高压射流辅助钻井技术研究现状及发展趋势

随着全球油气资源开采的不断深入,深井和超深井钻井提速技术逐渐成为提高地下油气资源开采能力的重要手段。其中高压射流辅助钻井技术是油气钻井提速的重要技术手段之一,不仅能大幅提高钻进效率,还能延长钻头使用寿命、降低热磨损和增加井底清洗效果。为此,在系统介绍高压射流辅助钻井理论的基础上,重点阐述了高压射流破岩、射流—机械联合破岩和射流辅助携岩机理,探讨了射流辅助钻井技术的发展趋势,并对地面和井下2种主要增压方式及相关设备进行了详细论述,最后结合射流辅助钻井的发展历程,深入分析了脉冲射流、磨料射流、CO_(2)射流等先进射流辅助钻井破岩及携岩的发展趋势。研究结果表明:(1)未来地面增压泵将朝着大泵压、大排量方向发展,井下增压器将会进一步致力于延长寿命和提升可靠性;(2)先进射流辅助钻井虽然存在一定不足,但是其辅助钻井优势突出,有望解决目前地面增压与井下增压的瓶颈。结论认为,对高压射流辅助钻井技术、射流增压装置和先进射流辅助钻井技术现状的回顾和分析,明确了制约当前深层油气优快钻进的关键问题,为钻井提速提效提供了新的研究思路和发展方向。

破岩钻井方法及高压水射流破岩机理研究

简要分析回顾了破岩和钻井方法的发展,论述了激光钻井和高压水射流钻井的发展潜力,阐明了高压水射流钻井技术已具备工业应用的可行性。分析了高压水射流破岩机理研究中的关键问题及解决途径,介绍了利用数值模拟和试验相结合的方法研究高压水射流破岩机理所取得的一些突破性进展,提出了建立和完善高压水射流破岩理论体系、发展水射流钻井技术的研究方向。

带有井下增压器的连续管射流钻井

高压旋转水射流钻井可以提高钻井的速度,减小钻压、扭矩振动,因此可以采用常规的地面泵送设备和连续管,利用高压旋转水射流钻机、增压器和油气分离器进行喷射钻井。利用高压反作用式涡轮射流可以钻181～385in的井眼。喷射钻井实验显示70MPa的射流可以有效地钻穿最常规的油气产层。常规泵、旋转接头和管线达到28MPa才能够操作,而一个压力比为2.5∶1的增压器可以在所要求的压力下进行有效的钻进。增压器可以利用气锚对两相流产生作用,从两相流中分离出来的气可以供给增压器和要通过射流喷嘴的高压水,并可以传到钻头上用来延伸射流的喷射范围。实验表明,井底钻具组合的喷射钻井可以有效地铣削胶结物,但是钻进速度比电动机和磨铣钻头的组合慢,且要求更高的泵压。可以在无法应用电动机的地方应用这种工具,例如这个工具可以通过超短半径的流动给小直径喷管射流钻井提供能量来进行水平钻井。可用于去除对井底设备有害的硬水垢等油井服务。

井底边界条件下单喷嘴射流流场的数值模拟

用数值模拟的方法研究了符合井底边界条件的轴对称单喷嘴淹没非自由射流流场，给出了不同喷嘴直径、不同喷速、不同喷距下的流场矢量图，并研究了上述工况下的射流轴心速度衰减规律。结果表明，除射流区、撞击区、漫流区、返回区之外，还存在一明显的回流旋涡区，射流出口雷诺数对轴心速度衰减的影响很小，而漫流的存在使得射流轴心速度在靠近井底的区域内受到很大程度的影响．数值模拟结果和有关实验数据有较好的一致性。

塔河油田TK1294井快速钻井技术探讨

TK1294井是中石化西北分公司在塔河油田12区部署的一口简化结构的三级开发井,设计井深6287m,实际完钻井深6316m,设计周期83d,实际钻井周期63.97d,全井安全快速顺利施工为塔河油田施工同类型的井具有较高的借鉴价值。

直旋混合射流内流场的特性研究

自进式钻头是径向射流钻井技术中的一个不可或缺的组件。然而,目前国内外对直旋混合射流进行的研究多数是关于其外流场对破岩效率的,而对组合射流的形成机理的研究较少。通过在非淹没条件下进行了新型直旋混合射流的内部流场仿真,得到了内流场的混合特性:轴向速度靠近轴心处速度最大,切向速度则是沿着射流的不断混合呈现正弦曲线分布的规律。结果可为进一步研究钻头的破岩特性、机理和优化设计提供理论依据。

自吸环空流体式自激振荡脉冲射流性能分析与优化

为了充分利用井底水力能量提高钻速,提出自吸环空流体式自激振荡脉冲射流钻井技术。采用大涡模拟与试验研究相结合的方法,分析自吸环空流体式自激振荡脉冲射流的调制机制及射流调制工具的结构参数对射流性能的影响。采用正交试验法进行数值模拟试验,优选射流调制工具的结构参数。结果表明:结构参数对射流性能影响显著,结构合理的吸入式自激振荡射流的性能明显优于非吸入式脉冲射流;射流调制工具出口脉冲射流速度脉动值与破岩深度之间呈显著的线性相关,脉动值越大,射流破岩效果越好。数值计算结果与试验结果吻合良好,表明所用研究方法可行。

水力、机械联合破岩的实验研究

在实验室条件下研究了高压射流射入方位与刀齿对应关系的合理匹配,对钻头破岩效果的影响。得出射流从齿后面以35°左右的喷射角冲击岩层时的破岩效果最好;齿越尖,棱角越多的齿形越有利于联合破岩;岩石类型、钻压等对射流与刀齿的合理匹配关系无直接影响等结论。最后,对如何有效地提高现有钻头的破岩效率提出了一些设计思想。

连续油管钻井井下增压技术探析

连续油管钻井作为一种新技术,在许多方面优于常规钻井,但由于连续油管重量轻,强度小,易发生扭曲,而且连续油管工作时不旋转,有更大的摩擦阻力,影响钻压的施加,无法为井底提供足够的钻压,导致连续油管钻井机械速度慢。对现有井下增压工具的原理、结构和特点进行了详细调研总结,结合连续油管钻井特点和井下增压难点,对其在连续油管钻井井下增压中的适应性进行了分析,并指出了这些增压工具应用于连续管钻井时的改进方向。

超浅油藏稠油的开采

讨论了用低成本、改进的水平钻井和完井工艺对超浅油藏稠油进行稳定开采的方法 ,该方法还同时结合使用油藏区域测绘图和油藏特性。在密苏里西南和堪萨斯东南部的浅Pennsylvanian砂岩层内有稠油存在 ,仅密苏里一处原油储量就有大约 2 0〔10 8bbl ,非常可观。事实证明 ,浅层油藏内的稠油开采是困难的。目前现场应用最成功的开采方式是周期注蒸汽方法 (蒸汽与烟道气混合 )。若想经济地开发超浅稠油油藏 ,需要寻找一种成本低、易实施的开采方法。高压水射流钻井方法、微生物提高采收率采油与水平压裂相结合的方法均可满足上述要求。