2章2节2--高压喷射钻井.ppt

,爱国 创业 求实 奉献,制作人：汝大军 田秋月,渤海钻探工程公司钻井队干部轮训课件,高压喷射钻井技术,前 言,喷射钻井的发展已有了几十年的历史，并已被国际钻井界公认为是一项在提高钻速降低成本上行之有效的钻井技术。与其它提高钻井速度的技术相比，喷射钻井技术可以适合于所有的地层，适用于全部井队，因此，从整体上提高钻井速度具有非常重要的作用。高泵压配合井下动力钻具使用，发展大功率井下动力钻具提供可能，从而对钻井速度有更大的提高作用。,一、高压喷射钻井技术发展二、高压喷射钻井提速机理三、高压喷射钻井提速效果及典型实例四、高压喷射钻井现状和机泵、净化装备条件五、高压喷射四阶段存在问题及解决思路,主 要 内 容,1.国外喷射钻井发展情况,喷射钻井技术发展起源于美国，一般认为1948年开始美国钻井技术进入科学时代，此时喷射钻井为喷射钻头。1956年为拓展喷射钻井应用范围，开展钻井液水力学研究，强调钻井液流能及时冲走井底岩屑。此后发展了最大喷射速度理论与最大冲击力理论等。上世纪七十年代，美国开展了超高压喷射、喷射钻井、井下增压等试验。为适应喷射钻井需要，泥浆泵功率越来越大。,一.高压喷射钻井技术发展,国内喷射钻井一般认为始于1978年，在原石油部钻井局推动下，喷射钻井技术得到了快速发展。到1985年800马力与1000马力以上大功率泥浆泵逐步代替600马力泥浆泵，使喷射钻井逐步由第一阶段上升到第二、第三阶段，钻井速度明显提高。只有少数井队达到第四阶段。,2.国内喷射钻井发展情况,600马力双作用泵,一.高压喷射钻井技术发展,喷射钻井发展的四个阶段,一.高压喷射钻井技术发展,此后，由于没有专门的推广机构，泥浆泵技术发展不大，设备逐渐老化，喷射钻井没有明显的进步，三阶段长期没有突破，除少数油田只在部分井上进行过个别尝试外。绝大多数井队都处于喷射钻井二阶段与三阶段水平，浅井钻机甚至仍处于一阶段水平。,一.高压喷射钻井技术发展,上世纪八十年代末，发展了中长喷嘴技术。九十年代初又发展了脉冲喷嘴技术，通过一个激震腔产生空化射流提高钻井速度。采用该喷嘴单只钻头进尺提高40%以上。由于喷嘴寿命可靠性等问题，该技术没有大面积推广。,Q+Q1,V1,一.高压喷射钻井技术发展,近几年国内发展了脉冲接头、井底增压等技术。其中脉冲接头已试验37井次，机械钻速提高11%到69%以上。,下母接头,本体,脉冲接头结构,自激振荡喷嘴,自激振荡腔室,叶轮座,叶轮,弹性挡圈,一.高压喷射钻井技术发展,一、高压喷射钻井技术发展二、高压喷射钻井提速机理三、高压喷射钻井提速效果及典型实例四、高压喷射钻井现状和机泵、净化装备条件五、高压喷射四阶段存在问题及解决思路,主 要 内 容,1.高压喷射钻井可以及时清洗井底，避免岩屑重复破碎,二.高压喷射钻井提速机理,高压水射流冲击井底，可以形成较强的井底漫流，从而及时清除井底已破碎的岩石，避免钻头重复破碎，达到提高钻井速度的目的。为达到强化井底漫流目的。推广应用了不等径喷嘴、双喷嘴、加装中心喷嘴等，提高井底漫流速度。,2.高泵压可以使牙轮钻头破岩效率更高牙轮钻头冲击破碎井底岩石，冲击除形成崩出的碎块外，还有许多裂纹存在，这些裂纹在水力能量不足时会在泥浆压持作用下再交闭合，造成钻头的重复破碎，而水力能量越强，就有连结强度更大的裂纹被撕开，形成破碎，从而大幅度提高钻井速度。,牙轮钻头单齿破碎地层,二.高压喷射钻井提速机理,3.大排量可以使PDC钻头切削齿工作更好PDC钻头在切削地层岩石时，由于齿的推压作用，总有部分岩屑粘附在齿上，这将影响齿再切入地层，使PDC齿破岩效率 降低，如果排量低则会使更多岩屑堆集在PDC齿前，使钻速更低。而排量越大，钻头水槽中流速提高，就更多冲走上粘附的岩屑使钻速更快。,二.高压喷射钻井提速机理,喷射钻井实践证明，随着泵压的上升，机械钻速大幅度提高，第二阶段比第一阶段机械钻速提高66%，成本下降61%；第三阶段比第二阶段机械钻速又提高40%，成本又下降41%，提速、经济效益十分显著。大量的研究和实践表明，喷速越高，钻速越大，到目前为止，尚未找到喷射速度对提高钻速的极限值。,二.高压喷射钻井提速机理,地面高压泵为大功率井下动力钻具提供足够的水力能量目前井下动力钻具有向大功率发展的趋势，但大功率井下动力钻具的压降大，需要高的泵压支撑，受泵压限制，我国至今没有发展大功率井下动力钻具，普通井下动力钻具也由于泵压太低，难以提供足够的钻头压降与排量，使效果变差。