多重组合水力脉冲空化射流钻井提速研究.pdfVIP

第 36卷 第2期 钻 采 工 艺 V01．36 No．2 DRILLING＆PR0DUCTIONTECHN0L0GY ·l5 · 多重组合水力脉冲空化射流钻井提速研究 史怀忠 ，李根生 ，牛继磊 ，沈忠厚 (1中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室 ·北京2中国石油大学石油工程学院 ·华东) 史怀忠等．多重组合水力脉冲空化射流钻井提速研究．钻采工艺，2013，36(2)：15—18，23 摘 要：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。 关键词：水力脉冲；空化射流；钻具组合；机械钻速；现场试验 DOI：l0．3969／J．ISSN．1006—768X．2013．02．05 随着人类对能源需求的急剧增加，石油勘探与 频率与谐振腔的频率相一致时，反馈压力振荡得以 开发的力度在不断的扩展，提高机械钻速是钻井人 放大，从而在谐振腔 内产生流体声谐共振，从而形成 追求的一个永恒主题。近些年石油钻井技术的不断 水力脉冲、空化冲蚀和局部负压三种效应，改善井底 发展，诸如欠平衡钻井、气体钻井、控压钻井等技术 流场 。 均在钻井提速方面取得了很大的提高，气体钻井提 速甚至达十几倍 ，但是整个钻井过程均需要大量的 上母接头 地面装备支撑和专业技术人员指导，钻井成本高，对 地层稳定性要求高，甚至后期完井事故率高等问题。 因此研究提高机械钻速、降低钻井成本的新技术、新 导流体 方法成为钻井界研究人员永恒的追求 目标 一 。 叶轮轴 自激振 一 、 水力脉冲空化射流发生器 荡喷嘴 结构及提速机理 下母接头 水力脉冲空化射流发生器主要 由本体、弹性挡 圈、导流体 、叶轮、叶轮轴、叶轮座、自激振荡喷嘴及 自激振荡腔室等组成 (见图1)。 图1 水力脉冲空化射流发生器结构示意图 钻井过程中，高速钻井液流经导流体使叶轮叶 片连续不断地高速旋转 。旋转的过程 中，流道面积 二、配合常规钻具现场应用 连续改变，产生脉冲扰动。下部的自激振荡腔室对 叶轮总成产生的脉动信号放大并产生流体谐振，当 水力脉冲空化射流钻井技术 自研制成功以来配 其进入谐振喷嘴时，产生压力波动。这种压力波动 合常规钻具进行了200多 口井的现场应用，应用井 又反射回谐振腔形成反馈压力振荡，当压力波动的 深 1000～6162m，试验配合牙轮钻头和PDC钻 收稿 日期：2012—08—21；修 回日期：2013—02—22 作者简介：国家973项 目“深井复杂地层安全高效钻井基础研究”(2010CB226700)。 作者简介：史怀忠(1974一)，博士，现在中国石油大学(北京)石油工程学院油气井工程系助理研究员，主要从事油气井工程及高压水射