徐鵬(中國石化國際石油工程有限公司， 北京 100020)

淺議井下增壓鉆井提速技術(shù)

徐鵬(中國石化國際石油工程有限公司， 北京 100020)

我國石油勘探開發(fā)正在向深井堅硬地層和復(fù)雜地層邁進(jìn)，一直困擾石油人的鉆井速度慢、成本高等難題亟待解決，實踐證明，利用在井底鉆頭噴嘴處產(chǎn)生高壓射流以輔助破巖的技術(shù)方式可以有效提升鉆進(jìn)速度和鉆井液的利用效率。基于此，筆者對井下螺桿增壓技術(shù)、井下減震增壓技術(shù)和井下射流增壓技術(shù)的原理、流程、特點及適用性等加以探討，為石油鉆井速度的提升和成本的降低提供理論依據(jù)。

井下增壓;高壓噴射;提速

0 引言

當(dāng)前，石油消耗量日益增大與石油資源急劇減少、油氣勘探開發(fā)難度加大之間的矛盾日漸凸顯，我國當(dāng)前已探明儲量的石油資源主要集中于新疆、川東北、塔里木盆地、松遼深層等區(qū)域，石油資源埋藏較深且地層堅硬，鉆進(jìn)難度較大，這迫切要求高效鉆井方法的出現(xiàn)。我國近些年的石油勘探開發(fā)正在向縱深部地層發(fā)展，深井與超深井不斷增多，但是鉆井速度緩慢、鉆井成本高、耗費時間長等問題普遍存在，據(jù)統(tǒng)計，當(dāng)前鉆井成本約占油田勘探開發(fā)總成本的一半及以上。結(jié)合國內(nèi)外鉆井增壓技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用不難發(fā)現(xiàn)，井下增壓鉆井提速新裝置、新技術(shù)的應(yīng)用可以有效解決上述深井堅硬地層中鉆井所面臨的難題。

二十世紀(jì)六十年代開始，高壓水射流技術(shù)得到迅猛發(fā)展與廣泛應(yīng)用，成果顯著，此后該技術(shù)逐漸運(yùn)用于石油鉆井領(lǐng)域，經(jīng)過國內(nèi)外鉆井工程人員的大量研究、實踐與不懈努力，探索出“水力破巖”的方法，即在井底鉆頭噴嘴不斷升壓的過程中，通過噴嘴處的高壓水噴射實現(xiàn)破巖進(jìn)而大大提高機(jī)械鉆速。大量研究與鉆井現(xiàn)場實踐表明，高壓噴射鉆井技術(shù)可以將機(jī)械鉆速提升一倍以上，且對高壓噴射鉆井技術(shù)的研究大致分為兩大領(lǐng)域：一是地面增壓，該技術(shù)對鉆井設(shè)備性能要求較高，如不滿足則極易出現(xiàn)安全事故，故應(yīng)用范圍狹窄；二是井下增壓，即對井底的鉆井液進(jìn)行增壓，通過鉆頭高壓噴射實現(xiàn)鉆井提速，此方法簡便易行，對鉆井設(shè)備要求不高，應(yīng)用廣泛[1]?；诖?，筆者對幾種新型的井下增壓技術(shù)進(jìn)行探討。

1 井下增壓鉆井提速技術(shù)

(1)井下螺桿增壓鉆井技術(shù) 該技術(shù)基于成熟的螺桿鉆具、螺桿馬達(dá)與柱塞泵運(yùn)行原理而產(chǎn)生，井下螺桿增壓裝置外形同于普通鉆鋌，螺桿鉆具位于上部，是井下增壓裝置的主要動力源泉，連接增壓器的轉(zhuǎn)換接頭位于下部，螺桿鉆具的轉(zhuǎn)子通過轉(zhuǎn)換接頭與增壓器內(nèi)部動力部分緊密連接，增壓裝置總長度約為10m。螺桿鉆具轉(zhuǎn)動時，將3%～5%的鉆井液逐漸注入柱塞泵，并通過該泵施加壓力，在高壓作用下鉆井液經(jīng)高壓流道流向噴嘴而噴出，這一高壓噴射過程可以有效輔助鉆頭實現(xiàn)破巖[2]。該技術(shù)所用井下增壓器工作效率高、性能穩(wěn)定，壓力易受控、結(jié)構(gòu)簡單，當(dāng)前該技術(shù)已經(jīng)在國內(nèi)許多油田得到應(yīng)用，有效保證機(jī)械鉆速提升50%～一倍以上，提速效果顯著。

