先导水力脉冲

页岩气是从页岩层中开采出来的天然气,主体位于暗色泥页岩或高
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
水力脉冲空化射流技术在非常规页
岩气钻井施工中的推广应用
汇 报 内 容
一、国内外技术现状和发展趋势 二、立项目的意义及解决的问题 三、项目技术目标、技术内容和技术方法 四、项目工作量、技术经济指标和提交技术成果 五、项目支撑条件 六、计划进度和考核目标 七、项目资金预算
一、国内外技术现状、发展趋势
页岩气实际情况开展水力脉冲空化射流钻井提速技术研究，将对华东石
油局页岩气井解决机械钻速低、钻井成本高等问题具有重要的现实意义。
二、立项目的意义及解决的问题
（二）项目拟解决的问题：
项目研究结合页岩气地层特点，进行系统分析，消化并利
用已有测录井资料及已钻井资料，对岩石的可钻性地层压力 等进行分析和预测。主要解决华东石油局页岩气井机械钻速 低、钻井成本高等问题，通过本项目研究及现场试验，结合 华东石油局地层特性、现场施工参数及现场试验情况总结，
三、项目技术目标、技术 内容和技术方法
（三）技术方法： 1．水力脉冲空化射流钻井提速技术选择中国石油大学（北京）为 外协单位； 2．根据华东石油局页岩气区块选井； 3．对地层可钻性进行分析； 4．结合钻井装备及现场施工参数对工具进行优化设计； 5．工具性能测试； 6．钻井工艺参数优化； 7. 优化井下钻具组合； 8. 进行现场试验，结果分析； 9.形成一套适合华东石油局深井安全高效钻井新技术。
四、项目工作量、技术经济 指标和提交技术成果
（二）项目技术经济指标 1.结构优化设计、数值模计算；
2.现场试验3～4井次，平均机械钻速提高15%以上，使用寿命超过260
小时； 3.形成一套适合华东石油局深井安全高效钻井新技术。 （三）提交的技术成果 1.结构优化设计、数值模拟结果； 2.水力参数、井下钻具组合优化； 3.现场试验3～4井次，形成一套适合华东石油局深井安全高效钻井新
数进行分析研究，优化适合该区块的水力脉冲空化射流发
生器结构、优化水力参数、优选钻具组合，形成一套适合 华东石油局页岩气井安全高效钻井新技术。
三、项目技术目标、技术 内容和技术方法
（二）项目试验或应用的技术内容 1.地层可钻性及提速机理分析 （1）针对华东石油局非常规页岩气藏地层进行可钻性分析； （2）进行水力脉冲空化射流钻井提速机理分析。 2.水力脉冲空化射流钻井工具优化设计 （1）优化设计适合该区块的水力脉冲空化射流发生器； （2）水力脉冲空化射流发生器性能测试。 3.水力脉冲空化射流钻井工艺参数与工具组合设计 （1）水力参数优化设计； （2）井下工具优化组合（常规钻具与动力钻具等）。 4.水力脉冲空化射流钻井现场试验及效果分析 现场试验3～4井次，对地层和参数适应性进行分析，制定该地区 水力脉冲空化射流钻井技术规范，形成一套适合华东石油局页岩气井安 全高效钻井新技术。
二、立项目的意义及解决的问题
宣页1井
二、立项目的意义及解决的问题
宣页1井地质分层预测：
1、第四系：土黄色粘土层，与下伏地层呈不整合接触。 2、奥陶系上统于潜组+黄泥岗组（O3yu+O3h） 3、奥陶系中统砚瓦山组（O2y） 4、奥陶系中统胡乐组（O2h） 5、奥陶系中统牛上组（O2n 6、奥陶系下统宁国组（O1n） 7、奥陶系下统印渚埠组（O1n 8、寒武系上统西阳山组（∈3x） 9、寒武系上统华严寺组（∈3h ） 10、寒武系中统杨柳岗组(∈2y） 11、寒武系下统大陈岭组(∈1d） 12、寒武系下统荷塘组(∈1h） 13、震旦系上统
