超深井水力脉冲空化射流钻井试验研究

在分析超深井水力脉冲空化射流钻井机理的基础上,在塔里木油田中古区块的2口超深井上进行了水力脉冲空化射流钻井现场试验.试验表明:水力脉冲空化射流在不改变原有钻具组合和钻井参数的情况下可以有效提高超深井机械钻速,并且对延长钻头寿命有一定的作用;水力脉冲空化射流发生器性能稳定,使用寿命长,完全可以满足现场需要.     

水力脉冲空化射流钻井技术现场试验

水力脉冲空化射流钻井是在钻井过程中将水力脉冲空化射流发生器安装于钻头上部的一种钻井新技术,可以综合利用机械能量及水力能量提高钻井速度。通过使用水力脉冲空化射流发生器将钻井过程中进入钻头的常规连续流动调制成振动脉冲流动,钻头喷嘴出口形成脉冲空化射流。文章分析了冀东油田高尚堡地区高94-22井水力脉冲空化射流的现场试验并与同区块邻井进行了对比,结果表明水力脉冲空化射流钻井较常规钻速提速13.51%～45.4%,有较高的利用价值。     

利用水力脉冲空化射流复合钻井技术提高钻速

水力脉冲空化射流复合钻井技术是指在复合钻井过程中将水力脉冲空化射流发生器安装于钻头与螺杆钻具之间的一种新组合钻井方式,可以综合利用机械能量及水力能量来提高钻速。水力脉冲空化射流复合钻井的提速机理是:将常规复合钻井的高转速破岩与水力脉冲空化射流的有效清岩相结合,从而提高钻速。分析了在新疆英买、轮南区块4口井水力脉冲空化射流复合钻井的现场试验,结果表明水力脉冲空化射流复合钻井比常规复合钻井钻速平均提高12.67%,比常规钻具结构钻井钻速提高26.2%～55.36%,该技术具有较大的推广应用价值。     

塔河油田深井脉冲空化射流钻井试验研究

塔河油田深井钻井水力能量利用效率低、机械钻速低、钻井成本高,严重制约了勘探开发速度。针对该油田钻井实际情况,结合二开φ241.3 mm井眼地层、钻具组合和水力参数,利用水力脉冲空化射流钻井技术提高机械钻速。该技术配合常规钻具和复合钻井钻具组合使用,脉冲空化射流发生器耦合脉冲射流和自振空化射流,改善井底流场及岩面应力状态,提高钻速。该技术在塔河油田进行了4口井5井次的现场试验,在常规泵压、排量、钻井液密度等参数条件下试验井深达6 162 m,试验井段与邻井相近井段在相近工况下机械钻速平均提高33.3%~74.3%,单套钻具纯钻时间超过260.0 h。试验结果表明,塔河油田二开井段砂岩、泥岩等地层配合PDC钻头应用水力脉冲空化射流钻井技术,能够很好地提高机械钻速。      

水力脉冲空化射流钻井技术适应性分析

为了推广应用水力脉冲空化射流钻井技术,在介绍该技术提高机械钻速机理的基础上,通过理论分析、统计总结的方法对该技术的现场试验进行了适应性分析,包括适用的钻具组合、地层、井径、钻头以及钻进参数等。结果表明:水力脉冲空化射流发生器可与常规钻具、井下动力钻具、欠平衡钻具以及Power V钻具等多重钻具组合配合钻进;适用于新生代至古生代地层,包括软、中硬、硬地层,最大试验井深达6 162 m;可在?216~?406 mm不同井眼配合不同型号PDC和牙轮钻头应用;适用的钻井参数范围较大,对钻井参数没有特别要求;一般工作寿命在230 h以上。水力脉冲空化射流钻井技术对现有的钻井装备、工艺参数等具有较好的适应性,平均机械钻速提高10.1%~104.4%,为深井钻井提供了一种安全高效的钻井新技术。     

页岩气井中水力脉冲空化射流钻井试验研究

为了提高页岩气钻井施工中的机械钻速、缩短钻井周期,在分析水力脉冲空化射流钻井机理及关键技术的基础上,在宣页1井中进行了多井次现场试验,并将试验井段的机械钻速与同井相邻井段进行对比。试验结果表明,在钻进地层相同、相近工况下试验井段比同井相邻井段机械钻速平均提高105.3%;水力脉冲空化射流技术可有效提高页岩气钻井施工的机械钻速。建议进行多区块、多井次现场试验,以验证水力脉冲空化射流技术在页岩气钻井施工中的适应性。     

