井底交变流场提速工具的研制及特性测试

现有脉冲射流发生工具存在脉冲强度沿程损耗大、提速效果不明显的问题。为此,研制了一种新型井底交变流场提速工具。该工具主要由叶轮式动力机构和盘阀式脉冲发生机构组成,通过将脉冲发生机构放入钻头内部的方法来减少脉冲强度沿程损耗。采用室内试验方法对其脉冲特性进行研究。研究结果表明:叶轮倾角的增大会提高叶轮转速;随排量的增加,叶轮转速先趋于线性增加,最终稳定在500～600 r/min,当盘阀孔数为2、3、4时,对应的脉冲频率分别稳定在20、30、40 Hz左右,当排量为23 L/s时,工具压耗最大为0. 6 MPa,压力波动幅值最大1. 6MPa,且脉动幅值随盘阀孔数减少而增大。最后对井底交变流场提速工具结构参数进行了优选,即动力机构优选叶片倾角为30°的叶轮,脉冲发生机构优选2扇形孔盘阀。研究结果可为井底交变流场提速工具及相似工具的优化设计提供依据。     

水力脉冲式钻井工具的研制与应用

水力脉冲式钻井是利用特定的工具使钻井管柱中的连续流转变为脉冲射流,从而改变井底流场的压力状况,进而提高机械钻速的一种钻井新工艺。在分析水力脉冲产生机理的基础上,探讨了基于瞬变流理论的机械阻断式水力脉冲破岩机理,介绍了SLPMC机械阻断式水力脉冲工具的工作原理及结构特点,简单叙述了该工具在胜利油田进行的2口井的现场试验情况。该钻井工具对于提高机械钻速和降低钻井成本具有一定的积极意义。     

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。     

频率可调脉冲提速工具深井提速现场试验研究

脉冲射流技术是提高钻井机械速度的一种有效方法。根据机械强制脉冲与自激振荡脉冲相结合的原理,研制了频率可调脉冲提速工具。现场2口井的试验结果表明,频率可调脉冲工具在深井井段提高机械钻速21.30%⁵9.17%,提高钻头进尺36.07%59.17%,提高钻头进尺36.07%¹48.15%。频率可调脉冲提速工具结构简单、可靠性高,在现有钻井设备和工艺参数基本不改变的情况下,能在深井下部地层取得较好的提速效果。作为一种能有效提高钻井机械钻速的技术,频率可调脉冲提速工具在深井钻井中具有广阔的应用前景。     

水力脉冲空化射流钻井技术在河南油田中硬地层中的应用

针对河南油田目前中硬地层机械钻速低、钻井周期长、钻井成本高等问题,开展水力脉冲空化射流钻井提速技术研究及现场试验,优选了水力脉冲空化射流发生器和钻具组合,并优化了水力参数,现场应用4口井表明,水力脉冲空化射流技术提高了中硬地层的钻井速度,同比机械钻速平均提高16.24%,解决了河南油田中硬地层地层机械钻速低的难题。     

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。     

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。     

脉冲射流提速技术试验研究

研究采用螺杆+频率可调脉冲提速工具+PDC钻头的钻具组合,此钻具组合可以充分发挥螺杆旋转带动钻头高速破岩和脉冲射流高效清岩的效应,最终实现提高机械钻速、提高钻头进尺、缩短钻井周期的目的。同时分析了频率可调脉冲提速工具结构和脉冲射流提速机理。通过三个区块三口井现场试验结果表明,脉冲射流技
术提高复合钻井机械钻速33.14%~56.64%,缩短钻井周期32.17%~43.91%。频率可调脉冲提速工具结构简单、性能可靠、提速效果好,与螺杆+PDC钻头形成的钻具组合应用经济效益显著,具有较广泛的推广价值。     

浅议石油钻井新型水力提速技术

本文通过调研分析,研究了几种新型水力提速技术,包括井底脉冲振动钻井技术、井下水力旋流钻井提速技术、超高压钻头钻井技术等,介绍了新型水力提速技术工作原理、装置结构及特点,为降低石油钻井成本、提高钻井效率提供了技术支持。     

双向耦合冲击钻具设计与数值模拟

为了提升硬质地层破岩效率,满足深井、超深井钻井的提速需求,结合扭转冲击破岩及水力脉冲空化射流提速方法的特点,提出了双向耦合冲击钻井提速方法,并基于该方法研制了新型双向耦合冲击钻具.分析了双向耦合冲击提速方法及工具的结构特点,并从理论上进行了可行性分析与论证.采用数值模拟的方式分析了脉冲射流结构流场压力变化规律和脉动特性...     

水力脉冲振荡工具设计

水力脉冲振荡工具在石油钻井中的应用越来越广泛,逐渐成为钻井提速的关键技术之一。对水力脉 冲振荡工具的常见结构、工作原理及破岩机理进行了研究,结果表明,水力脉冲振荡工具能够将水击作用产生的压 力脉冲转化为作用于井底岩石的交变动静载荷,改变岩石的应力状态,利于岩石的破碎和井底岩屑的清理,提高钻 井破岩效率。Ｓ１１－１Ｘ井实际应用效果表明,使用水力脉冲振荡工具比常规钻井方式平均机械钻速提高３８．４％。     

水力脉冲诱发井下振动钻井技术

在分析现有水力脉冲钻井技术和冲击振动钻井技术现状的基础上，结合当前钻井工程实际，综合水力脉冲和冲击振动钻井两类技术的优势，发展了水力脉冲诱发井下振动钻井技术，即利用水力脉冲直接诱发钻头机械振动，改善钻头与井底附近岩石的受力状况，从而有效提高钻井速度。现场试验表明，该技术具有效果显著、易于实现、工具结构简单、对钻头和地层的适应性强且不影响钻具组合等特点，具有很好的现场应用前景。     

