孫斌 宋琦

摘要：為了進(jìn)一步提高地層的鉆探速度，在垂直鉆探過程中，利用底部柱的振動(dòng)特性的研究成果和豎井地面振動(dòng)的垂直能量，實(shí)現(xiàn)鉆探增壓事故，利用特殊類型的井底鉆頭研制出了減少柱子振幅、增加壓力的裝置，該裝置可以在工作時(shí)將滾柱的振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為鉆探液的壓力。通過鉆頭專用噴嘴對(duì)鉆井液進(jìn)行加壓，發(fā)生超高壓射流，降低鉆臺(tái)的垂直振動(dòng)，增加鉆井噴射壓力，輔助鉆井，巖石破碎，根據(jù)一個(gè)油井的現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果，該裝置在鉆井里鉆探不僅能極大地提高度，結(jié)構(gòu)牢固，壽命也能滿足現(xiàn)場應(yīng)用要求，效果優(yōu)秀，利用鉆石柱垂直振動(dòng)對(duì)井底的鉆井液進(jìn)行增壓出，為了滿足深井、深井的安全高效鉆探的需求，必須深入研究增壓裝置。

關(guān)鍵詞：井下鉆柱;減震增壓;裝置;提速效果

一.引言

增強(qiáng)一定深度以下地機(jī)械鉆頭速度，對(duì)加快深層石油資源的探測開發(fā)具有重要意義，如何有效提高機(jī)械鉆頭的速度是需要解決的問題之一。為此科學(xué)家從上世紀(jì)30-40年代就開始不斷尋求新的鉆探方法，進(jìn)行了許多研究，研究和現(xiàn)場實(shí)踐表明，超高壓噴射輔助鉆探技術(shù)是提高深層機(jī)械鉆頭速度的有效方法，井底鉆柱減壓裝置是鉆柱振動(dòng)能鉆探液轉(zhuǎn)變?yōu)樗δ埽瑢?shí)現(xiàn)井底的超高壓噴射助破巖是一種提升鉆探速度的工具，該技術(shù)開發(fā)成功后，已經(jīng)在國內(nèi)多個(gè)油田中應(yīng)用了20多個(gè)井，大大加深了鉆井速度，提高了出油率。

縱向井底鉆床柱動(dòng)力特性研究表明，豎井鉆柱的過渡振動(dòng)嚴(yán)重，為了減少鉆柱的振動(dòng)傷害，傳統(tǒng)的方法是在鉆探組合中使用機(jī)械或液壓緩沖機(jī)，那么如果能開發(fā)能將震動(dòng)的機(jī)器轉(zhuǎn)換為水壓能量的裝置，不僅可以有效地利用鉆柱的振動(dòng)能量，還可以減少鉆柱的振動(dòng)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)井底鉆井液能量的轉(zhuǎn)換，在井底噴射出巖漿或幫助更好的破壞巖石來提高機(jī)械鉆頭的速度，延長鉆頭的使用壽命。基于這種思想，基于這個(gè)思路，筆者通過多年的石油鉆井經(jīng)驗(yàn)，研究和分析某特殊型號(hào)的井下鉆柱減振增壓裝置，并在筆者所在鉆井平臺(tái)某號(hào)井進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，減振提速效果顯著。

二、工作原理及技術(shù)特點(diǎn)

垂直井是開發(fā)深層石油氣資源的最好的井，在垂直坑鉆探過程中，選擇鉆探的基本出發(fā)點(diǎn)是井坡和快速鉆探，所以在現(xiàn)場常常使用小型壓力機(jī)，并且使用旋轉(zhuǎn)速度高的鉆井方式。因此，根據(jù)臨界和快速鉆探的要求，井底鉆柱的振幅增壓裝置是按照規(guī)定的作業(yè)鉆井和規(guī)定的作業(yè)速度設(shè)計(jì)的，鉆壓、額定工作轉(zhuǎn)速。在這些工作條件下，該裝置可以加壓并且設(shè)置排量為，該裝置可在井口中最高作業(yè)溫度為℃，使用壽命不低于。井下鉆柱的減壓裝置連接在鉆頭的位上，鉆柱的振動(dòng)強(qiáng)度達(dá)到裝置工作壓力時(shí)，裝置才能夠開始作業(yè)。隨著振動(dòng)強(qiáng)度的增加，增加了超高壓鉆探液的注壓力，隨著振動(dòng)頻率增加，超高壓鉆探液的排放量增加。當(dāng)鉆柱鉆頭發(fā)生垂直振動(dòng)時(shí)，鉆柱移動(dòng)連接部，花軸、柱塞和水口閥一起上下移動(dòng)，彈簧外筒彈性性復(fù)位部件根據(jù)彈簧外圍及助推器缸不會(huì)隨著鉆石柱的壓縮和膨脹向上移動(dòng)，當(dāng)鉆柱向下移動(dòng)時(shí)，花軸和柱塞體向也會(huì)隨之下移動(dòng)，壓縮鉆孔液并施加壓力。進(jìn)入超高壓鉆頭的高壓通道，通過超高壓噴嘴作用于井底，實(shí)現(xiàn)超高壓噴射輔助波巖功能。當(dāng)鉆柱向上移動(dòng)時(shí)，它的驅(qū)動(dòng)花軸和柱塞軸帶動(dòng)增加壓力的氣缸向上移動(dòng)產(chǎn)生負(fù)壓，并吸入鉆孔液，在鉆柱鉆孔的過程中向上移動(dòng)，過程不斷恢復(fù)。因此，汽缸里的彈簧和鉆井液的阻力不僅可以降低鉆柱的振動(dòng)，還可以幫助高壓的脈沖逆流波巖，提高鉆探速度。

