2章2节2-高压喷射钻井课件.ppt
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- 高压 喷射 钻井 课件
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1、 爱国爱国 创业创业 求实求实 奉献奉献制作人:汝大军制作人:汝大军 田秋月田秋月渤海钻探工程公司钻井队干部轮训课件渤海钻探工程公司钻井队干部轮训课件 前前 言言喷射钻井的发展已有了几十年的历史,并已被国际钻井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。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。井速度具
2、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。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一、高压喷射钻井技术发展二、高压喷射钻井提速机理二、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五、高压喷射四阶段存在问题及解决思路主主 要要 内内 容容1.1.国外喷射钻井发展情况国外喷射钻井发展情况 喷射钻井技
3、术发展起源于美国,一般认为喷射钻井技术发展起源于美国,一般认为19481948年开始美国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。钻井技术进入科学时代,此时喷射钻井为喷射钻头。19561956年为拓展喷射钻井应用范围,开展钻井液水力学研究,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。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
4、率越来越下增压等试验。为适应喷射钻井需要,泥浆泵功率越来越大。大。一一.高压喷射钻井技术发展高压喷射钻井技术发展国内喷射钻井一般认为始于国内喷射钻井一般认为始于19781978年,在原石油部钻井局年,在原石油部钻井局推动下,喷射钻井技术得到了快速发展。到推动下,喷射钻井技术得到了快速发展。到19851985年年800800马力马力与与10001000马力以上大功率泥浆泵逐步代替马力以上大功率泥浆泵逐步代替600600马力泥浆泵,使马力泥浆泵,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。明显提高。只
5、有少数井队达到第四阶段。2.2.国内喷射钻井发展情况国内喷射钻井发展情况600600马力马力双作用泵双作用泵一一.高压喷射钻井技术发展高压喷射钻井技术发展泵压泵压1012MPa喷射钻井一阶段喷射钻井一阶段喷射钻井二阶段喷射钻井二阶段泵压泵压1416MPa喷射钻井三阶段喷射钻井三阶段泵压泵压1820MPa喷射钻井四阶段喷射钻井四阶段泵压泵压2026MPa 喷射钻井发展的四个阶段喷射钻井发展的四个阶段一一.高压喷射钻井技术发展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,三阶不大,设备逐渐老化
6、,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。水平,浅井钻机甚至仍处于一阶段水平。一一.高压喷射钻井技术发展高压喷射钻井技术发展上世纪八十年代末,发展了中上世纪八十年代末,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。采用该生空化射流提高钻井速度。采用该喷嘴单只钻头进尺提高喷嘴单只
7、钻头进尺提高40%40%以上。以上。由于喷嘴寿命可靠性等问题,该技由于喷嘴寿命可靠性等问题,该技术没有大面积推广术没有大面积推广。QQ+QQ1 1V V1 1一一.高压喷射钻井技术发展高压喷射钻井技术发展近几年国内发展了脉冲接头、近几年国内发展了脉冲接头、井底增压等技术。其中脉冲接头已井底增压等技术。其中脉冲接头已试验试验3737井次,机械钻速提高井次,机械钻速提高11%11%到到69%69%以上。以上。下母接头本体脉冲接头结构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叶轮轴导流体上母接头一一.高压喷射钻井技术发展高压喷射钻井技术发展一、高压喷射钻井技术发展一、高压喷射钻井技术发展
8、二、高压喷射钻井提速机理二、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五、高压喷射四阶段存在问题及解决思路主主 要要 内内 容容 1.1.高压喷射钻井可以及时清洗井底,避免岩屑重高压喷射钻井可以及时清洗井底,避免岩屑重复破碎复破碎 二二.高压喷射钻井提速机理高压喷射钻井提速机理高压水射流冲击井底,可以形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,避免钻头重复井底已破碎的岩石,
9、避免钻头重复破碎,达到提高钻井速度的目的。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。心喷嘴等,提高井底漫流速度。2.2.高泵压可以使牙轮钻头破岩效率更高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,而水力泥浆压持作用下再交闭合,造成钻头的重复
10、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,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。从而大幅度提高钻井速度。牙轮钻头单齿破碎地层牙轮钻头单齿破碎地层二二.高压喷射钻井提速机理高压喷射钻井提速机理3.3.大排量可以使大排量可以使PDCPDC钻头切削齿工作更好钻头切削齿工作更好PDCPDC钻头在切削地层岩石时,由于齿的推压作用,总有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,使部分岩屑粘附在齿上,这将影响齿再切入地层,使PDCPDC齿破齿破岩效率岩效率 降低,如果排量低则会使更多岩屑堆集在降低,如果排量低
