利用钻井新型井下工具提高复杂井钻速研究

孙树峰

【摘要】复杂井钻井存在的问题深井钻井施工中往往要穿过很多地层，而且所穿过的地层中地质条件非常复杂，甚至这些地层所跨越了非常多的地质时代，变化十分复杂。包括在同一井段下存在着较大的压力梯度等问题。不仅如此，这些复杂井还收到了地层中高温高压等条件的作用和影响，在复杂井下的钻井施工提高钻速缩短工期、减少成本存在着较大的问题。就目前我国的钻井技术水平来说，难以达到国际的先进水平，本文就利用钻井新型井下工具提高复杂井钻速进行深入的研究和分析，并提供一些可供参考的意见和措施。

【关键词】钻井 新型工具 井下施工 复杂井 钻速 研究

1 水力脉冲诱发井下震动钻井工具研究

为了能够提高钻井工具的钻井速度，可以通过采用水力脉冲诱发井下震动钻来实现。水力脉冲类钻具的基本原理是利用调制水利脉冲并利用水力能量的转换达到将压力脉动直接转化为作用于钻头上的周期性冲击载荷，并结合岩石在冲击载荷作用下破碎较快的特性。而且井底的水力脉动有利于岩石应力状态和岩屑净化，能够一定程度上提高钻具的破岩效率，并达到提高复杂井钻速的效果。因为水力脉冲钻井技术是通过改善岩石受力和强化岩屑的净化达到的，能够提高井钻的效率。但是由于调制所称的水利脉冲钻井工具存在寿命短、峰值低等问题，只能限制在中深井的使用。虽然我国近年来大力发展此项技术，但是由于受到工业技术水平的限制，没有取得良好的效果。而且使用此等钻具及其容易随着地层深度的增加，水力脉冲辅助破岩效果就会急剧降低。比如冲击振动钻井技术就明显的存在这个问题，冲击振动钻井技术实际上是通过安装在在钻铤和钻头之间的液动冲击器在旋转钻进的过程中对钻头施加冲击作用力，并利用岩石在钻具冲击载荷作用下易于破碎的特点，从而大幅提高机械钻速。通过一些实际的工作中可以印证其效果还是比较良好的，但是仍然存在以下几个突出的问题：

（1）如果井下环境比较恶劣，工况比较复杂，那么滑动密封和弹簧等元件非常容易失去效果，而且工具的寿命较短，难以持续工作；

（2）由于在实际的钻井工作中，非常容易受到结构不合理、钻井液性能和井深的影响，导致钻具在施工当中不稳定，其工作范围受到较大的限制。

2 水击压力脉动诱发钻头震动钻井工具

一般水击压力脉动诱发钻头振动钻井工具在具体的工作中，钻井液是通过转换接头从喷嘴喷出的，并在喷出的过程中沿内管下行，通过堵头和承座之间的间隙，达到井底。而且因为堵头和堵头承座之间的间隙一般较小，如果钻井液通过该间隙时速度增加，便会在此处导致压力急剧下降，很容易在堵头上下端间成指向钻头压力差，并推动堵头向下方运动。不仅如此，在这一过程中随着堵头向下运动，往往会引发活塞上腔气体体积增大和压力降低的问题，并在堵头下端和活塞上端面中形成一个指向钻柱压力差，进一步导致堵头持续向下运动，一直到与堵头承座碰接后才将钻井液流道关闭，从而通过高速钻井液阻断所产生正水击形成一定的水击压力。另外通过堵头上方的正水击压力向上传播，由转换接头上下端面之间的间隙，进入带内管外壁与壳体内壁中的环形空间并向下传播，从而通过位于堵头承座下方管壁上的通孔，到达堵头并和堵头上方保持一种平衡。并保证堵头在指向钻柱的压力差的作用下脱离承座不断向上运动，如果钻井液流道开启，正水击压力便会在在平衡正水击压力的同时对钻头产生一种冲击作用，并通过这种原理的不断循环，达到优化钻井液和提高复杂井钻速的效果。

空气钻井公技术一般包含着空气泡沫钻井、空气重启钻井、空气雾化钻井和纯空气钻井这几种。在国外发达国家，空气钻井技术已经得到了广泛的应用，经过调查统计，国外钻井中空气钻井进尺达总值的30%左右。但是就我国而言，空气钻井却处于探索和起步阶段。一般来讲，空气钻井技术能够保证循环介质的密度低于1.0g/cm3，而且可以不同井的地层压力选择不同的空气钻井工具进行钻井施工，从而达到井筒环空循环流体压力与地层压力平衡效果，空气钻井工具能够有效的控制钻液流失，而且能够够提高在复杂井中的钻速，缩短复杂井的施工周期。不仅如此，在某些较为复杂地质的钻井职工中，比如无地层流体区域，利用空气钻井工具和技术可以不断提高坚硬复杂岩区的钻速，但是我国相对国外发达国家而言，此类经验十分稀缺，虽然我国在这项技术上取得了一定的成就，但是在空气钻井工具设备的配套、参数和钻具的选择上上没有一个统一的定论。因此，如何正确的进行选用与操作对于提高复杂井钻速具有重要的意义，所以在空气钻井的设备和钻具组合上应该得到重视。

在利用空气钻井工具时应该设置一套智能流量计，以便在具体的施工当中能够及时掌握入井气量等技术参数，从而科学合理的指导钻井作业，同时还需要配备2台FKY450增压机，让空气进气压力与空压机达到配合，一般每台设备的额定压缩空气量便准为50m3/min，其最高工作压力可以达到15MPa上下，另外还需要配置1套旋转防喷器，旋转防喷器可以起到钻井施工中导向的作用，按上述参数可以知道，旋转放喷剂的选用上应该在等级大于3MPa左右，同时还需要在施工中配置一套除尘器，除尘机首先应该进行主水处理，确保排砂口没有灰尘，从而满足钻井施工中对环境保护的要求。不仅如此，配置1套岩屑取样器也是非常必要的，因为取砂样在钻井过程中能够准确的获取所钻地区的地质资料，但是如何才能够及时取到砂样是空气钻井工艺技术需要得到解决的一项重要技术问题。此外，为了提高在复杂井中的钻速，钻剧组钻头应该不装配喷组，粗了要选用常规钻井所使用的钻头外还可以采用空气锤进行钻井施工，这是因为空气锤可以加快在复杂井中的钻井速度，同时在施工中还可以有效的放斜。另外需要得到注意的是，空气钻井钻具的组合应该常规钻井的钻具组合保持一致，从而防止防止钻具在钻井施工当中泄压时造成空气倒流现象，防治岩屑带入钻头导致堵塞钻头的问题。

参考文献

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[2] 熊继有.脉冲射流喷嘴的清岩与破岩机理[J].天然气工业，1995

[3] 廖振方，唐川林.自激振荡脉冲射流喷嘴的的理论分析[J].2002