1、井下增壓噴射鉆具,井底欠平衡鉆井技術(shù),國外提高鉆井速度途徑：,美國代表的高壓噴射體系，是北美于20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的高速鉆井技術(shù)，主要依靠鉆井液的水功率，從鉆頭噴嘴噴射出去而破巖，它大大提高了以前以鉆頭切削破巖為主的鉆井速度。主要特色：高壓大排量泥漿泵，雙管系鉆井系統(tǒng)，超高壓輔助鉆井等。 美國螺桿鉆具體系，以提高鉆頭切削破巖速度為主。破巖機(jī)理與前蘇聯(lián)渦輪鉆相同。 美國于20世紀(jì)80年代提出的空氣鉆井，保護(hù)油層的欠平衡鉆井，發(fā)現(xiàn)可大大提高鉆井速度。 前蘇聯(lián)20世紀(jì)60年代，代表的大排量渦輪驅(qū)動(dòng)鉆頭，以提高鉆頭切削破巖速度與效率體系。主要特色：渦輪鉆具，帶件速箱的渦輪鉆具。,提高鉆井速度,國內(nèi)

2、 跟蹤美國體系，加長鉆頭噴嘴，井下超高壓輔助鉆井等。 跟蹤前蘇聯(lián)體系，渦輪鉆具，帶減速器的渦輪鉆具等。 螺桿鉆具等 鉆井工程是一種高技術(shù)高風(fēng)險(xiǎn)的系統(tǒng)工程作業(yè)，提高鉆井速度對(duì)降低鉆井成本與風(fēng)險(xiǎn)有重大意義。,國外噴射鉆井破巖機(jī)理,美國在噴射鉆井上進(jìn)行了大量研究實(shí)驗(yàn)，高壓水射流切割鋼板等已工業(yè)成熟應(yīng)用,石油大公司及美國鉆井國家實(shí)驗(yàn)室投巨資(1300萬美金,19891990年）對(duì)上千種巖石進(jìn)行噴射破碎實(shí)驗(yàn)，得出射流壓力在70104MPa可破碎大部分巖石。所以，日后的噴射破巖機(jī)理都是以此實(shí)驗(yàn)為理論基礎(chǔ)。,國外破巖機(jī)理的問題,破巖實(shí)驗(yàn)是在地面做的,對(duì)試驗(yàn)巖石僅能模擬井下兩維圍壓，三維圍壓模擬在地面十分困難

3、。因此，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果只能作為在地面情況下的破巖結(jié)論，不能照搬到井下。 片面強(qiáng)調(diào)射流對(duì)巖石的沖擊破壞。 在此破巖機(jī)理指導(dǎo)下，一味的追求提高井下鉆井液的射流壓力，雖然在提高井下鉆井液射流的壓力有助于提高破巖效率，但是，在實(shí)際應(yīng)用中并未取得理想的效果，終歸以失敗而告終。出現(xiàn)上述問題的原因在于，人們對(duì)井下射流的破巖機(jī)理的認(rèn)識(shí)存在誤區(qū)。,新噴射鉆井破巖機(jī)理,為提高石油鉆井破巖速度，在鉆井時(shí)的任何井深度下，保證鉆頭上的一個(gè)噴嘴有大于20Mpa的壓降和一定的排量。因而噴嘴流速在較深的地層也能大于150m/s，并有一定的排量，因在如此高的流速下的流體，依據(jù)伯努利原理，液體動(dòng)壓與靜壓之和為零，使其流體中心部位壓力

4、很低（可低到液體的汽化壓力），在深部巖層將使其局部產(chǎn)生負(fù)壓，而巖石的抗拉強(qiáng)度只有其抗壓強(qiáng)度的1/51/20，所以在地層深部巖石產(chǎn)生的負(fù)壓會(huì)使其崩碎（像欠平衡鉆井一樣），通過一定的泥漿排量維持這種局部負(fù)壓區(qū)的穩(wěn)定，則形成一種連續(xù)有效的水力破巖。 此排量與流速下，負(fù)壓區(qū)使鉆井時(shí)泥漿的“壓持效應(yīng)”也被破壞，這將大大提高深井清巖效果，提高鉆頭的切削能力與效率。 以上兩者相互作用從而大幅提高鉆井速度。,井下巖石二次應(yīng)力分布,三維的高圍壓巖石，破壞單方向（一維）的壓力，巖石強(qiáng)度性質(zhì)將發(fā)生很大變化。這在空氣、泡沫等欠平衡鉆井中所證實(shí)。 高壓噴射形成的低壓區(qū)會(huì)引起巖石應(yīng)力的二次分布組合，大大降低被鉆區(qū)的巖石強(qiáng)

