井下增压装置提高钻速机理与适用性

利用井下增压装置产生高压射流辅助钻头机械破岩是提高机械钻速的有效手段之一,现有井下增压装置可分为利用钻井液水力能量和钻柱振动能量2种增压方式。针对不同地层对井下增压装置输出压力要求和不同增压方式适用井深条件等问题,通过数值模拟和现场试验分析等手段,研究了地层岩石力学参数对增压射流破岩的压力要求,探讨了2种井下增压方式的适用条件。结果表明,在地层岩石的摩擦角为20°~50°、内聚力小于60 MPa、当井下增压装置输出射流压力达到100 MPa以上、喷距不超过10倍当量喷嘴直径时,增压射流具备直接破岩能力。钻柱减振增压集钻柱减振和井底钻井液增压为一体设计新思路,装置活动部件少,受井深、钻井液性能参数等影响小,井下最长工作时间已达230h以上,比利用钻井液水力能量的增压方式具有更宽的适用范围。

射流式井下增压装置的设计

探讨了新型射流式井下增压装置的射流元件、组合阀、增压缸体和外缸体等关键部件的设计问题。基于实际钻井工艺的要求,引入射流元件作为增压器的控制和执行机构,增压装置结构设计简洁,流道设计空间大,并可以通过部分零部件的调整装配来满足不同增压比和增压输出排量的变化要求,外型设计尺寸和接头规范满足现场工艺要求。

离心式井下增压装置的系统设计

针对目前国内外超高压射流钻井技术采用柱塞式增压器普遍存在寿命短、工作可靠性差的问题,提出离心式井下增压装置的结构设计方案。这种增压装置由动力单元(涡轮动力机)、固液分离单元、增压单元(离心泵)和流道短节单元组成,通过钻井液驱动涡轮动力机旋转,并带动固液分离装置和离心泵高速旋转,使部分钻井液增压,达到提高射流压力和速度的目的。现场试验证明,这种离心式井下增压装置可使钻井液在井底的压力达到30MPa。

射流式井下增压装置的试验研究

为了测试射流式井下增压装置的整机性能,对该装置进行了地面模拟测试和整机试验研究。研究结果表明,增压出口压力示值的变化与输入排量和节流压降直接关联,且立管压力波动也反映出设计的工具压耗与实际试验压耗相吻合。同时通过试验也反映出,为适应钻井工艺的要求,必须增大增压比来实现在低节流压降条件下,达到高增压出口压力,进而满足循环系统对循环压力的要求。该试验初步验证了新型射流式井下增压装置设计的可行性,整体设计指标达到预期的要求。

新型井下增压装置研制及现场试验研究

研制了一种新型井下增压装置,阐述了该装置的技术优势,并在胜利油田及吉林油田进行了井下增压装置现场试验。试验结果表明:井下增压装置产生的超高压射流可以起到辅助机械破岩,从而达到提高机械钻速的目的;在钻进参数基本相同的情况下,胜利油田埕北602井和义180井使用该装置后同比机械钻速提高了41.0%和63.8%以上;吉林油田长深D平13井和长深D平5井使用该装置后同比机械钻速提高了71.7%和96.7%。

一种新型井下增压装置的设计与分析

本文提出的装置可利用地面泵输出的低压大排量钻井液,在井下为钻头提供超高压小排量的射流脉冲,增加水力破岩的能力,达到提高钻井速度的目的。

离心式井下增压装置在大8—8—1井的试用分析

随着高压喷射钻井技术的发展,井下高压喷射钻井技术应运而生,它根据高压射流破岩理论,在基本不影响地面机泵条件的情况下,通过局部提高井底钻井液压力来提高破岩效率。该技术被认为是进一步提高机械钻速的有效方法之一,具有良好的应用前景。大8-8-1井在钻井施工中试用了离心式井下增压装置,对该装置的结构特点及实验情况进行了分析。

井下螺杆增压提速装置关键部件设计

钻井提速是各大石油钻井公司研究的重要方向,油气钻井工程实践表明,提高井底钻头喷嘴射流压力可以大幅提高钻井速度。在分析现有井下增压的基础上,研制了井下螺杆增压装置。该装置以螺杆泵作为动力,通过新型换向机构将旋转运动转换为增压泵的往复运动,成功实现了井底增压;钻头超高压喷嘴射流压力达到80～100MPa,有效地实现了超高压射流钻井,达到了提高钻速、降低钻井成本的目的。

