采 用泥浆马达和涡轮钻 具钻定向井时，由于 上部钻具不旋转，在 大井斜和水平滑动钻 进时井眼摩阻会非常大，导致机械 钻速和钻井效率降低， 见图 1 所示， 应用水力脉冲新技术后可显著提高 定向滑动钻进的钻井效率。为了克 服非旋转钻具与井壁间的摩擦力， 水力脉冲装置的机械设计能产生强 大的压力脉冲，并将压力脉冲转化 为机械动能，由此产生钻具轴向运 动，从而提高钻压传递。
 
       该技术可用于大斜度、大位移 及非传统储层水平井的滑动钻进作 业；延长 PDC 钻头使用时间、持续 产生高机械钻速、降低压差卡钻风 险、钻出规则的井眼轨迹、提高井 身质量。不仅如此，该技术还能提 高钻头的钻压传递、降低钻压的地 面加压、减小钻杆压缩、增强马达 工具面控制、减少井眼弯曲和累积 的狗腿、 要求低压降， 降低钻具摩阻， 实现持续稳定的钻压传送，提高机 械钻速和钻井效率。
 
水力脉冲技术优势显著
 
       传统水平钻井作业由于钻具与 井壁间的摩擦力极易引起钻具高摩 阻工况，由非旋转钻具产生的摩擦 力导致钻具在曲线段和水平段被托 起或挂住，通常称作托压，因此， 钻压输送受到限制。导致马达工具 面漂浮不定和极低的机械钻速，最 终导致钻头过早失效、井眼扭曲增 多、持续传送钻压的能力下降。降 低钻具与井壁间的摩擦力，水力脉 冲系统通过一个全金属装置产生振 荡，该装置并未采用定子 / 转子动 力 组 件， 可 降 低 总 的 系 统 压 耗， 这会使井眼轨迹更加一致，使钻 进更加顺畅和连贯，实现连续稳 定滑动钻进。水力脉冲系统如图 2 所示。
 
        传统钻井工具因马达工具面控 制困难，钻出的井眼扭曲度高，井 眼轨迹一致性差，与之相比，新水 力脉冲系统马达工具面控制良好， 钻出的井眼弯曲度比较均匀，井眼 轨迹一致性好。因此，使用新水力 脉冲系统获得的效果是：较好的工 具面控制，井眼轨迹一致性好，低 扭曲度，狗腿少，井身质量明显得 到提高。同时，穿越水力脉冲装置 的低压降在立管压力不接近极限的 状况下能更柔韧灵活地进行钻井作 业，这是传统钻具振荡工具高压耗 要经历的一个挑战。
 
建模发挥最大效益
 
        水力脉冲系统包含两个短节， 低压脉冲发生器和上部增强器短节。 当泵流速超过激活流量范围时，低 压脉冲发生器以一个特定频率在钻 具内产生一个压力脉冲，这个脉冲 确定不会对随钻测量 MWD 产生干 扰。压力脉冲激励脉冲增强器短节 在脉冲装置上下钻具范围内产生轴 向运动，振荡运动克服摩擦力，提 高井底钻压传送，使钻头获得持续 稳定的钻压，提高机械钻速。低压 脉冲器见图 3 所示，上部增强器短 节见图 4 所示。作业期间，压力脉 冲产生的振动不会干扰或影响其它 井下工具的正常工作，这使其能与 MWD、LWD 和其它定向系统兼容 运行，共同作业。
 
        为了使水力脉冲装置能发挥最 大效益，作业前需做的工作包括建 立模型，在钻具内实现装置的最佳 安放，根据某口井的具体要求，采 用以下三种方式建立模型，IDEAS 一体化钻头设计平台，该平台能让 设计人员在用马达滑动钻长水平段 时探索水力脉冲系统是如何帮助传 图 1 传统钻井 图 2 水力脉冲系统 图 3 压力脉冲发生器 图 4 上部增强器短节 67 新技术 Overview of New Technologies·New Technology送井底钻压的；Runner 钻具分析 软件，根据扭矩与摩阻模型、具体 的井身结构和计划的井底钻具组合， 为作业者提供在钻具的什么位置安 放水力脉冲装置的建议；HART 水 力学优化软件，该软件能帮助作业 者计算加入水力脉冲装置的钻具预 计的立管压力。
 
实地应用钻速高
 
        水力脉冲系统在美国西部钻井 作业期间节约钻井周期 60 小时，水 平段夹层砂岩地层机械钻速得到显 著提高。一家石油公司正寻找一种 通过钻更长水平段来达到提高钻井 效率的方法，这家公司既想在滑动 钻进时控制好井眼定向，又想保持 或超过之前的基准钻速。这家石油 公司向斯伦贝谢公司咨询后决定在 同样的井底钻具组合中布置两套水 力脉冲滑动钻进系统。水力脉冲装 置产生一种非转子 / 定子动力方式 的振荡脉冲，该系统在较低的压力 下作业，改善了井底钻压传送，通 过采用水力脉冲系统不但打出了连 贯流畅的井眼轨迹，又展现出水力 脉冲系统的全程钻进能力，因此， 大斜度和长水平段的钻进性能得到 显著提高。 美国德克萨斯鹰福特页岩的钻 井作业节省钻井周期 12 小时，提高 非传统储层的定向钻井效率。
 
        美国 德克萨斯资源公司在奥斯丁白垩纪 鹰福特页岩地层钻水平井，石油公 司在两个 6 1 / 8 ″ 水平段寻求一种提高 钻井效率的方法，既要保持或超过 之前的基准或平均机械钻速，还要 在滑动钻进时保持良好的定向控制。 采用轴向运动实施滑动钻进：斯伦 贝谢建议下一个 5″ 规格的水力脉冲 滑动钻进增强装置，因为该装置能 提高井下马达在大斜度和水平段定 向钻进的钻井效率。
 
        德克萨斯美国 公司首次使用水力脉冲系统在西德 克萨斯下井作业，使用相同的井底 钻具组合，水力脉冲系统用 4.3 天 时间钻完了两个水平分支段的目标 井深。钻完第一个水平段目标井深 后，公司进行了一次短起下作业， 接着再定向，用同样的井底钻具组 合钻第二个水平分支段，通过不起 出地面改变井底钻具组件的方法， 德克萨斯美国公司节省了 12 小时的 钻机周期和相关费用。 另外德克萨斯美国公司还提高 了滑动钻进机械钻速和两个水平分 支段的钻压传送。用水力脉冲系统钻 的第一个分支段整个进尺是最好的 一趟钻；使用该系统钻的第二个分 支段单趟钻的进尺也排在前三。第 二个水力脉冲系统钻进的机械钻速 也是进尺位居第三的机械钻速。