淺議井下增壓鉆井提速技術

徐鵬(中國石化國際石油工程有限公司， 北京 100020)

淺議井下增壓鉆井提速技術

徐鵬(中國石化國際石油工程有限公司， 北京 100020)

我國石油勘探開發(fā)正在向深井堅硬地層和復雜地層邁進，一直困擾石油人的鉆井速度慢、成本高等難題亟待解決，實踐證明，利用在井底鉆頭噴嘴處產生高壓射流以輔助破巖的技術方式可以有效提升鉆進速度和鉆井液的利用效率?；诖耍P者對井下螺桿增壓技術、井下減震增壓技術和井下射流增壓技術的原理、流程、特點及適用性等加以探討，為石油鉆井速度的提升和成本的降低提供理論依據。

井下增壓;高壓噴射;提速

0 引言

當前，石油消耗量日益增大與石油資源急劇減少、油氣勘探開發(fā)難度加大之間的矛盾日漸凸顯，我國當前已探明儲量的石油資源主要集中于新疆、川東北、塔里木盆地、松遼深層等區(qū)域，石油資源埋藏較深且地層堅硬，鉆進難度較大，這迫切要求高效鉆井方法的出現。我國近些年的石油勘探開發(fā)正在向縱深部地層發(fā)展，深井與超深井不斷增多，但是鉆井速度緩慢、鉆井成本高、耗費時間長等問題普遍存在，據統計，當前鉆井成本約占油田勘探開發(fā)總成本的一半及以上。結合國內外鉆井增壓技術的開發(fā)與應用不難發(fā)現，井下增壓鉆井提速新裝置、新技術的應用可以有效解決上述深井堅硬地層中鉆井所面臨的難題。

二十世紀六十年代開始，高壓水射流技術得到迅猛發(fā)展與廣泛應用，成果顯著，此后該技術逐漸運用于石油鉆井領域，經過國內外鉆井工程人員的大量研究、實踐與不懈努力，探索出“水力破巖”的方法，即在井底鉆頭噴嘴不斷升壓的過程中，通過噴嘴處的高壓水噴射實現破巖進而大大提高機械鉆速。大量研究與鉆井現場實踐表明，高壓噴射鉆井技術可以將機械鉆速提升一倍以上，且對高壓噴射鉆井技術的研究大致分為兩大領域：一是地面增壓，該技術對鉆井設備性能要求較高，如不滿足則極易出現安全事故，故應用范圍狹窄；二是井下增壓，即對井底的鉆井液進行增壓，通過鉆頭高壓噴射實現鉆井提速，此方法簡便易行，對鉆井設備要求不高，應用廣泛[1]?；诖?，筆者對幾種新型的井下增壓技術進行探討。

1 井下增壓鉆井提速技術

(1)井下螺桿增壓鉆井技術 該技術基于成熟的螺桿鉆具、螺桿馬達與柱塞泵運行原理而產生，井下螺桿增壓裝置外形同于普通鉆鋌，螺桿鉆具位于上部，是井下增壓裝置的主要動力源泉，連接增壓器的轉換接頭位于下部，螺桿鉆具的轉子通過轉換接頭與增壓器內部動力部分緊密連接，增壓裝置總長度約為10m。螺桿鉆具轉動時，將3%～5%的鉆井液逐漸注入柱塞泵，并通過該泵施加壓力，在高壓作用下鉆井液經高壓流道流向噴嘴而噴出，這一高壓噴射過程可以有效輔助鉆頭實現破巖[2]。該技術所用井下增壓器工作效率高、性能穩(wěn)定，壓力易受控、結構簡單，當前該技術已經在國內許多油田得到應用，有效保證機械鉆速提升50%～一倍以上，提速效果顯著。

鉆井液在井下增壓裝置的作用下被分為兩部分：一是常壓鉆井液，其主要通過螺桿馬達流向增壓泵環(huán)空，而后流經特殊流道并最終到達鉆頭水眼位置，以發(fā)揮攜巖、清洗井底等作用；二是經過濾后的鉆井液，其流經螺桿馬達、螺旋轉向機構，最終到達特殊流道經過濾后流入井下柱塞泵，并通過泵內閥芯和閥座的不斷“打開→閉合”運動不斷得到加壓，到達一定壓力后經高壓噴嘴噴出。

(2)井下減震增壓鉆井技術 井底鉆頭在鉆進過程中會發(fā)生橫向和縱向振動，人們正是利用井底鉆頭的縱向振動原理研發(fā)出井下減震增壓鉆井技術與裝置，鉆頭縱向運動可以轉化為增壓裝置運動的動力，在無其余動力帶動下實現對鉆井液的逐漸加壓，并最終通過鉆頭噴嘴完成高壓噴射。該技術利用鉆頭鉆進工作過程中縱向運動所產生的動力帶動連接軸與柱塞做工運動，在柱塞筒靜止不動的情況下使柱塞上下運動，增壓器內部出現一定的負壓，在此壓力作用下部分鉆井液進入增壓氣缸內，并在柱塞運動過程中實現鉆井液的加壓，該鉆井液流經特質的超高壓流道到達噴嘴處，形成高壓噴射，實現輔助破巖。該技術在勝利油田試驗后提速效果顯著，且能同時發(fā)揮減震作用，適用于堅硬地層鉆井作業(yè)，但是利用鉆頭縱向振動而形成的鉆井液高壓噴射壓力不穩(wěn)定，在水平井和定向井破巖中極為不適用。

(3)井下射流增壓鉆井技術 該技術主要利用射流節(jié)流原理，通過射流方向的不斷變化，以此來帶動上下兩級增壓裝置做功，并借助節(jié)流元件實現鉆井液節(jié)流降壓及增壓裝置的循環(huán)往復，完成高壓射流，并對鉆頭破巖起到輔助作用。在對增壓裝置進行升壓時，射流原件將產生節(jié)流壓降，并通過事先設置的流道與增壓裝置活塞的上下接頭相連，在壓力影響下，增壓缸開始運動并隨之帶動活塞，向鉆井液施加壓力，產生高壓射流。隨著壓力的下降，增壓裝置中壓力流道逐漸關閉，鉆井液經過射流原件后流入增壓缸，并推動活塞移動，最終復位。井下射流增壓鉆井技術已經在吐哈油田試驗成功，該技術可以實現機械鉆速提速至少30%，且充分利用鉆井液自身能量的轉換[3]，并借助射流原理將其轉換成在增壓泵內的高壓流體，效率高且增壓過程穩(wěn)定可靠。

2 結語

井下增壓鉆井提速技術的應用是當前降低石油鉆井成本，提升鉆井質量和經濟效益的有效途徑，借助井下增壓鉆井技術在井底鉆頭位置利用高壓噴射以提升鉆頭機械鉆速是切實可行的。文章對井下螺桿增壓技術、減震增壓鉆井技術及射流增壓技術等加以研究，其運用于石油勘探開發(fā)井下增壓提速方面成效顯著，當前亟待解決的問題是增壓裝置的系統化與標準化，以及增壓裝置的普及與推廣，這對于石油鉆井速度的飛躍式提升和行業(yè)經濟效益社會效益的發(fā)揮意義重大。

[1]燕愛文,宗凱.井下增壓提速裝置研究[J].中國石油和化工標準與質量.2012,32(5):177.

[2]劉林剛.探析井下增壓鉆井的提速技術[J].工業(yè).2016,(9):265.

[3]高書鵬.井下增壓鉆井技術研究新進展[J].科技致富向導.2012,(8):280.