概述高压喷射钻井技术及其应用

2014-04-21付建昌

城市建设理论研究 2014年11期

付建昌

摘要：国内从1978年开始应用高压喷射钻井技术，在相同地层和钻进参数条件下，喷射钻井比普通钻井速度提高1倍以上，而且随着泵压增加，效果更加显著。本文首先介绍了高压喷射钻井技术应用所需的条件，然后阐述了高压喷射钻井技术关键点，最后具体分析了高压喷射钻井技术的应用。

关键词：高压喷射；钻井技术；应用

中图分类号：TE248 文献标识码： A

喷射钻井是60年代提出并现场实施的一项技术，采用高泵压辅助钻井，可以大大提高钻速。一般采用的压力范围15-20MPa。随着近几年人们对高压喷射的深人认识，提高射流压力有利于冲击破碎岩石，并发挥水力机械联合破岩的作用。制约高压喷射钻井的关键因素是钻井装备，尤其是钻井泵。喷射钻井技术作为一种新型钻井技术，相对与普通钻井技术，无论在提高钻头进尺和机械钻速等方面，都取得了突破性的发展。由于钻头进尺和机械钻速指标的提高，也使钻井的非生产时间相对缩短，提高了钻井的速度，减少了事故，降低了成本，也使喷射钻井技术得到了广泛的应用。我国自1978年开始推广应用高压喷射钻井技术，实践表明这一技术是提高钻井速度的有效手段，能够缩短钻井周期，显著提高经济效益。随着液压工程、流体工程在钻井技术领域的深入，人们逐步认识到高压喷射技术的优势，并通过喷射压力的提高增加机械钻速与扩大应用场合。

1高压喷射钻井技术应用所需的条件

获得高效的钻井水力参数是影响喷射钻井的主要条件。获得高压是影响和制约当前喷射钻井技术发展和应用的关键因素，下面就高压喷射钻井条件进行阐述。

1.1先进的喷射钻头。

钻头是破岩的工具，也是射流水力特性形成的关键。要结合地层岩性、钻井深度、钻井性能、钻具结构等因素，合理选择喷射钻头喷嘴的类型，确保形成的射流对井底水力冲击作用效果。

1.2优质的钻井液。

选用的钻井液要充分考虑地层造浆性、岩性特点、钻具组合等因素。钻井液要具有良好的流动性，形成的射流产生的冲击力要有利于井底破岩和净化。

1.3.稳定的井眼结构。

井壁要规整、井径要规范，形成的泥饼要致密，钻具上行、下放不受阻卡。钻井液在环行空间流态保持良好，循环阻力小。

1.4.钻井泵形成的泵压足够大。

地面机泵性能良好，确保钻井液在高压状况下，循环产生足够的推力，满足对地层岩性的破碎。

1.5.密闭良好的循环系统。

钻井液循环的路线要能承受高液流的作用，确保不刺、不漏，满足高压液流循环的需要。

1.6.设置井下增压泵。

为有效提升钻头处形成高压液流，降低和减缓地面机泵和循环管路承压和密封的要求，在钻头附近加设增压泵，在钻头处形成高速水力射流的效果。

2高压喷射钻井技术关键点

2.1钻头及钻具组合

常规喷射钻具组合主要考虑喷射钻井作业结束后继续钻进的需求，与下一开钻具组合设计一样，只是在钻具组合上端安装与导管头连接工具，喷射到位后与导管脱开。钻具组合中一般都安装MWD，随时监测井斜变化，根据工作需要有时也安装随钻测压工具PWD，以便及时了解环空ECD变化等。

钻头尺寸选择的主要依据由结构导管尺寸和下一开井眼尺寸确定，经验表明，在一定结构导管尺寸情况下，一般钻头尺寸越大喷射钻井的成功率越高，选择尺寸相对较小的钻头可能存在钻头贴近结构导管的低边，造成钻头水马力过度冲刷低边井壁，降低结构导管与地层之间的摩阻系数不利于喷射钻井的实施，甚至造成外环空形成流道导致喷射钻井失败。