鉆井液在井下增壓裝置的作用下被分為兩部分：一是常壓鉆井液，其主要通過螺桿馬達(dá)流向增壓泵環(huán)空，而后流經(jīng)特殊流道并最終到達(dá)鉆頭水眼位置，以發(fā)揮攜巖、清洗井底等作用；二是經(jīng)過濾后的鉆井液，其流經(jīng)螺桿馬達(dá)、螺旋轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，最終到達(dá)特殊流道經(jīng)過濾后流入井下柱塞泵，并通過泵內(nèi)閥芯和閥座的不斷“打開→閉合”運(yùn)動不斷得到加壓，到達(dá)一定壓力后經(jīng)高壓噴嘴噴出。

(2)井下減震增壓鉆井技術(shù) 井底鉆頭在鉆進(jìn)過程中會發(fā)生橫向和縱向振動，人們正是利用井底鉆頭的縱向振動原理研發(fā)出井下減震增壓鉆井技術(shù)與裝置，鉆頭縱向運(yùn)動可以轉(zhuǎn)化為增壓裝置運(yùn)動的動力，在無其余動力帶動下實現(xiàn)對鉆井液的逐漸加壓，并最終通過鉆頭噴嘴完成高壓噴射。該技術(shù)利用鉆頭鉆進(jìn)工作過程中縱向運(yùn)動所產(chǎn)生的動力帶動連接軸與柱塞做工運(yùn)動，在柱塞筒靜止不動的情況下使柱塞上下運(yùn)動，增壓器內(nèi)部出現(xiàn)一定的負(fù)壓，在此壓力作用下部分鉆井液進(jìn)入增壓氣缸內(nèi)，并在柱塞運(yùn)動過程中實現(xiàn)鉆井液的加壓，該鉆井液流經(jīng)特質(zhì)的超高壓流道到達(dá)噴嘴處，形成高壓噴射，實現(xiàn)輔助破巖。該技術(shù)在勝利油田試驗后提速效果顯著，且能同時發(fā)揮減震作用，適用于堅硬地層鉆井作業(yè)，但是利用鉆頭縱向振動而形成的鉆井液高壓噴射壓力不穩(wěn)定，在水平井和定向井破巖中極為不適用。

(3)井下射流增壓鉆井技術(shù) 該技術(shù)主要利用射流節(jié)流原理，通過射流方向的不斷變化，以此來帶動上下兩級增壓裝置做功，并借助節(jié)流元件實現(xiàn)鉆井液節(jié)流降壓及增壓裝置的循環(huán)往復(fù)，完成高壓射流，并對鉆頭破巖起到輔助作用。在對增壓裝置進(jìn)行升壓時，射流原件將產(chǎn)生節(jié)流壓降，并通過事先設(shè)置的流道與增壓裝置活塞的上下接頭相連，在壓力影響下，增壓缸開始運(yùn)動并隨之帶動活塞，向鉆井液施加壓力，產(chǎn)生高壓射流。隨著壓力的下降，增壓裝置中壓力流道逐漸關(guān)閉，鉆井液經(jīng)過射流原件后流入增壓缸，并推動活塞移動，最終復(fù)位。井下射流增壓鉆井技術(shù)已經(jīng)在吐哈油田試驗成功，該技術(shù)可以實現(xiàn)機(jī)械鉆速提速至少30%，且充分利用鉆井液自身能量的轉(zhuǎn)換[3]，并借助射流原理將其轉(zhuǎn)換成在增壓泵內(nèi)的高壓流體，效率高且增壓過程穩(wěn)定可靠。

2 結(jié)語

井下增壓鉆井提速技術(shù)的應(yīng)用是當(dāng)前降低石油鉆井成本，提升鉆井質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益的有效途徑，借助井下增壓鉆井技術(shù)在井底鉆頭位置利用高壓噴射以提升鉆頭機(jī)械鉆速是切實可行的。文章對井下螺桿增壓技術(shù)、減震增壓鉆井技術(shù)及射流增壓技術(shù)等加以研究，其運(yùn)用于石油勘探開發(fā)井下增壓提速方面成效顯著，當(dāng)前亟待解決的問題是增壓裝置的系統(tǒng)化與標(biāo)準(zhǔn)化，以及增壓裝置的普及與推廣，這對于石油鉆井速度的飛躍式提升和行業(yè)經(jīng)濟(jì)效益社會效益的發(fā)揮意義重大。

[1]燕愛文,宗凱.井下增壓提速裝置研究[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量.2012,32(5):177.

[2]劉林剛.探析井下增壓鉆井的提速技術(shù)[J].工業(yè).2016,(9):265.

[3]高書鵬.井下增壓鉆井技術(shù)研究新進(jìn)展[J].科技致富向?qū)?2012,(8):280.