水力脉冲空化射流技术首次在煤层气井中的试验研究
水力脉冲空化射流欠平衡钻井提高钻速技术
中 图分 类 号 ： ２ ８ Ｔ ２ ９ ＴＥ ４ ； Ｅ ４
文献标识码 ： Βιβλιοθήκη Ｉ ｐｒ ｖ ｎ ｈ ａ ｅ ｏ ｎｅ ｒ ｔｏ ｙ ｈ ｄｒ ｕ ｉ ｕ ｓ ｔｎｇ ｃ ｖ ｔ ｔｎｇ ｍ ｏ ｉ ｇ ｔ ｅ ｒ ｔ ｆｐｅ ｔ ａ ｉ ｎ ｂ ｙ ａ ｌｃ ｐ ｌ ａ ｉ ‘ ａ ｉａ ｉ
石
２１ Ｏ Ｏ年 ２月
油
勘
探
与
开
发
Ｖｏ ． ７ Ｎｏ １ １３ ． １１ １
Ｐ ＥＴＲｏＬＥＵＭ ＥＸＰＬ ０ＲＡＴ１ ０Ｎ ＡＮＤ ＤＥＶＥＬ ０ＰＭ ＥＮＴ
文 章 编 号 ：０ ０ ０ ４ （ ０ ０ ０ １ １Ｏ １ ０ — ７ ７ ２ １ ） １０ １ 一 ５
水 力脉 冲 空化 射 流 欠 平衡 钻 井 提 高钻 速 技术
ｗａｅ ｅ ｎ ｅ－ ａａ ｃ ｒ ｓｕ ｅｄ ｉ ｉ ｇ ｔｒ ｕ ｄ ｒｂ ｌｎ ｅｐ ｅｓ ｒ ｒｌ ｎ ｊｔ ｌ
Ｓ ｉＨｕ ｉｈ ｎ ｈ ａｚ ｏ ｇ ，Ｌｉ ｎ ｈ ｎ Ｇｅ ｓ ｅ ｇ ，Ｗ ａ ｇ Ｘｕ ｊｅ ，Ｓ ｅ ｈ ｎ ｈ ｕ ， ｎ ｅｉ ｈ ｎ Ｚ ｏ ｇ ｏ
Ｎｉ ｉ ｉ ｕ Ｊｌ ，Ｈ ｕ ｎ ｈ ｎ ｗｅ ｅ ａ ｇ Ｚ ｏ ｇ ｉ，Ｌｉｏ Ｈ ｕ ｌ ａ ａｉ ｎ
（ ． ａ ｅＫｅ ｂ ｒ ｔｒ ｆ Ｐｅｒ ｌｕ Ｒｅｏ ｒｅａ ｄ Ｐｒ ｓ ｅｔｎ １ Ｓｔｔ ｙ Ｌａ ｏａ ｏ ｙ ｏ ｔｏｅ ｍ ｓｕ ｃ ｎ ｏ ｐ ｃｉ ｇ，Ｃｈ ｎ ｉｅ ｓｔ ｆ Ｐｅｒ ｌｕ ｉａＵｎ ｖ ｒｉｙ ｏ ｔｏｅ ｍ，Ｂｅｊｎ ０ ２ ９， ｉｉ ｇ １ ２ ４
先导水力脉冲
碳泥页岩中，与常规储层气藏不同，页岩既是天然气生成的源岩，也
是聚集和保存天然气的储层和盖层。因此，有机质含量高的黑色页岩、 高碳泥岩等常是最好的页岩气发育条件。中国对页岩气的研究与勘探 开发还处于探索阶段，2009年8月国土资源部在重庆启动了全国首个页 岩气勘探项目。中石化已于2009年开始介入该领域，并已确定为今后
场产生脉动效应，迫使岩屑翻转、启动，提高井底的净化程度，减少由于
“压持效应”引起的岩石重复切削，同时在一定程度上改善井底附近的岩石 受力状况，使钻头破岩效率提高。 水力脉冲式钻井是利用特定的工具使钻井管柱中的连续流转变为脉冲射流, 从而改变井底流场的压力状况, 进而提高机械钻速的一种钻井新工艺。该钻 井工具对于提高机械钻速和降低钻井成本具有一定的积极意义。
一、国内外技术现状、发展趋势
国内外页岩气勘探开发现状与进展---1.国外
地区 页岩气(万亿) 北美 108.79 拉丁美洲 59.95 西欧 14.44 中欧和东欧 1.1 前苏联 17.75 中东和北非 72.15 非洲沙哈拉地区 7.76 中亚和中国 99.9 太平洋 (经济合 65.5 作和发展组织） 亚太其它地区 8.89 南亚 0 世界 456.24
一、国内外技术现状、发展趋势
目前国内外成熟的水力脉冲射流钻井工具主要 有以下几种： 1.Tempress负压脉冲工具 2.Waltech公司的负压脉冲工具
3. SLPMC水力脉冲式钻井工具
4.脉冲振动钻井钻井工具 5.水力脉动冲击钻井工具
一、国内外技术现状、发展趋势
脉冲射流钻井提速机理： 脉动射流其瞬间射流速度和水力冲蚀能量均大大高于常规喷嘴的射流 速度和水力冲蚀能量，能够使射流产生压力波动，克服岩屑的压持效应，从 而有效地清洁井底和冲蚀岩石。 利用井底水力脉动提高破岩钻进效率的基本原理，是利用适当方法使井底流
塔河油田深井脉冲空化射流钻井试验研究
改善 井底流场及岩 面应 力状 态， 提 高钻速 。该技 术在塔 河 油田进行 了 ４口井 ５井 次的现 场试验 ， 在 常规 泵压 、 排 量、 钻 井液密度 等参数 条件 下试验 井 深达 ６ １ ６ ２ ｍ， 试验 井段 与邻 井相近 井段 在相 近 工 况下机 械 钻速 平均 提 高
Ｅｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ Ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｎ Ｈｙ ｄ ｒ ａ ｕ ｌ ｉ ｃ Ｐｕ ｌ ｓ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ Ｃａ ｖ ｉ ｔ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ Ｊ ｅ ｔ Ｄｒ ｉ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ
Ｔｅ ｃ ｈｎｉ ｑｕ ｅ ｉ ｎ Ｄｅ ｅ ｐ Ｗｅ ｌ ｌ ｓ ｏ ｆ Ｔａ ｈ ｅ Ｏｉ ｌ ｆ ｉ ｅ ｌ ｄ
（ Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ ） ， Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ， １ ０ ２ ２ ４ ９ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ． Ｌ ｉ ｎ ｐ ａ ｎ Ｄｒ ｉ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ Ｃ ｏ ｍｐ ａ ｎ ｙ， Ｓ ｉ ｎ ｏ ｐ ｅ ｃ Ｘｉ ｎ ａ ｎ Ｏｉ ｌ ｆ ｉ ｅ ｌ ｄ Ｓ ｅ ｒ ｖ ｉ ｃ ｅ Ｃ ｏ ｒ ｐ ｏ —
３ ３ ． ３ ～７ ４ ． ３ ， 单套钻具纯钻 时间超过 ２ ６ ０ ． ０ ｈ 。试验结果表 明， 塔河 油田二 开井段砂岩 、 泥岩 等地层 配合 Ｐ Ｄ Ｃ
钻 头应 用水 力脉 冲 空化 射 流 钻 井技 术 ， 能 够 很 好 地 提 高机 械 钻 速 。 关键词 ： 脉 冲射 流 空 化 射 流 机 械 钻 速 现 场 试 验 中图 分 类 号 ： ＴＥ ２ ４ ８ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ １ — ０ ８ ９ ０ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３ — ０ ０ ８ ５ — ０ ４
临邑 ２ ５ １ ５ ０ ０ ； ３ ． 中 国石 油 大 学 （ 华东） 石 油 工 程学 院 ， 山东 青 岛 ２ ６ ６ ５ ８ ０ ）
脉冲空化射流钻井技术
不断地 高速旋 转 ，产生 脉 冲扰动 。 叶轮总 成产 生的水 力脉 冲相对 于 自激 振荡 腔室 入 口为 有源脉 冲 。位于工 具最 底部 的 自激 振荡腔 室
将 水力 脉 冲信 号放 大并产 生 流体谐 振 ，当其通 过振
荡 腔 室 的 出 口收 缩 截 面 进 入 谐 振 喷 嘴 时 ， 产 生 压 力
器 。该工 具 通 过 流 体 脉 冲扰 动 和 自振 空 化 效 应 耦
合 ，将进 入钻 头 的常规连 续流 动调制 成振动 脉 冲流 动 ，在钻 头喷 嘴 出 口形成 脉 冲空 化射 流 ，产 生水 力 脉 冲 、空 化 冲蚀 和 瞬时压 负效应 ，从 而提高 井底净 化 和辅助 破岩效 果 。
力钻 具 和钻头 之 间或钻铤 和钻 头之 间安装 水力脉 冲
空 化 射 流 发 生 器 ，不 需 增 加 任 何 地 面装 备 。
很 好 的发展 和应用 。由于空化 射流钻 井 的破 岩方 式 更 合理 与有效 ，对 钻头 寿命没 有影 响 ，以及射 流的
（ ）水 力脉 冲空化 射 流钻井 技术是 在现 有 的施 ２
艺 技 术 在 应 用 过 程 中所 取 得 的 效 果 及 应 用 前 景 。
工参 数条 件下进 行 的 ，工 具 本 身有 ０ ５ １ ０ＭＰ ． ～ ． ａ
的压耗 ，在 地面 装备允 许 的情况 下可适 当提 高水力
参数 。
（ ）水 力脉 冲空化 射流 钻井 技术 只是在 井底钻 ３
可靠性 ，因此 该技 术在 美 国、加拿 大 、澳 大利 亚等
工 业发 达 国 家得 到 应 用 和 推 广 。该 技 术 的应 用 成 功 ，为深 井快 速钻井 探索 出 了一条有 效 的途 径 。 伴 随着石 油工业 实施 油气勘 探开 发 ，今 后石 油 钻 井深度 会越来 越深 ，深井 比例 也会增 加 ，岩石愈 来 愈硬 ，如何提 高深 井钻井 速度将 成 为钻井 界研究 的重 要课 题之一 。本 文重点 阐述 了空化 射流 钻井工
水力脉冲空化射流钻井技术在YB121H井的应用
化产生 ， 达到局部瞬时欠平衡 ， 降低岩石破碎强度提
高提 高机械 钻速 。
２ ． 水 力脉 冲空化 射流发 生器 结构 与工 作原 理
空化射流发生器安装于钻头和钻铤或井下动力钻具
之间， 钻 具 内连续 流动 的钻井 液 经过 斜坡 流道 对 叶 轮产 生切 向力使 叶轮 高 速旋 转 ， 叶轮 在 转 动 过 程 中
在淹没状态下 ， 流体运动的不连续性易产 生压力振
收稿 日期 ：２ ０ １ ２—１ ０—１ １ ； 修 回日期 ：２ ０ １ ３一Ｏ １—１ ０
作者简 介：张立新 ， ２ ０ ０ ０ 年毕业于中国地质大 学（ 武汉 ） 石油工 程专业 ， 现 任职于 中石化 华北局西部工 程公 司钻井液技术 室副主 任。地 址： （ ８ ４ １ ６ ０ ０ ） 新疆轮 台县华ｊ Ｅ 石油局基 地西部工程公 司， Ｅ— ｍ ａ ｉ ｌ ： ｈ ｂ ｘ ｂ ｌ ｚ ｘ ｍ ｂ ＠１ ６ ３ ． ｅ ｏ ｍ
断面收缩 ， 部分流体又反馈回谐振腔 ， 适 当控制谐振 腔 尺寸 和流 体 的马赫数 及 Ｓ ｔ ｒ ｏ ｕ ｈ ａ ｌ 数 使 反 馈压 力 振
荡 的频 率 与谐 振 腔 的 固有 频 率 相 匹配 ， 在 谐 振 腔 内 形 成声 谐共 振 ， 使 喷 嘴 出 口射 流 变 成 断 续 涡环 流 。
