井下增压喷射钻具2008.10.30.ppt

井下增压喷射钻具 井底欠平衡钻井技术 国外提高钻井速度途径： 美国代表的高压喷射体系，是北美于20世纪70年代发展起来的高速钻井技术，主要依靠钻井液的水功率，从钻头喷嘴喷射出去而破岩，它大大提高了以前以钻头切削破岩为主的钻井速度。主要特色：高压大排量泥浆泵，双管系钻井系统，超高压辅助钻井等。 美国螺杆钻具体系，以提高钻头切削破岩速度为主。破岩机理与前苏联涡轮钻相同。 美国于20世纪80年代提出的空气钻井，保护油层的欠平衡钻井，发现可大大提高钻井速度。 前苏联20世纪60年代，代表的大排量涡轮驱动钻头，以提高钻头切削破岩速度与效率体系。主要特色：涡轮钻具，带件速箱的涡轮钻具。 提高钻井速度 国内 跟踪美国体系，加长钻头喷嘴，井下超高压辅助钻井等。 跟踪前苏联体系，涡轮钻具，带减速器的涡轮钻具等。 螺杆钻具等 钻井工程是一种高技术高风险的系统工程作业，提高钻井速度对降低钻井成本与风险有重大意义。 国外喷射钻井破岩机理 美国在喷射钻井上进行了大量研究实验，高压水射流切割钢板等已工业成熟应用,石油大公司及美国钻井国家实验室投巨资(1300万美金,1989~1990年）对上千种岩石进行喷射破碎实验，得出射流压力在70~104MPa可破碎大部分岩石。所以，日后的喷射破岩机理都是以此实验为理论基础。 国外破岩机理的问题 破岩实验是在地面做的,对试验岩石仅能模拟井下两维围压，三维围压模拟在地面十分困难。因此，其实验结果只能作为在地面情况下的破岩结论，不能照搬到井下。 片面强调射流对岩石的冲击破坏。 在此破岩机理指导下，一味的追求提高井下钻井液的射流压力，虽然在提高井下钻井液射流的压力有助于提高破岩效率，但是，在实际应用中并未取得理想的效果，终归以失败而告终。出现上述问题的原因在于，人们对井下射流的破岩机理的认识存在误区。 新喷射钻井破岩机理 为提高石油钻井破岩速度，在钻井时的任何井深度下，保证钻头上的一个喷嘴有大于20Mpa的压降和一定的排量。因而喷嘴流速在较深的地层也能大于150m/s，并有一定的排量，因在如此高的流速下的流体，依据伯努利原理，液体动压与静压之和为零，使其流体中心部位压力很低（可低到液体的汽化压力），在深部岩层将使其局部产生负压，而岩石的抗拉强度只有其抗压强度的1/5～1/20，所以在地层深部岩石产生的负压会使其崩碎（像欠平衡钻井一样），通过一定的泥浆排量维持这种局部负压区的稳定，则形成一种连续有效的水力破岩。 此排量与流速下，负压区使钻井时泥浆的“压持效应”也被破坏，这将大大提高深井清岩效果，提高钻头的切削能力与效率。 以上两者相互作用从而大幅提高钻井速度。 井下岩石二次应力分布 三维的高围压岩石，破坏单方向（一维）的压力，岩石强度性质将发生很大变化。这在空气、泡沫等欠平衡钻井中所证实。 高压喷射形成的低压区会引起岩石应力的二次分布组合，大大降低被钻区的岩石强度。生日送什么礼物好 获得较高的钻头喷嘴压降，是高压喷射的核心。（而非片面的地面高泵压，泵压再高全耗在沿程，对喷射无用） 井下增压 钻井时地面泥浆泵输出的20MPa、30L/S的泥浆，经几千米钻杆的传送到井底压力损失很大（3000米要一半，4000米仅剩5~6MPa，6000米只有2MPa），不能产生较高的喷嘴流速。 依据新喷射钻井破岩机理，提出了一种井下高压连续流喷射钻具 现有高压喷射的问题 钻头喷嘴获得的实际喷嘴压降，想当然。在井深超过2500米时，实际不超过5MPa，不管如何提高泵排量及用小喷嘴。 这是现有高压喷射在深井效果不理想的根本原因。 泵功率全耗在沿程上。 一种井下高压连续流喷射钻具 高压喷射钻具，是以现在成熟的涡轮钻具为动力驱动多级离心泵，以离心泵为增压部件，在井下把80％的钻井泥浆的水能量，转移到20％钻井泥浆上，这样保证不管井深多少，都能使钻头的一个喷嘴获得25Mpa的喷嘴压降，使此处的泥浆喷射流速达到150m/s以上，在井下实现局部负压区，让底部岩石膨胀破碎，实现喷射破岩清岩。。 井下增压钻具 工作水力参数： 输入10Mpa、28L/S泥浆 输出：高压25Mpa、5L/S；低压2.3Mpa、23L/S 真正实现在井下不同深度地层下保持一钻头喷嘴有150m/s以上 的连续喷射流速，不受井深影响。达到水力破岩。 工作特性 钻具本身安全性好 –由于此钻具不是单独驱动钻头旋转，没有如其它螺杆钻具、涡轮钻具易损的轴承节，钻具与钻头是静连接，所以本整个钻具相当于一根钻铤，安全系数与钻杆相同。 涡轮及离心泵是含在整个钻具内部，如损坏，仅相当于普通钻铤，不影响钻头的切削钻井。 对井下复杂工况适应性强 –涡轮与离心泵其内间隙较大而对钻井液和井底高温有很强的适应力。其工作不受井深