深井水力设计原理及方法

为了提高钻深井速度,降低深井钻井成本,本文根据深井钻进特点分析了深井采用高压喷射钻井的可能性之后,提出了进行喷射钻井的深井水力参数设计方法及措施设计及现场试验表明,采用本文提出来的方法,可以进一步提高深井钻进速度、降低钻井成本本方法可供深井工作者参考。     

初探PDC钻头水力参数选择

作者在大庆、华北等油田参加过PDC钻头试用工作。本文对试用中PDC钻头所产生的冲蚀现象进行了详细的分析,认为PDC钻头不能沿用喷射钻井的水力参数,不能用类同于牙轮钻头的钻进参数。在分析的基础上,提出了PDC钻头水力参数选择的基本原则。     

水力参数的优化设计和计算

喷射钻井理论早在60年代就已提出,然而实际生产中并未真正应用好。本文探讨了水力参数的优化设计方法,并将其编制成了计算机程序,对指导现场生产,提高机械钻速,具有较重要的意义。     

各类钻头喷嘴和井底水力参数探讨

根据水力学的原理，推导出钻头各类喷嘴的水力参数计算公式，并对各类喷嘴水力参数进行比较，讨论出喷嘴对射流及漫流的影响因素。根据推算出的各类喷嘴水力参数，计算出钻头及井底水力参数。根据井底水力参数（最大能量），优选喷射钻井工作方式时，必须考虑喷嘴的数目，压力衰减系数等。     

喷射钻井水力设计的条件与方法

本文根据喷射钻井的理论明确了喷射钻井水力设计的条件与方法。指出了目前喷射钻井中存在的普遍问题。认为要简化水力设计程序可用最大水马力方式。     

锥形喷嘴流量系数及水力参数的理论计算方法

通过对锥形喷嘴内流动阻力的分析,推导出锥形喷嘴流量系数的理论计算公式,该公式考试喷嘴结构和流体物理性质及流态的影响,克服以前靠经验取值的不足,具有较为广泛的适用性,计算结果与实验结果基本一致,误差在2．6％以内,并给出喷嘴水力参数和射流水力参数的计算公式,为喷射钻井等工作提供了理论依据。     

35 MPa高压喷射钻井技术实践

为了进一步探索高压喷射钻井技术的提速潜力,对高压喷射钻井设备和技术参数进行了优化配置。根据大排量、适当钻头压降的水力参数设计思路,对70D型钻机的钻井液动力及循环系统进行了升级改造;针对塔河油田中上部地层特点,优化了不同井身结构、不同井眼直径的水力参数,形成了适合软-中硬地层的35 MPa高压喷射钻井技术。该技术在塔河油田现场试验了5口井,与常规钻井技术相比,试验井段平均机械钻速提高了78%~262%。试验结果表明,该技术提速潜力巨大,具有较高的推广应用价值。      

现场优选参数钻井的设计方法

目前各井队在钻井参数的具体选择上仍带有相当大的盲目性和随意性。因为优选参数钻井,在理论上所牵涉到的知识面,设计比较复杂,不便于现场人员应用。在这种情况下,如何搞好优选参数钻井,是广大钻井工作者的任务。笔者在多年的现场工作中,一直对如何在现场推广和普及优选参数钻井进行探索。本文提出优选参数钻井的现场设计思路和方法,能最大限度地满足现场工程技术人员的需要,特别是本文提出的单只钻头水力程序设计步骤,更是简便实用,对优选参数钻井的初始阶段——喷射钻井参数优选的全面推广和应用将起到积极的作用。     

石油钻井中水力辅助机械破岩机理研究

分析了石油钻井中水力辅助机械破岩的机理,认为水力预破碎作用、水楔作用及射流对机械破碎坑附近薄弱岩石的冲蚀作用是水力辅助机械破岩的3种主要方式;采用四川油气田岩样进行了纯机械破岩、纯水力破岩及水力与机械联合破岩的室内全尺寸台架试验,并对岩石磨片作了显微分析,结果进一步论证了对水力辅助机械破岩机理的理论分析是正确的;揭示了石油钻井中水力辅助机械破岩的机理,完善了喷射钻井理论,有利于推动钻井工艺技术的发展.     