频率可调式脉冲钻井提速工具的研制和应用

苏里格西区致密气藏居高不下的钻井成本与难以提高的钻井速度严重制约了长庆对苏里格气田整体开发的部署。针对苏西地区中深井下部地层钻井机械钻速低的难题,研制了频率可调式脉冲钻井提速工具。该工具通过涡轮带动的阀组将连续流动的钻井液转换成脉冲流动,改善井底流场,增强射流冲击力,以最大限度地提高水力破岩效率与井底净化能力,达到提高机械钻速的目的。实验与现场应用结果表明:研制的工具入井工作时间超过120 h,能提高机械钻速20% 以上,具有广阔的应用前景。     

叶轮式井底盘阀脉冲射流钻井工具性能分析与优化

为进一步提高钻井效率,基于井底不对称流场在清岩与辅助破岩等方面所具有的良好效果,设计了一种以小型水动力叶轮为驱动力来源的叶轮式井底盘阀脉冲射流钻井工具,并通过数值模拟及试验对水动力叶轮与该射流工具进行了优化设计。利用计算流体力学软件Pumplinx对叶轮区域进行了全工况数值模拟,通过分析内部流场的压力、速度以及湍动能的分布特性,总结了叶轮转速与阻力扭矩及轴向力之间的响应关系;通过在该射流工具进口段布置导流块、对叶片轮毂端进行光顺处理以及选取合适的叶片包角等优化措施,让叶轮进口流场得到改善的同时,提高了叶轮的水动力特性并消除了部分轴向力。模拟结果显示,初始叶轮在75 r/min转速下可克服的自然负载阻力扭矩从1.07 N·m提高到3.93 N·m。研究结果表明,所述优化方案能大幅提高叶轮式井底盘阀脉冲射流工具的脉冲性能,优化效果十分显著。      

水力脉冲空化射流钻井技术在四川硬地层中的应用

川西须家河地层及元坝地区的下沙溪庙以下的陆相地层具有地层硬、可钻性在5～7.7级的特性。水力脉冲空化射流钻井技术是水力脉冲射流和空化射流相结合的一种新技术,钻井液经过水力脉冲射流器钻头后在井底产生脉冲空化射流、负压脉冲、空化空蚀等效应,达到提高钻井机械钻速的目的。在阆中2井等3口井5级以上的地层中应用水力脉冲射流器,平均机械钻速提高12.87%,具有一定的提速效果。     

小井眼水力脉冲射流提速研究及应用

在深井中采用小井眼钻井技术可以有效降低钻井成本,但也面临着机械钻速低以及水力参数设计困难等问题。为此,将脉冲射流钻井技术与小井眼钻井技术相结合,设计了小井眼水力脉冲射流发生器。通过数值模拟和试验分析了小井眼水力脉冲射流发生器的压耗、脉冲射流频率随排量变化的关系,同时对小井眼水力脉冲工具进行了现场试验。试验结果表明,与采用常规钻井方式的邻井相比,在钻进参数变化不大的情况下,水力脉冲射流钻井方式的机械钻速提高了15%~30%,并且钻井过程中各参数稳定,没有发生井下异常,钻具起出后,小井眼水力脉冲发生器和钻头结构完好,钻头新度在80%以上,可以继续使用。     

井底脉冲式不对称流场钻井工具的研制及应用

常规钻井作业中井底水力能量利用率较低,水力辅助破岩和清岩能力下降,导致井底岩屑不能及时清理而造成岩屑的重复破碎,甚至形成钻头泥包,使得钻井速度降低。鉴于此,研制了与钻头配套使用的JSXMC型井底脉冲式不对称流场钻井工具。该工具产生的脉冲射流直接通过钻头喷嘴作用于井底,在井底产生不对称流场,不仅具有降低井底压持效应、产生负压脉冲和空化辅助破岩等功能,还具有脉冲效果更强、工具长度短和辅助冲击钻井等特点,从而大幅提高机械钻速。现场应用结果表明:在钻具组合相同和钻进参数基本相同的情况下,该工具的平均机械钻速比邻井提高30%,同时还具有保护钻头的作用。该工具的研制成功可为钻井现场合理有效地利用井底的水力能量并提高机械钻速提供参考。     

井底高压射流辅助钻井技术

在现有钻井条件不变的情况下,提高机械钻速较理想的方式是充分利用井底射流能量来提高破岩能力。在井底产生射流的方法很多,重点阐述了机械阻断式水力脉冲射流钻井和井底增压超高压射流钻井技术,并详细分析了其技术原理、国内外发展现状及存在的问题,还进一步介绍了水力脉冲钻井工具和国外井下增压器技术的最新进展,最后就该技术提出了相关建议。     

水力脉冲诱发井下振动钻井工具研究

为有效提高深部地层钻井速度,充分发挥水力脉冲钻井和冲击振动钻井的技术优势,提出了水力脉冲诱发井下振动钻井的技术思想,并研制了相关的钻井工具。该类钻具的基本原理是调制水力脉冲,通过水力能量转换机构,将压力脉动直接转化为作用于钻头上的周期性冲击载荷,利用岩石在冲击载荷作用下易于破碎的特点、井底的水力脉动有助于改善井底岩石应力状态、强化岩屑净化的特性,提高了钻头的破岩钻进效率。实际应用结果表明,所提出的技术思想确实可行,研制出的工具原理正确,结构可靠,为提高深部地层的钻探效率提供了一个有效途径,可大面积的推广应用。