增压钻井关键技术

2022-09-11

石油钻井过程中, 钻井液发挥着非常重要的作用, 钻井液可以实现井下钻头产生岩屑的携带和上返、钻头的润滑和清洁、保持井壁稳定性等作用, 除了能够实现这些作用外, 钻井液的水力能量还可以进一步的利用, 将这部分水力能量用到辅助钻头机械钻进上, 可以有效的提高石油钻井的速度。通过在井下利用一定的设备, 将其中一部分的钻井液的压力不断的提高压力, 可以形成高压钻井液, 钻井液具有较高的水力能量, 高压钻井液经过设计的高压钻井液通道, 由井下的增压设备不断的流向井下钻头, 在井下钻头处有特殊设计的高压喷嘴, 喷嘴和高压流道连接, 形成一个完成的高压流道系统。高压流道的高压钻井液流到钻头的高压喷嘴后, 从钻头的喷嘴射出, 形成高压的钻井液射流, 射流冲击到井下地层岩石后, 会产生较大的射流打击压力, 可以降低井下岩石的强度, 一旦钻头的牙齿将岩石破碎形成裂纹后, 高压钻井液射流就会不断的冲击裂纹, 射流逐渐的射入裂纹中, 裂纹在射流压力的作用下, 不断的扩展, 当裂纹扩展到一定的程度后, 裂纹之间开始连通形成岩石块的破碎。形成的岩石块在高速射流的作用下, 可以及时的离开井底, 减小岩石被反复冲击和压入的概率。通过这种增加钻井液的射流压力, 实现高压钻井液射流破岩的方式, 可以有效的提高钻头的机械破岩的速度, 从而提高石油钻井整体的钻井效率, 降低钻井成本。

一、增压动力和形成过程关键技术

要实现井下一部分钻井液压力的升高, 就需要外加的能量来实现, 综合调研分析井下增压设备的动力来源, 主要分为两种, 一种是利用整体钻井液的能量, 通过特殊设计的装置将另一部分钻井增压, 增压后的钻井液通过特殊设计的流道, 从钻头喷嘴喷出, 形成高压钻井射流, 提高了钻井液在井底的射流打击力。另外一种动力来源不利用钻井液的能量, 而是利用井下钻柱的其他能量, 例如钻柱的振动、旋转等能量, 例如在石油钻井过程中, 由于地层和钻头的工作特性, 井下钻柱在工作的过程中, 会存在沿着钻柱方向的振动, 如果能够利用沿着钻柱方向的振动, 将其转换成钻井液的能量, 既可以减小井下钻头工作过程中的振动, 改善井下钻头的工作状况, 有效的保护钻头, 还能够增大钻井液的压力, 提高钻井液射流辅助钻头钻井的效果。井下螺杆增压设备是利用一部分钻井液的能量将另外一部分的钻井液加压, 形成高压钻井液射流的装置。首先井口钻井泥浆泵将常压的钻井液加压后, 钻井液从井口经过钻杆输送到达井底, 到达井底后驱动增压设备最上部的螺杆, 螺杆转子在钻井液的驱动下开始旋转, 转子旋转之后就可以为钻井液的加压提供能量。螺杆的下部连接的是动力换向机构, 由于转子旋转方向和钻柱方向垂直, 而钻井液增压需要的动力方向要和钻柱的方向平行, 因此需要对转子的旋转运动方向进行换向。换向机构的作用就是将转子的旋转运动过程转换成和钻柱平行的往复运动过程。进过换向机构得到的往复运动, 就可以带动井下增压泵, 对其中一部分的钻井液增压。当换向机构向上运动时, 在向上推力的作用下, 柱塞筒内部吸入一定量的钻井液, 当换向机构上升最高点后, 钻井液入口阀门关闭, 钻井液的吸入过程结束。当换向机构向下运动时, 换向机构推动柱塞向下运动, 钻井液的排液阀门打开, 钻井液在柱塞的作用下开始增压, 增压后的钻井液从增压泵的排液阀门喷出, 钻井液的增压过程结束, 高压钻井液形成。

二、高压钻井液的输送关键技术

井下增压设备形成高压钻井液后, 如何高效的输送到井下钻头非常的关键, 如果形成的高压钻井液不能够有效的输送到井下钻头, 并且从钻头的高压喷嘴喷出, 那么形成的高压钻井液就浪费掉了。为了能够保证形成的高压钻井有效地输送到钻头, 需要特殊设计的超高压流道, 通过利用设计的高压流道, 可以实现高压钻井液的有效输送。高压钻井液形成之后, 首先经过特殊设计的高压硬管, 高压钻井液从增压设备流向高压硬管。高压硬管需要进行特殊设计, 既要满足工作强度的要求, 同时要尽量保证流动的光滑和平整性, 最大限度的降低高压硬管中钻井液的能量损失, 避免高压钻井液压力的降低。由于形成的高压钻井液的压力高, 而且不均匀, 因此在输送的过程中, 会产生一些振动, 这些振动会严重的影响到系统的密封性, 一旦系统的密封出现问题, 则会大大降低井下钻头喷嘴喷出的钻井液的压力, 影响到系统的整体效率。因此为了减小高压钻井液的振动, 在高压硬管的下部设计了一段高压软管, 高压软管的引入有效的降低了高压钻井液产生的振动, 保护了系统的高压密封性。

结束语

随着石油钻井逐渐的转向深井复杂地层, 如何提高石油钻井的速度和效率需要重点的解决。通过利用增压钻井技术, 对钻井液进行加压, 实现井下钻头的高压钻井液射流, 该方式可以有效的辅助钻头机械钻进, 提高石油钻井的机械钻速。射流冲击到井下地层岩石后, 会产生较大的射流打击压力, 可以降低井下岩石的强度, 高压的钻井液射流不断的冲击形成裂纹。井下钻头处有特殊设计的高压喷嘴, 喷嘴和高压流道连接, 形成一个完成的高压流道系统。通过利用设计的高压流道, 可以实现高压钻井液的有效输送。通过研究对于提高石油钻井的机械钻速, 降低石油钻井成本具有非常重要作用。

摘要：随着石油资源不断的减少, 石油资源的勘探和开发逐渐的向深层以及特殊地层发展, 在这些复杂地层给石油钻井提出了更大的挑战, 由于地层的特殊性, 石油钻井的速度通常比较慢, 严重的影响到了石油钻井以及整个油气藏的开发效益。大量的钻井实际已经说明, 通过增大井下钻头喷嘴喷出钻井液压力, 可以显著的提高钻头机械破岩的效率。增压钻井技术就可以提高井下钻头喷嘴喷出钻井液的压力, 射流压力的增大将会增大射流的冲击力, 从而提高钻井速度。文章通过调研分析结合钻井工程实际, 分析了增压钻井的关键技术。通过研究对于提高石油钻井的钻井效率, 降低钻井成本, 提高油气藏的开发效果具有重要的作用。

关键词：增压,井下,钻井,关键,压力,效率,螺杆