井下鉆柱減振增壓裝置工作原理及提速效果分析

孫斌 宋琦

摘要：為了進一步提高地層的鉆探速度，在垂直鉆探過程中，利用底部柱的振動特性的研究成果和豎井地面振動的垂直能量，實現(xiàn)鉆探增壓事故，利用特殊類型的井底鉆頭研制出了減少柱子振幅、增加壓力的裝置，該裝置可以在工作時將滾柱的振動能量轉(zhuǎn)化為鉆探液的壓力。通過鉆頭專用噴嘴對鉆井液進行加壓，發(fā)生超高壓射流，降低鉆臺的垂直振動，增加鉆井噴射壓力，輔助鉆井，巖石破碎，根據(jù)一個油井的現(xiàn)場試驗結(jié)果，該裝置在鉆井里鉆探不僅能極大地提高度，結(jié)構(gòu)牢固，壽命也能滿足現(xiàn)場應(yīng)用要求，效果優(yōu)秀，利用鉆石柱垂直振動對井底的鉆井液進行增壓出，為了滿足深井、深井的安全高效鉆探的需求，必須深入研究增壓裝置。

關(guān)鍵詞：井下鉆柱;減震增壓;裝置;提速效果

一.引言

增強一定深度以下地機械鉆頭速度，對加快深層石油資源的探測開發(fā)具有重要意義，如何有效提高機械鉆頭的速度是需要解決的問題之一。為此科學(xué)家從上世紀(jì)30-40年代就開始不斷尋求新的鉆探方法，進行了許多研究，研究和現(xiàn)場實踐表明，超高壓噴射輔助鉆探技術(shù)是提高深層機械鉆頭速度的有效方法，井底鉆柱減壓裝置是鉆柱振動能鉆探液轉(zhuǎn)變?yōu)樗δ?，實現(xiàn)井底的超高壓噴射助破巖是一種提升鉆探速度的工具，該技術(shù)開發(fā)成功后，已經(jīng)在國內(nèi)多個油田中應(yīng)用了20多個井，大大加深了鉆井速度，提高了出油率。

縱向井底鉆床柱動力特性研究表明，豎井鉆柱的過渡振動嚴(yán)重，為了減少鉆柱的振動傷害，傳統(tǒng)的方法是在鉆探組合中使用機械或液壓緩沖機，那么如果能開發(fā)能將震動的機器轉(zhuǎn)換為水壓能量的裝置，不僅可以有效地利用鉆柱的振動能量，還可以減少鉆柱的振動，同時實現(xiàn)對井底鉆井液能量的轉(zhuǎn)換，在井底噴射出巖漿或幫助更好的破壞巖石來提高機械鉆頭的速度，延長鉆頭的使用壽命。基于這種思想，基于這個思路，筆者通過多年的石油鉆井經(jīng)驗，研究和分析某特殊型號的井下鉆柱減振增壓裝置，并在筆者所在鉆井平臺某號井進行了現(xiàn)場試驗，實驗結(jié)果證明，減振提速效果顯著。

二、工作原理及技術(shù)特點

垂直井是開發(fā)深層石油氣資源的最好的井，在垂直坑鉆探過程中，選擇鉆探的基本出發(fā)點是井坡和快速鉆探，所以在現(xiàn)場常常使用小型壓力機，并且使用旋轉(zhuǎn)速度高的鉆井方式。因此，根據(jù)臨界和快速鉆探的要求，井底鉆柱的振幅增壓裝置是按照規(guī)定的作業(yè)鉆井和規(guī)定的作業(yè)速度設(shè)計的，鉆壓、額定工作轉(zhuǎn)速。在這些工作條件下，該裝置可以加壓并且設(shè)置排量為，該裝置可在井口中最高作業(yè)溫度為℃，使用壽命不低于。井下鉆柱的減壓裝置連接在鉆頭的位上，鉆柱的振動強度達到裝置工作壓力時，裝置才能夠開始作業(yè)。隨著振動強度的增加，增加了超高壓鉆探液的注壓力，隨著振動頻率增加，超高壓鉆探液的排放量增加。當(dāng)鉆柱鉆頭發(fā)生垂直振動時，鉆柱移動連接部，花軸、柱塞和水口閥一起上下移動，彈簧外筒彈性性復(fù)位部件根據(jù)彈簧外圍及助推器缸不會隨著鉆石柱的壓縮和膨脹向上移動，當(dāng)鉆柱向下移動時，花軸和柱塞體向也會隨之下移動，壓縮鉆孔液并施加壓力。進入超高壓鉆頭的高壓通道，通過超高壓噴嘴作用于井底，實現(xiàn)超高壓噴射輔助波巖功能。當(dāng)鉆柱向上移動時，它的驅(qū)動花軸和柱塞軸帶動增加壓力的氣缸向上移動產(chǎn)生負壓，并吸入鉆孔液，在鉆柱鉆孔的過程中向上移動，過程不斷恢復(fù)。因此，汽缸里的彈簧和鉆井液的阻力不僅可以降低鉆柱的振動，還可以幫助高壓的脈沖逆流波巖，提高鉆探速度。