连续改变流道面积 ， 产生脉 冲扰动。叶轮总成产生 的水力脉冲相对于 自激振荡腔室 人口为有源脉冲，
水力脉冲空化射流钻井机理与试验
水力脉冲空化射流在江苏油田钻井提速中的应用
江 苏 油 Ⅲ 开展 水 力 脉 冲 空 化 射流 钻 井 提 速 试验 ，累 汁进 １ ． １ ３ ． １ ． １ ７ ｇ ／ ｃ ｍ ， 钻井液粘度 ４ ０ － ４ ８ ｓ 。 行了１ Ｏ次 下 － ； Ｊ ｆ ： 试 验 ，岽计 进 尺 超 过 ６ ｋ ｍ， 试 验 井 的机 械 钻 速
深而起钻。 （ １ ） 与富 １ ２ ６ — １ 井对 比 。
性 以各色泥岩为主， 夹杂细砂岩： 试验 区块为江苏油田老区， 井液密度 １ ． １ ８ － １ ． ２ ０ ｇ ／ ｃ ｍ ， 钻井液粘度 ４ ４ ． ４ ６ ｓ 。
地层为软到中等硬度地层 ，试用水力脉冲 空化射流器主要 目
冲 空化射流钻井提速试验 ， 优选试验方案和钻井参数 ； 累计进行 了 １ Ｏ次下井试验 ， 累计进尺 ６ ２ ３ ８ ． ４ ｍ， 与同 区块 相似井深对 比， 试 验井的机械钻速平 均提高 １ ５ ． ２ ８ ％， 提速效果 显著 。 关键词 ： 水力脉 冲空化射流 提速 江苏油田
中图分类号： Ｔ Ｅ ２ ４ ２
钻进参数： 钻压 ３ ０ ． ８ ０ ＫＮ， 泵压 １ ２ — １ ４ ＭＰ ａ ， 转速 ９ ０ ｒ ｐ ｍ， 钻 钻进井段 ，２ ６ ７ ７ ． ５ １ ． ３ ２ １ ４ ． ０ ０ ｍ，进尺 ５ ３ ７ ｍ，纯 钻进 间 １ ０ ０ ． ３ ２ ｈ ，平均机械钻速 ５ ． ３ ５ ｍ／ ｈ 。本趟 钻是由于钻达 完￣ ｄ ｉ Ｊ － Ｉ ：
的就是提高机 械钻速 ， 提高钻井效益 。
２ ． １富 ７ １ — ４井 试验 情 况 为ｉ １ １ ２ １ ５ ． ９ ｍｍ， 完钻 井 深 ３ ２ １ ４ ． ０ ０ ｍ。
水力脉冲空化射流钻井技术在高温高压井的应用
１ ７ ８
５７ ． ２７ ． ％
从 表 １可 以看 出 ， 只钻 头 所钻 遇 地 层 岩性 基 两 本相 同 ， 主要 以泥岩 为 主 ， 次 为 粉砂 质 泥 岩 、 都 其 灰
质泥 岩 、 质粉 砂岩 ， 泥 少量 粉砂 岩 、 灰质 粉砂岩 。
２ ２ 钻 井 参 数 对 比 ．
３ 使 用效 果 分析 从表 ４可 以看 出 ， 新疆 某 井 ， 基 本相 同 的工 在 在 作 条件 下 ， 用 水力 脉 冲 空 化 射 流钻 井 比常规 钻 井 采 机械钻速由０ ．
空 ｓ 耄 ｚ－ 井 —ｚ一ｊ ｅ． ｓ。盛 。 ｗ、 ・ Ｎ ｓ ｓ ｚ
未 使 用 该 工 具 时 的 钻 进 情 况 ， 其 是 在 钻 进 的 前 尤 １０ 井 段 ４１ —４ １ｍ）钻 时基 本 在 ３ 一４ｍｉ／ ７ｍ（ ７６ ８６ ， Ｏ ０ ｎ ｍ， 械钻 速 １３ｍ／ ， 应 的水 力脉 冲 空 化射 流 发 机 ．７ ｈ 对 生 器 工 作 时 间 为 ０ １ ５ ， 将这 段 时 间 看 作该 工 — ２ｈ 可
８ ２
内 蒙 古石 油化 工
２ １ 年第 １ 期 ００ ６
水 力脉 冲 空 化 射 流钻 井 技 术 在 高 温高 压 井 的 应 用
雷云 川 ， 晓 刚 张
（． 江 大 学 石 油 工 程 学 院 ， 北 荆 州 １长 湖 ４ ４ ２ Ｉ． 江 岩 土 工 程 总 公 司 （ ３０ ３２ 长 武汉 ） 庆 分 公 司 ， 庆 重 重 ４２６） ０ ５ ０
１７ ．４
雷云川等 水 力脉冲空化射流钻井技术在 高温 高压井的应用
２ ｈ， ｍ／ 提高 幅度 为 ２ ． 。 １７
ＭＴ Ｂ ｇｌ ／
水力脉冲空化射流提速技术在海洋钻井中的应用
据 指导 筛 管优 选 和防 砂设 计 。 （ ３） 钻 完 井 液 。机 械 防砂 设 计 过 程
（ ｂ）填 砂测 试 法 实验 装 置
【 参考文献 】
… 邓 建 明 渤 海油 田防 砂技 术 【 Ｍ］ 北
京： 石油 工业 出版社 ． ２ ０ １ ３ ： ４ ６ －５ ７
『 ２ １ 匡韶 华， 石磊， 于丽宏， 等． 防 砂 筛 管
测 试 技 术现 状 及 发展 探 讨 『 『 ｌ ｌ 石 油 矿 场 机 械， ２ ０ １ ３ ， ４ ２ （ ４ ） ： ８ ３ — ８ ８
砂 浆 测 试法 ：将 地层 砂 用 甲醇 润湿 ，
悬浮 在 一 一 定 粘 度 的流体 中 ，配成 高粘 携砂
一
筛管 防 砂失 效 的重 要 原因 ，为了 降低 筛 管
冲蚀 破 坏 的 险 ，在 防砂 没 汁过 程 中尽 可
填砂 测试 法 ：将 地 层砂 直接 填 充在 测 试单 元 中 ，与 过 滤介 质 表面 直接 接 触 ，轻 拍 测 试单 元使 地 层砂 填 充均 匀 ，在 砂层 顶
部 弹 簧 轻压 砂 层 ，防 止在 砂层 四 周形 成 串流 通道 。恒 流 量注 入 甲醇 ，让其 通过 填
汁 ，以 确保 在 筛管 ห้องสมุดไป่ตู้ 入过 程 中不 出安 全 事