螺杆式井下增压钻井装置原理及设计

为了提高钻探效率,设计了螺杆式井下增压钻井装置,该装置主要由动力单元、动力转换单元、固液分离单元、增压单元以及高压流道单元组成。动力单元将钻井液的水力能量转换为螺杆泵马达转子的转动扭矩,动力转换单元将转子的旋转运动转化为增压缸柱塞的轴向往复运动,固液分离单元对被增压的钻井液进行过滤,增压单元通过柱塞的往复运动来压缩缸内的钻井液,对钻井液增压,高压流道单元将增压后的钻井液输送给钻头的高压喷嘴。现场试验表明,螺杆式井下增压钻井装置除换向机构有较大磨损外,其他零部件均无明显损伤。因此需对换向机构进行改进,以达到螺杆式井下增压钻井装置的寿命要求。

井下钻柱减振增压装置工作特性的仿真研究

井下钻柱减振增压装置是一种用于实现井底超高压射流辅助破岩的钻井工具,该装置的工作原理是利用井底钻柱振动能量,采用活塞激励的方式调制超高压射流。为研究各参数对该工具工作特性的影响规律,为其现场应用提供理论依据。基于该工具的工作原理,建立了数学模型并进行了仿真分析,对其工作特性进行了研究,以有效破岩水功率(单位时间内装置输出钻井液携带的有效破岩能量值)为优化指标,得出了钻进参数及超高压喷嘴当量直径对其工作特性的影响规律:装置输出压力的峰值随着超高压喷嘴直径的增大逐渐降低;随着钻压、转盘转速的增大而升高;当喷嘴直径为3 mm时,装置输出的有效破岩水功率最大;有效破岩水功率随着钻压、转速的增大而增大。为使单位时间内装置输出的有效破岩水力能量最高,钻进参数与超高压喷嘴直径之间存在最优参数配合。

新型井下水力增压装置的实验研究

针对如何充分有效地利用井底的水力能量 ,既要能提高水力能量的利用率 ,又要易于井下实现的问题 ,设计了一种新型井下水力增压装置 ,该装置依靠脉冲射流的卷吸、自激振荡反馈负压区的形成 ,以及井壁环空液柱压力的它激作用实现井下增压 ,所用增压介质仅为井下环空流体。利用井下环空流体对该装置进行了自增流量实验和射流瞬时动压力实验 ,并由此得出结论 :(1 )在实验条件下 ,自增流量达 2 0 %左右 ,最佳开孔直径d =8mm ,最佳开孔位置h =8mm ,最佳开孔数目n =2 ,对称布置 ;(2 )最佳自增流量开孔方案是 :单孔 8mm ,其开孔位置h =8mm ;双孔 8mm× 2 ,其开孔位置也是h =8mm。

脉冲式井下增压钻井装置增压特性研究

基于脉冲式井下增压钻井装置的结构和工作原理,建立了其活塞增压模型,进而对其增压特性进行数值模拟研究。研究结果表明,流体增压是活塞运动和高压喷嘴节流共同作用的结果。当其他条件相同时,高压喷嘴出口流速随转速、活塞行程的增大而增大,并且增大幅度较高,增压压力受这3个因素的影响规律相似;高压喷嘴出口流速和增压压力都随高压喷嘴直径的增大而明显降低;随着钻井液密度增大,高压喷嘴出口流速和增压压力稍微增大。高压脉冲射流的脉冲频率只与转速有关,且随转速增大而增大,其他因素对其没有影响。该研究结果为后续的样机设计和现场试验参数的确定提供了依据。

JZZY-1型井下钻柱减振增压装置结构优化及现场试验

现场试验结果表明,利用钻柱的纵向振动可以实现井下钻井液增压以达到超高压射流辅助破岩的目的。井下钻柱减振增压装置能够大幅度提高钻井速度。为进一步提升井下钻柱减振增压装置的工作性能,对其结构进行了优化,并研制了井下钻柱减振增压装置用超高压钻头流道系统。优化后的装置整体结构大大简化,每个零部件的加工、安装、拆卸和维修都比较容易;研制的超高压钻头流道系统无需生产专用钻头,与普通钻头组装后便可配合井下钻柱减振增压装置使用。在胜利油田临盘地区的2口井现场试验评价表明,改进后的井下钻柱减振增压装置配合超高压钻头流道系统结构可靠,工作稳定,工作寿命能够满足现场应用的要求。