钻井水力学

钻井水力学（精选三篇）

钻井水力学 篇1

钻井作业是石油勘探作业中重要的一环, 尽管钻井工程技术不断发展,但是如何高效、科学、安全地钻井必须依赖精确的水力参数计算。 现在不管是垂直钻井,还是大位移水平钻井,计算出比较准确的钻井水力学参数,都是必要的。 钻井液是钻井的血液,钻井液在钻井过程中是否能有效携带钻井岩屑,平衡地层压力,既不会发生井漏,也不会造成井涌就必须进行水力学分析计算,进一步分析、优化钻井液性能,和钻井设备有效配合,科学地指导钻井作业。

2设计思路

2.1流变模式优选

钻井作业中常用的水力学流变模式有5种:牛顿、宾汉、幂率、卡森和赫谢尔-巴尔克莱模式,流变模式不同,计算的水力学参数将会有较大的差异,所以优选流变模式非常重要。 因为不同的流变模式有自己比较适用的剪切速率范围, 所以导致流变模式的选择不仅和泥浆性能有关,还和当时所处的钻井状态有关所以软件设计中为了适应钻井作业的各种情况:钻进、循环、接单根、提下钻、下套管等,在软件中提供自动优选流变模式和手动选择流变模式两种方式进行水力学分析计算。

自动优选流变模式采用最小二乘法优选出与钻井液性能拟合程度最高的流变模式。 离散数据点(Xi,Yi),i=1,2,… ,n,离散的数据点就是钻井液性能参数, 依据节点值, 构造逼近函数y = f (x ) , 绘制拟和曲线,5种流变模式对应的方程就是逼近函数,基于构造函数Y轴坐标值f(xi)和相应的实验数值y(xi)的差称为残差 δxi=y(xi)-f (xi), 最小二乘法就是要残差的平方和为最小,即剩余标准差最小。 剩余标准差最小的曲线所代表的就是最优的流变模式。 剩余标准差S的计算公式:

剩余标准差S越小,表示相关程度越大,即表示所选流变模式为钻井液最优化的流变模式。

2.2水力学分析软件国内现状

目前国内几家研发综合录井软件系统的厂家和院校有研发的钻井水力学分析软件, 但是和国外的软件比较存在较大的差距,主要存在以下问题:

(1)功能单一:考虑不全面,计算方法单一,功能比较简单,一般只有钻井水力学分析功能,没有抽汲波动分析功能和钻井水力学优化功能。

(2)适应性差:专业化程度低,输出的参数比较单一,不全面考虑因素较少,软件和现场脱节,可借鉴的功能太少,往往无法满足国外录井工作的需要。

(3)灵活性差:报表格式单一,用户单位单一,语言单一,无法适应国内外录井工作的需要。

2.3软件功能设计

针对国内软件存在的问题,并借鉴国外软件的特点,钻井水力学分析软件主要具有3种功能:钻井水力学分析、提下钻抽汲波动分析和钻井水力学优化。

(1) 钻井水力学分析功能主要完成钻进过程中的水力学参数的计算,计算不同井段的循环压力、钻具压力损失、流型、钻井液体积、流速、循环时间、泵冲数、钻头喷速等参数,便于用户分析和调整钻井液性能和钻具结构。

(2)提下钻抽汲波动分析功能计算提下钻时产生的抽汲波动压力、当前速度下产生的抽汲波动压力,不同提下钻速度产生的抽汲波动压力,便于用户确定安全提下钻速度,避免井喷井涌的危险。

(3)水力学优化功能主要用来优选钻头水眼大小和泵排量。

2.4软件流程设计

根据软件功能设计,3种软件功能的流程设计如下:

3软件的编写

根据钻井现场的应用特点,要求软件系统安装方便、操作简单、易于维护、功能易于扩展,我们选择了.Net C# 语言开发软件, 数据库选择Access数据库,可以在Win2000以后的Windows操作系统上运行,运行时必须安装2.0以上版本的.Net框架。 在实际开发过程中为了提高软件的适应性,软件又增加了3项功能:

