高压喷射钻井技术分析

周尊鹏(胜利石油工程有限公司钻井工程技术公司，山东 东营 257000)

随着油气资源勘探开发的逐渐深入，石油勘探逐渐转向复杂难钻地层，如何提高复杂难钻地层的钻井效率和质量非常重要，已经成为目前钻井研究的重点。喷射钻井技术是一种高效的钻井技术，喷射钻井技术可以充分的利用钻井液的水力能量，将钻井液的水力能量作用到岩石，辅助钻头的机械破岩，大大提高钻头的破岩效率，提升钻井速度。特别是在深井钻井过程中，现阶段深井钻井时，由于深井的井深较深，钻井液在钻柱中流动长度较长，钻井液的循环压耗较大，循环压耗的增大，直接降低了钻头处的喷嘴喷射压力。在泵压一定的情况下，随着井深的增大，钻井管柱的循环压耗越大，钻头的喷嘴压降越小。通过提高泵压的方法，可以有效提高井下钻头处的喷嘴喷射压力，实现水力喷射辅助破岩。增大钻井泵的泵压对井队的设备要求较高，井队的泵压并不是任意增大的，这和井队钻机设备质量，使用寿命有关。而且泵压的增大，会缩短钻机设备的维修保养周期，高压喷射钻井的成本较高。因此在实际钻井过程中，应当结合地层、井队、施工进度等因素，进行科学合理的分析，选择合适的井队泵压，实现深井复杂地层的高压喷射钻井，不断的提高钻井速度，保证钻井施工的顺利完成。

1 深井复杂地层钻井现状分析

在复杂地层钻井过程中，经常会钻遇复杂的泥页岩互层，在这些地层钻井时，泥页岩和钻井液接触之后，容易发生水化作用，泥页岩水化膨胀后，导致井眼直径的缩小。尤其是遇到石膏层后，这种水化膨胀的作用更是明显，如果井眼直径的缩小严重，容易发生钻井卡钻问题，发生卡钻后，钻井作业的进度将会受到严重的影响，因此需要不断的提高该类复杂地层的钻井速度，缩短地层岩性和钻井液的接触时间，降低地层的水化膨胀作用，防止卡钻事故的发生。深井钻井过程中，井口钻井液的能量传输到钻头上的量很小，因此很难在井底形成高压射流，辅助钻头破岩和充分携岩。大量的现场应用数据表明，井深、钻井液性质、钻柱结构等都会影响钻头水力能量的提高，因此需要不断研究充分利用水力能量的措施，降低钻井液的压力损失，实现井底钻头高压喷射钻井，进行提高钻井速度。钻井液固体含量的体积分数和直径等对于钻井液压耗影响较大。如果钻井液的固控条件不能满足要求，钻井液的处理能力不够，钻井液固相含量控制不稳定，处理不到位，钻井液在循环过程中压耗大，极大限制了钻井液能量的充分利用，阻碍钻头喷嘴高压喷射钻井的实现。现阶段石油钻井过程中，对于水力能量的利用率还不是很高，随着钻井施工难度的逐年增大，需要研究充分利用钻井水力能量的措施，实现高压喷射钻井。

2 高压喷射钻井技术的实现

高压喷射钻井实现的关键就是如何降低循环压耗，充分利用水力能量。合理设计水力参数大小，可以有效利用钻井液的水力能量。喷嘴组合方式是钻头重要的水力参数，钻头喷嘴的压力降大小和喷嘴的大小有直接关系，如果钻头喷嘴的当量直径设置过大，钻头喷嘴的压降很小，因此钻头钻井液的压力降就很小，这种情况下钻井液的水力能量不能够被充分利用，如果钻头喷嘴的当量直径设置过大，钻头喷嘴的压降会很大，很大的钻头压降，需要井口钻井泵具有较大的泵压，如果钻井泵的功率不够，很难实现钻井泵的开启。因此需要合理的设置钻头的喷嘴当量直径，在保证钻井泵开启的条件下，又能够充分利用钻井泵的能量。通过合理设置水力参数，保证在井口泵压不变的条件下，降低钻井的循环压耗，实现钻头喷射高压射流，辅助钻头破岩和高效携岩。现阶段常规石油钻井的井口泵压一般不会超过20兆帕，在该压力下如果要实现井下钻头的高压喷射钻井非常困难，因此需要不断地提高石油钻井的井口泵压，随着石油钻井装备技术水平和质量不断提升，钻井设备对钻井液压力的承受值越来越大，在钻井过程中可以适当的提高钻井液的井口泵压，例如进行35兆帕的高压喷射钻井作业。通过采用大功率的泥浆泵，高质量的井队设备和高压管线等，为高压喷射钻井作业提供保证。35兆帕高压喷射钻井实践表明，通过增大钻井泵的压力后，井下钻头喷嘴处的射流压力逐渐的增大，钻井速度得到了明显的提升。钻井过程中产生的岩屑较小，对钻井固控设备的质量和效率提出了较高的要求。为了缓解固控设备的压力，缩小了井队振动筛的孔眼直径，及时的进行了振动筛的清理，同时通过更换高效的离心机，提高了固控设备的处理能力，为高压喷射钻井技术的实现奠定了基础。高压喷射钻井其中一口井的钻井实践表明，利用高压喷射钻井技术后，钻井一开的机械钻速提高了1倍以上，二开的机械钻速提高了1.5倍以上。现场试验的结果表明，在井队设备、环境等条件允许的条件下，适当的调高泥浆泵的泵压，可以有效的提高钻井的机械钻速。

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