喷射钻井钻头与导管相对位置及尺寸的选择是喷射钻井的关键，因为钻井液循环体系应建立于钻具和导管之间，当钻头探出导管鞋较多:会导致水眼露出导管，钻井液从导管外窜流，导致井眼扩径，吸附力下降，吸附固井失败;会使钻头偏移，甚至造成增斜。而决定钻头是否探出导管鞋，或探出导管鞋多少取决于地层的软硬，一般如果地层较松软，往往选择将钻头控制在导管鞋以内，如果地层相对较硬，则根据钻头尺寸将钻头伸出导管鞋5-10英寸，目前世界上大多数作业者选择将钻头伸出导管鞋，但同时保持钻头水眼在管鞋以内，这样可以较高的利用水力冲开岩屑，但是又不会造成钻井液窜流。

2.2导管下入深度的选择

一般要准确确定结构导管具体下深，则需要对井位附近进行地质取芯，经过地质分析确定突然剪切强度，根据结构导管具体要承载的重量，通过计算确定结构导管具体下深。对于探井、评价井而言，一般考虑费用及时间，很少进行井场地质取芯，一般采用区域土壤数据或者临近开发油田土壤数据进行计算，同时也可以根据区域性的经验公式确定导管下深。

对于新地区而言，一般采用尺寸较大的结构导管，下如数量一般在5-8根，新区6根较为常见，具体数量需要根据计算得出。

2.3喷射钻井参数的控制

从接触泥面开始至10-20m是喷射钻进能否成功的关键，开始时接触泥面并钻进应以小排量300-7501pm、小钻压0-5kbls钻进，有助于导管垂直防斜并防止堵水眼，使上部井眼较小，有助于尽早建立钻具与导管之间的循环体系。之后边钻进边缓慢增加排量，尽量在25m前开至最大排量3500-40001pm。

通常钻压的设计原则是保证导管不受压，最大钻压不超过入泥的导管和钻具的总重量，有的作业者为了更加安全，通常会取一定的安全系数，80%或者90%。

3高压喷射钻井技术的应用

高压喷射钻井理论研究和现场试验都取得了一定的突破，但也存在着全面推广的难度和问题。主要表现在增压泵超高压密封、使用寿命、材料质量等难以满足需要，而且制造成本大、研究开发周期长、短时间内不能尽快应用服务于钻井现场生产等。结合钻井速度、成本和技术等综合因素，目前应用30～50MPa井下增压泵是可行的，符合各项指标的需求。这种技术开发、研究具有的特点。

3.1技术难点

目前配置的钻井泵管汇能满足20MPa以下的常规钻进需要，难以满足高压喷射钻井所需的高泵压和合理排量的要求。

表层砂泥岩地层，蹩跳钻严重，对钻头损伤大，必须选择适合地层的钻头。

对钻井液性能要求高。要求钻井液密度尽可能低，同时具备良好的防塌及携砂性能，以确保井壁稳定、井眼干净、井底无沉砂。

3.2技术成熟，研发周期短，效益好。

钻井生产现场研究、应用试验表明，目前获得了井下增压泵工艺成熟的技术，而且井下增压泵增压到30～50MPa压力，无论是设备和工具及喷射效果都比较稳定。只要将工艺技术进一步定型，就能投入到生产实际应用。

3.3设备工艺、制造容易实现，成本低。

无论是设备材质的选用、加工，还是工艺技术实现30～50MPa的增压很容易。材料及零部件成本低，且增压泵承压相对较低，工作时间长，利于井下作业的使用。

3.4机械钻速快、钻头进尺大。

近钻头增压即解决了射流破岩效率，又避免了其他复杂情况的发生。可以提高深井作业破岩效率低，事故频发的现象。通过增压泵，能充分发挥水力射流破岩效率，钻头进尺和机械钻速得到有效提高。

3．5安全试验方案制定

大排量35MPa及以上的泵压给地面管线的安全性带来很大挑战，为了保证试验安全，制定了一系列安全保障措施，主要包括装备安全和施工操作安全 2 个方面。