故 ，以 及筛 管不 受 到损 坏 。 （ ２）外挤 压 力 。随 着 油 藏 的 开 采 ， 孔 隙 压 力 会 逐 渐 减 小 ，地 层 会 被 压 实 下
（ ａ ）砂 浆测 试法 验装 置
沉 ，井 眼 产 生 缩 颈 ，对 筛 管 产 生 外挤 压
【 ９ ｊ周 维垣 ． 高等 岩 石 力学 【 ＭＪ ． 北京 ： 水 利 电力 出版社 ， １ ９ ９ ３
水力脉冲空化射流技术在非常规钻井中的应用
Ａｂ ｔａ ｔ ｏ ｏ ｎ ｏ ｖ ｎ ｉｎ ｌｗｅｌ， ｕ ｏ ｏ ｄ ｓｒ ｔ ｍ ｎ ｏ ｒｄ ｉ ａ ｉ ｔ ， ｔ ａ ｅ ｏ ｇ ｒｄ ｌ ｎ ｅ ｏ ｎ ｎ ｏ ｎ ｅ ｓ ｓ ｒ ｃ ：Ｆ ｒ ｓ ｍｅ ｕ ｃ ｎ ｅ ｔ ａ ｌ ｄ ｅ ｔ ｌ ｔ ｕ ａ ｄ ｐ ｏ ｒ ｌｂ ｌ ｙ ｉ ｔ ｋ ｓ ｌｎ ｅ ｒ ｌ ｇ ｐ ｒ ｄ ａ ｄ ｅ ｃ ｕ ｔ ｒ ｏ ｓ ａ ｌ ｉ ｉ ｉ ｉ
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探析水力脉冲空化射流钻井技术的适应性
2017年01月探析水力脉冲空化射流钻井技术的适应性曹艳海(大庆油田钻井一公司,黑龙江大庆163000)摘要：为了能够更大范围的推广水利脉冲空化射流钻井技术，加强对该技术的研究是尤为必要的，有助于提升油田作业成效。
尤其是在当前油田事业快速发展背景下，越来越多先进设备和技术应用其中，大大提升了油田作业成效，水力脉冲空化射流钻井技术作为一项先进技术，在生产作业中应用可以有效提升机械钻速，为油气层提供更为坚实的保护，但是可能存在应用效果不明显问题，影响到油田开发经济效益和社会效益。
由此，本文主要就水力脉冲空化射流钻井技术的适应性进行分析，结合实际情况，客观阐述水力脉冲空化射流钻井技术应用可行性，更为充分发挥水力脉冲空化射流钻井技术优势。
关键词：水力脉冲空化射流钻井技术；油田开发；适应性；机械钻速伴随着油田事业的快速发展，油气开发愈加深入，越来越多先进的开发技术和机械设备应用其中，大大提升了油田开采效率和质量。
但是由于油气开采较深，地层结构较为复杂，无论是钻井速度还是钻井周期都成为当前工作中存在的难点所在，需要进一步优化和创新。
在钻井作业中，钻进过程主要是依靠机械和水共同作用下来破除岩层，而在一些深井作业中，由于井深度不断增加，相应水力损失不断增加，如果地面机泵功率不变，在井下的可用水马力不断下降，这样就导致钻井作业效率下降，影响到钻井成效。
而在深井作业中应用水力脉冲空化射流钻井技术，可以有效提升钻井速度，获得充足的动力支持，提升钻井作业成效。
由此看来，加强水力脉冲空化射流钻井技术的应用研究是尤为必要的。
1提高机械钻速机理水力脉冲空化射流钻井技术作为一项先进的钻井技术，在实际应用中能够有效提升作业效率和质量，创造更大的经济效益和社会效益。
水力脉冲空化射流钻井技术主要是水力脉冲射流和自振空化射流耦合而成的创新型钻井技术，其中水力脉冲空化射流主要包括本体、导流体、弹性挡圈、自激震荡强势等众多部分组成。
在钻井作业中，将水力脉冲空化射流发生器安装在钻头和钻铤两者之间，耦合自振空化效应和流体扰动作用，通过钻头的常规连续流动转化为振动脉冲流动，在井下产生脉冲空化射流，可以有效提升破岩效率[1]。
空化水射流声震效应促进瓦斯解吸实验的规律及机理研究
空化水射流声震效应促进瓦斯解吸实验的规律及机理研究葛兆龙;卢义玉;周东平;左伟芹;夏彬伟【期刊名称】《煤炭学报》【年(卷),期】2011(036)007【摘要】针对我国大部分煤层瓦斯高吸附、压力高、渗透率低、难于抽采,易造成瓦斯灾害事故等难题,提出了利用空化水射流声震效应促进煤层瓦斯解吸的新思路。
研究了空化水射流液-气相变规律及声震效应促进瓦斯解吸的机理,通过改变泵压围压获得不同空化数条件下,空化水射流空化声震规律：气穴溃灭时声震效应振动的频段很宽,集中在2 000～10 000 Hz,振动在5 400～6 800 Hz出现了一段振动频率的峰值,说明在此范围内溃灭的气泡更加集中;通过改变不同空化数,获得空化水射流声震效应对煤层瓦斯解吸具有促进作用,与未加空化效应【总页数】6页(P1150-1155)【作者】葛兆龙;卢义玉;周东平;左伟芹;夏彬伟【作者单位】重队大学复杂煤气层瓦斯开采国家地方联合工程实验室,重庆400030;重队大学复杂煤气层瓦斯开采国家地方联合工程实验室,重庆400030;重庆市能源投资集团科技有限责任公司,重庆400060;重队大学复杂煤气层瓦斯开采国家地方联合工程实验室,重庆400030;重队大学复杂煤气层瓦斯开采国家地方联合工程实验室,重庆400030【正文语种】中文【中图分类】TD712.67【相关文献】1.空化水射流声震效应促进瓦斯解吸渗流测试装置的改进 [J], 卢义玉;王景环;黄飞;杜鹏;刘小川;章文峰;张欣玮2.外加电磁场对瓦斯吸附解吸的影响规律及作用机理的研究 [J], 何学秋;张力3.外力扰动条件下的瓦斯解吸机理与实验研究 [J], 齐黎明;郭达;关联合;陈学习4.水分自然侵入促进含瓦斯煤解吸效应实验研究 [J], 陈金生;王兆丰;樊亚庆5.水淹情况下块煤瓦斯解吸规律实验研究 [J], 王然因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