5、度。生日送什么禮物好 獲得較高的鉆頭噴嘴壓降，是高壓噴射的核心。（而非片面的地面高泵壓，泵壓再高全耗在沿程，對(duì)噴射無用）,井下增壓,鉆井時(shí)地面泥漿泵輸出的20MPa、30L/S的泥漿，經(jīng)幾千米鉆桿的傳送到井底壓力損失很大（3000米要一半，4000米僅剩56MPa，6000米只有2MPa），不能產(chǎn)生較高的噴嘴流速。 依據(jù)新噴射鉆井破巖機(jī)理，提出了一種井下高壓連續(xù)流噴射鉆具,現(xiàn)有高壓噴射的問題,鉆頭噴嘴獲得的實(shí)際噴嘴壓降，想當(dāng)然。在井深超過2500米時(shí)，實(shí)際不超過5MPa，不管如何提高泵排量及用小噴嘴。 這是現(xiàn)有高壓噴射在深井效果不理想的根本原因。 泵功率全耗在沿程上。,一種井下高壓連續(xù)流噴射鉆

6、具,高壓噴射鉆具，是以現(xiàn)在成熟的渦輪鉆具為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)多級(jí)離心泵，以離心泵為增壓部件，在井下把80的鉆井泥漿的水能量，轉(zhuǎn)移到20鉆井泥漿上，這樣保證不管井深多少，都能使鉆頭的一個(gè)噴嘴獲得25Mpa的噴嘴壓降，使此處的泥漿噴射流速達(dá)到150m/s以上，在井下實(shí)現(xiàn)局部負(fù)壓區(qū)，讓底部巖石膨脹破碎，實(shí)現(xiàn)噴射破巖清巖。,井下增壓鉆具,工作水力參數(shù)： 輸入10Mpa、28L/S泥漿 輸出：高壓25Mpa、5L/S；低壓2.3Mpa、23L/S 真正實(shí)現(xiàn)在井下不同深度地層下保持一鉆頭噴嘴有150m/s以上 的連續(xù)噴射流速，不受井深影響。達(dá)到水力破巖。,工作特性,鉆具本身安全性好 由于此鉆具不是單獨(dú)驅(qū)動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)，

7、沒有如其它螺桿鉆具、渦輪鉆具易損的軸承節(jié)，鉆具與鉆頭是靜連接，所以本整個(gè)鉆具相當(dāng)于一根鉆鋌，安全系數(shù)與鉆桿相同。 渦輪及離心泵是含在整個(gè)鉆具內(nèi)部，如損壞，僅相當(dāng)于普通鉆鋌，不影響鉆頭的切削鉆井。 對(duì)井下復(fù)雜工況適應(yīng)性強(qiáng) 渦輪與離心泵其內(nèi)間隙較大而對(duì)鉆井液和井底高溫有很強(qiáng)的適應(yīng)力。其工作不受井深干擾，水力參數(shù)不受井下圍壓影響，因渦輪離心泵是全連通形式，無活塞阻斷。從而實(shí)現(xiàn)井下工作的有效性。,工作特性,對(duì)地面泥漿泵、管匯和鉆桿的耐壓級(jí)別要求低。 本鉆具使用大口徑水眼，為保證渦輪的輸出功率，僅需保證一定的泥漿泵的排量即可，渦輪在沒有流量的情況下，回壓很小，不會(huì)產(chǎn)生如普通鉆頭上小水眼時(shí)開泵，泵壓會(huì)短時(shí)