,二.高压喷射钻井提速机理,钻压、泵压与钻速关系,二.高压喷射钻井提速机理,不同钻压下水功率与钻速关系随钻头水功率增加，钻速无一例外地增加,二.高压喷射钻井提速机理,结论：高泵压可以施加更大的钻压,提速，钻井速度更高。,钻压、泵压与钻速关系,二.高压喷射钻井提速机理,泵压与比水功率关系,对于374.6mm井眼，泵压由1920MPa提高至24MPa，比水功率由6.2w/mm2提高至8.2w/mm2，提高了32；对于241.3mm井眼，泵压由1718MPa提高至24MPa，比水功率由9.2w/mm2提高至16.3w/mm2，提高了77。,二.高压喷射钻井提速机理,机械钻速与钻井液当量密度的关系,二.高压喷射钻井提速机理,由以上图可以看出，钻井液当量密度随机械钻速的增大而增大；钻井液当量密度随井深的增加而增大。以井深1952m为例，钻井液密度1.17g/cm3，机械钻速30m/h时，当量密度已经达到1.31g/cm3，增加了12；以井深3000m为例，钻井液密度1.25g/cm3，机械钻速25m/h时，当量密度已经达到1.43g/cm3，增加了14%。,二.高压喷射钻井提速机理,小 结通过泵压与比水功率关系的分析，可以看出比水功率随泵压的增加而增大，相应的机械钻速会提高；通过机械钻速与钻井液当量密度的关系分析，也可以看出，随着机械钻速的增大，钻井液的当量密度也增加，一方面对于上部浅地层，钻井液当量密度较大会增加地层漏失的可能，尤其在钻进砾岩层时更可能导致渗漏的发生，另一方面，钻井液固相含量的增加又会影响机械钻速。因此，一要配备高效率的固控设备，二在进行高压喷射施工时要用好固控设备的，有效降低钻井液的固相含量，三要加强座岗观察，以防发生漏失等复杂。,二.高压喷射钻井提速机理,一、高压喷射钻井技术发展二、高压喷射钻井提速机理三、高压喷射钻井提速效果及典型实例四、高压喷射钻井现状和机泵、净化装备条件五、高压喷射四阶段存在问题及解决思路,主 要 内 容,1978年开始开展喷射钻井，当年队年进尺应有大幅度提高，1983年后提出泵压上三阶段，钻井速度又提高一个台阶。,三.喷射钻井提速效果及典型实例,1980年三个油田喷射钻井与常规钻井对比，辽河、新疆、胜利三个油田喷射钻井队年进尺分别提高72.6%、91.4%、37%(李克向“我国喷射钻井的现状及发展趋势”),1.喷射钻井初级阶段提速效果,2.喷射钻井一、二阶段对比分析,三.喷射钻井提速效果及典型实例,(李克向“我国喷射钻井的现状及发展趋势”),3.喷射钻井二、三阶段提速效果对比,三.喷射钻井提速效果及典型实例,(李克向“我国喷射钻井的现状及发展趋势”),4.中原、华北油田喷射钻井三阶段提速效果,三.喷射钻井提速效果及典型实例,新疆莫深1井高压喷射钻井使机械钻速得到大幅度提高 二开期间钻井泵压达到28MPa以上，三开与四开泵压达到33MPa以上。三开井段在井眼尺寸从常规的81/2提高到121/4情况下，机械钻速比同地区邻井提高48%，比设计提高89%。,三.喷射钻井提速效果及典型实例,三.喷射钻井提速效果及典型实例,2008年2009年华北油田在11口井开展了2026MPa高压喷射现场试验,5.华北油田高压喷射钻井现况,三.喷射钻井提速效果及典型实例,高压喷射现场试验,三.喷射钻井提速效果及典型实例,长3平2井身结构,长3平1井身结构,典型井分析华北油田长3平2井与长3平1井,三.喷射钻井提速效果及典型实例,钻具组合比较,两井在374.6mm井眼井段使用的钻具组合基本相同；在241.3mm井眼井段，长3平1采用的是PDC钻头+直螺杆的复合钻井而长3平2采用的是普通钟摆钻具组合。,三.喷射钻井提速效果及典型实例,钻头及水力参数对比,三.喷射钻井提速效果及典型实例,基本情况对比,三.喷射钻井提速效果及典型实例,平均机械钻速对比,三.喷射钻井提速效果及典型实例,华北长3平2井高压喷射钻井使机械钻速得到大幅度提高。二开钻井泵压达到23MPa以上，井段1562016m，机械钻速平均27.78m/h。邻井长3平1井，井段1581988m,机械钻速平均11.70m/h。在井眼尺寸同为374.6mm情况下机械钻速提高了2.37倍。,三.