第3讲粒子冲击钻井.pptVIP

* * * 中国石油大学(华东) 东 北 石 油 大 学 目前深井和超深井硬地层钻井普遍存在速度慢、周期长、成本高等问题。 据统计，深井超深井钻井时，硬地层及高研磨性进尺占全井进尺的20%，钻井成本却占到了总成本的70%。因此，研究在深井超深井难钻地层高效钻井新方法势在必行。 针对在深井硬地层钻井中存在上述问题，结合射流技术，提出：粒子射流提高深井钻速研究（粒子冲击钻井技术） 粒子冲击钻井 粒子冲击钻井技术研究 一、国内外研究现状 二、粒子冲击钻井工艺流程 三、粒子冲击钻井设备及工具 四、研究成果 五、前景展望 国内外现状 2002年美国的Curlett H.B.、Sharp D. P.和Gregory M.A.等人,提出了粒子冲击钻井(Particle Impact Drilling, 简称PID) 技术的新概念。 粒子冲击钻井是在不改变现有钻井设备和工艺的基础上，将2%-5%的钢质粒子（颗粒）通过注入系统注入到高压钻井液中，通过钻杆输送到PID钻头，粒子从钻头喷嘴高速喷出冲击破碎井底岩石，实现高效破岩,提高钻井速度的一项新的钻井技术。 一、国内外研究现状 粒子示意图 为将该技术推广应用，2005年投资5000万美元，成立了粒子钻井技术公司。 一、国内外研究现状 粒子冲击钻井试验进展 试验 时间 地点 实验结果 室内 试验 2005.3 盐湖城 钻井完井实验室 试验7天，模拟实验11次，取得了大幅度提高钻速的显著效果。 现场 试验 2006.11 犹他州 PID钻进7h，进尺28m，常规钻进24h，进尺27.4m，钻速提高4倍。 2007.1. 犹他州 钻进8h，进尺36.6m，最长运行记录。 2007.4 德克萨斯东部 北美最坚硬、最具研磨性的岩层总进尺104.5m，平均钻速5.4m/h，常规钻速1.2m/h。 2008.5 德克萨斯东部 对注入系统进行改进，研制出塔式注入系统 2009.5 现场应用 6 1/2尺寸的井眼成功钻遇64口井。 一、国内外研究现状 一、国内外研究现状 二、粒子冲击钻井工艺流程 三、粒子冲击钻井设备及工具 四、研究成果 五、前景展望 粒子冲击钻井技术研究 二、粒子冲击钻井系统工艺流程 注入系统 回收系统 与传统钻井技术相比，粒子冲击钻井技术主要有三项主要技术： 注入系统、回收系统、PID钻头 PID钻头 注入系统 回收系统 一、国内外研究现状 二、粒子冲击钻井工艺流程 三、粒子冲击钻井设备及工具 四、研究成果 五、前景展望 粒子冲击钻井技术研究 三、粒子冲击钻井设备及工具 粒子注入系统包括注入塔和机架。利用升降机举升粒子到达塔顶部的加料斗，采用二级混合注入方式，通过螺旋挤压方式注入到高压钻井液中。 注入系统 从根本上讲，粒子注入系统进行研究的核心是将粒子如何连续均匀的混入到高压钻井液中。 为保证粒子均匀注入，粒子与钻井液二次混合后和螺杆挤压机均匀挤入高压管线。 三、粒子冲击钻井设备及工具 垂直螺旋输送机 粒子回收系统 粒子冲击钻井回收系统主要部件有：旋转储罐，环形分离器和磁铁分离器。 返到地面的钻井液经振动筛将粒子和岩屑分离出，粒子通过环形分离器和磁铁分离器分离，分理出的完好粒子洗净后进入旋转储罐（保持粒子的振动，防止粒子相互粘结成块）。 旋转储罐 环形分离器 磁铁分离器 三、粒子冲击钻井设备及工具 粒子回收系统图 PID钻头 中心喷嘴 侧喷嘴 PID钻头底部视图 PID 钻头主要有粒子喷嘴和切削齿组成,粒子从喷嘴高速喷到达井底破碎大部分岩石。钻头底面的中部呈锥形地布置有切削齿,能以低钻压和低扭矩方式破碎井底的环形岩脊,钻头外缘布置有保径齿,以便切削井眼周边形成规整的井眼形状。 三、粒子冲击钻井设备及工具 主要研究内容： 1、粒子注入系统原理及结构设计 2、粒子冲击破岩规律分析 3、PID钻头结构设计 4、回收处理系统的原理及设计 5、粒子冲击钻井新型钻井液研究 6、粒子冲击钻井环空水力学研究 7. 循环管线磨损测试 三、粒子冲击钻井设备及工具 一、国内外研究现状 二、粒子冲击钻井工艺流程 三、粒子冲击钻井设备及工具 四、研究成果 五、前景展望 粒子冲击钻井技术研究 在粒子撞击岩石时，粒子作用于井底的力在非常小的接触区域上，产生非常大的冲击瞬时接触应力。当瞬时应力超过极硬岩石的抗压强度时，粒子嵌入并破碎岩石。 在冲击接触区边界会产生拉应力和剪应力。由于岩石的抗拉强度仅为其抗压强度的1/16～1/80,抗剪强度仅为抗压强度的1/8～1/15,当拉应力和剪应力分别超过了岩石的抗拉和抗剪的极限强度时,将形成裂隙（显性裂纹和隐性