高压水射流技术精华.pptVIP

自振空化射流钻头 根据该理论成果研制成功的自振脉冲喷嘴钻头（第二代钻头），现场试验300多只，平均机械钻速提高20-60%。 §2-3 水力和机械联合破岩 综合利用断裂力学、弹塑性力学和岩石力学的基本原理，建立了水力和机械联合破岩过程中裂纹形成和发展规律的数学模型，实验研究了齿型、射流冲击角和冲击位置、喷射距离等因素对破岩效果的影响规律。研制出的新型水力-机械联合破岩钻头（第三代钻头），正在进行现场实验，预计可提高机械钻速40-50%，提高钻头进尺30-40%。 §2-4 超高压射流钻井研究与实验 一、地面全增压钻井 二、超高压双管柱钻井 三、井下增压器钻井 一、地面全增压钻井 70年代初美国开始进行了高压水射流技术用于深井钻井的可行性研究，在地面利用增压器将泥浆泵压力提高至69-103MPa，在5口井深3000米左右的深井中进行钻井试验，机械钻速提高2-3倍，在德克萨斯州进行工业试验时，他们发现当喷嘴压降为69-138MPa时，在中等强度岩石中的机械钻速为21-85m/s，而一般牙轮钻头机械钻速仅为9-25m/s，当喷嘴压降为104MPa时，连续性射流可以冲击破碎70-80%所钻岩石。由于这种技术要求整个泥浆循环系统增压，尽管可以获得较高的机械钻速，但不能在工业上实现，因为当时的泥浆泵、水龙头、钻往、钻头喷嘴均不能可靠地、经济地在高压情况下使用，此外循环系统压力增大也会使作业出现难以想象的危险。 二、超高压双管柱钻井 80年代末，美国Flowdrill公司开发出一种采用双通道钻柱，将超高压液体和常规泥浆同时输送到钻头的新方法。该系统对钻机所用的水龙头、方钻杆、防喷阀、钻杆、钻铤、稳定器、接头及钻头都进行了改进，以使高压液和常规钻井液分别通过各自通道输送到井底，它以1.9-2.5l/s的排量输送超高压泥浆或水，使经过改进的三牙轮钻头上的工作压力为230 Mpa，而常规低压的泥浆流只起井眼稳定和清岩作用。八十年代末该公司开始在德克萨斯州和俄克拉荷马州进行了22口井工业性试验，试验结果表明机械钻速比常规钻井方法的机械钻速提高2.2-3.1倍。 三、井下增压器钻井 1993年，美国 FlowDril 公司开始研究井下超高压射流钻井。 用井下增压器将1/7 ～1/10的泥浆增压至 240 MPa辅助切割， 经5口井现场试验，机械钻速是普通钻井的1.1 ～3.5倍。 结 论 超高压射流辅助钻井能够提高机械钻速，缩短钻井周期。 现场实验表明，往复式、增压型超高压井下泵可在井下产生超高压射流，提高机械钻速。 井下超高压泵的密封和可靠性是影响超高压射流钻井的重要问题 。 §2-5 高压水射流钻径向水平井 研究新型高效旋转射流，使用特殊设计的造斜器和旋转射流钻头，在老油井中对应生产层位置钻出多个超短半径（0.3米）的径向水平井网，使老井更新、死井复活，有效地开发稠油藏、薄油藏，大幅度提高原油采收率。 一、前 言 水射流破岩钻大连续孔眼必须具备三个基本条件： 一是形成的孔眼要有足够大的面积； 二是形成的孔眼必须具有规则的形状； 三是具有较高的破岩效率和钻进速度。 常规的圆射流不具备这些功能，因此设计利用旋转射流。 二、旋转射流的速度分布 a--无因次喷距x/d=1 b--无因次喷距x/d=3 旋转射流的速度分布明显不同于普通圆射流。它不存在等速核，其上任一点都具有三维速度，即除具有轴向速度（U）外，还具有切向速度（W）和径向速度（V），而且轴向和切向的最大速度都不在射流中心，亦即是存在一个速度最大的环行带。 三、旋转射流的速度衰减规律 旋转射流的速度衰减比普通圆射流快得多，其最大轴向速度和最大切向速度与无因次喷距的关系可用下列两式来表示： 四、旋转射流破岩钻孔特点 旋转射流可以钻出大于喷嘴面积百倍的规则孔眼。并比普通圆射流的破岩效率高得多。旋转射流破岩形成的孔底成规则的内凸锥状，完全与圆射流形成的类半球状或锥状不同。其破岩成孔的过程和孔底形状如左图。 五、旋转射流井底流场分布 上图为平井底物理模型。 下图为凸锥状井底模型。 数值模拟结果表明：旋转射流的高速区集中在离开射流中心一定距离的一个圆环区域内，其中心部位为低速低压区；旋转射流冲击到井底后，一部分沿环空返回，而另一部分则被来流卷吸，形成很强的涡旋；高速区绕凸锥面螺旋前进，孔底部分正好占据了射流底速低压区的区间。 六、旋转射流破岩机理分析 旋转射流破岩机理不同于普通圆射流。它不单纯以冲击、拉伸、水楔作用破岩，而是以剪切破坏为主，并伴有冲蚀、拉伸破坏等多种形式。 1、剪切破碎 利用岩石抗剪、抗拉强度低的特点，依靠旋转射流切向速度对岩石产生剪切破碎，从而大大提高破岩效率。 2、冲蚀破碎 在垂直冲击力和横向流的联合作用下，圆环面积