該裝置結(jié)構(gòu)簡單易碎的部件較少，使用壽命較長。該裝置可以將井下作業(yè)有害的振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化到小部分鉆井液或轉(zhuǎn)換為別的能量，并產(chǎn)生高壓射流的輔助或直接破壞，使機(jī)械鉆頭速度變小。該裝置可提高部分能量轉(zhuǎn)化率用于部分鉆探液，從而降低鉆柱的振動(dòng)幅度，并有效延長鉆頭和鉆頭的使用壽命，從而增加旋轉(zhuǎn)沖擊鉆的效果。該裝置通過井底的深度增加了鉆探液，克服了增加水壓的嚴(yán)重極限。現(xiàn)場測試和室內(nèi)模擬試驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著井水的深度增加，鉆柱地振動(dòng)幅度增大。這種振幅的增大提高了該裝置的能量限制，增加了裝置內(nèi)鉆探液的壓力和排量，輔助破巖或直接破巖效果更加顯著。鉆探液分為兩個(gè)部分，通過坑內(nèi)鉆柱增加壓力的裝置，鉆井液的流動(dòng)通常不會(huì)影響到正常循環(huán)，不影響裝置壓力增加功能;只有一部分參加增壓過程，即使設(shè)備增壓功能失去效力，也不會(huì)影響正常的循環(huán)和鉆探。

三.提速效果實(shí)踐與分析

筆者在某油田某號(hào)井通過該型號(hào)的型井下鉆柱減振增壓裝置在勝利油田樁古進(jìn)行了一次現(xiàn)場作業(yè)。試驗(yàn)井段2750.3m-2957.5m。筆者設(shè)置了該型號(hào)設(shè)備的具體參數(shù)，并對(duì)不同實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。該次下井試驗(yàn)，減振增壓裝置下井時(shí)間累計(jì)，除去井底造型時(shí)間及循環(huán)時(shí)間，增壓裝置純工作時(shí)間，進(jìn)尺。

在下入減振增壓裝置之前的進(jìn)尺中，平均鉆時(shí)高達(dá);試驗(yàn)井段的平均鉆時(shí)為，與對(duì)比井段相比，平均機(jī)械鉆速提高了百分十二百一，與相鄰的對(duì)比井段相比，機(jī)械鉆速提高了百分之三百二十，鉆速提高效果十分明顯。使用該型號(hào)的井下設(shè)備明顯提高了機(jī)械鉆速，大大增強(qiáng)了生產(chǎn)率。

結(jié)論

本文分析和研究了一種將鉆柱能量與井底鉆井液的增壓相結(jié)合的方式，將鉆柱在鉆井過程中的振動(dòng)能量作為鉆探液，提出增加動(dòng)力源的新方向，減少特殊坑內(nèi)鉆柱的振幅，增加壓力的一種裝置。根據(jù)筆者單位所進(jìn)行的現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果顯示，某型特殊型號(hào)井下鉆柱減振增壓裝置能夠顯著提高鉆井速度，減振效果顯著。井底鉆臺(tái)的振動(dòng)增壓裝置有待進(jìn)一步研究，該裝置將通過研發(fā)和推廣，為深井和深井的安全有效鉆探提供有力的基礎(chǔ)。進(jìn)一步開展某型特殊型號(hào)井下鉆柱減振增壓裝置的地層適應(yīng)性評(píng)價(jià)，提高減振增壓裝置的可靠性，并逐步推廣應(yīng)用。

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