万方期刊网,快速职称论文发表权威机构

  • 热门搜索:
  • 建筑论文 工程论文 科技论文
您的位置:首页 > 万方期刊网 > 论文分类> 论射流钻井技术新进展

论射流钻井技术新进展

来源:万方期刊网  时间:2014-08-20 09:58:11  点击:

作者:项根苍


摘要:伴随社会经济需求量的增加,物质资源进一步消耗殆尽。稠油油藏、边缘油藏与深部油藏成为开采石油的新方向。钻井条件更加复杂,成本也不断提高,速度由此减慢,钻井耗时也延长。此时,钻井速度快、钻研效率高的新钻井技术是石油钻井行业的急需。在日常的油气钻井中,喷射钻井技术是提高钻井速度的重要方式,在钻头破岩时,以射流为辅助,破岩速度大为提升。本文就现在常用的新型射流钻井技术做了分析,并结合具体应用说明技术的先进与可靠性。
关键词:射流钻井技术;新进展;讨论

一 自激振荡旋转冲击钻井技术
钻柱联接短节、自激振荡器、壳体、冲击传递杆等部件构成自流震荡旋转冲击钻井设备。详见下图。一/二级振荡腔、上/下喷嘴密封、上/中/下喷嘴、下喷嘴套组成自激振荡器,壳体与冲击传递杆下端的配合段是多变性,便于钻头扭矩传递。因工具使用期限受水力元件耐蚀与耐充影响,所以,在水力振荡器的驱动钻头杆顶、出入口受到沙砾、液固的强烈冲击位置以耐磨材料或激光熔覆、氮化、局部淬火等强化其表面,提升耐蚀耐冲性。(万方期刊网)
 
1~12分别为钻头、冲击传递杆、壳体、下喷嘴套、下喷嘴套密封、下喷嘴、二级振荡腔、一级振荡腔、中喷嘴、上喷嘴密封、上喷嘴与钻柱联接短节
(一)技术原理与特点
该技术以井底水力能量为基础,完善岩石与钻头受力情况、优化井底流场、提高钻头的冲击力,继承了冲击钻井技术与水力脉冲钻井技术的优点,以岩石受力改善、井底净化强化、冲击载荷作用,通过自激振荡旋转冲击钻井器具加快钻井速度。自激振荡旋转冲击钻井器具是上下部接头、中部自激振荡器的组合。脉冲射流因水力振荡元件调制出现,并以八方杆为媒介带动钻头,在水力脉冲下,钻井液流以冲击力方式传递到钻头,以40Hz、5-20kN的作用力施加到钻头上,由此产生钻压波动。岩石因振动载荷作用破坏强度降低,破岩效果由此提升。
自激振荡旋转冲击钻井器具有显著的优势,比如稳定性高、结构简洁、使用周期长;冲击力具频率高、振幅小,可较好适应地层与钻头;水力脉动在水力元件作用下转化为机械冲击力作用在钻头上,降低工具压、高能量利用率。
(二)使用工具要求
在工具准备阶段,要注意:上下扣正常,安全卡瓦,避免鼠洞操作;以PDC钻头作业时,在防漏堵漏基础上做好钻头降压;防止橡胶块、塑料袋、布条进入立管滤子、水端滤清器。在钻井时,要注意:钻井液排量>32L/s适用ZJXC-178型号工具,排量>50L/s适用ZIXC-230型号工具;送钻均匀,改变钻井参数适应蹩跳现象,蹩跳消除再逐渐做钻井参数恢复;纯钻时间不应超过200h,累计适用工具200小时后,要对损耗过大部件做更换。若井液密度>1.45g/cm,要减少工具作业时间。在起下钻时,注意:灌浆为必须,记录泥浆体积;防止拔活塞;工具起井后要检查工具是否有裂纹或损伤,并做更换。(万方期刊网)
(三)现场应用
1.位于准格尔盆地东部的吉33井,在原有的井深结构为提升二开井段的钻井推进速率,该井以ZIXC-230型号的钻井工具在1730-2500m井段实施开钻,进尺为770m。钻井地层是三工河组、西山窑组、八道湾组、侏罗系头屯河组与三叠系克拉玛依组。DFS1604U为PDC钻头的型号,1.36-1.41g/cm³为钻井液的密度,49-51L/s为排量。使用工具时间为135h,机械均速为6.31m/h。和相邻井比较,在相同地层比吉173井钻速提升29%,使用该技术具有明显的提速成效。
2.在承钻吉33井后,钻井队继续加钻吉34井。在原有井深结构基础上为推进二开井段速率。以ZJXC-230型号工具在520-2100m井段实施开钻,进尺1580m。PDC钻头和吉33井使用的型号一样,49-52L/s为排量,钻井时长105h,16.5m/h为机械均钻速。该井比吉33井提高了26.5%的钻速。
可见,自激振荡旋转冲击钻井工具对于避免岩石重复破碎。岩石屑颗粒返出发现明显粗,净化了井底。另外,钻井工具可适应地层与钻头,PDC钻头、牙轮钻头皆可联合使用。该技术也在大庆、胜利油田实践了20多口井,在条件相同前提下,钻井速度明显比临井高出26%,提速成效明显。