二、立项目的意义及解决的问题
射流清岩破岩能力；另一方面由于水力脉冲装置产生压力脉动，可以在 钻头附近形成低压区，能够减少环空液柱压力对井底岩石的压持效应， 其机理相当于欠平衡钻井，可以大幅提高钻井速度，但该方法得到的低 压仅局限在井底钻头附近区域，整个环空仍为超平衡压力，比欠平衡钻 井方法能更好地保证井壁稳定性。目前，我局承担施工的宣页1井的一 开井段施工平均机械钻速仅0.6米/小时。因此，针对华东石油局非常规
形成一套适合华东石油局页岩气井的安全高效钻井新技术。
二、立项目的意义及解决的问题
水力脉冲空化射流钻井配合钻井方式 （1）常规水力脉冲空化射流钻井 常规水力脉冲空化射流钻井是指在常规钻井钻具组合的基础上将水力脉
冲空化射流发生器安装在钻头和钻铤之间，通过水力脉冲空化射流发生
器将钻铤内连续流动的钻井液转变成为脉动空化射流，从而改变井底流 场提高破岩、清岩效果，达到提高机械钻速的效果。 钻具组合：钻头+水力脉冲空化射流发生器+钻铤+钻杆。
世界全球页岩气资源量为456.24×1012m3,主要分布在北美、中亚和中国、拉美、中东和北非、俄 罗斯及周边等国家和地区（据美国能源委员会）。
一、国内外技术现状、发展趋势
2.中国页岩气勘探开发现状与进展—现已起步
据估算，我国 页岩气可采资源量 约为26万亿方，与 美国大致相当。 目前我国页岩气 资源调查与勘探开 发还处于探索起步 阶段，至今尚未对 我国页岩气资源潜 力进行全面估算， 页岩气有利目标区 有待进一步落实。
一、国内外技术现状、发展趋势
国内外提高机械钻速发展趋势：
利用井下工具改变井底流场及岩石应力状态提高机械钻 速技术是目前国内外钻井提速研究的热点之一，该类技术具 有不要添加地面任何装备、使用操作简单、成本低等优点， 同时它只改变井底近钻头流场及压力状态对井下安全很有利。
井下工具的结构设计合理、使用效果明显以及寿命长等是研
一、国内外技术现状、发展趋势
2、钻井液技术
目前，针对井壁稳定问题，配套大位移水平井或大斜度井钻进
作业的钻井液体系有：PF-PEM钻井液，PF-MOM油基钻井液，无粘土相钻
井液。针对在大段泥页岩中钻大位移井所面临的井壁稳定问题，钻井液 主要采取了以下措施：合适的密度—平衡地层压力和孔隙压力；良好的 封堵性能—减少滤液侵入地层的深度；强抑制性能——防止泥页岩水化 分散和硬脆性剥落；适当的活度—滤液活度与地层流体活度相当。
重点发展的非常规油气资源之一，2010年已进入勘探阶段。
一、国内外技术现状、发展趋势
目前，国内外主要有以下钻井技术方法： 1、钻井方式 从国外开发页岩气的现状来看，页岩气井钻井主要包括直井和水平井两种方 式。直井主要目的用于试验，了解页岩气藏特性，获得钻井、压裂和投产经 验，并优化水平井钻井方案，水平井主要用于生产，水平井与直井相比，其 优势在于： （1）水平井钻井成本为直井的1.5～2.5倍，但初始开采速度、控制储量和 最终评价可采储量却是直井3～4倍。 （2）水平井与页岩层中裂缝(主要为垂直裂缝)相交机会大，明显改善储层 流体流动状况。 （3）在直井收效甚微地区，水平井开采效果良好。 （4）减少了地面设施，开采延伸范围大，避免地面不利条件的干扰。
究者们以后研究的重点和方向。
二、立项目的意义及解决的问题