一种高效水力脉冲空化射流发生器[实用新型专利]
![一种高效水力脉冲空化射流发生器[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/e34b2f2454270722192e453610661ed9ad5155d0.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201821250788.1(22)申请日 2018.08.05(73)专利权人 江苏博际喷雾系统股份有限公司地址 225267 江苏省扬州市江都区仙女镇三荡工业园双仙北路388号(72)发明人 管序荣 李根生 冯业文 黄中伟 周永军 史怀忠 孔飞 焦峰 (74)专利代理机构 北京连和连知识产权代理有限公司 11278代理人 田方正(51)Int.Cl.E21B 7/18(2006.01)E21B 7/24(2006.01)(54)实用新型名称一种高效水力脉冲空化射流发生器(57)摘要本实用新型涉及一种高效水力脉冲空化射流发生器。
包括管状本体，管状本体内靠近下部设有自激振荡喷嘴，自激振荡喷嘴内设有自激振荡腔，自激振荡喷嘴上方安装有叶轮座，叶轮座上偏心安装有叶轮轴和叶轮，叶轮上方设有导流体，导流体内腔设有将管状本体内腔内流体引向叶轮一侧外缘的引流壁，引流壁上设有引流套，自激振荡腔内壁设有内套，自激振荡腔的壁面上设有与自激振荡腔相通的它激腔孔，自激振荡喷嘴下方设有谐振喷嘴，谐振喷嘴下方设有卡簧。
本实用新型结构简单，通过采用本实用新型结构，可大幅提高抗冲蚀磨损强度，产生较强脉冲效应，增压效果好，延长使用寿命。
权利要求书1页 说明书2页 附图1页CN 209212156 U 2019.08.06C N 209212156U1.一种高效水力脉冲空化射流发生器，其特征在于，包括管状本体，所述管状本体内靠近下部设有自激振荡喷嘴，所述自激振荡喷嘴内设有自激振荡腔，自激振荡喷嘴上方安装有叶轮座，叶轮座上偏心安装有叶轮轴和叶轮，所述叶轮上方设有导流体，所述导流体内腔设有将管状本体内腔内流体引向叶轮一侧外缘的引流壁，所述引流壁上设有引流套，自激振荡腔内壁设有内套，自激振荡腔的壁面上设有与自激振荡腔相通的它激腔孔，自激振荡喷嘴下方设有谐振喷嘴，所述谐振喷嘴下方设有卡簧，谐振喷嘴中心设有与自激振荡喷嘴相通的谐振腔室，谐振腔室内径大于自激振荡喷嘴出口端内径，管状本体的外壁上设有与它激腔孔连通的进液孔，所述叶轮、叶轮轴和叶轮座的外表面均涂覆有高硬度低摩擦系数的氮化碳复合涂层，自激振荡腔和谐振腔室内表面均涂覆有高硬度低摩擦系数的氮化碳复合涂层。
空化射流钻径向井开采天然气水合物关键技术研究进展
空化射流钻径向井开采天油大学 ( 北京 ) 油气资源与探测国家重点实验室，北京 102249 * 通信作者, tscsydx@
收稿日期: 2020-07-23 自然科学基金重大科研仪器研制项目“水力喷射径向水平井综合实验系统”(51827804)、自然科学基金青年基金“空化射流破碎天然气水 合物矿体机理研究(51804320)”和自然科学基金重大项目“天然气水合物储层力学特征及多场耦合工程响应机制”(51991362)”联合资助
关键词 径向水平井；天然气水合物；空化射流；水力喷射；开采技术
Research progress on key technologies of natural gas hydrate exploitation by cavitation jet drilling of radial wells
LI Gensheng, TIAN Shouceng, ZHANG Yiqun
摘要 天然气水合物是一种资源量丰富的高效清洁能源，该资源的开发利用对满足我国日益增长的能源消费需 求、保障国家能源安全以及推进绿色发展具有重要的战略意义。本文在调研国内外水合物开采技术、研究现状 的基础上，提出了利用空化射流钻径向水平井 + 筛管完井一体化方法开采深海浅层天然气水合物的新思路。介 绍了包括总体工艺流程、射流破岩钻孔能力、射流钻头送进方式与延伸极限、井眼轨迹测量与控制等关键技术 的研究基础和进展，并使用开源软件 HydrateResSim 进行了径向井开采天然气水合物数值模拟。本文还讨论了该 技术未来的主要研究方向，包括高压水射流作用下水合物储层成孔特性、水力喷射钻井井筒多相流动规律、水 合物储层微小井眼井筒稳定性评价与控制、天然气水合物径向水平井增产机理与效果评价、泥质粉砂水合物储 层径向水平井开采工程参数优化等。研究发现空化射流钻径向水平井方法具有纯水力高效钻进、超短半径转向、 精准中靶钻遇、衬管粗护井眼、井筒精细防砂的特点，所形成的多层多分支井眼可与降压法或热激发法相结合， 扩大储层接触阵面、提高热量利用效率。研究成果可望为早日实现天然气水合物的商业化开采奠定基础。