11、则会使更多岩屑堆集在PDCPDC齿前,齿前,使钻速更低。而排量越大,钻头水槽中流速提高,就更多使钻速更低。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。冲走上粘附的岩屑使钻速更快。二二.高压喷射钻井提速机理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提高,第二阶段比第一阶段机械钻速提高66%66%,成本下降,成本下降61%61%;第三阶段比第二阶段机械钻速又提高第三阶段比第二阶段机械钻速又提高40%40%,成本又下降,成本又下降41%41%,提速、经济效益十分显著。提
12、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。为止,尚未找到喷射速度对提高钻速的极限值。二二.高压喷射钻井提速机理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
13、由于泵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。压太低,难以提供足够的钻头压降与排量,使效果变差。钻井钻井方式方式层层位位总进尺总进尺(m)总钻时总钻时(min)平均钻时平均钻时(min/m)转盘钻转盘钻嘉嘉一一段段1737722.2螺杆钻螺杆钻234309313.2二二.高压喷射钻井提速机理高压喷射钻井提速机理钻钻压、压、泵泵压压与与钻钻速速关关系系二二.高压喷射钻井提速机理高压喷射钻井提速机理不同钻压下水功率与钻速关系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随钻头水功率增加,钻速无一例外地增加二二.高压喷射
14、钻井提速机理高压喷射钻井提速机理13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 2365432113 14 15 16 17 18 19 20 21 22 2313 14 15 16 17 18 19 20 21 229876548765432Vmm/h(a)W(t)泵压泵压210 atNbb=14HP/in2(b)W(t)Vmm/h泵压泵压230 atNbb=16.22 HP/in2(c)W(t)Vmm/h泵压泵压250 atNbb=18.45 HP/in210 11 12 13 14 15 16 17 187654Vmm/h(HP/in2)W=15t(a)10 11 12 13
15、 14 15 16 17 188765Vmm/h(HP/in2)W=19t(b)图图3 3 不同泵压下钻速随钻压变化曲线不同泵压下钻速随钻压变化曲线 注:注:实测数据实测数据 数学处理后数据数学处理后数据图图4 4 不同钻压时变水功率钻速曲线不同钻压时变水功率钻速曲线 注:注:井井 深深H=2989H=2989米,米,转转 速速N=67N=67转转/分。分。结论:高泵压可以施加更大的钻压结论:高泵压可以施加更大的钻压,提速,钻井速度更高。提速,钻井速度更高。钻压、泵压与钻速关系钻压、泵压与钻速关系二二.高压喷射钻井提速机理高压喷射钻井提速机理泵压与比水功率关系泵压与比水功率关系对于对于374.
16、6mm井眼,泵压由井眼,泵压由1920MPa提高至提高至24MPa,比水,比水功 率 由功 率 由 6.2 w/m m2提 高 至提 高 至8.2w/mm2,提高了,提高了32;对于对于241.3mm井眼,泵压由井眼,泵压由1718MPa提高至提高至24MPa,比水,比水功 率 由功 率 由 9.2 w/m m2提 高 至提 高 至16.3w/mm2,提高了,提高了77。二二.高压喷射钻井提速机理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机械钻速与钻井液当量密度的关系 二二.高压喷射钻井提速机理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由以上图可以看出,钻
17、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。大;钻井液当量密度随井深的增加而增大。以井深以井深1952m1952m为例,钻井液密度为例,钻井液密度1.17g/cm1.17g/cm3 3,机械钻速,机械钻速30m/h30m/h时,当量密度已经达到时,当量密度已经达到1.31g/cm1.31g/cm3 3,增加了,增加了1212;以井深;以井深3000m3000m为例,钻井液密度为例,钻井液密度1.25g/cm1.25g/cm3 3,机械钻速,机械钻速25m/h25m/h时,当量时,当量密度已经达到密度已经达到1.43g/cm1.43g/cm3 3,增加了,增加了14%1
18、4%。二二.高压喷射钻井提速机理高压喷射钻井提速机理小小 结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;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,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,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
19、面,钻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。发生漏失等复杂。二二.高压喷射钻井提速机理高压喷射钻井提速机理一、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三、高压喷射钻井提速效
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