多重组合水力脉冲空化射流钻井提速研究

水力脉冲空化射流钻井是在钻进过程中将水力脉冲空化射流发生器安装在钻头上部实现钻井提速的新技术。通过该技术使进入钻头的常规连续流调制成振动脉冲流,从而形成水力脉冲、空化冲蚀和局部负压三种效应,增强井底净化效果及改变岩石应力状态,达到提高机械钻速的目的。文章在分析水力脉冲空化射流发生器结构和提速机理的基础上,在现场配合常规钻具、螺杆钻具、旋转导向、ＰｏｗｅｒＶ、欠平衡钻井系统等工况多重组合现场试验,实验井径为２１５～４４４ｍｍ,纯钻时间超过２６０ｈ,试验井深达６１６２ｍ。在相同工况及钻井参数条件下水力脉冲空化射流钻井技术机械钻速提高１１．７％ ～１７２．２％,为石油钻井提供了一项钻井提速新技术。     

水力脉冲空化射流欠平衡钻井提高钻速技术

研究了水力脉冲空化射流欠平衡钻井破岩、清岩、提高机械钻速机理,并在准噶尔盆地金龙3井进行了水力脉冲空化射流欠平衡钻井现场试验。研究结果表明,井底欠平衡状态下产生水力脉冲、空化冲蚀和局部负压效应,可改善井底流场,降低岩石的破碎强度,促进井底已破碎岩石及时脱离井底,减少反复切削及压持效应,从而达到提高机械钻速的目的。金龙3井相邻井段机械钻速对比表明,在钻井参数基本不变的情况下,采用牙轮钻头+水力脉冲空化射流发生器欠平衡钻井方式钻2 590~2 655 m井段和采用牙轮钻头+水力脉冲空化射流发生器+螺杆钻具欠平衡钻井方式钻2 655~2 759 m井段的机械钻速分别比采用欠平衡钻井方式钻2 485~2 590 m井段的平均机械钻速提高19.8%和87.1%。图5表2参14     

水力脉冲空化射流钻进机理及现场应用

水力脉冲空化射流钻进是将水力脉冲与空化射流耦合的一种新型钻进方式,通过流体脉冲扰动和自振空化效应耦合,使进入钻头的常规连续流动调制成振动脉冲流动,在井底有限井段形成低压区,减小压持效应,避免重复切屑,同时改变井底岩石的受力形态,产生疲劳破坏,降低破岩荷载,提高机械钻速。对水力脉冲空化射流钻进在塔河油田超深井进行了应用分析,发现与常规钻进相同地层岩性的机械钻速对比,在砂岩及粉砂质泥岩段有很大提高,但在水敏性泥岩段不明显。总体上在塔河油田水力脉冲空化射流钻进具有较大的推广应用价值。     

庆深气田水力脉冲空化射流钻井技术

对于欠平衡钻井技术的应用,大庆油田在松北深层构造上取得了良好的效果,充分体现了提高机械钻速和油气层保护等方面的优势,但时常会出现应用效果不明显的现象,严重影响了勘探开发的综合效益。据有关资料介绍,利用水力脉冲空化射流钻井技术可以进一步提高机械钻速,因此结合地质特性差异和开发现状阐述应用水力脉冲空化射流钻井的可行性和必要性。     

Hydraulic Pulsed Cavitating Jet-Assisted Drilling

Abstract

How to improve drilling rate in deep wells has been a hot subject. Based on modulating pulse jet and cavitating jet, a new drilling tool is designed which couples advantages of both pulse jet and cavitating jet. When drilling fluid flows through the tool during the drilling process, fluid is modulated to pulse and cavitate. Thus, pulse cavitating jet is formed at the outlet of the bit nozzle. Because of jet pulsation, cavitating erosion and local negative pressure affect bottomhole rock. Cleaning and breaking is enhanced and penetration speed is improved. Oil field tests in five wells show good applicability of the tool to bit types, formation, drilling densities, flow rates, and dynamic hydraulic drilling motors, etc. As a result, penetration rates are improved ranging from 10.1 to 31.5%; the maximum working time is about 235.5 hr in downhole. Pulse and cavitating jet coupling will afford an effective means to improve drilling rate for deep wells.     