(1)采用多语言开发:软件系统自带中文、英文和俄文3种语言。 用户还可以根据自己的需要扩展语言,用户只需要在系统库中建立相应的语言翻译就可以了,系统会自动识别多语言。 选择语言后系统界面会立即转换成设置的语言(图2左图)。

(2)增加用户单位设置功能,国内外用户的使用习惯不同,有的需要使用英制单位,有的喜欢使用公制单位或者API单位,软件都可以满足,用户可以根据自己的习惯设置自己需要的数据单位和数据精度。

(3)报表定制:为了增加灵活性,输出的水力学分析报告和提下钻抽汲波动分析报告采用Office Excel报表格式, 用户可以自己定制不同的模版, 通过设置不同的模版来输出不同格式的报告,也可以实现多语言报告。

4软件应用

目前研发的钻井水力学分析软件可以和雪狼综合录井软件配套使用,已经在国内的塔里木油田、西南油气田、吐哈油田、新疆油田,以及国外的哈萨克斯坦和乌兹别克斯坦等油田推广应用。近几年的应用证明,该软件能满足国内外不同用户对钻井水力学分析软件的需求,在应用中得到了广大用户的肯定。下面是两个应用实例:

[例1]通过抽汲波动压力分析图表,用户可以确定安全的起下钻速度和确定提下钻泥浆密度,避免井喷、井涌和井漏安全事故,见图4(a)。

[例2] 用户通过对不同段的环空数据和钻具分析可以确定泵排量和循环是否有效, 确定恰当的钻井液性能, 避免沉砂卡钻、井涌、井漏等事故的发生。 例如环空层流能有效减少钻井液对井眼的冲刷,减少井眼大肚,沉砂卡钻,见图4(b)。

5结论

经过近几年在国内外的应用情况来看, 能满足国内外录井服务的需要,研制的钻井水力学分析软件具有以下特点:

(1)系统化:功能全面,覆盖了钻井全过程,具有钻井水力学分析、提下钻抽汲波动压力分析和水力学优化功能。

(2) 专业化: 提供了全面准确的各类分析数据, 为钻井作业提供了比较充分的决策依据。

水力加压技术在石油钻井中的应用 篇2

山东伟创石油技术有限公司

概 述

水力加压技术是一项广泛应用于工业生产及其产品中的实用技术。根据其液压能转化为机械能的原理研制的水力加压装置，应用于石油天然气钻井作业中，可以在不消耗额外能量、不需要其它特殊设备的情况下，利用循环钻井液产生的液压力给钻头加压，从而为钻头提供一个稳定的钻压，有效地改变下部钻具的受力状态，改善钻头和钻具的工作条件，达到加 快钻井速度、延长钻头、钻具的使用寿命、减少井下事故、保证井身质量、减轻司钻劳动强度的目的。常规钻井是靠钻头上部的钻铤重量给钻头加压，为了获得稳定的钻压，需要司钻小心翼翼地精心操作，均匀送钻。采用液力加压技术给钻头加压，不但可使钻头获得稳定的钻压，而且还能起到吸震防跳、保护钻头钻具、实现自动送钻、保证井身质量等作用。是石油钻井中一项投入小、效果明显、容易操作的实用技术，值得推广应用。在20 世纪90 年代国外首先将液力加压技术应用于石油钻井中。国内应用此项技术是在1996 年塔里木油田所钻的和4井，在深部φ104.65mm小井眼中使用了美国贝克—休斯公司生产的85.73mm水力推进器。随后国内西南石油学院、山东伟创石油技术有限公司等也开始研制相应工具，现场试验均取得了一定的效果。但是由于多数现场技术人员对此项技术了解较少，对其工作原理及井下钻具受力情况仍有不同认识，现场试验应用的范围有限等，因而使得该项优越的技术不能广泛推广。下面结合试验水力加压装置的现场实践，论述液力加压装置的工作原理，分析其使用前后钻具在井下的受力状态，总结其所起的作用，回答使用该装置时人们可能存在的一些疑问，提出现场应用的几种钻具组合。旨在为推广应用此项技术提供理论依据和技术支持。