高压喷射钻井技术及其应用

高压喷射钻井是实现钻井提速的有效手段。塔里木盆地作为我国石油工业的战略接替地区,钻井提速的需求非常迫切。针对塔河地区高压喷射钻井先导试验过程中存在的问题,通过环空流场数值模拟研究,分析了钻井液排量、流变性能等参数对水力能量的影响,开展了钻井装备优化配置,制定了钻井参数优化方案,并在3口井进行了现场试验。试验表明,采用推荐的高压喷射钻井参数优化方案施工,对钻井提速具有非常显著的效果,建议在塔河地区推广应用。     

幂律流体环空及钻头水力参数的计算方法

给出一种求幂律流体环空循环压耗及钻头和参数的计算方法。使用牛顿迭代法求紊流时的范宁摩阻系数，根据求出的压耗，并以最大钻头水功率或最大射流冲击力的工作方式为依据确定最优水力路线，建立了压耗－排量方程，以此来优化钻井水力参数和优选最佳喷嘴尺寸。     

宾汉流体水力参数优化程序设计方法

给出了求宾汉流体循环压耗的方法。紊流时使用牛顿迭代法求范宁摩阻系数，用分段法求任意环空段压耗，可实现实时监测水力参数。建立了压耗－排量方程，并根据最大钻头水功率或最大射流冲击力的工作方式确定最佳水力路线，进而优化水力参数和喷嘴尺寸。本方法可提高求压耗和优化水力参数的准确度和速度，并适于编程序运算。     

钻井液水力参数智能设计系统的研制

以Delphi 7为平台开发了钻井液水力学智能设计系统.该系统以优化钻井液流变模式为基础,根据井身结构和钻具组合,模拟实际钻进参数,输入机械钻速和岩屑相关参数,通过图形和报表动态输出压力降、钻井液当量密度、岩屑临界输送速度等参数,用户可方便地对钻井参数进行对比和参照,并根据实际经验加以修改,以达到最优水力参数的设计.     

钻井水力参数优化方法及应用现状

钻井水力参数优化设计对于提高钻井速度有着非常重要的意义。总结了目前在钻井优化软件中常用的3种水力参数优化设计原则及其在钻井工程中的应用方法,并介绍了这些优化方法的差异和发展趋势。针对国外主要钻头生产商提供的水力计算软件及部分钻井仿真软件中的水力学计算模块进行了对比分析,指出了发展具有自主知识产权的钻井水力优化设计软件需要注意的问题及解决方法,对于优化钻井设计具有指导意义。     

振动筛筛网设计新方法

振动筛是钻井液固相控制的主要设备,而筛网则是振动筛的重要部件,通过筛网完成对钻井液固相的控制。由于现代钻井技术（如深井、超深井钻井技术、水平钻井技术、欠平衡钻井技术等）的发展,对钻井液的净化与固相控制提出了更高的要求。为了满足现代钻井的需要,有效地延长使用寿命,防止筛孔堵塞,提高国产振动筛的净化效率,文中介绍利用PRO／E软件和注塑模具计算注塑面积的方法计算设计振动筛多层筛网透筛率,为多层筛网的选择和设计提供了有力支持。     

New development of theories in gas drilling

Theories established from engineering fundamentals have been of great value in supporting the design and execution of drilling operations in gas drilling where gas is used as a drilling fluid.This work presents an overview of new theories developed in recent years for special gas drilling operations including horizontal wells.These new theories are found in the areas of gas-mixture flow hydraulics in deviated and horizontal boreholes,hole cleaning of solids accumulation,hole cleaning of formation water,flow diverging for washout control,bit orifice optimization,and depression of formation water influx.This paper provides drilling engineers with updated mathematical models and methods for optimizing design to improve gas drilling performance.     

小眼井最优水力学设计及分析

在充分考虑小眼井钻井特点和合理确定环空压耗的基础上，将喷射钻井理论和环空携岩理论有机结合起来，导出了在两种工作方式下优化设计小眼井钻井水力参数模型，并开发了应用软件。通过实例计算，提出了在小眼井最优水力学设计中采用最大水功率工作方式的重要性，并建议在大眼井的水力参数设计中考虑钻柱的偏心、旋转和钻杆接头对环空压耗的影响。     

水力定向最优水力参数的确定方法

本文通过对淹没射流破碎岩石的理论及实验研究,以破岩效率作为目标函数,得到射流破岩的最优压力条件。以此条件为基础,考虑水力定向时的地层岩性及钻具情况,给出了保证射流有效破岩的最优水力参数的确定方法。该方法对于水力定向时的水力参数设计及钻井泵工况选择具有指导意义。     

深水钻井喷射下导管模拟试验装置的研制

深水钻井下喷射导管的钻井参数与陆地及浅水钻井存在较大不同.为了模拟喷射下导管过程,为深水钻井喷射下导管作业参数计算提供试验数据,根据深水喷射下导管的特点,以其工具及组合形式为基础,结合土力学基础理论,研制了深水钻井喷射下导管模拟试验装置.该装置主要由土箱、管柱系统、起吊系统、循环系统、加载系统和测量系统组成,可以模拟喷射下导管全过程,通过改变模拟试验中的喷射参数和岩土性质,并对导管的下入速率、承载能力(横向应变、竖向应变及承载能力)进行测量,进而可以研究深水钻井导管喷射作业过程当中,不同岩土性质条件下的喷射参数与导管下入速度和承载能力之间的相互关系和影响规律,建立导管作业参数优化设计方法,为深水油气钻探中导管喷射下入的优化设计提供参考.      

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.