应用斜长喷嘴钻头钻井效益显著

２８只斜长喷嘴钻头在长芦等７个地区应用，累计进尺９９０３．８７ｍ，平均单只进尺比普通钻头提高６９．２１ｍ，节约成本１２４１３元。文中对斜长喷嘴钻头应用中的注意事项及认识等进行了介绍。     

脉冲和组合喷嘴钻头的使用效果

如何在单位时间内花最少的钱打更多的进尺,是每个钻井技术人员都关心的问题。脉冲喷嘴和普通喷嘴的优化组合,就是一种能在同一地区,同一层段比普通喷嘴钻头获得更多进尺的一种喷嘴组合。与普通喷射钻头相比,平均机械钻速可提高19%,单只钻头进尺可提高27%。     

介绍一种改装“反喷”钻头的方法

关于“反喷”钻头的作用与效果,国外有关杂志曾有过报道。这种钻头结构上的特点是两个喷嘴朝下,一个喷嘴向上,因而可以更好地清洗井底,提高钻头破碎效率。据介绍,钻速比普通钻头可提高15～20%左右。为了验证并引进这一技术,我们曾试用国产10R 普通牙轮钻头改装“反喷”钻头,第一次改装了4只。改制后的钻头两只下喷嘴和一只上喷嘴直径均为13毫米(图1)。经现场试用,在沙三段单只钻头进尺253米,比普通10R 钻头进尺提高三倍多,达到同地区、同井段上海喷射钻头指标。一、改装的方法:先用气焊把原钻头水眼套割掉,并将水眼堵死。然后,在两牙轮间本体上平行于钻     

胜利油田东营北带砂砾岩体PDC钻头个性化设计与应用

针对胜利油田东营北带丰深1与盐227区块沙四下砂砾岩体地层岩石研磨性强、可钻性差、机械钻速低、钻头寿命短的技术难题,开展了旋流PDC钻头个性化设计与应用研究。通过室内实验,优选出了适合该地层特点的PDC切削齿类型;通过电脑模拟,优化了钻头的冠部轮廓、切削结构和切削齿后倾角设计;研制出旋转射流喷嘴,设计并试制了水力与机械联合破岩的新型PDC钻头。在丰深1-平1井的砂砾岩体地层中进行了钻井试验,与其他类型PDC钻头相比,机械钻速提高了46.8%,单只钻头进尺提高了69.6%;与牙轮钻头相比,机械钻速提高了48.1%,单只钻头进尺提高了156.5%。在盐227井工厂砂砾岩体井段推广应用也取得了明显的提速效果,机械钻速提高26%,平均单只钻头进尺提高102 m。研究成果对PDC钻头个性化设计具有一定的借鉴意义,对硬的强研磨性地层钻井提速具有推广应用价值。     

山前地区复杂地层新型钻头技术及应用研究

塔里木山前地区岩石可钻性差,钻速低,单只钻头进尺低。鉴于此,在对山前地区钻头使用技术难点分析的基础上,分别开展了"狮虎兽"钻头、微芯钻头和涡轮配合孕镶钻头等新型高效钻头技术在山前地区的提速增效的试验性应用研究。研究结果表明,"狮虎兽"钻头在迪北103井苏维依组平均机械钻速为2.04 m/h,比邻井相同层位提高了135.8%;单只钻头进尺为290.0m,比邻井相同层位提高了564%。微芯钻头在迪北102井平均机械钻速为1.5 m/h,比邻井相同层位提高了38.6%;平均单只钻头进尺为119.8 m,比邻井相同层位提高了82.2%,同时获取了2块地层岩芯。涡轮配合孕镶钻头技术在克深地区机械钻速提高2倍,单只钻头进尺提高3倍,在博孜102井上部砾石层应用平均机械钻速1.73 m/h,与进口牙轮钻头使用情况对比,平均机械钻速提高2.2倍,单只钻头进尺提高5.3倍。研究成果为山前地区复杂地层的钻井提速增效提供了参考。     

