自激式諧振脈沖裝置提速應用

劉 豐，顏 江 ，楊萬忠，蔣崇貴，安 俊

西部鉆探克拉瑪依鉆井公司，新疆 克拉瑪依 834000

1 自激式諧振脈沖裝置原理

脈沖裝置內部自激式諧振脈沖發生器主要由高耐磨合金制成，上部為諧振導流杯體，下部反射器和多曲面兩部分組成諧振蕩腔體，其原理是根據自激振蕩原理，射流由噴嘴上段內的異流進水腔，經上、下兩個撞面反射，上撞面的反射壓力波與向下運動的水流壓力波的初相相等，形成波形疊加，與下撞面反射的射流相碰，產生強大的圓形剪切應力，使高噴射流剪切成瞬時真空形成交替的水彈，真空中產生的高壓，把水彈以高速度排出，形成不連續的水彈射流，提高了射流的瞬時打擊力、有效噴射距離和射流到達井底時的水利能量。

2 自激式諧振脈沖裝置安裝及技術說明

自激式諧振脈沖裝置分為自激式諧振脈沖接頭和自激式諧振脈沖噴嘴兩種，安裝位置見右下圖：

標示為3、7部位為兩脈沖接頭，脈沖噴嘴安裝在鉆頭上。泥漿流入位于方鉆桿保護接頭下的第一個自激式諧振脈沖接頭,經過自激振蕩后形成了加速后的脈沖泥漿流體,泥漿在鉆桿里流速由原來的流速提高了1.7～2.5倍,由于泥漿的快速流動到達井底的第二個自激式諧振脈沖接頭進行再次諧振加壓加速，再通過鉆頭上的脈沖噴嘴自激振蕩達到超音速射流，使井底持續慢流轉換為超音速瞬時脈沖流場，提高了泥漿對地層沖擊、沖蝕破巖的能力，將井底的持續壓力場轉換成瞬時壓力場，減少了壓持現象，將井底巖屑快速脫離井底，最大程度地避免了巖屑對鉆頭的研磨損傷，大幅度提高了攜巖體積，減少了鉆頭的泥包現象，從而提高鉆井速度。

3 自激式諧振脈沖裝置的應用

石南油田使用自激式諧振脈沖裝置提速效果對照表

從表中可以看出：在石南區塊的490m～1250m井段范圍，采取同樣的鉆井參數，未使用脈沖裝置的井平均機械鉆速為24.25 m/h，使用脈沖裝置的井平均機械鉆速為30.04m/h，提速5.79 m/h，提高了23.88%。石319井提速尤為明顯：在498m～1210m井段使用脈沖裝置機械鉆速達到29.48m/h，對于姊妹井——石318井，498m～1229m最高機械鉆速為19.53m/h（498m～730m、730～897m使用兩只SKH437鉆頭機械鉆速分別為19.33m/h、10.44m/h），提速9.95m，機械鉆速提高了50.95%。

3.1 脈沖噴嘴與普通噴嘴平均使用情況對比

使用自激式諧振脈沖裝置提速效果對照表

從表中可以看出：在莫北區塊的500m～1500m之間的范圍，采取同樣的鉆井參數，未使用脈沖裝置的井平均機械鉆速為20.7 m/h，使用脈沖裝置的井平均機械鉆速為24.7m/h，提速4m/h，提高了19.32%。

3.2 脈沖接頭的現場試驗

從表中可以看出，在滴西區塊使用相同的鉆井參數，滴西27井機械鉆速比其他兩口井的平均機械鉆速17.7m/h提高了3.6m/h為21.3m/h，提速效率達到了20.33%。

莫北區塊兩支井隊使用自激式諧振脈沖裝置提速效果對照表

2008年通過自激式諧振脈沖裝置在莫北井區的應用，取得了良好的提速效果：從上表可以看出2008年使用脈沖裝置的井平均機械鉆速達到15.57m/h，鉆機月速4286m/臺月；2007年未使用的井機械鉆速為10.29m/h，鉆機月速2769m/臺月；鉆機月速提高了1517m/臺月，提速幅度54%。

2007與2008年莫北區塊綜合技術指標對比表

備注：2007年鉆井一公司莫北區塊未使用自激式諧振脈沖裝置，2008年鉆井一公司莫北區塊使用自激式諧振脈沖裝置。

由于自激式諧振脈沖裝置不受地自激式諧振脈沖裝置經過在莫北井區的試驗應用，取得了良好的提速效果：從上表可以看出2008年使用脈沖裝置的井平均機械鉆速達到13.41m/h，鉆機月速4003.94m/臺月；2007年未使用的井機械鉆速為10.72m/h，鉆機月速2984.14m/臺月；鉆機月速提高了1019.8m/臺月，提速幅度34.17%。個別井提速效果更佳，如使用脈沖裝置的滴西27井比未使用的鄰井滴西24、滴西171井機械鉆速提高3.6m/h，鉆速提幅20.33%。

由于使用自激式諧振脈沖裝置鉆機月速提高了1019.8m/臺月，提速幅度34.17%，由于自激式諧振脈沖裝置不受地層等條件的影響和限制，可在各個區塊推廣使用，且使用方便、簡單，提速效果明顯，經濟實用，有良好的經濟效益和社會效益。

4 幾點認識和建議

1）使用自激式諧振脈沖裝置，安裝的脈沖噴嘴不宜過小，防止過大的脈沖波沖擊力提前損壞脈沖噴嘴；

2）使用自激式諧振脈沖裝置開泵應緩慢柔和，防激動壓力損壞脈沖裝置內部自激式諧振脈沖發生器，使脈沖裝置失效；

3）自激式諧振脈沖裝置為達到應有的使用效果，建議成套使用，且所裝脈沖噴嘴必須為三只水眼等徑的噴嘴；

4）自激式諧振脈沖噴嘴使用壽命為70h～80h，脈沖接頭不宜超過200h，時間過長，脈沖發生器曲面失去應用的反射效果，使用效果減弱甚至消失；

5）使用自激式諧振脈沖裝置前，清除脈沖接頭內異物，泥漿保持清潔無雜物，固相含量低，這樣可延長自激式諧振脈沖裝置使用壽命；

6）自激式諧振脈沖裝置更適合在深井中使用，可更大程度地釋放泥漿泵功率，使用效果更加明顯。

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