利用鉆井新型井下工具提高復雜井鉆速研究

孫樹峰

【摘要】復雜井鉆井存在的問題深井鉆井施工中往往要穿過很多地層，而且所穿過的地層中地質(zhì)條件非常復雜，甚至這些地層所跨越了非常多的地質(zhì)時代，變化十分復雜。包括在同一井段下存在著較大的壓力梯度等問題。不僅如此，這些復雜井還收到了地層中高溫高壓等條件的作用和影響，在復雜井下的鉆井施工提高鉆速縮短工期、減少成本存在著較大的問題。就目前我國的鉆井技術(shù)水平來說，難以達到國際的先進水平，本文就利用鉆井新型井下工具提高復雜井鉆速進行深入的研究和分析，并提供一些可供參考的意見和措施。

【關(guān)鍵詞】鉆井 新型工具 井下施工 復雜井 鉆速 研究

1 水力脈沖誘發(fā)井下震動鉆井工具研究

為了能夠提高鉆井工具的鉆井速度，可以通過采用水力脈沖誘發(fā)井下震動鉆來實現(xiàn)。水力脈沖類鉆具的基本原理是利用調(diào)制水利脈沖并利用水力能量的轉(zhuǎn)換達到將壓力脈動直接轉(zhuǎn)化為作用于鉆頭上的周期性沖擊載荷，并結(jié)合巖石在沖擊載荷作用下破碎較快的特性。而且井底的水力脈動有利于巖石應(yīng)力狀態(tài)和巖屑凈化，能夠一定程度上提高鉆具的破巖效率，并達到提高復雜井鉆速的效果。因為水力脈沖鉆井技術(shù)是通過改善巖石受力和強化巖屑的凈化達到的，能夠提高井鉆的效率。但是由于調(diào)制所稱的水利脈沖鉆井工具存在壽命短、峰值低等問題，只能限制在中深井的使用。雖然我國近年來大力發(fā)展此項技術(shù)，但是由于受到工業(yè)技術(shù)水平的限制，沒有取得良好的效果。而且使用此等鉆具及其容易隨著地層深度的增加，水力脈沖輔助破巖效果就會急劇降低。比如沖擊振動鉆井技術(shù)就明顯的存在這個問題，沖擊振動鉆井技術(shù)實際上是通過安裝在在鉆鋌和鉆頭之間的液動沖擊器在旋轉(zhuǎn)鉆進的過程中對鉆頭施加沖擊作用力，并利用巖石在鉆具沖擊載荷作用下易于破碎的特點，從而大幅提高機械鉆速。通過一些實際的工作中可以印證其效果還是比較良好的，但是仍然存在以下幾個突出的問題：

（1）如果井下環(huán)境比較惡劣，工況比較復雜，那么滑動密封和彈簧等元件非常容易失去效果，而且工具的壽命較短，難以持續(xù)工作；

（2）由于在實際的鉆井工作中，非常容易受到結(jié)構(gòu)不合理、鉆井液性能和井深的影響，導致鉆具在施工當中不穩(wěn)定，其工作范圍受到較大的限制。

2 水擊壓力脈動誘發(fā)鉆頭震動鉆井工具

一般水擊壓力脈動誘發(fā)鉆頭振動鉆井工具在具體的工作中，鉆井液是通過轉(zhuǎn)換接頭從噴嘴噴出的，并在噴出的過程中沿內(nèi)管下行，通過堵頭和承座之間的間隙，達到井底。而且因為堵頭和堵頭承座之間的間隙一般較小，如果鉆井液通過該間隙時速度增加，便會在此處導致壓力急劇下降，很容易在堵頭上下端間成指向鉆頭壓力差，并推動堵頭向下方運動。不僅如此，在這一過程中隨著堵頭向下運動，往往會引發(fā)活塞上腔氣體體積增大和壓力降低的問題，并在堵頭下端和活塞上端面中形成一個指向鉆柱壓力差，進一步導致堵頭持續(xù)向下運動，一直到與堵頭承座碰接后才將鉆井液流道關(guān)閉，從而通過高速鉆井液阻斷所產(chǎn)生正水擊形成一定的水擊壓力。另外通過堵頭上方的正水擊壓力向上傳播，由轉(zhuǎn)換接頭上下端面之間的間隙，進入帶內(nèi)管外壁與殼體內(nèi)壁中的環(huán)形空間并向下傳播，從而通過位于堵頭承座下方管壁上的通孔，到達堵頭并和堵頭上方保持一種平衡。并保證堵頭在指向鉆柱的壓力差的作用下脫離承座不斷向上運動，如果鉆井液流道開啟，正水擊壓力便會在在平衡正水擊壓力的同時對鉆頭產(chǎn)生一種沖擊作用，并通過這種原理的不斷循環(huán)，達到優(yōu)化鉆井液和提高復雜井鉆速的效果。