一、结构与工作原理

1、基本结构

如图1-1所示：根据水力加压原理研制的水力加压装置（单级）由上接头、缸体（外筒）、活塞、心轴（花键轴）、花键体、下接头等组成。其基本结构简单，加工制造容易。

2、工作原理

水力加压器在使用时连接在靠近钻头的下部钻具中（上接钻铤，下接钻头）。钻进（工作）时，开泵循环钻井液，钻具内高压流体直接作用于活塞端面上，产生推力推动活塞下行，下接头 花键轴 传动轴 低压腔 活塞 缸套 高压腔 上接头

通过与活塞相连的心轴（花键轴）传递推力给钻头，此推力即为钻进时所需钻压。

3、液压力计算

钻井液从钻井泵→地面管汇→高压立管→水龙带→水龙头→钻具内→钻头（喷嘴）→环 1 空→地面钻井液罐→钻井泵，形成一个循环系统，从而泵压为：泵压＝所有地面管汇压耗＋钻具内压耗＋钻头喷嘴压降＋环空压耗当井身结构、钻具组合、钻头喷嘴、钻井液密度、排量等一定时，钻具内某一点处的液体压力是可以计算出来的。那么，在水力加压装置活塞上面（高压腔内）的液体压力也是可以求出的。即：液体压力P＝钻头喷嘴压降Pb＋加压装置以下钻具内压耗PL又当液力加压装置加工成后，其基本尺寸一定，通过计算即可求出当量面积S（或厂家给出计算面积）。

4、钻压计算

由上述分析可知：施加在钻头上的钻压的大小，与作用于活塞上的液体压力、活塞有效面积以及液力加压装置以下钻具、钻头的重量成正比。即

W=F+G1+G2+G3 式中：W——施加在钻头上的钻压，kN

G1——传压杆及接头重量，kN

G2——液力加压装置以下钻具重量，kN

G3——钻头重量，kN 如果水力加压器直接接在钻头上，在钻井实践中可以忽略其他重量及装置压耗，那么液体压力可近似等于钻头压降，即：

P≈Pb

W≈0.1PbS

二、水力加压器井下工作状态分析

现场使用水力加压器，应懂得其工作原理，了解其结构，会计算推力的大小，而明白其在井下工作状态、受力情况更是使用好工具的关键。

1、工作行程

水力加压器的工作行程即为活塞在缸体内移动的距离。此行程由研制者设计，加工成后，该行程也就固定了。此节主要说明在使用中如何观察判断。

使用液力加压装置钻进前，钻头提离井底先开泵，此时活塞在下止点，行程全部打开，指重表显示钻压为“0”。下放钻具钻头接触井底后，钻压很快升到计算值，在下放钻具一个行程的距离，钻压保持不变，活塞到达上止点，此时停止送钻，工具会保持一定钻压钻进。当钻压显示值减小时，活塞到达下止点，即完成一个工作行程。再次下放钻具送钻，开始下一

个行程的钻进。此即为自动（在有效行程范围内）送钻功能。

2、受力分析

水力加压器在井下怎样工作，受力状态如何，怎样传递压力，如何判断压力大小，常规使用钻铤加压所称“中和点”的概念还有没有等，都是需要解决的问题，也有部分技术人员对此怀有疑问。笔者试图通过液力加压装置在井下工作时受力情况的分析解决这些问题。（1）钻压显示的分析

如图2-1所示，液力加压装置可以看作是一个倒置的注射器。

图中G为钻具重量、G′为大钩的承载力、F为高压液体作用于活塞处的推力（向下）、F′为向上的液压力、W′及W为地层岩石对钻头的反作用力。水力加压器在井下有四种工况：