PDC钻头优化及其在南海番禺油田的应用

南海番禺油田存在地层软硬交错频繁易损坏钻头和工具、塑性软泥易产生钻头泥包,井眼连续造斜要求高,以及前期井钻井效率低等技术难题。鉴于此,在分析钻头结构参数的基础上,综合考虑钻头与地层的匹配性,钻头自身的稳定性、攻击性、耐久性和导向性等因素,对后期井进行针对性的钻头优化设计,并通过有限元水力模拟,优化了喷嘴位置和喷射角度,改善了钻头水力性能。现场应用结果表明:优化后的钻头机械钻速提高96.5%,后期井单只钻头平均进尺增加了115.1%,且实现了1趟钻钻至设计井深。优化后的PDC钻头具有广阔的推广应用前景。     

?660.4mm牙轮钻头水力结构的改进与现场试验

现有牙轮钻头在使用过程中存在井底和钻头的水力清洗条件差,以及钻进速度慢等问题。为此,在牙轮钻头水力结构设计原则的基础上,研制了?660.4 mm新型水力结构牙轮钻头。采用1个中心喷嘴、3个侧喷嘴和3个中间喷嘴对该牙轮钻头进行了多喷嘴水力结构设计,采用ANSYS软件进行了井底流场数值模拟分析。分析结果表明:7喷嘴水力结构改善了射流井底流场,扩大了射流冲击面积,提高了液流压力梯度,能有效地清洗牙齿及牙轮表面,防止钻头泥包。现场试验中,在相同条件下,试验的6只钻头平均机械钻速提高38.4%,单只钻头进尺平均提高29.2%。试验结果表明:新型水力结构钻头设计合理,具有良好的推广应用前景。     

川渝地区须家河地层涡轮钻具配套孕镶金刚石钻头钻井提速技术

川渝地区须家河地层研磨性强、硬度高、可钻性差、单只钻头进尺低、钻头消耗量大、机械钻速低、钻井成本高、针对上述难题,采用自主研发的涡轮钻具配合孕镶金刚石钻头钻井技术。经龙岗X1井的现场试验,单只钻头进尺392m,纯钻时间240,平均机械钻速2.73m/h,与邻井同层钻头对比!机械钻速提高95%,以上,单只钻头平均进尺提高了334.1%。试验结果表明,涡轮配合孕镶金刚钻头钻井技术在强研磨性地层具有较好的提速效果,可为川渝、新疆等地区强研磨性地层钻井提速提供技术支持。     

轴扭复合冲击工具的研制与应用

为提高PDC钻头破岩效率并减小钻具的粘滑振动,研制了一种轴扭复合冲击工具。该工具以自激振荡脉冲射流为能量来源,通过螺旋面结构将轴向冲击力转换为轴扭复合冲击力进行破岩,具有结构简单和轴向、扭向冲击力同步作用的特点。现场应用结果表明:与常规钻具相比,轴扭复合冲击工具的机械钻速提高了95.2%～193.8%,单只钻头进尺增加了46.4%～229.2%;与螺杆钻具相比,轴扭复合冲击工具的机械钻速提高了71.0%;与轴向冲击工具相比,轴扭复合冲击工具的机械钻速提高了66.3%,单只钻头进尺增加了194.0%;与扭向冲击工具相比,轴扭复合冲击工具的机械钻速提高了30.2%～46.8%,单只钻头进尺增加了17.2%～191.8%。研究表明,轴扭复合冲击工具可以提高破岩效率,减小硬地层的粘滑振动,破岩提速效果显著,具有推广应用价值。     

个性化PDC技术在格拉芙项目的应用

本文主要论述了在伊拉克格拉芙项目根据地层特征和作业表现,利用个性化PDC技术对PDC钻头进行了改进,解决Φ311.2mm井段PDC钻头易缩径、机械钻速低、在长裸眼稳斜段导向性能差的问题,有效提高了机械钻速,增加单只钻头进尺。     

自振空化射流钻头喷嘴研制及现场试验

在风琴管谐振腔模型的基础上，给出了自振空化喷嘴的设计模式。用硬质合金为主要材料研制出了石油钻井用自振空化射流喷嘴。现场试验表明。自振空化喷嘴钻头与普通中长喷嘴钻头相比，钻井速度提高10．5%～49．3%，平均机械钻速提高31．2％．钻头进尺也相应增加29．1％。自振空化射流喷嘴具有广泛的应用前景。     