喷射钻井提速效果及典型实例,长3平2高压喷射段材料消耗表,三.喷射钻井提速效果及典型实例,由钻具组合和钻头及水力参数对比表可以看出：两井在374.6mm井眼井段使用的钻具组合基本相同，钻头采用牙轮钻头，钻压、转速两井相当；在241.3mm井眼井段，长3平1采用的是PDC钻头+直螺杆的复合钻井而长3平2采用的是普通钟摆钻具组合，两井都是采用的PDC钻头。长3平2井机械钻速与长3平1井同井段相比较：374.6mm井眼机械钻速由11.70m/h提高到27.78m/h，提高了137.4%；241.3mm井眼机械钻速由11.63m/h提高到17.61m/h，提高了51.4%，高压喷射段的机械钻速显著提高。,三.喷射钻井提速效果及典型实例,长3平2井高压喷射井段段长3427m（1563583m），占总井深4478m的76.53%，纯钻时间155.955h占全部纯钻时间710.83的21.94%；长3平1井1583355m共3157m，占总井深4795m的65.84%，纯钻时间270.5h占全部纯钻时间883.08的30.63%。长3平1井374.6mm井眼段施工总时间（除去固井时间）为16天，长3平2井（除去固井时间）为11天，长3平1井241.3mm 井眼至3605m井段共施工17天，长3平2井241.3mm井眼至3583m井段共施工9天，两井相比较，采用高压喷射钻井工艺的长3平2井在进尺相当的情况下钻井周期却减少了13天。由此可以看出，高压喷射钻井对于整体提速效果也很明显。,三.喷射钻井提速效果及典型实例,一、高压喷射钻井技术发展二、高压喷射钻井提速机理三、高压喷射钻井提速效果及典型实例四、高压喷射钻井现状和机泵、净化装备条件五、高压喷射四阶段存在问题及解决思路,主 要 内 容,四.喷射钻井现状和机泵、净化装备条件,华北油田地区为开展2126MPa的试验，对泥浆泵、地面管汇、水龙带、固控等设备进行了研究，选择了合适的设备，为开展试验奠定了基础。（配套3个钻井队40693队、50006队、50516队）,泥浆泵：目前在用的泥浆泵主要有1000、1300、1600三大系列，主要性能参数如下。,1000系列泥浆泵技术参数,1300系列泥浆泵技术参数,四.喷射钻井现状和机泵、净化装备条件,1600系列泥浆泵技术参数,四.喷射钻井现状和机泵、净化装备条件,对于374.6mm或311.2mm井眼，排量要求达到6570L/s；对于215.9mm井眼，排量要求达到3540L/s。,四.喷射钻井现状和机泵、净化装备条件,通过技术参数可以看出：双泵情况下，1000系列泥浆泵达不到要求；1300、1600系列泥浆泵都能满足要求。因此，钻井队按1300或1600系列配备泥浆泵。,水龙带：一般井队配备的水龙带为35MPa，为防止在试验过程中因长时间承高压造成复杂事故，将水龙带升级为52MPa。固控设备：为有效控制钻井液中固相含量，按“3+2+2”或“4+2+2”模式对净化系统进行升级改造，即配套使用34台高频振动筛、2台除砂器、2台离心机，为推广喷射钻井、优化钻井参数创造条件。实际配套：设备配套共3个钻井队都按以上要求进行了配备。,四.喷射钻井现状和机泵、净化装备条件,一、高压喷射钻井技术发展二、高压喷射钻井提速机理三、高压喷射钻井提速效果及典型实例四、高压喷射钻井现状和机泵、净化装备条件五、高压喷射四阶段存在问题及解决思路,主 要 内 容,五.高压喷射四阶段存在问题及解决思路,管汇闸门刺坏；泥浆泵高压，使得缸套爆裂、活塞损坏；部分管汇高压垫子刺穿，危险性较高；能耗相对高；钻头水眼堵、对PDC钻头刀翼及胎体冲蚀严重；,1.存在的问题：,优选钻头，提高PDC钻头胎体及刀翼的耐冲蚀性 高压管汇闸门（更换为35兆帕，质量较好抗高压闸门）立管同上 水龙带（由35MPa更换为52MPa）强度较高的泵配件（活塞、缸套），最好更换为高耐磨缸套国内技术已经成熟。,2.措施：,五.高压喷射四阶段存在问题及解决思路,对高压循环管汇进行30MPa高压试运转，达到不刺不漏；在快速钻进中，为防止钻头水眼堵，接单根时采用早开晚停泵措施，并开泵缓慢，防蹩泵、蹩漏地层；每趟起钻错扣；对正在使用中的钻具进行检查，消除钻具隐患；加强设备检修、保养；对井队职工进行安全教育，消除心理障碍，以确保设备及时检修。,五.高压喷射四阶段存在问题及解决思路,谢谢大家！,