图a为不工作（未钻进）或液压力大于实际钻压时，活塞位于工具的下止点（行程全打开）； 图b为钻头接触井底，液体推力F等于钻压W时，活塞在缸筒内处于浮动状态（正常工作状态）； 图c所示为钻头接触井底、液体推力F小于钻压W时，活塞位于上止点（行程关闭）时的情况。

中和点

图 2-1 图 2-2 图 2-3 无论哪种情况，整个系统的受力可以简化为: 大钩的承载力G′、钻具的重量G、向下的液压力F、向上的液压力F′、地层岩石向上的反作用力W。其关系式为： G′+F′+W = G+F 而 F = F′

则 W = G-G′

我们知道，“G-G′”

即为钻压，所以使用水力加压器可像常规钻井一样，直接通过指重表观察钻压的大小。（2）下部钻具受力情况分析 就一般情况讲，使用液力加压装置仍需要加入钻铤。但此时钻铤的作用不是直接给钻头加压，而是平衡液压推力的反作用力，以及为保证井身质量而使下部钻具具有一定的刚性。

图2-2为常规钻铤加压的情况。为了保证一定的钻压，必须加够一定长度的钻铤，使下部钻 铤的重量大于可能要施加的最大钻压。而靠近钻头L长度的钻铤的

重量正好等于钻压时，L长度处的点（截面）称为“中和点”。中和点以下钻铤受压力，（钻具自身重量导致），以上钻具受拉力。但是由于加压不稳，井下跳钻等影响，中和点是上下移动的，中和点处的钻具所受拉、压交变应力变化频繁，因而此处的钻具极易疲劳破坏。图2-3为使用液力加压装置的情况。

当液推力等于钻压时，活塞处于浮动状态。因为装置缸筒内径（活塞直径D）大于上部钻铤内径（d），则在内径变化处产生液体上顶力（F′），钻铤的主要作用之一是平衡此上顶力。显然，F′小于钻压W，因而需要平衡, F′的钻铤的重量或长度也小于常规钻铤加压所需要的重量或长度。

又因常规钻铤（加压部分钻铤）的长度（中和点的位置）取决于加压的大小，而使用液力加压装置所需钻铤的长度由液力加压装置的结构及上部所接钻铤的内径决定（当然也和钻压有关），而且使用水力加压器中和点的位置是固定的，且已不是原来中和点的意义了。

三、水力加压器主要功能

在石油钻井作业中应用水力加压技术，其优越性是在不需增加额外设备、不消耗额外能量的情况下，只接入一个液力加压装置即可改变常规钻井靠钻铤加压的模式，使钻头与钻铤由刚性联结变为柔性联结，由给予钻头的硬性、变化的钻压变为稳定、柔性的加压，大大改善了钻头和钻铤的工作条件。理论分析和现场实践均表明，使用液力加压装置可以起到以下几 个主要作用。

1、平稳、恒定的加压功能，有利于加快钻井速度

众所周知，钻井作业中加压钻进，最忌忽高忽低，加压不稳。而常规钻井靠司钻操作，下放钻具加压，不但钻压传递滞后，也不可能保持恒定的钻压。加之钻头跳钻、井斜钻具托压 3 等原因，更会使实际钻压不稳。而采用水力加压器会得到均衡、稳定的钻压，因而有利于提高钻井速度。

2、有效的吸震、防跳作用，能够保护钻头和钻具

常规钻井中为了防止跳钻，要使用减震器。减震器一般有机械式（弹簧减震）和液压式（液压有吸震）两种。机械式易损坏，液压式由于工具空间的限制，所加液压油有限。而液力加压装置活塞上部是敞开的，整个钻具内的上千米液体（钻井液）均为吸震液体，从而能够有效地吸震防跳，延长钻头和钻具的使用寿命。