8、很高而憋泵的現(xiàn)象。所以，本鉆具對(duì)泥漿泵要求較低，能適應(yīng)裝備較差的鉆井隊(duì)使用。,效果預(yù)測,空氣鉆井提高鉆井速度平均10倍，泡沫鉆井提高鉆井速度6倍，充氣鉆井提高鉆井速度3倍。這些都是近幾年經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)踐的數(shù)據(jù)，他們提高鉆井速度的共同原因是：欠平衡鉆井，徹底解決了“壓持效應(yīng)”，使井底巖石向上崩碎，加上鉆頭的機(jī)械破巖共同作用，所以大幅提高鉆井速度。但其也帶來井壁垮塌不穩(wěn)、上返巖硝不暢等一系列問題，形成鉆井時(shí)的重大危險(xiǎn)，因此空氣鉆井類的欠平衡鉆井應(yīng)用范圍很窄，有很高的風(fēng)險(xiǎn)。 本項(xiàng)目鉆具的破巖原理與空氣鉆井類的欠平衡鉆井完全相同，所以在鉆井速度的提高上可與空氣、泡沫鉆井類比，比常規(guī)提高鉆井速度3倍，并解決

9、了欠平衡鉆井類的井壁失穩(wěn)問題，此鉆具噴射的泥漿流只會(huì)在井底面形成負(fù)壓區(qū)，而不是井壁，井壁區(qū)還是保持過平衡及平衡鉆井狀態(tài)。 所以，提高鉆井速度一倍是很保守的數(shù)據(jù)。,現(xiàn)場應(yīng)用,井隊(duì)：黃河鉆井五公司30171隊(duì)（原30168隊(duì)） 井號(hào)：萊1更221井。設(shè)計(jì)井深2720米，為兩開井。 試驗(yàn)層位，19972186米，沙河街二段完畢剛進(jìn)入沙河街三段。 時(shí)間：2006年3月10日,試驗(yàn)情況：,泥漿性能：比重1.15，粘度38，含砂0.32 地面試驗(yàn)：2006年3月9日下午，現(xiàn)場連接好鉆具及測試頭，開泵8、10、12Mpa，20、25、28L/S，高壓噴嘴壓降分別是18、20、22Mpa。開泵僅10分鐘，把測

10、試頭擋板快刺漏。 鉆頭：雙流道六刀翼金剛石PDC，原鉆頭四刀翼金剛石PDC,2006年3月9日18點(diǎn)下井,0：30正常劃眼（差八根到底），泵壓10Mpa，20L/S井深1997米。 2：00劃眼到底。 2：05開打第一根，泵壓16Mpa，排量25L/S，鉆壓46噸，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速140r/min。鉆進(jìn)過程中轉(zhuǎn)盤憋跳嚴(yán)重估計(jì)遇到由沙二進(jìn)入沙三的砂巖礫層，在振動(dòng)篩巖芯取樣發(fā)現(xiàn)白色石英粒及淡黃色砂粒，到4：03分起鉆，打完第一根，用時(shí)2小時(shí)。 4：08分開打第二根，泵壓16.5Mpa，排量25L/S，鉆壓46噸，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速140r/min。5：24分鉆完，前1米打了40分鐘，后8米打了40分鐘，預(yù)計(jì)礫石層將

11、要穿過。 5：32分第3根開打，泵壓16，鉆壓5噸，轉(zhuǎn)速150r/min，5：56打完，其中吊打修整井底78分鐘，平均2分鐘/米，速度較平時(shí)經(jīng)驗(yàn)快了很多。鉆進(jìn)用時(shí)18分鐘。 6：04第4根開打，泵壓16Mpa，鉆壓5噸，轉(zhuǎn)速140r/min，6：19打完，用時(shí)15分鐘。 6：26第5根開鉆，泵壓16Mpa，鉆壓5噸，轉(zhuǎn)速140r/min，在鉆進(jìn)過程中發(fā)現(xiàn)泵壓突然較高，鉆速降低，懷疑水眼被堵，降低鉆壓并提鉆循環(huán)泥漿78分鐘，再下鉆打，鉆速恢復(fù)先前速度。所以，要求司鉆接單根后先開泵循環(huán)，再下鉆鉆進(jìn)。鉆完時(shí)，先提鉆，然后再停泵。以防高壓水眼被泥巖堵住。到7：01分打完，用時(shí)26分鐘。 7：08第6根