水力脉冲空化射流发生器配合Power V防斜打快技术
水力脉冲空化射流发生器配合Power V防斜打快技术
史怀忠;李根生;沈忠厚;牛继磊
【期刊名称】《石油钻探技术》
【年(卷),期】2009(037)001
【摘要】高陡地层防斜打快一直是钻井界面临的技术难题,而Power V系统应用于防斜打直既能保证井身质量又能解放钻压,但由于其成本高,制约了在现场的推广应用.为此,在风城1井进行了水力脉冲空化射流发生器配合Power V防斜打直现场试验,结果表明,水力脉冲空化射流发生器配合Power V系统既能有效控制井斜角,又能提高机械钻速,减少了Power V系统的占用时间,降低了钻井成本.详细分析了水力脉冲空化射流发生器配合Power V系统防斜打快的机理及现场试验情况.【总页数】4页(P14-17)
【作者】史怀忠;李根生;沈忠厚;牛继磊
【作者单位】中国石油人学,北京,油气资源与探测国家重点实验室,北京,昌
平,102249;中国石油人学,北京,油气资源与探测国家重点实验室,北京,昌平,102249;中国石油人学,北京,油气资源与探测国家重点实验室,北京,昌平,102249;中国石油大学(华东)石油工程学院,山东东营,257061
【正文语种】中文
【中图分类】TE249
【相关文献】
1.水力脉冲空化射流钻井技术在渤海油田的应用 [J], 巩永刚;修海媚
2.海上小井眼脉冲空化射流发生器射流特性室内试验研究 [J], 兰起超;李根生;史怀忠;韦明辉;师帅帅
3.探析水力脉冲空化射流钻井技术的适应性 [J], 曹艳海
4.水力脉冲空化射流发生器参数优化试验研究 [J], 马东军;李根生;史怀忠;牛继磊;黄中伟;付加胜
5.有关自激脉冲空化射流发生器的发展技术 [J], 金垚; 李福宝
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塔河油田深井脉冲空化射流钻井试验研究
塔河油田深井脉冲空化射流钻井试验研究史怀忠;李根生;张浩;黄中伟;牛继磊;王德余【摘要】塔河油田深井钻井水力能量利用效率低、机械钻速低、钻井成本高,严重制约了勘探开发速度.针对该油田钻井实际情况,结合二开φ241.3 mm井眼地层、钻具组合和水力参数,利用水力脉冲空化射流钻井技术提高机械钻速.该技术配合常规钻具和复合钻井钻具组合使用,脉冲空化射流发生器耦合脉冲射流和自振空化射流,改善井底流场及岩面应力状态,提高钻速.该技术在塔河油田进行了4口井5井次的现场试验,在常规泵压、排量、钻井液密度等参数条件下试验井深达6 162 m,试验井段与邻井相近井段在相近工况下机械钻速平均提高33.3％～74.3％,单套钻具鲍钻时间超过260.0 h.试验结果表明,塔河油田二开井段砂岩、泥岩等地层配合PDC钻头应用水力脉冲空化射流钻井技术,能够很好地提高机械钻速.%Factors such as low hydraulic energy utilization efficiency and ROP,high drilling cost,etc.severely hindered the speed of petroleum exploration and development in Tahe Oilfield.In view of the real conditions of Tahe Oilfield,and drilling formation,BHA,and drilling parameters of the second drilling section φ241.3 mm wellbore,hydraulic pulsed and cavitating jet drilling were employed to increase ing conventional drilling tools and composite drilling tools,hydraulic pulsed and cavitating jet drilling technique modulates pulsed jet and cavitating jet to change flow field and rock stress state at the bottom of hole,and raise ROP.The technique had been applied 5 times in 4 wells in Tahe Oilfield.Under normal pumping pressure,flow rate and drilling fluid density,applied well depth reaches up to 6 162 m.The net drilling time