内倾式侧喷嘴钻头井底射流流场初探

提出了柱座标下三维紊流流场控制方程，并用有限差分法进行数值模拟。探讨了强化井底漫流的措施，认为内倾式侧喷嘴可以较大幅度地提高井底漫流强度。吐哈油田深井钻井实践表明，３１１．１ｍｍ三牙轮钻头采用新型内倾式侧喷嘴后，机械钻速平均提高４３．９９％。     

CURRENT STATUS AND FUTURE PROSPECTS OF WATER JET TECHNOLOGY IN PETROLEUM ENGINEERING IN CHINA

ABSTRACT

This paper reviews the developments of investigation and application of high pressure water jet technology in both deep drilling and oil production including jet-bit drilling, extended nozzles and their combination to enhance hydraulic effectiveness at bottomhole, combined jet and mechanical drilling, new efficient jets (self-resonating cavitating jet, self-excited oscillation jet, swirling jet) used in drilling, horizontal well drilling by water jet, near wellbore plug removal with water jet, and high pressure water jet penetrating. Laboratory investigation and field application have coherently shown that high pressure jet drilling can increase the penetration rate. The hydraulic power of rock bit with extended nozzles and with crossflow hydraulics can increase by 30～40 percent, the bit footage by 40 to 50 percent and dynamic pressure by 90 to 110 percent compared with conventional bit. Combined jet and mechanical drilling can increase drilling rate by a factor of 3 in deep wells than conventional drilling method. New efficient jets can improve the penetration rate of bit with 20 to 60 percent higher, owing to the enhanced cutting and cleaning action. High pressure water jet drilling system can be used to drill multiple ultra-short-radius (0.3 m) radial horizontal wells at the same level without tripping the whipstock. Near wellbore plug removal with hydraulically rotating and pulsating water jet can increase oil production by 20 to 50 percent and increase water injection by 30 to 90 percent. New penetrating system by using high pressure water jet cutting can produce unobstructed radial tunnels with 3 meters in length and 14-25 mm in diameter information rocks and can be used in new well completions, recompilations, and workovers of older wells to enhance the production and injection efficiency. The paper shows the brilliant prospects of development and application of water jet technology.     

CURRENT STATUS AND FUTURE PROSPECTS OF WATER JET TECHNOLOGY IN PETROLEUM ENGINEERING IN CHINA

This paper reviews the developments of investigation and application of high pressure water jet technology in both deep drilling and oil production including jet-bit drilling, extended nozzles and their combination to enhance hydraulic effectiveness at bottomhole, combined jet and mechanical drilling, new efficient jets (self-resonating cavitating jet, self-excited oscillation jet, swirling jet) used in drilling, horizontal well drilling by water jet, near wellbore plug removal with water jet, and high pressure water jet penetrating. Laboratory investigation and field application have coherently shown that high pressure jet drilling can increase the penetration rate. The hydraulic power of rock bit with extended nozzles and with crossflow hydraulics can increase by 30∼40 percent, the bit footage by 40 to 50 percent and dynamic pressure by 90 to 110 percent compared with conventional bit. Combined jet and mechanical drilling can increase drilling rate by a factor of 3 in deep wells than conventional drilling method. New efficient jets can improve the penetration rate of bit with 20 to 60 percent higher, owing to the enhanced cutting and cleaning action. High pressure water jet drilling system can be used to drill multiple ultra-short-radius (0.3 m) radial horizontal wells at the same level without tripping the whipstock. Near wellbore plug removal with hydraulically rotating and pulsating water jet can increase oil production by 20 to 50 percent and increase water injection by 30 to 90 percent. New penetrating system by using high pressure water jet cutting can produce unobstructed radial tunnels with 3 meters in length and 14-25 mm in diameter information rocks and can be used in new well completions, recompilations, and workovers of older wells to enhance the production and injection efficiency. The paper shows the brilliant prospects of development and application of water jet technology.     

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%.     