12、開打。泵壓16Mpa，鉆壓5噸，轉(zhuǎn)速140r/min，7：22打完。用時(shí)14分鐘。 7：31第7根開打。泵壓16Mpa，鉆壓5噸，轉(zhuǎn)140速r/min，7：49打完。用時(shí)18分鐘。 7：57第8根開打。泵壓16Mpa，鉆壓5噸，轉(zhuǎn)速140r/min，8：13打完。用時(shí)16分鐘。 8：19第9根開打。泵壓16Mpa，鉆壓5噸，轉(zhuǎn)速140r/min，僅打了5分鐘，泥漿泵安全閥銷子崩斷，修好后鉆進(jìn)速度太快，接連憋泵，改鉆壓23噸鉆進(jìn)，至9：06打完此單根。在鉆井過程中，泵壓緩升至18Mpa，上下波動(dòng)，找原因。最后，調(diào)小排量，以16Mpa打，發(fā)現(xiàn)泵壓下降，提高排量到正常值打鉆，所以升高泵壓原因應(yīng)是小水

13、眼堵了。鉆進(jìn)用時(shí)約18分鐘（后2米已控制鉆速）。 9：15第10根開打。泵壓16Mpa，鉆壓35噸，轉(zhuǎn)速140r/min，中間修理設(shè)備（井口泥漿槽漏），此時(shí)已控制鉆速不能太快。9：50打完。鉆進(jìn)用時(shí)約20分鐘（控制） 9：57第11根開打。泵壓16Mpa，鉆壓5噸，轉(zhuǎn)速140r/min，10：16打完?？刂朴脮r(shí)18分鐘（已控制）。 10：31第12根開打。泵壓16Mpa，鉆壓5噸，轉(zhuǎn)速140r/min，鉆進(jìn)7米后，到10：45停，檢修井架下部泥漿槽，11：00進(jìn)行短起下幾次，11：09復(fù)鉆，11：15打完。鉆進(jìn)用時(shí)20分鐘（已控制）。 11：22第13根開打。11：51小幅提升檢查排砂量，循環(huán)

14、。12：02打完。鉆進(jìn)用時(shí)25分鐘（控制）。 12：09第14根開打。12：36打完。鉆進(jìn)用時(shí)27分鐘（控制）。 12：42第15根開打。13：00提鉆循環(huán)檢修，13：28打完。鉆進(jìn)用時(shí)31分鐘（控制）。 13：35第16根開打。13：58打完。鉆進(jìn)用時(shí)23分鐘（控制）。 14：04第17根開打。14：31打完。鉆進(jìn)用時(shí)27分鐘（控制）。 14：38第18根開打。15：03打完。鉆進(jìn)用時(shí)25分鐘（控制）。 15：09第19根開打。15：33打完。鉆進(jìn)用時(shí)22分鐘（控制）。 15：40第20根開打。16：12打完。鉆進(jìn)用時(shí)32分鐘（控制）。在鉆進(jìn)過程中突然泵壓下降5Mpa，提升排量由28L/S到

15、32L/S，泵壓恢復(fù)到16Mpa，繼續(xù)鉆進(jìn)，估計(jì)鉆具內(nèi)部已有刺漏。 16：18第21根開打。16：50打完。用時(shí)32分鐘。 據(jù)3月11日上午回訪，在3月10日晚上6點(diǎn)多鐘，鉆進(jìn)速度已經(jīng)很慢，7點(diǎn)到9點(diǎn)才兩個(gè)小時(shí)打一單根，提鉆。鉆頭提上來后，半邊被泥包，高壓水眼和附近的一個(gè)低壓水眼被糊死?？煽隙ㄣ@具內(nèi)部已損壞。,結(jié)果分析,開鉆頭2根，遇到由沙二段進(jìn)入沙三的砂巖層，鉆進(jìn)過程中憋跳鉆盤嚴(yán)重，鉆速無法比較。從第3根開始到第8根鉆完，是真實(shí)的此鉆具實(shí)際鉆進(jìn)速度，其中第5根，因加鉆壓后開泵堵水眼，有調(diào)整時(shí)間，其它6個(gè)單根平均時(shí)間16.5分鐘。以往此地層經(jīng)驗(yàn)四刀翼PDC鉆速單根平均時(shí)間4050分鐘，六刀翼P

