图如下：

　　通过短节的流体的压力周期性的变化，作用在短节内在的弹簧， 这样由于压力时大时小，所以， 短节的活塞就在压力和弹簧的双重作用下，轴向上往复运动，这样就造成与工具连接的其他钻井工具在轴向上的往复运动。 由于弹簧的压缩是消耗能量的，所以，当能量释放时，75%的作用力向下， 就是指向钻头的方向，其余25%作用力向上，钻头的背向。

　　水力振荡器使自己上下的钻具在井眼产生纵向的往复运动， 这样钻具在井底暂时的静摩擦变成动摩擦，这样，摩擦阻力就大大降低，所以工具可以有效的减少因井眼轨迹而产生的钻具拖拉现象， 保证有效的WOB。

　　振动的频率和通过工具的流量是线性关系，频率范围： 9一26HZ。工具的瞬间冲击的加速度范围： 1-3 倍的重力加速度。

　　水力振荡器钻井中操作程序

　　1、地面功能测试

　　（1）在钻台组合工具时，不可在水力振荡器动力部分施加外力，包括坐卡瓦，安全卡瓦，上1卸扣等。

　　（2）在由单根连接而成的刚性钻具组合中，水力振荡器安放位置视具体情况而定。

　　（3）振荡短节直接接在振荡器之上。

　　（4）在地面进行功能测试，振荡短节振荡频率与流量成正比，在地面测试中，其产生的振动或许会使整个钻具发生强烈的振动，为安全起见，尽可能使用较低的排量，尽量降低其振荡频率。在地面测试中以能观察到振荡短节的蠕动即止，蠕动范围在3-10mm 之间。

　　（5）如果工具之下的钻具组合相对较轻，必须达到一定的排量才能驱动工具工作。

　　低温环境中的测试：

　　如果环境温度低于-10 C，就不能在地面进行功能测试，否则会对定子的橡胶造成永久的损害：

　　超高温井下工具的测试：

　　在高温环境中使用，工具的樣胶中需添加特殊的材料，确保工具在超高温的环境中正常运行。所以工具在低温环境中，定子的橡胶没有腾胀，但在高温测试中通过工具的压降要高些：

　　2、钻井操作规程

　　钻压施加原则：

　　开始钻进时，不宜过大，应逐渐加压，找到一个机械钻速最快的最佳契合点（最优值），然后保存该钻压钻进，切勿期望值过高。在滑动工况，第一次滑动，先将排量提起来，再逐渐加压; 在复合工况，也要注意钻压，不宜过大。

　　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，振动短节的弹簧将受到压缩，这样就会降低工具的使用效果; 在并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。工具在钻具组合中的位置：

　　当工具用于比较弯曲井眼中，或重力集中效应发生在离井底较远井段时，将工具组合在上部钻杆中能最大发挥工具功能。对具体安放位置，请咨询当地的NOV 办公室。

　　最大限度的发挥工具的功效：

　　水力振荡器的效果主要是由流经的排量来决定的，但每件工具都是依具体应用条件设定好的，所以施工中，排量尽量与设定工具的排量一致，这样工具的使用效果才能最大化。另外在选择排量的过程中，尽量选择设定工具所参考的最大排量，大的排量就意味着较大的压降，高频率，从而带来更好的工作效果。

　　3、工具使用前后的管理

　　低温保管准则：

　　动力部分的定子应保存在OC之上，0C以下短暂的运输或者现场待命对定子不会造成影响，但如果时间长的话，工具应保存在OC以上的环境中，另外组装的工具在-10C的环境下，保存不能超过7 天。

　　高温保管准则：

　　高温环境中，定子不能放在阳光直射到的地方，如果必须在室外存放时，可以在工具的表面覆盖帆布或者其他的遮光材料。

　　施工后工具的管理：

　　用清水冲洗工具后，再用肥皂水冲洗。水力振荡器的动力部分禁止用外力转动工具。具体操作如下，将工具垂直悬吊（ 公扣在下），在上母接头安装过滤器，使流体过滤通过工具的动力部分。

　　水力振荡器使用中的问题与解决办法

　　如工具工作异常，应考虑如下的因素：

　　（1）钻井液比重和排量与设定工具是否一致;

　　（2）工具在钻具中的位置：调整工具在井下钻具中的位置，或另外引入第2套工具;

　　（3）实际的温度和钻井液性能：

　　（4）工作时间（推荐工具最大循环时间200h）;

　　（5）是否有堵漏剂：钻井液中较大的固相颗粒可以堵塞工具。