3、用于定向井、小井眼中，可提供稳定、真实的钻压

在定向井中，由于钻具摩阻力的影响，使钻压的传递滞后且极不稳定，忽大忽小，容易出现“假钻压”现象。而且为了防止钻具粘卡，一般要求司钻“点送”钻，这更加剧了钻压的不稳定性。使用液力加压装置，在有效行程内，司钻可以点送且送钻下放的幅度大，不但能有效地克服摩阻力，还可保证钻压真实稳定。小井眼使用小钻具，由于柔性大、钻具弯曲贴靠 井壁，同样使加压不稳，出现假象。使用液力加压装置可在一定程度上克服此种现象的发生。

4、在行程范围内实现自动连续送钻，减轻司钻的劳动强度

常规钻进时要求司钻精力集中，连续送钻，此时司钻就要不停地抬、压刹把，稍有不慎，就会出现溜钻现象，司钻的劳动强度较大。而使用液力加压装置司钻可以“点送”，即间歇送钻就可保持一定钻压钻进。如装置设计行程为0.3米，天车、游车为5×6绳系，则绞车滚筒外缘转动3米相当于钻具下放0.3米。那么司钻一次下放0.3米即可煞住刹把，让工具自动送钻。这样，不但便于司钻观察情况，也大大缓解了其精神紧张的压力，降低了劳动强度。

5、增强了下部钻具的刚性，有利于防斜打直，保证井身质量

下部钻具的弯曲是导致井斜的一个重要原因。为了保证下部钻具的“直”，技术人员采取加大钻具直径、设计不弯钻铤等办法。而采用液力加压装置即可增加下部“直”钻具段的长度，相当于增强了下部钻具的刚性。在常规钻井中，下部钻具由于自重而引起弯曲，其产生弯曲（一次弯曲）的长度（重量）与施加的钻压密切相关。为了不使钻具弯曲就要控制钻压。而使用液力加压装置后使钻具弯曲的长度（重量）只与该装置与上部所连接钻具的台阶处产生的上顶力有关，显然，该上顶力小于钻压，因而增加下部“直”钻具段的长度。如在φ215.9mm井眼中使用φ158.75mm、内径为φ71.44mm的钻铤，钻井液密度为1.2g/cm3，经过计算可知，钻铤长度达到38.9 m时就发生弯曲（一次弯曲）。为保证井身质量，可施加的钻压不能超过40.14kN。若使用φ165mm液力加压装置，钻压可控制在55.483 kN，提高了 38.22%。这样，在可比常规钻具组合加压大的情况下，还能保持钻具不发生弯曲，相当于增强了钻柱的刚度。

6、配以适当的钻具组合，可以起到良好的降斜作用

前已述及，平稳加压、保证钻具的刚性，是防止井斜、保证井身质量的重要因素。而在需要降斜时，采用液力加压装置配以适当的钻具组合，可以提高钻具稳定器的位置，增大钟摆降斜力，从而起到较好的降斜作用。

四、注意问题

现场使用水力加压器，有几个问题需要注意。

1、钻压的调节

在钻进中，由于情况的变化需要调节钻压。在设计水力加压器时，均考虑了现场实际情况，根据不同钻具组合及钻头尺寸设计了不同尺寸、不同级别（单级、双级、多级）的工具。同时还可设计截流塞用于调节钻压的大小。现场可根据需要选择不同规格、不同级别的液力加压装置。并根据实际组配钻头喷嘴，以使其产生所需要的压降。另外，由于目前钻井所用钻 4 井泵，其功率、排量都较大，有调节的余地，可在钻进时适当调节满足钻压需要。在上述都调节不成时，水力加压器允许在关闭或打开状态下钻进，即超过或小于液推力的情况下钻进，只是减震等效果稍差。

