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。     

活塞式井下增压器设计理论研究

针对活塞式井底增压器设计中存在的问题探讨了射流式井底增压器的增压原理、设计理论和机械效率。认为井底增压器利用流体静力学原理,在活塞上、下腔形成压力差,驱动活塞往复运动,以钻井液为工作介质,通过把钻井液的压力能转换为机械能,再把机械能转换为一小部分钻井液的压力能的方法实现增压功能;增压器性能取决于活塞上、下腔压力差和增压比,提高上、下腔压力差可以采用2级活塞并联的形式,得出的结论对增压器设计具有指导意义。     

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高压射流辅助钻井破岩一直是石油天然气钻井界研究的重要课题。章对产生高压射流的增压方法进行了分类，介绍了井下增压的两种方法及原理，即井下机械增压方法和井下水力增压方法。重点阐述了提出的井下水力增压的原理、方法及初步探索的阶段性成果，为井下水力增压器的研究奠定理论基础。     

射流净化井底岩屑机理

本文对射流冲击力实验中发现的"静压上吸"现象,用流体力学原理进行了分析,认为漫流不仅有横向剪切和推移作用来净化井底,而且漫流排开巨大的泥浆柱压力,使温流区静压差的方向由向下转变为向上,这不仅解除了泥浆柱的压持效应,而且使井底局部实现了负压钻井。     

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。     

石油钻井钻头用自激振荡喷嘴的研究

对石油钻井钻头新型喷嘴的研究,包括振荡原理、物理和数学模型以及室内和现场试验结果进行了讨论.试验结果表明,钻头上安装了喷嘴,在井底能产生强热的压力振荡,使井底液动力压力梯度、墙壁压力势增大,有利于破碎岩石和清除井底岩屑.而且在相同条件下可以提高机械钻速35.5～77%、钻头进尺6～44%.     

利用井底超高压射流提高钻速研究

近10年以来,机械辅助高压射流破岩技术再次获得钻井界高度重视,被认为是提高硬地层、深井机械钻速的根本途径之一。利用井底超高压射流钻井技术是指基于水力与机械联合破岩方法和水力增压原理,开发一套具有射流式井底增压装置(DPS-1)和新型双流道高效破岩钻头(DCB-1)。创新点包括:开创了超高压水力与PDC机械联合高效破岩理论;研究开发了一套具有射流式井底增压装置;研究开发了一种新型双流道高效破岩PDC钻头。在温5-212井进行了现场试验,井段465.56~814.49m,进尺348.93m,纯钻11.33h,机械钻速30.79m/h,与同区块同井段牙轮钻头同比,机械钻速提高72.11%,钻头出口压力为70MPa。所以该技术是一个极富挑战性和可以充分发挥创造性的研究领域,这种技术潜在的经济效益是巨大的,也是目前可能有较大突破的一种联合破岩方法。     

用井下趋高压泵实现射流辅助钻井

目前正在开发一种用于射流辅助钻井的井下超高压泵（ＤＨＰ）其压力可高达３０００ｐｓｉ驱动量来自常规泥浆流，运用这项技术可提高钻速１．５～２．５倍，现在研制成功了第一代井下超高压泵样机，并对它进行了室内试验和现场试验，美国能源部正支持第二代井下超高压泵样机的研制和试验工作。     

井下钻柱减振增压装置工作原理及提速效果分析

为了进一步提高深部地层钻井速度,基于直井钻进过程中底部钻柱振动特性的研究成果和有效利用直井底部钻柱纵向振动能量实现钻井液增压的思路,研制出了JZZY-1型井下钻柱减振增压装置。该装置工作时,能将钻柱振动能量转化为钻井液的压能,使钻井液增压并通过钻头上的特制喷嘴产生超高压射流,从而实现既减小钻柱纵向振动,又提高钻井液喷射压力来辅助破岩的目的。胜利油田3口井的现场试验结果表明,该装置能够大幅度提高钻井速度,不但结构可靠、工作稳定,工作寿命能够满足现场应用的要求,而且其减振效果优越。这表明利用钻柱纵向振动来实现井下钻井液增压是可行的,应对该增压装置进行深入研究,以满足深井超深井安全高效钻井的需求。      

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%。