16、DC單根鉆速平均時(shí)間5060分鐘。本鉆具使用的是六刀翼PDC。鉆井參數(shù)：泵壓16Mpa，鉆壓5噸，轉(zhuǎn)速140r/min。因此，井下增壓高壓噴射鉆具的鉆速比原先提高3倍以上。生日禮物送什么最好 從第9根開始，對(duì)此鉆具的性能井隊(duì)已毫不懷疑，并開始控制鉆速不能太快，鉆壓降低到35噸，以免巖硝上返不暢卡鉆。所以，9到20根的單根鉆速控制在2030分鐘/根內(nèi)，不能反映本鉆具的真實(shí)效果。但也大大快于經(jīng)驗(yàn)鉆速近1倍。,問題與改進(jìn),此次井下試驗(yàn)完全驗(yàn)證新的噴射鉆井機(jī)理的正確。 因第一次下井，在井下工作13小時(shí)，鉆具還需較大的設(shè)計(jì)改進(jìn)。 現(xiàn)經(jīng)過三年的艱苦研制，井下增壓鉆具本身的問題已經(jīng)解決。水力參數(shù)完全可達(dá)到技

17、術(shù)要求中的高壓噴嘴25MPa，并能保證井下100小時(shí)的壽命，但在此參數(shù)下鉆頭噴嘴只能工作幾十分鐘，即使是金剛石噴嘴其外圍結(jié)構(gòu)也都被刺漏。所以，現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)主要在鉆頭上，鉆具中渦輪與離心泵只裝了原設(shè)計(jì)的一半，使高壓噴嘴只有10MPa壓降?，F(xiàn)場實(shí)驗(yàn)結(jié)果。,井下增壓渦輪噴射鉆具現(xiàn)場實(shí)驗(yàn),時(shí)間：2008 年 10月 16 日至10 月 20 日 地點(diǎn)：濱州梁才鄉(xiāng)北石村 井號(hào)：濱657-013井 井隊(duì)：32428SL 隊(duì) 黃河五公司 基本參數(shù)： 設(shè)計(jì)井深：3030米 下鉆前的井深及層位：2348米 沙2下，沙3上 泥漿性能：密度1.151.23g/cm3；含砂量0.50.3；漏斗粘度4850 秒 渦輪

18、鉆具工作參數(shù)：工作排量2530L/s，工作壓降34Mpa，高壓輸出810Mpa 鉆頭：四刀翼雙流道PDC。,單根進(jìn)尺時(shí)間：,1：60分鐘 2：83分鐘 3：60分鐘 4：63分鐘 5：59分鐘 6：63分鐘 7：1小時(shí)42分鐘 8：1小時(shí)25分鐘,余下30 cm 9：1小時(shí)18分鐘 10：1小時(shí)2分鐘 11：1小時(shí)37分鐘 12：1小時(shí)3分鐘 13：1小時(shí)11分鐘 14：1小時(shí)10分鐘 15：1小時(shí)20分鐘 16：1小時(shí)36分鐘 17：61分鐘 18：57分鐘 19：1小時(shí)11分鐘 20：1小時(shí)13分鐘 21：1小時(shí)09分鐘 22：1小時(shí)18分鐘 23：1小時(shí)20分鐘 24：1小時(shí)4分鐘,25：1小時(shí)29分鐘 26：1小時(shí)4分鐘 27：1小時(shí)16分鐘 28：53分鐘 29：57分鐘 30：1小時(shí)34分鐘 31：1小時(shí)19分鐘 32：1小時(shí)19分鐘 33：1小時(shí)38分鐘 34：2小時(shí)14分鐘 35：1小時(shí)18分鐘 36：2小時(shí)20分鐘 37：1小時(shí)53分鐘 38：1小時(shí)30分鐘 39：2小時(shí)31分鐘 40：2小時(shí)3分鐘 41：2小時(shí)3分鐘 42：2小時(shí)55分鐘 43：3小時(shí)34分鐘 44：2小時(shí)16分鐘 45：4小時(shí)14分鐘 余下25cm 46：第46根鉆桿未打完,余下約1.7米,鉆進(jìn)約7.8米.用時(shí):6小時(shí)42分鐘. 起鉆。,效果分析