深井钻井提速技术:螺杆、减震、射流、清泥浆等
发布时间:2020年12月15日
来源:油媒方公众号(2020-12-14) 作者:翁行芳
摘要:本文立足深井钻井技术现状,研究了技术应用中存在的设备相对落后、易出现井斜和井漏等问题,以及钻井提速中存在的地层状况复杂、恒温较高、钻头难加压等技术难点,对井下螺杆增压、减震增压、射流增压、轻泥浆提速、虚拟强度指数比能优化、复合钻井等钻井提速技术措施进行了探究。
一、深井钻井提速技术措施
1、螺杆增压钻井技术
配套应用动力换向装置,可为井下增压设备提供动力,并根据钻井需要提供额外动作,辅助柱塞泵完成比较复杂的井下动作。该技术在硬度较大地层切割钻进中优势明显,可借助井下增压器实现有效的压力控制。该技术对地层岩性要求较高,大硬度地层钻速快,但钻遇软地层后反而会影响钻井速度。
2、减震增压钻井技术
钻头在钻进中纵向震动会引起连接轴震动,进而使柱塞产生一定的运动,而外筒设备保持静止,确保井下钻具在活动状态下不会产生负压问题。技术应用中的难点就是钻头的纵向振动幅度很难控制,不适合在水平井中应用。
3、射流增压钻井技术
主要有两种:负压脉冲射流,主要设备是射流增压钻装置,如内阀、节流元器件等,可对钻井液进行中断或节流,从而分割零部件两侧的压力,因射流元器件等存在,通过该元器件开关,在该部位会出现较大幅度地压降,实现钻井液瞬时中断,使钻井液分别向增压装置两个活塞上部流动,推动活塞下行,产生脉动性井底负压差,钻井液在井下高压下形成高速液体射流,有效降低岩层的破碎强度,明显降低岩屑的压持效应, 辅助钻具提速;水力脉冲空气射流,在井下钻具中配套内置叶轮,借助其旋转改变流道面积,产生脉冲性扰动, 而井筒内形成的自激振荡腔室会放大脉冲信号,在出口部位产生强大的射流,对井底进行有效地冲刷。
4、轻泥浆提速技术
钻井液对钻井提速的作用至关重要,应用低固相含量、低密度及具备良好耐温性、强封堵能力的轻泥浆体系。如应用较多的氯化钾聚合物轻泥浆体系,与深层岩石相遇后会有效封堵岩层裂缝,降低自由水进入岩层概率, 提升钻井液的封堵性和抑制性,可通过低密度钻井液的应用达到提升钻速、减小压持的目的。
5、虚拟强度指数比能优化钻井技术
可通过待钻井的邻井钻井和测井参数进行反演计算,得出该井岩层的真实强度,也可以直接以最低的虚拟强度指数进行估计。该技术配合螺杆复合钻进,可获取较好的钻井提速效果。
6、复合钻井技术
复合钻井技术是通过转盘与井下动力钻具的共同驱动,实现钻井提速的目的。技术应用基础是优选钻头, 根据地层合理选择是应用牙轮钻头还是 PDC 钻头,在选好钻具的基础上,可以根据地层特性,通过多种钻具的优化组合达到钻井提速的效果。
比如,高温直螺杆和 PDC 钻头组合复合钻井技术,可适应井下120℃以上的高温环境,在常规复合钻具基础上延长螺杆的使用时间。
涡轮钻具和金刚石钻头复合钻井技术,可借助钻井液对涡轮叶片进行驱动,带动钻头实现高速转动,达到破岩的目的,在排量达到一定程度后,输出的扭矩和转速可以相互转化,具体可根据岩层实际选择涡轮钻具的速度,分为高转速和低转速涡轮钻具。
旋冲工具复合钻井技术,主要是增加了液力锤和马达总成,可实现冲击破岩和旋转破岩相结合的作业效果,钻进中会使岩层受到高频次的冲击, 钻头与岩石接触部位的应力较为集中,岩层内部还会因外部震荡而在内部产生被迫震荡,使岩层产生疲劳破坏, 加大了岩层的脆性破碎。
同时,在连续不断冲击下,井底岩层表面会形成一系列的裂缝,能获取更好地旋转剪切破岩效果,但要注意该技术在塑性地层中不太适用。
二、结论
综上所述,针对深井钻井中存在的技术的应用难点和提速难点,结合深井钻井技术的应用情况,有针对性地改进和提升应用技术,有利于实现深井钻井提速的目的,更好地保障油田企业发展。
[责任编辑:dc]
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