of single set of drilling tool exceeded 260h,the ROP in the applied well intervals was 33.3％-74.3％ higher than adjacent wells which were similar in conditions.Field tests indicated that hydraulic pulsed and cavitating jet technique had a good adaptability to sandstone and mudstone formation of Cenozoic,Mesozoic and Palaeozoic group and different,together with PDC bit,it could enhance ROP by a large margin.【期刊名称】《石油钻探技术》【年(卷),期】2013(041)003【总页数】4页(P85-88)【关键词】脉冲射流;空化射流;机械钻速;现场试验【作者】史怀忠;李根生;张浩;黄中伟;牛继磊;王德余【作者单位】油气资源与探测国家重点实验室(中国石油大学(北京)),北京102249;油气资源与探测国家重点实验室(中国石油大学(北京)),北京102249;中石化西南石油工程有限公司临盘钻井分公司,山东临邑251500;油气资源与探测国家重点实验室(中国石油大学(北京)),北京102249;中国石油大学(华东)石油工程学院,山东青岛266580;油气资源与探测国家重点实验室(中国石油大学(北京)),北京102249【正文语种】中文【中图分类】TE248塔河油田位于新疆塔里木盆地北部，目的层多在6 000 m以深，随着超深井数量的增多,所钻地层岩性越来越复杂,钻井施工难度也不断加大,存在深部地层坚硬、水力能量利用率低、机械钻速低等问题，提高超深井钻井速度成为实现塔河油田快速高效勘探开发的关键[1-4]。
水力脉冲空化射流钻井技术
水力脉冲空化射流钻井技术一水力脉冲空化射流钻井技术简介中国石油大学（北京）高压水射流实验室开发的水力脉冲空化射流钻井是在钻井过程中将水力脉冲空化射流发生器安装于钻头上部的一种钻井新技术。
在分析水力脉冲与空化射流调制机理的基础上,设计出了一种新型水力脉冲与空化射流耦合的水力脉冲空化射流发生器，该工具通过流体脉冲扰动和自振空化效应耦合，使进入钻头的常规连续流动调制成振动脉冲流动，在钻头喷嘴出口形成脉冲空化射流,产生水力脉冲、空化冲蚀和瞬时压负效应，从而提高井底净化和辅助破岩效果。
1 水力脉冲空化射流发生器结构与工作原理（1）结构水力脉冲空化射流发生器主要由本体、弹性挡圈、导流体、叶轮座、叶轮轴、叶轮及轴套组件、自激空化振荡腔组成见图。
（2）工作原理导流体置于本体内腔顶部，它改变钻井液的流动方向和速度，对叶轮叶片产生切向力促使叶轮连续不断的高速旋转。
叶轮总成主要包括叶轮座、叶轮、叶轮轴和轴套等部件组成。
叶轮安装在轴上，并通过轴套连接坐在叶轮座上，在钻井液对叶片冲击力的作用下，叶轮高速旋转连续改变流道面积，产生脉冲扰动。
叶轮总成产生的水力脉冲相对于自激振荡腔室入口为有源脉冲，位于工具最底部的自激振荡腔室对水力脉冲信号放大并产生流体谐振，当其通过振荡腔室的出口收缩截面进入谐振喷嘴时，产生压力波动，这种压力波动又反射回谐振腔形成反馈压力振荡，从而在谐振腔内产生流体声谐共振，在流体出口段产生强烈脉动脉冲空化涡环流，以波动压力的方式冲击井底。
2 水力脉冲空化射流钻井提高机械钻速机理钻井过程中水力脉冲空化射流发生器安装于钻头上部，将流体的扰动作用和自振空化效应耦合，使进入钻头的常规连续流动调制成振动脉冲流动，钻头喷嘴出口成脉冲空化射流，产生3种效应：（1）水力脉冲—改善井底流场，提高井底净化和清岩效率，减少压持和重复破碎；（2）空化冲蚀—利用空化冲击能量辅助破岩，提高破岩效率；（3）瞬时负压—井底瞬时负压脉冲，局部瞬时欠平衡，改变岩石受力状态使岩石易破。
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钻 井 技术 在煤 层气井 中的应用 情况 。
收 稿 日期 ：０ ２ ２６： 回 日期 ：０ ２ ６５ ２ １０ １ 改 ２ １０ １
自檄 振
荡喷嘴
导 流 体 叶 轮轴
产 生金 属 盐 ，堵 塞 煤 层 气 通 道 ＿ Ｊ 因此 ，提 高 】 。 在 煤层气 井钻 井 施 工 的 机 械钻 速 ，缩 短 钻井 周 期 已成 为亟待解 决 的 问题 。水 力 脉 冲 空化 射 流钻 井 是利 用特定 的工 具 使钻 井管 柱 中的 连续 流 转 变 为 脉 冲空 化 射 流 ，从 而 改 善 井 底 流 场 的压 力 状 况 ， 改 变井 底岩 石 的 受力 状 态 ，进 而 提 高 机械 钻 速 的
振 空化 喷嘴 ， 对水 力脉 冲信 号进 行放 大并 产生 流体