該裝置結(jié)構(gòu)簡單易碎的部件較少，使用壽命較長。該裝置可以將井下作業(yè)有害的振動能量轉(zhuǎn)化到小部分鉆井液或轉(zhuǎn)換為別的能量，并產(chǎn)生高壓射流的輔助或直接破壞，使機械鉆頭速度變小。該裝置可提高部分能量轉(zhuǎn)化率用于部分鉆探液，從而降低鉆柱的振動幅度，并有效延長鉆頭和鉆頭的使用壽命，從而增加旋轉(zhuǎn)沖擊鉆的效果。該裝置通過井底的深度增加了鉆探液，克服了增加水壓的嚴(yán)重極限?，F(xiàn)場測試和室內(nèi)模擬試驗結(jié)果顯示，隨著井水的深度增加，鉆柱地振動幅度增大。這種振幅的增大提高了該裝置的能量限制，增加了裝置內(nèi)鉆探液的壓力和排量，輔助破巖或直接破巖效果更加顯著。鉆探液分為兩個部分，通過坑內(nèi)鉆柱增加壓力的裝置，鉆井液的流動通常不會影響到正常循環(huán)，不影響裝置壓力增加功能;只有一部分參加增壓過程，即使設(shè)備增壓功能失去效力，也不會影響正常的循環(huán)和鉆探。

三.提速效果實踐與分析

筆者在某油田某號井通過該型號的型井下鉆柱減振增壓裝置在勝利油田樁古進行了一次現(xiàn)場作業(yè)。試驗井段2750.3m-2957.5m。筆者設(shè)置了該型號設(shè)備的具體參數(shù)，并對不同實驗的結(jié)果進行了對比。該次下井試驗，減振增壓裝置下井時間累計，除去井底造型時間及循環(huán)時間，增壓裝置純工作時間，進尺。

在下入減振增壓裝置之前的進尺中，平均鉆時高達;試驗井段的平均鉆時為，與對比井段相比，平均機械鉆速提高了百分十二百一，與相鄰的對比井段相比，機械鉆速提高了百分之三百二十，鉆速提高效果十分明顯。使用該型號的井下設(shè)備明顯提高了機械鉆速，大大增強了生產(chǎn)率。

結(jié)論

本文分析和研究了一種將鉆柱能量與井底鉆井液的增壓相結(jié)合的方式，將鉆柱在鉆井過程中的振動能量作為鉆探液，提出增加動力源的新方向，減少特殊坑內(nèi)鉆柱的振幅，增加壓力的一種裝置。根據(jù)筆者單位所進行的現(xiàn)場試驗結(jié)果顯示，某型特殊型號井下鉆柱減振增壓裝置能夠顯著提高鉆井速度，減振效果顯著。井底鉆臺的振動增壓裝置有待進一步研究，該裝置將通過研發(fā)和推廣，為深井和深井的安全有效鉆探提供有力的基礎(chǔ)。進一步開展某型特殊型號井下鉆柱減振增壓裝置的地層適應(yīng)性評價，提高減振增壓裝置的可靠性，并逐步推廣應(yīng)用。

參考文獻：

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