水力脉冲空化射流复合钻井技术

水力脉冲空化射流复合钻井技术
摘要：通过对原来的水利脉冲空化射流技术进行改进，通过了自振空化射流技术，弥补了单一射流技术的不足，在作业中，通过将钻头的流动方式由连续流动调制成振动脉冲流动钻头，从钻头喷嘴形成脉冲空化射流，形成水力脉冲、局部负压效应，实现提高井底净化和辅助破岩效果目的，本文通过对水力脉冲空化射流钻具的钻头类型以及钻井的地层特性、钻井液密度等进行了全面的分析，通过分析机械钻速提升效果、稳定性以及使用前先，对水力脉冲空化射流复合钻井技术的应用提出了一些建议看法，可供同行参考。

关键词：水力脉冲空化射流机械钻速深井钻井
深井机械钻速低成为制约深井钻井技术发展的最大困难，对如何提高深井钻速是深度油井开发的关键问题，传统的钻井技术正常作业，钻速是比较好的，但是在深井或者是超深井中，钻井速率大大降低，水利能量的利用效果低，为此对水力脉冲空化射流复合钻井技术的研究显得实在必行，通过对水利脉冲和空化射流技术的理论分析以及大量实验，表明水力脉冲空化射流复合钻井技术对提高深井的钻井速度是最为有效的方法。

一、水利脉冲空化射流复合钻井技术的概括
随着中国西部深部油气层的不断开发，深度5 000～7 000 m的深井和超深井数量的不断增多，这也增加了钻井过程中遇到的复杂情况，例如，最常见的随着井深的增加，钻井速度下降幅度大，钻井成本呈几何倍数增加，这情况直接影响到油田开发的经济效益。

在常规钻井作业中，转盘钻进或者是井底动力钻具钻进，都是通过增加钻柱重量对钻头进行加压，在结合水力能量作用下，达到钻头和射流的联合作用破岩的效果，但是在深井或超深井中，地层钻井速率幅度降低，水利作用明显下降，在地面机泵功率不变的情况下，井底钻头动力下降、水力破岩、清岩能力减小，在钻头的积累过多的岩屑市时，直接造成钻头泥包，造成钻井速度大大下降。

1、水力脉冲空化射流复合钻井技术机械钻速机理
水力脉冲空化射流钻井技术是复合型射流钻井技术，是将这两种射流技术结合在一起的新型射流技术，水利脉冲空化射流技术结合自振射流空化技术比常规的射流钻井技术在钻速大大提升，已适应深井或者是超深井的钻井作业。

水力脉冲空化射流发生器由主体、弹性挡圈、导流体、自激振荡腔室组成，在深井钻井作业中，将水力脉冲空化射流发生器安装在钻头和钻挺或井下动力钻具之间，通过流体的扰动作用和自振空化效应藕合，将钻头调制成振动脉冲流动，形成脉冲空化射流效果，当压力波动反射诙谐震荡，形成负反馈压力震荡，一旦将反馈压力放大，与谐振产生的流体声谐振形成共振，马达出口处形成了强留的脉动涡流，进而产生水利脉冲空化效应，达到提高钻头钻速，增强破岩效果，以实现破岩和携岩效率的提高。

2、水力脉冲空化射流欠平衡钻井提高机械钻速机理
水力脉冲空化射流欠平衡钻井是将水力脉冲空化射流钻井技术的基础之上，在结合欠平衡钻井技术，是一种复合钻井技术，水力脉冲空化射流钻井技术能够大负担提高钻头钻速，从而保证在深井作业中的工作速率，而欠压平衡技术则是将水力脉冲空化射流钻井技术的效果发挥至最佳，在钻井作业中，高转速钻头工作的同时，又能保证井底欠平衡状态，通过水力脉冲空化射流发生器产生水力脉冲、局部负压效应，改善井底负压环境，清除钻井作业时产生的岩屑，而通过控制井底负压差，可以有效的提高钻头的破岩，提高钻头的工作效率，同时加强钻头的反复切削及压持效应的作用，最大限度的提升深井钻井的工作的工作效率。

3、水力脉冲空化射流复合钻井高转速破岩机理
水力脉冲空化射流复合钻井高转速破岩主要在将水力脉冲空化射流复合钻井技术在根据当地地层的实际情况，选择合适的钻头，适当的钻井液，以钻井液作为高转速钻头的驱动力，将马达最大扭力以及最快转速传递给钻头，从而形成高转速钻井工作，这是常见做法，如果在结合欠压平衡技术的话，高转速破岩效果会更好。

钻头主要使用PDC钻头和牙轮钻头，通过切削地层进行钻井工作，切削速度与马达转速的有关，与钻压无关，PDC钻头通过的螺杆钻具的高转速为切削速度提供动力，所以PDC钻头在高转速，低钻压的作业中应用良好，在深井作业中以高转速的切削速度进行破岩工作。

4、水力脉冲空化射流复合钻井井底清岩机理
在深井作业中，井底清岩技术对整个钻井作业的速度影响很大，在井底积累了大量的岩屑直接导致钻头钻速下降，而通过分析岩屑的方向受力情况，在结合钻井液压力变化和循环压降变化，给岩屑提供一个水平载荷使其能够水平飞出，不会在井底积累，在这个过程中需要充分结合机械能量和水利能量的联动，提高PDC钻头的高转速破岩能力，而岩屑在井底水平脉冲空化射流局部负压、瞬时动压时的冲击速度鞥能够达到井底清岩的效果，将水力脉冲空化射流复合钻井技术的提高钻速效果发挥至最佳。

二、水力脉冲空化射流复合钻井技术应用分析
常规钻井在正常作业时岩屑较小，在钻井深度到达1800M左右时，牙轮钻头作业时，井底积累了大量的岩屑，钻速下降至原来60%，之后采取螺杆结合水力脉冲空化射流复合钻井技术以及PDC钻头。

钻压达到170KN，钻速为22.1m/h，PDC钻头比牙轮钻头速度高24.79%。

钻井井底存在着极少的岩屑，对钻头钻速影响几乎不计，如果使用螺杆钻具+复合钻井技术，平均速度为17.8m/h，钻速提高了34.96%。

水力脉冲空化射流复合钻井技术结合螺杆钻具可以将复合钻井技术的提速效果发展最大。

三、结束语
综合上述，水力脉冲空化射流复合钻井技术相较于常规钻井技术，大大提高可深井以及超深井的钻井速度，具备良好的井底清岩效果，破岩率以及碎岩率大大提升，在地层中适用良好，通过控制井底负压差达到对钻井作业的严格控制，水力脉冲空化射流欠平衡钻井结合水力脉冲空化射流欠平衡复合钻井以及螺杆钻具是当前钻井作业最为常用的钻井方式，对此进行深入的研究对深井或超深井钻井技术的发展影响重大，并且其在我国的西部石油的开发影响重大。

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