连续油管高压喷射钻井系统.docVIP

高压喷射沟槽钻井技术发展探讨 易松林 刘寿军 （中油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所） 【摘要】 简要介绍了高压喷射钻井技术发展状况，重点介绍了当前美国的高压喷射沟槽钻井技术（HP JKD）井下工具系统组成、技术性能和研究成果，介绍了基于连续管钻机和常规钻机的现场试验和试验暴露的问题。进行了经济分析，认为该项技术应用前景广，指出了进一步发展该技术要攻克的关键技术点，值得国内借鉴。 【关键词】 喷射 钻井 连续管 提高钻速的技术追求在油气钻井界从未间断过，提高钻井和建井速度可以获得潜在的经济利益。美国天然气技术研究所（GTI）通过调查3111口油气井的成本构成，认为：钻井作业时间占整个建井周期的三分之一多。而来自深井的统计资料表明，钻井用时甚至高出整个建井时间的50%，另外50%的费用用于完井（例如：下套管、注水泥、测井、人工升举等）。如果钻井效率提高一倍，总的钻井费用可以降低约25%；钻井效率是影响整个成本的主要因素［1］。 喷射辅助钻井技术是一种提高钻井速度的有效方法，得到了广泛应用，该技术主要目的是：利用钻井液流经钻头喷嘴所形成的高能射流充分地清洗井底，使岩屑兔于重复切削，并与机械作用联合破碎井底岩石。目前这种技术钻井液压力不高，所使用的泥浆泵最高压力一般不超过35MPa（5100psi）。 近年来，一种旨在提高油气藏采收率，完全依靠高压水射流破岩的喷射钻井技术——径向水平钻井技术，在国内外得以研究开发。美国和加拿大完成了2000多口径向井的商业应用。这项技术中，所采用的地面泵压（喷射压力稍低）在45～103.5MPa（6500～15000psi）之间，国内地面泵压一般在45～62MPa（6500～9000psi）之间，在清水或钻井泥浆介质下一般只能进行非胶结地层的喷射钻井；国外地面泵压一般在55～103.5MPa（8000～15000psi）之间，早期技术发展地面泵压在55～69MPa（8000～10000psi）之间，后期技术发展地面泵压提高到103.5MPa（15000psi）［2］。完全依靠高压水喷射破岩的径向钻井技术说明：通过提高现有旋转喷射钻井作业的喷射压力，提高喷嘴的水射流破岩能力，进一步提高机械钻速是可能的。 事实上，运用高压液体射流钻井不是一个新的概念。在上世纪50年代，俄罗斯进行的大量实验室试验表明：高压喷射钻头能够有效地钻硬岩石。在上世纪60～70年代，埃克森（Exxon）、壳牌（Shell）、海湾（Gulf）等公司进行了大规模的现场试验，并指出：高压喷射钻头在69～103.5MPa（10000～15000psi）的射流压力下工作，能够将钻井速度提高2～4倍。但是，附加的地面设备和特殊钻具要求以及经济性限制了该技术的商业应用。 美国能源部联邦能源技术中心资助的主要由摩尔（Maurer）工程公司进行的一项称作高压喷射沟槽钻井技术（High-Pressure Jet Kerf Drilling, HP JKD）的项目2005年已经完成技术研究[3]。该技术地面设备提供的泵压为55～103.5 MPa（8000～15000 psi），主要思想是把高压钻井液射流与机械旋转工具结合在一起破碎岩石，首先在井底岩石上喷射切割出层状的径向沟槽，不仅仅满足避免重复切削和清洗井底岩屑；随后由机械刀具切除沟槽突出部分。试验研究表明：这项技术富有革命性，与常规旋转钻井相比，机械钻速可以提高2～4倍。高压喷射沟槽钻井技术是基于两种方法实施的，一种是基于连续管的方法，使用连续管钻机；另一种是基于接钻杆方法，使用压力升级后的常规钻机。其特色技术是井下工具系统，包括高动力PMD马达、高压喷射钻头等。由于比常规喷射钻井的压力等级高，地面配备有高压钻井泵、高压井控设备。该技术目前已进入现场试验。 2 井下工具与地面设备 2.1 基于连续油管的高压JKD技术 以往的研究表明，钻具连接的密封渗漏、频繁起下钻时间的增加制约着高压或超高压喷射钻井技术的发展。连续油管运用于高压喷射旋转钻井，不仅可以克服这些问题，还能发挥它的其它优点，如：连续循环钻井液、占地面积小、欠平衡钻井、小井眼钻井［4］。美国的高压喷射沟槽钻井技术起初是基于运用连续油管系统进行研发的。它分为单流钻井工具系统和双流钻井工具系统。 2.1.1 单流钻井工具系统 连续管的高压喷射沟槽钻井技术的单流钻井工具系统如图1所示。该系统是通过单根连续油管输送69MPa（10000 psi）的高压钻井液至井下，驱动泥浆马达，再将其输送到钻头喷嘴，由钻头的喷嘴高速射出。该系统主要由单根连续管、单流高压钻井马达、单流喷射钻头组成。结构相对简单、可靠性高，可以钻出较小的井眼（或更小），与现有工具设备兼容。单流钻井系统也有很多挑战性的问题。美国进行了两个主要技术的研发，其一：高性