高压喷射钻井技术分析

2022-09-10

随着油气资源勘探开发的逐渐深入, 石油勘探逐渐转向复杂难钻地层, 如何提高复杂难钻地层的钻井效率和质量非常重要, 已经成为目前钻井研究的重点。喷射钻井技术是一种高效的钻井技术, 喷射钻井技术可以充分的利用钻井液的水力能量, 将钻井液的水力能量作用到岩石, 辅助钻头的机械破岩, 大大提高钻头的破岩效率, 提升钻井速度。特别是在深井钻井过程中, 现阶段深井钻井时, 由于深井的井深较深, 钻井液在钻柱中流动长度较长, 钻井液的循环压耗较大, 循环压耗的增大, 直接降低了钻头处的喷嘴喷射压力。在泵压一定的情况下, 随着井深的增大, 钻井管柱的循环压耗越大, 钻头的喷嘴压降越小。通过提高泵压的方法, 可以有效提高井下钻头处的喷嘴喷射压力, 实现水力喷射辅助破岩。增大钻井泵的泵压对井队的设备要求较高, 井队的泵压并不是任意增大的, 这和井队钻机设备质量, 使用寿命有关。而且泵压的增大, 会缩短钻机设备的维修保养周期, 高压喷射钻井的成本较高。因此在实际钻井过程中, 应当结合地层、井队、施工进度等因素, 进行科学合理的分析, 选择合适的井队泵压, 实现深井复杂地层的高压喷射钻井, 不断的提高钻井速度, 保证钻井施工的顺利完成。

1 深井复杂地层钻井现状分析

在复杂地层钻井过程中, 经常会钻遇复杂的泥页岩互层, 在这些地层钻井时, 泥页岩和钻井液接触之后, 容易发生水化作用, 泥页岩水化膨胀后, 导致井眼直径的缩小。尤其是遇到石膏层后, 这种水化膨胀的作用更是明显, 如果井眼直径的缩小严重, 容易发生钻井卡钻问题, 发生卡钻后, 钻井作业的进度将会受到严重的影响, 因此需要不断的提高该类复杂地层的钻井速度, 缩短地层岩性和钻井液的接触时间, 降低地层的水化膨胀作用, 防止卡钻事故的发生。深井钻井过程中, 井口钻井液的能量传输到钻头上的量很小, 因此很难在井底形成高压射流, 辅助钻头破岩和充分携岩。大量的现场应用数据表明, 井深、钻井液性质、钻柱结构等都会影响钻头水力能量的提高, 因此需要不断研究充分利用水力能量的措施, 降低钻井液的压力损失, 实现井底钻头高压喷射钻井, 进行提高钻井速度。钻井液固体含量的体积分数和直径等对于钻井液压耗影响较大。如果钻井液的固控条件不能满足要求, 钻井液的处理能力不够, 钻井液固相含量控制不稳定, 处理不到位, 钻井液在循环过程中压耗大, 极大限制了钻井液能量的充分利用, 阻碍钻头喷嘴高压喷射钻井的实现。现阶段石油钻井过程中, 对于水力能量的利用率还不是很高, 随着钻井施工难度的逐年增大, 需要研究充分利用钻井水力能量的措施, 实现高压喷射钻井。

2 高压喷射钻井技术的实现

高压喷射钻井实现的关键就是如何降低循环压耗, 充分利用水力能量。合理设计水力参数大小, 可以有效利用钻井液的水力能量。喷嘴组合方式是钻头重要的水力参数, 钻头喷嘴的压力降大小和喷嘴的大小有直接关系, 如果钻头喷嘴的当量直径设置过大, 钻头喷嘴的压降很小, 因此钻头钻井液的压力降就很小, 这种情况下钻井液的水力能量不能够被充分利用, 如果钻头喷嘴的当量直径设置过大, 钻头喷嘴的压降会很大, 很大的钻头压降, 需要井口钻井泵具有较大的泵压, 如果钻井泵的功率不够, 很难实现钻井泵的开启。因此需要合理的设置钻头的喷嘴当量直径, 在保证钻井泵开启的条件下, 又能够充分利用钻井泵的能量。通过合理设置水力参数, 保证在井口泵压不变的条件下, 降低钻井的循环压耗, 实现钻头喷射高压射流, 辅助钻头破岩和高效携岩。现阶段常规石油钻井的井口泵压一般不会超过20兆帕, 在该压力下如果要实现井下钻头的高压喷射钻井非常困难, 因此需要不断地提高石油钻井的井口泵压, 随着石油钻井装备技术水平和质量不断提升, 钻井设备对钻井液压力的承受值越来越大, 在钻井过程中可以适当的提高钻井液的井口泵压, 例如进行35兆帕的高压喷射钻井作业。通过采用大功率的泥浆泵, 高质量的井队设备和高压管线等, 为高压喷射钻井作业提供保证。35兆帕高压喷射钻井实践表明, 通过增大钻井泵的压力后, 井下钻头喷嘴处的射流压力逐渐的增大, 钻井速度得到了明显的提升。钻井过程中产生的岩屑较小, 对钻井固控设备的质量和效率提出了较高的要求。为了缓解固控设备的压力, 缩小了井队振动筛的孔眼直径, 及时的进行了振动筛的清理, 同时通过更换高效的离心机, 提高了固控设备的处理能力, 为高压喷射钻井技术的实现奠定了基础。高压喷射钻井其中一口井的钻井实践表明, 利用高压喷射钻井技术后, 钻井一开的机械钻速提高了1倍以上, 二开的机械钻速提高了1.5倍以上。现场试验的结果表明, 在井队设备、环境等条件允许的条件下, 适当的调高泥浆泵的泵压, 可以有效的提高钻井的机械钻速。

摘要：大量的钻井实践表明, 通过提高石油钻井钻头喷嘴的射流压力, 可以有效的提高钻井速度。因此高压喷射钻井技术可以有效的提高钻井速度, 缩短建井周期。文章分析了高压喷射钻井技术的优势和现状, 确定了高压喷射钻井技术的实现方案。通过研究对于充分利用钻井液水力能量, 提高钻井速度, 降低成本具有重要的作用。

关键词：高压喷射,钻井,优势,方案