2、如何防止钻铤弯曲

通过前面分析，为了平衡液压推力的反作用力，需要加入一定数量的钻铤。而在一定情况下，即反推力达到一定值后，钻铤也会弯曲。如在3.5所举实例中，要施加70—80 kN的钻压，那么喷嘴压降要达到70 MPa，此时产生的上顶力为50.057kN，超过了使钻铤产生弯曲最低压力40.14 kN，钻铤自然会弯曲。解决的办法：一是根据实际优选、设计好水力参数，调节好钻压值，尽量不使上部钻具弯曲；二是可在水力加压器下面接少量钻铤调节钻压;三是在液力加压装置上面使用大水眼钻铤，通过减少大、小水眼过度台阶处的环形面积来减小反推力，以保证整个钻具的不弯曲。

3、水力加压器安放位置

从工具本身讲，水力加压器可以安放在钻柱组合中的任何位置。但要使其有效发挥作用，原则是越靠近钻头效果越好。一般距离钻头不要超过3根钻铤的长度。

4、水力加压器的使用技术

现场使用技术，是一项新工艺、新技术成功并取得较好效果的关键，特别是对于还未推广开的技术，更要讲究使用操作。液力加压技术的推广，不但要靠设计人员研制可靠、实用的工具，更要依赖于现场推广技术人员的辛勤工作。在此不再赘述。

五、推荐钻具组合

根据笔者参与水力加压器现场应用的体会，结合理论分析，推荐现场使用水力加压器的几种钻具组合如下。

1、钻头+水力加压器+钻铤

此种组合是常用组合。可以有效的防止跳钻，施加稳定的钻压。下部钻具的刚性较强，有利于保证井身质量。若使用PDC钻头，因其所用钻压较小，因而更容易操作，使用效果更明显。

2、钻头+水力加压器+钻铤18—23m+稳定器+钻铤

此种组合为钟摆钻具组合，有利于防斜打直。特别适合于纠斜、降斜时使用。因稳定器以下钻具均处于不弯状态，且比常规组合长（重），降斜力增大，可适当增大钻压，在达到降斜效果的情况下，加快钻井速度。

3、钻头+钻铤2根+水力加压器+钻铤

这种组合一方面可调节由于现场条件的限制（如压降有限），液压推力不够的情况，另一方面更增加了下部钻具的刚性（钻铤少不易弯曲），能起到一定的稳斜效果。

4、钻头+稳定器+水力加压器+稳定器+钻铤1根+稳定器+钻铤

在这种满眼钻具组合中，水力加压器相当于短钻铤的位置，可以在稳斜钻进中使用。但近钻头稳定器最好加两个，以保证稳斜效果。上述是推荐使用的液力加压装置的几种常用钻具 组合。现场使用液力加压装置时，不只限于这几种组合。应根据钻井实际，结合工具的结构尺寸合理搭配钻具，以使其发挥更好的作用。

六、水力加压器应用实例

由山东伟创石油技术有限公司研制的不同规格的水力加压装置，已在胜利、西部钻探、川东北、长庆、吉林、华北、塔里木等油田的数百口井使用，技术经济效果明显，典型实例如下:

1、华北油田S50井 该井是一口重点探井，∅ 311mm钻头钻至馆陶底地层时跳钻严重，为防止跳钻使用水力加压装置（H437钻头），从井深2069.76米钻至2307.70米，进尺237.94米，纯钻时间78.16小时，平均机械钻速3.14米/小时。钻进中钻头工作平稳，综合录井仪显示大钩负荷、钻压、扭矩曲线平滑，明显优于上、下未使用水力加压装置时钻头工作曲线。且起出钻头新度较高（综合评定75%），无一断掉齿现象。与未使用水力加压装置的邻井同井段相比，平均机械钻速提 高28%，起到了很好的防跳、延长钻头寿命、提高机械钻速的效果。其钻具组合为： 1/2 ″HA517+6 1/2 ″水力加压装置+6 1/4 ″NDC×1根+6 1/4 ″DC×1根+Φ214扶正器+6 1/4 ″DC×19根+5″DP