定向喷嘴布置对PDC钻头齿清洗能力的影响

PDC钻头齿的清洗能力对PDC钻头破岩和清岩影响很大,定向喷嘴则有利于钻头齿的清岩,研究定向喷嘴的布置具有重要意义。使用数值模拟的方法研究了定向喷嘴数量、孔径、喷速等因素对PDC钻头齿清洗效果的影响。研究结果表明,5喷嘴的PDC钻头齿清洗能力较强;钻头齿清洗能力随喷嘴孔径增大而增强;喷射角小的喷嘴射流流场不利于流体向上举升岩屑。将定向喷嘴优化并配合常规水力结构设计可以在PDC钻头预防和清除泥包方面发挥自身的优势,最终达到提高机械钻速的目的。     

抽吸式微取心PDC钻头的研究与应用

常规PDC钻头切削产生的粉状或片状岩屑颗粒不便于地质录井,对此提出了一种新型抽吸式微取心PDC钻头。该抽吸式微取心PDC钻头取消了常规PDC钻头心部的主切削齿,设置特殊的水力结构,使钻头心部在钻进过程中形成一定直径的竖直岩心并适时折断,通过负压抽吸作用将断的微岩心从钻头体内部流道带离井底。结合破岩仿真与液固两相流理论,研究了在岩心、岩屑与钻井液混合流动的流场中,射流喷嘴直径的大小对取心通道中抽吸效果的影响规律。数值模拟结果表明,对于拟定条件下钻头直径为215.9 mm的微取心PDC钻头,当射流喷嘴直径为8 mm时,从排心孔排出的岩心、岩屑和钻井液的质量较高,其负压腔的抽吸效果较好。室内及现场试验表明:采集的岩心以柱状为主,岩心完整性和采集率高;在磨溪111井位嘉陵江组二段3亚段至长兴组上部地层,获总进尺805.65 m,平均机械钻速为4.57 m/h,最高机械钻速可达7.4 m/h;该钻头在嘉陵江组二段3亚段至飞仙关组一段(总进尺742 m)的机械钻速比该区块同层位的其他常规PDC钻头高出了50%以上。     

旋转钻头喷嘴内流体运动规律理论研究

从热力学第一定律出发,在绝对坐标系和相对坐标系下,分别分析了旋转钻头喷嘴内流体的运动规律,得出相对坐标系下喷嘴出口射流速度的计算公式。分析公式表明,喷嘴随钻头旋转时,旋转角速度、喷嘴在钻头上的位置及喷嘴内流体压差都对喷嘴射流速度有直接影响。设计钻头时要得到较高的喷嘴射流速度,应考虑增大喷嘴进出口相对钻头轴心线的距离以及提高喷嘴内部压力差。推导的公式与流体性质无关,故既适合于牛顿流体,也适合于钻井液等非牛顿流体。     

苏里格区块上部井段PDC钻头研究与应用

大量的钻井实践证明,PDC钻头的剖面形状、切削齿尺寸、后倾角的大小、布齿密度的高低和流道喷嘴设计,对PDC钻头破岩效率和使用寿命有着十分重要的影响。针对苏里格区块2800 m以上井段地层特点,采用现场实践和数值模拟相结合的方法,确定出合理的剖面形状、切削齿尺寸及后倾角、布齿密度和水力结构,研制出?215.9 mmG1943型PDC钻头,该型号钻头在苏里格地区上部井段应用了10井次,平均单只进尺2154.31 m,平均机械钻速26.21 m/h,与临井对比机械钻速提高了29.62%。该型号钻头使用寿命长、机械钻速高,具有很高的推广应用价值。     

螺杆钻具配合高效钻头提高钻井效率的试验研究

在深井和超深井钻井中,由于"转盘钻配合牙轮钻头"限制了钻头转速的提高。1997年在青海油田冷科1井三个井段进行了"螺杆钻具配合高效钻头"提高钻井效率的试验研究。第1次在3727.40~3751.87m,进尺24.47m,机械钻这0.87m/h,钻速比牙轮钻头提高20.83%;第2次在3756.77~3898.83m,进尺142.06m,机械钻速1.27m/h,比牙轮钻头进尺提高近2倍,钻速提高75.83%;第3次在4200.26~4305.45m,进尺105.19m,机械钻速0.74m/h,钻速比牙轮钻头提高60.87%。试验结果表明,使用"螺杆钻具配合高效钻头"不仅能提高深部井段的机械钻这,而且如果钻头、地层和螺杆钻具三者匹配合适,其它参数选用得当的话,提高钻速还有很大潜力。