空氣鉆井公技術(shù)一般包含著空氣泡沫鉆井、空氣重啟鉆井、空氣霧化鉆井和純空氣鉆井這幾種。在國外發(fā)達國家，空氣鉆井技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，經(jīng)過調(diào)查統(tǒng)計，國外鉆井中空氣鉆井進尺達總值的30%左右。但是就我國而言，空氣鉆井卻處于探索和起步階段。一般來講，空氣鉆井技術(shù)能夠保證循環(huán)介質(zhì)的密度低于1.0g/cm3，而且可以不同井的地層壓力選擇不同的空氣鉆井工具進行鉆井施工，從而達到井筒環(huán)空循環(huán)流體壓力與地層壓力平衡效果，空氣鉆井工具能夠有效的控制鉆液流失，而且能夠夠提高在復雜井中的鉆速，縮短復雜井的施工周期。不僅如此，在某些較為復雜地質(zhì)的鉆井職工中，比如無地層流體區(qū)域，利用空氣鉆井工具和技術(shù)可以不斷提高堅硬復雜巖區(qū)的鉆速，但是我國相對國外發(fā)達國家而言，此類經(jīng)驗十分稀缺，雖然我國在這項技術(shù)上取得了一定的成就，但是在空氣鉆井工具設(shè)備的配套、參數(shù)和鉆具的選擇上上沒有一個統(tǒng)一的定論。因此，如何正確的進行選用與操作對于提高復雜井鉆速具有重要的意義，所以在空氣鉆井的設(shè)備和鉆具組合上應(yīng)該得到重視。

在利用空氣鉆井工具時應(yīng)該設(shè)置一套智能流量計，以便在具體的施工當中能夠及時掌握入井氣量等技術(shù)參數(shù)，從而科學合理的指導鉆井作業(yè)，同時還需要配備2臺FKY450增壓機，讓空氣進氣壓力與空壓機達到配合，一般每臺設(shè)備的額定壓縮空氣量便準為50m3/min，其最高工作壓力可以達到15MPa上下，另外還需要配置1套旋轉(zhuǎn)防噴器，旋轉(zhuǎn)防噴器可以起到鉆井施工中導向的作用，按上述參數(shù)可以知道，旋轉(zhuǎn)放噴劑的選用上應(yīng)該在等級大于3MPa左右，同時還需要在施工中配置一套除塵器，除塵機首先應(yīng)該進行主水處理，確保排砂口沒有灰塵，從而滿足鉆井施工中對環(huán)境保護的要求。不僅如此，配置1套巖屑取樣器也是非常必要的，因為取砂樣在鉆井過程中能夠準確的獲取所鉆地區(qū)的地質(zhì)資料，但是如何才能夠及時取到砂樣是空氣鉆井工藝技術(shù)需要得到解決的一項重要技術(shù)問題。此外，為了提高在復雜井中的鉆速，鉆劇組鉆頭應(yīng)該不裝配噴組，粗了要選用常規(guī)鉆井所使用的鉆頭外還可以采用空氣錘進行鉆井施工，這是因為空氣錘可以加快在復雜井中的鉆井速度，同時在施工中還可以有效的放斜。另外需要得到注意的是，空氣鉆井鉆具的組合應(yīng)該常規(guī)鉆井的鉆具組合保持一致，從而防止防止鉆具在鉆井施工當中泄壓時造成空氣倒流現(xiàn)象，防治巖屑帶入鉆頭導致堵塞鉆頭的問題。

參考文獻

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