2、塔里木油田TZ1井

该井吉迪克组上部地层的兰灰色泥岩，岩性致密坚硬，可钻性差。用∅ 444.5mm大钻头钻进时，跳钻极为严重，加之该地区地层倾角大，易井斜，无奈采用轻压（80-100kN）、低转（45rpm）的措施勉强钻进。此种情况下使用了水力加压装置，采用150-180 kN钻压、95rpm的转速钻进，不但有效地避免了跳钻现象，加快了钻井速度，而且还保证了井身质量，起到了较好的防跳、防斜、加快钻速的作用。平均机械钻速比同井上部井段未使用水力加压装置时提高了25%;单只钻头进尺明显高于相邻两口井同井段、同型号钻头，平均机械钻速分别提高75.4%和132%;使用液力加压装置前的最大井斜为3.7°/358米，使用后最大井斜2°/844米。

3、华北油田WG2井

WG2井是一口重点预探井，设计井深5400 m。二开∅ 311.1mm钻头钻到2500 m时井斜已达7.5°，只好采用小钻压吊打纠斜，待井斜降下来以后，加大钻压钻进又斜了出去，这样反复多次，不但降斜效果不明显，而且严重影响了钻井速度，不得已又采用螺杆钻具＋弯接头反抠降斜，到3100 m时井斜降至2.5°。为保证井身质量，又加快钻速，下入SJ229B水力加压装置。该装置入井后采用正常参数钻进，钻压180-240 kN，钻到井深3224 m时，井斜降为 0.5°。以后又连续两次入井，最后钻到3453 m中完井深后起出。该装置累计入井3次共450.5 h，纯钻226.5 h，进尺353 m，平均机速1.56 m/h（最快时4-5 m/h，录井人员怕漏捞砂样不允许钻速太快），比上部600 m机械钻速提高二、三倍（钻上部600 m用了两个月时间，平均每天10 m左右），同比WG1井机械钻速提高51%。钻头寿命也有明显提高，无崩断齿现象。其钻具组合为：

φ 311 钻头＋水力加压装置＋φ203NDC ＋φ203短DC＋φ308F＋φ203DC＋φ178DC＋ φ127DP

4、塔里木油田KL204井

该井位于山前构造带，地层倾角大（45°〜55°），极易井斜，为防井身质量超标，通常采用钟摆钻具结构，小钻压吊打的方式钻进，以牺牲机械钻速来保井身质量。KL204井以防斜、加快钻速为目的，在二开第二只钻头下入SJ203B水力加压装置，使用井段为592〜818 m，钻压为120-200 kN，既解放了钻压，又控制了井斜，在保证井身质量的前提下机械钻速比 上下两只钻头分别提高70.3%和145.74%，比邻井KL201井提高77.25%，起出钻头新度为60%。

结 论

石油钻井新型水力提速技术研究 篇3

1 脉冲振动钻井技术

脉冲振动钻井技术通过综合利用钻井液脉冲作用和钻头冲击振动的方法, 来提高钻头的破岩效率, 脉冲振动钻井技术通过在钻头的上部脉冲振动工具, 该工具通过能量转换机构, 可以将一定比例钻井液的脉冲能量转化成井底钻头的冲击力, 而且还能是井底钻头具有一定的频率的振动作用。理论研究表明, 脉冲振动钻井的方式可以有效的提高井底钻头的冲击力, 同时还能改变井底岩石的受力状态, 使井底岩石更易于破碎, 提高了石油钻井的机械钻速。该技术的动力来源就是钻井液的脉冲振动作用, 脉冲振动工具将钻井液的脉冲振动作用直接转换成井底钻头的机械振动和井底冲击, 装置的能量转安全性和可靠性较高。同时脉冲振动钻井采用的小振幅、高频率的工作方式, 工作的状态稳定、对于钻头的磨损小, 而且脉冲振动工具的成本低, 应用前景广阔。井下脉冲振动钻井工具目前已经开展了多口井的现场试验, 现场试验的结果表明, 该装置结构可靠, 适应性强, 工作效率高, 脉冲振动工具的寿命可以到达两百多个小时, 性能良好可以满足现场钻井的工程需要, 同时和现有钻井工艺的配合性好, 具有广阔的应用前景。