谐振 ， 当其 通过 振 荡腔 室 的出 口收缩 截面进 入谐 振
脉 冲空化 射流 钻井 技 术 可 更 为 有效 地 利 用 其 水力 脉 冲破 岩 效应 以提 高机械 钻速 ， 约钻井 成本 。 节
一１ ９● 第５ 撕
２ １ 年 １ 月 ０２ ０
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藏
Ｄ Ｉ １ ． ９ ９ ｊｉ ｎ １０ ６ ３ ． ０ ２ ０ ． ３ Ｏ ：０ ３ ６ ／ ．ｓ ． ０ ６— ５ ５ ２ １ ． ５ ０ ２ ｓ
水 力 脉 冲 空 化 射 流 技 术 首 次 在 煤 层 气 井 中的试 验研 究
第 ５期
王
伟等 ： 水力脉 冲空化射流技术首 次在煤层气井 中的试验研究
１９ ２
道， 用于 改变 钻井 液 流 动 的方 向 和 速度 ， 叶 轮 叶 对 片施 加 连续 的切 向力 ， 促使 叶轮 高速 旋转 。叶轮在 高速 转 动 的过 程 中 ， 续改 变钻 井液 通过 的流 道 面 连 积， 改变 钻井 液流 速 和压力 ， 生脉 冲扰 动 。 产 脉 冲 扰 动作 为 入 口有 源 脉 冲信 号 进 入 工具 最 底部 的 自激振 荡 腔室 ， 自激 振荡 腔室 为一 风琴 管 自
关 键 词 ： 力脉 冲 ； 化 射 流 ； 层 气 井 ； 械 钻速 ； 场 试 验 水 空 煤 机 现
中图分类号 ：Ｅ ４ Ｔ ２９
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ：１０ ６ ３ （０ ２ ０ ０ ２ ０ ６— ５５ ２ １ ）５— １８—０ ３
引 言
伴 随着 常规 天 然 气 的开 发 难 度 逐 步增 大 ，非
下 母接 头
图 １ 水 力 脉 冲 空 化 射 流 发 生 器 结 构 示 意 图
导 流体位 于 叶轮总成 上部 ， 主要 结 构为斜 坡 流
基金项目： 国家重点基础研究发展计划项 目“ ７ ” ９ ３ 计划子课题“ 深井复杂地层安全高效钻井基础研究” ２ １Ｃ ２ ６ ０ ） 中石化石油 工程 先导 和推广 项 目 （０ ０ Ｂ ２７ ０ ； “ 水力脉冲空化射流钻井技术应用跟踪” Ｓ １０ ） （ Ｇ ０ ８ 作者简介 ： 王伟 （９ ７一 ， ，０ ９ １８ ） 男 ２ ０ 年毕业于 中国石油大学（ 北京） 石油工程专业 ， 现为该校油气井工程专业在读 硕士研究 生， 研究方 向为油气井 流体 力学 与工程 。
王 伟 李根 生 史怀 忠 辛建华 ， ， ，
中国石油大学 ， 北京 南京 １２ ４ ； ０２ ９ ２２０ ） １０ ３ （ ．油气资源与探测国家重点实验室 １
２ ．中石化集团公司华东石油局 ， 江苏
摘要 ： 了提 高煤层 气井中的机械钻速 ， 为 缩短钻 井周期 ， 节约钻井成本 ， 根据水力脉冲空化射流 提 高钻速原理 ， 通过 改善 井底流场 ， 降低岩石 的破 碎强度 ， 小压持 效应 ， 而提 高机械钻 速。 减 从
地理 位 置 为 贵 州 省 织 金 县 少 普 乡 白泥 坝 村 西 南 ２ ０ ｍ， ０ 构造 位 置 为 岩 脚 向斜 珠 藏 次 向斜 北 西 翼 。
该地 区地 层普 遍 渗 透率 低 、 应 力 分 布 不均 、 地 普遍
欠压 ， 致钻井 过 程 中机 械钻 速较 慢 。织 ４井 试验 导 井段 地层 主要 是长 兴组 和龙 潭组 ， 岩性 以灰 色石灰 岩 和钙质 胶结 砂 岩 为 主 ， 层 较 软 ， 此 使 用水 力 地 在
１ 水 力脉冲空化射流发 生器结构 与工作 原
理
水 力 脉冲空化 射 流发生 器 主要 由接头 、 弹性 挡 圈 、 流体 、 导 叶轮 总成 、 自激 振荡腔 室 、 体等 组成 ， 本
见 图 ｌ 。
上 母 接头
常规 天然气 近年 来 已成 为 国 内外 勘 探 开 发 热 点之
一
水 力 脉 冲 空 化 射 流技 术在 织 ４井进 行 了现 场 试 验 。 结 果 表 明 ： 技 术 在 试 验 过 程 中 不 需 要 改 该
变原钻具组合 ， 对钻 头和钻 井施 工参数没有特殊要 求， 可有 效应 用于煤层 气井； 在地层相同 ， 钻 具组合与钻 井参数相近的前提 下 ， 与邻 井相近 井段对 比， 该技 术机械钻速 平均提 高 １０ ７ 。 自生 自储 的非 常规天 然气 ，
资源 潜 力 巨大 ，经 济 效 益 显 著 。煤 层 与 一 般 油 、 气 储集 层 地 质特 征 不 同 ：煤 的 机械 强 度 低 ，难 以
支撑 上覆 地 层 的压 力 ，易 于 垮 塌 、破 碎 ；钻 开 后 的煤 层 ，浸 泡 时 间越 长 ，煤 层 吸 水 垮 塌 越 严 重 ； 煤 岩 微孔 隙 、微 裂 缝 、节 理 相 当发 育 ，且 地 层 孔 隙压 力低 ，容 易 发 生漏 失 ，钻 开后 漏 失 量 大 ；煤 液 呈酸性 ，而 钻 井 液 呈 碱性 ，容 易 造 成 酸碱 中 和