（一）立项目的意义 页岩气近年已成为国内非常规天然气勘探开发热点之一，中国 石化也积极开展页岩气勘探开发规划，计划用5-8年时间开拓中国的 页岩气领域，并积极参与国际页岩气勘探开发工作。页岩气井由于地 层岩性致密，可钻性差，机械钻速低，钻井周期长， 钻井过程中遇 到的复杂情况增多，机械钻速下降幅度明显增大，同时钻井成本也急 剧增加，直接影响到油田的勘探开发速度和成本。水力脉冲空化射流 钻井技术，钻进时安装在钻头上部，以便将井底钻头附近的连续稳定 液流变成脉动液流，一方面在钻头喷嘴出口形成脉冲空化射流，提高
皖宁2井
皖宁1井 皖宁1井 皖宁1井
荷塘
牛上 宁国 印渚埠
776.00
683.00 790.00 992.00
1026.60
33.44 39.83 85.75
3.00
3.00 3.00 3.00
105Leabharlann 5 6三、项目技术目标、技术 内容和技术方法
（一）项目试验或应用的技术目标 本项目以先前水力脉冲空化射流钻井技术研究及 现场试验为基础，针对华东石油局目前页岩气井机械钻速 低、钻井周期长、钻井成本高等问题对地层及现场施工参
四、项目工作量、技术经济指 标和提交技术成果
（一）项目工作量： 1.地层可钻性分析； 2.结构优化设计； 3.性能测试； 4.水力参数、井下钻具组合优化； 5.提供Ф 228mm水力脉冲空化射流发生器10套；Ф 178mm水力脉冲空 化射流发生器15套； 6.现场试验3～4井次，形成一套适合华东石油局深井安全高效钻井 新技术。
一、国内外技术现状、发展趋势
从我局目前宣页1井的施工中不难发现，传统的钻井工艺和方式 已不能解决能量传输、转换、分配等问题，能量综合利用效率很低，
机械钻速低下，钻井周期长的技术难点。世界各国的石油专家不断
地探索研究新的钻井方法，其中脉冲射流和空化射流能够产生较大 的冲击载荷，在水力参数不变的条件下，提高清岩和破岩效率，国 内外研究人员针对空化射流和脉冲射流的产生及特性进行了较深入 地研究。
二、立项目的意义及解决的问题
皖宁一井，皖宁二井岩石可钻性牙轮模式实验结果报告
牙轮模式 V电机=55转/分 表一
编号 1 2
井号 皖宁2井 皖宁2井
井组 杨柳岗 杨柳岗
井深（m） 103.00 246.00
时间（s） 172.46 89.79
位移（mm） 3.00 3.00
可钻性分级级值 7 6
3
4 5 6
技术
4.成果报告。
五、项目立项条件
（一）项目技术准备： 华东石油局在国内外工区具有多年钻井施工能力，具有理论研究和 现场实践经验的工程技术人员。并选择中国石油大学（华东）等国内研 究科研院校作为协作单位，运用先进的实验仪器和设备开展本项目的研 究。中国石油大学高压水射流实验室一直从事高压水射流技术基础理论 和应用技术研究，在高压水射流理论与应用方面取得了突破和发展。水 力脉冲空化射流钻井技术自2005年研制成功后先后在国内多个油田针对 不同区块、井眼、地层进行了50多井次现场试验，试验井深达6162米， 工具寿命超过260小时，平均机械钻速提高超过15%。在工具结构参数选 择、水力参数优化、底部钻具组合优选等方面积累了丰富的经验，为该 项目的研究、执行提供了很好的基础。综上所述，该项目的实施是可行 的。
二、立项目的意义及解决的问题
（2）水力脉冲空化射流复合钻井 水力脉冲空化射流复合钻井是在常规复合钻井的基础上将水力脉冲空化
射流发生器安装在钻头和螺杆钻具之间，利用水力脉冲空化射流改变井
底流场，从而改变井底岩石受力状态、提高井底清岩效率，与复合钻井 的高效破岩相结合使复合钻井技术更好的发挥提高机械钻速效果。 钻具组合：钻头+水力脉冲空化射流发生器+螺杆钻具+钻铤+钻杆。