水力脉冲空化射流技术在非常规钻井中的应用

部分非常规井由于地层古老,岩性致密,可钻性差,钻井周期长,钻井过程中遇到的复杂情况增多,机械钻速下降幅度明显增大,同时钻井成本也急剧增加。从非常规钻井施工实际不难发现,采用传统钻井工艺和方式不能解决钻井机械钻速低,钻井周期长等难题。目前,石油专家通过探索研究发现,在水力参数不变的条件下,利用脉冲射流和空化射流能够产生较大的冲击载荷,提高清岩和破岩效率,从而顺利解决了钻井机械钻速低,钻井周期长等难题。通过跟踪、对比分析水力空化射流钻井技术在非常规钻井中的应用情况,研究该技术提高机械钻速的可行性,探索提高水力脉冲空化射流工具结构、水力参数、钻具组合与地层适应性关系,对非常规钻井提速做好技术准备具有重要的现实意义。     

水力喷射径向钻孔技术在江苏油田的应用研究

随着多年持续开发生产,江苏油田的老井数量不断增加,同时存在多块低渗油气藏和稠油油藏,开采难度越来越大,一些区块无法实施压裂改造等工艺措施,而水力喷射径向井钻孔技术提供了一种新的开采工艺。水力喷射径向井钻孔技术具有定层位、定方位、定深度等优点,可以准确地对剩余油富集部位进行有目标的挖潜增产,其措施半径最长可达到100m以上。到目前为止,该技术在江苏油田现场应用6井次,作业过程进展顺利,为江苏油田增产提供了一种经济高效的开采途径。     

YSC-178型液动射流冲击器在旋冲钻井中的应用

针对松南气田深部地层存在的诸多技术难题,在该气田试验应用了2套YSC-178型液动射流式冲击器及其配套技术。该冲击器依靠双稳的射流元件来控制活塞冲锤的上、下运动,结构简单,运动部件少,因而工作寿命长,工作不受井深及围压的影响,适用于深井钻井。现场试验表明,2套冲击器入井时间总计120 h,纯钻时间57.71 h,进尺66.87 m,平均机械钻速1.158 m/h。与上部相邻井段单只钻头平均机械钻速对比,调整参数前提高79%,调整参数后提高463%。这表明旋冲钻井在松南地区提速是可行的。如选用适应该地层的耐冲击长寿命钻头并配套使用冲击器,将会取得更加理想的试验效果。     

新型液压滑套式随钻安全接头的研制

海洋深水钻井具有高风险、高投资和高技术的特点,一旦发生井下钻井事故,则损失巨大,如何迅速解除卡钻事故,降低钻井风险和事故损失是当前钻井工作的当务之急。在对钻井事故处理不断探索和总结的基础上,针对现有倒扣式和剪断式安全接头结构上的局限性和缺陷,研制出了一种能很好地处理井下卡钻事故的新型随钻安全接头。其工作原理为：在正常钻井作业中,它连接在钻具易卡部分的上端,当遇卡钻事故时,停钻、停泵,拆下回压凡尔以上工具（钻具内水眼需畅通）向钻具内投入钢球,接上方钻杆,开泵憋压使钢球入座滑套上端;由于泵压的上升,推动中心滑套剪断定压定位螺钉,使中心滑套上月牙键脱离键槽;当泵压下降后停泵,然后正转钻具,使上下反扣接头处分开,提升、取出钻具;然后再进行下一步套铣、打捞工作。对该工具进行了详细的强度分析计算,室内试验和在渤中34-5油田的两口井中使用表明,该安全接头具有安全可靠、操作简单、处理事故快等特点。     

零半径水射流径向钻井技术的研究与应用

新型水射流径向钻井技术以零半径(套管外)从现有井筒内径向钻入地层,可为老油田、边际油田、低渗透油气藏和煤层气开发提供一种能有效恢复或提高单井产量的经济手段。采用集成式井下工具的水力深穿透技术,水平钻孔长度可达2m,能有效穿透近井带污染区,用定向穿透辅助压裂可有效改造低渗透裂缝性油藏。采用分步作业方式的水射流钻径向分支井技术,利用连续管起下钻具,水平钻孔长度可达20～50m或更长。最后指出喷嘴的牵引能力和钻孔性能是对水平钻孔长度及适应地层范围影响最大的关键因素。     

用于出砂井的水力喷射泵结构设计

油井出砂对地面设备和井下设备带来极大的危害。通过室内试验研究了地层砂在井筒内的流动和沉积状态,测定了不同粒径的砂粒沉降速度和一定液量下的极限携砂量。设计了应用在出砂井中的水力喷射泵采油装置,其特点是采用平行双管柱结构的水力喷射泵,合理设计泵内流道,尽可能保持液体匀速流动,适当提高液体流速,提高携砂能力。最后为防止液体停止流动导致砂堵排出管,设计了结构独特的沉砂管。