二 粒子冲击钻井技术
(一)关键的粒子冲击钻井设施
粒子处理系统、PID钻头、粒子注入系统是粒子冲击钻井技术的主要系统。
1.粒子注入系统。粒子在粒子注入系统帮助下被输入钻井液,并由此被传输至钻头,以实现钻井破岩。由升降机、机架、粒子储存罐、输送机构等构成,具体见下图示意。粒子由升降机举升至顶部机架,并注入进料斗,粒子因引力作用被输送到螺旋式挤压机,经钻井液压力、螺旋挤压机的作用,最终被输送至钻井液循环装置。在这里,研究系统粒子注入的核心是粒子怎样被均匀、比例的输送至高压的钻井液里。另外,粒子形状、尺寸、流量控制、粒子冲速度、注入粒子方式等系统粒子注入规格。(万方期刊网)
 
2.PID钻头。中心圆锥体、两个侧翼、三个钻头喷嘴、钻头体、与两个排泄槽为PID钻头结构。PID钻头根据燕模型与地层硬度决定布齿,硬质合金片布置在钻头中心与侧翼底部,井底岩石可在低扭矩与低钻压下被破碎,得到环形岩脊。钻头中心、钻头侧翼底部布置着喷嘴。在粒子冲击井底时,岩石凹槽可在井眼中心与沿井眼周围形成。排泄槽在中心部位与钻头两翼之间,可方便钻井液带入的岩石碎、粒子输进环空,减轻喷嘴、钻头等冲蚀与磨损。保径齿布置在钻头外缘,提升了钻头稳定性与耐磨性,且可扶正防斜。因为岩石环槽带有地应力,降低了岩石硬度,钻进快捷。硬岩在PID钻头下可缩短1/3的钻时。
3.粒子处理系统。粒子处理系统有磁铁分离器、环形分离器、转动滚筒。粒子返回地面时,振动筛选将岩屑、粒子、钻井液固相被捕获至粒子处理系统中,再经磁铁分离器与环形分离器。钻井液与岩屑可分离出破碎粒子,并将其洗净注入旋转储罐,粒子被储存,同时搅动避免粘结凝固,随后注入井下再次使用。
(二)研究内容与技术关键
1.研究内容。A.粒子注入系统结构原理,确保在流动的高压井液里,粒子经机械办法被均匀输入至高压钻井液内,确保装置的可靠、稳定。B.粒子冲破碎规律,优化PID钻头设计,以适应粒子冲修,提升开钻硬岩速度。C.提升喷嘴、钻头、循环管路使用期限,选择优质喷嘴、钻头,减轻钻具受磨损率等。(万方期刊网)
2.分析破岩机理。为了研究粒子冲击钻井技术的适用性,以非线性动力冲击有限元进行实践模拟,研究破岩的激励,可对破岩参数进行优选。以0.2cm为粒径,150m/s为初速度,垂直侵彻,下图为破岩模拟效果示意图,改图为岩石被钢粒冲击7Us,岩石损伤的变化值,是损伤程度的表,完全破坏则损伤是1。当岩石与钢粒接触时,岩石接触点周围出现了强烈冲击波压力。应力波以涟漪式传播,岩石因强大的撞击压力出现了塑性流动,受钢粒挤压、应力波传播与拉伸应力作用,应力波波振面位置的岩石出现裂纹。钢粒虽然与岩石接触的面积小,但瞬间冲击力非常大。瞬时接触应力比抗剪、抗拉、抗压强度大。另外,剪应力与拉应力在接触位置四周环向产生,岩石中出现微裂纹、压缩锥、裂隙,岩石被破碎,该法破岩与一般钻井相比,效率提高2倍。
 
粒子冲击钻井技术可提升能源利用率,钻井速度明显比常规技术高数倍。对于深井的硬地层,粒子冲击钻井技术缩短时间更为明显,可降低成本,是高效、经济实惠的深井钻井技术,开发前景广阔。

三 结语
    本文从理论与实践应用层面对粒子冲击钻井技术与自激振荡旋转冲击钻井技术做了发展现状的分析,得出新的射流钻井技术对于提高钻井速率,节约成本,提高钻井质量有很好的现实利用效果。当然,其他的空气锤钻井技术、脉冲空话射流钻井技术等也具有更快、更优的钻井效果。(万方期刊网)

参考文献:
[1] 张其智,林柏泉,赵帅等.射流辅助钻进技术研究及应用[J].煤矿安全,2012,43(2):85-87,91.
[2] 付加胜,李根生,史怀忠等.水力脉冲空化射流钻井技术适应性分析[J].石油钻采工艺,2012,34(5):10-14.
[3] 高玮.微孔径向喷射技术在Q2-3-313井应用[J].辽宁化工,2012,41(7):680-682.
[4] 吴鹏,韦忠良,张斌等.一种新型射流式液动锤的应用[J].常州大学学报(自然科学版),2012,24(3):30-34.

建筑论文由万方期刊网首发