2 井下水力旋流钻井提速技术

钻井液在石油钻井中发挥着重要的作用, 钻井液的各项参数直接影响到了石油钻井的速度和工作寿命。井下水力旋流钻井提速技术就是利用旋流器的工作原理, 将密度大的钻井液成分在经过钻头之前提前分离出来, 避免了密度大的钻井液成本对钻头的影响, 提高了钻头的工作寿命和效率。井下水力旋流发生器安装在井下钻头的上部, 钻井液在井口经过泥浆泵加压后, 通过钻杆进入到旋流发生器中, 从旋流发生器上部的流道, 流向旋流发生筒中, 从旋流发生筒的切线方向进入, 在旋流发生筒中, 经过离心分离的作用, 将钻井液的密度大的成分分离出来, 从旋流发生器的上部喷嘴流向钻井环空中, 避免了重组分的钻井液经过钻头, 而从旋流发生器流出来的低密度的钻井液则从钻头喷出, 完成清洗井底和携岩等任务, 这样井底钻头的工作环境就得到了较大改善, 射流的清岩和携岩的效率也提高了, 进而提高了钻井的速度, 减少了钻井成本。水力旋流发生器通过大量的室内实验, 得到水力旋流发生器的优化结构参数, 并且验证了水力、旋流发生器优良的分离效果。并且通过实验对原有的旋流发生器进行了优化, 提高了装置整体的结构强度, 保证了水力旋流发生器能够成功的现场实验。同时将装置分成两个部分, 将旋流发生器的上下两个部分分别作为一个整体, 加工方便。井下旋流钻井提速装置现场试验表明, 该装置结构合理, 工作可靠, 井下工作达到一百多个小时, 起钻后果明显。

3 超高压钻头技术

研究表明, 通过提高井底钻头的射流压力, 可以有效提高井底钻头的破岩效率, 射流辅助破岩技术已经得到了石油钻井工程人员的认可。超高压钻头技术就是在常规的钻头的内部设计了特殊的超高压流道, 当超高压钻井液进入到超高压钻头后, 首先进入到高压管中, 从高压管再流向高压软管中, 为了防止高压管的旋转和轴向运动, 在高压管的外侧设计了特殊的花键结构, 防止了高压管的旋转, 在高压管的上部装有防止高压管轴向运动的锁片弹簧结构。高压软管可以缓冲超高压流体对管壁的撞击, 保证了高压杆的长久稳定运行, 同时还能保护高压管的密封结构。超高压流体通过高压软管后进入到高压钻头中, 特殊烧制的超高压流道, 最终流向超高压钻头的高压喷嘴, 从喷嘴喷射出去, 形成高压细射流, 在钻头机械破岩之间, 提前破碎小部分的岩石, 改变了岩石的应力结构, 降低了岩石的破碎强度, 提高了钻头的破岩的效率, 充分的利用了井底钻井液的能量, 可以有效的提高石油钻井的机械钻速。超高压钻头目前已经开展了多口井的现场试验, 配合井下增压装置后, 钻井提速效果明显, 钻头的工作寿命长, 破岩的效率高, 具有广阔的应用前景。

4 结束语

新型水力提速技术的研究, 对于提高我国石油钻井的机械钻速, 提高钻井的效率和质量, 降低石油钻井的成本具有重要的意义。文章分析了研究了底脉冲振动钻井技术、井底旋流发生器、超高压钻头钻井技术的工作原理, 提高钻井速度机理, 以及各自的应用效果。研究对于提高石油钻井速度和降低钻井成本具有重要的意义。

参考文献

[1]拓佰民, 马旭.井下旋流器预研究[J].石油钻采工艺研究, 1991[1]拓佰民, 马旭.井下旋流器预研究[J].石油钻采工艺研究, 1991