王德亮(中石化勝利石油管理局海洋鉆井公司勝利九號平臺 山東 東營 257000)

在石油資源的開采過程中，淺層的石油資源不斷的被開采出來，石油鉆井的方向逐漸轉(zhuǎn)向了深井和硬地層。隨著石油鉆井地層深度不斷的增加，地層變的越來越硬，地層變硬后大大的降低了石油鉆井的速度，這樣的就增加了石油鉆井成本，嚴(yán)重的影響到了石油鉆井效益的提高。因此需要開展新型高效破巖鉆井方法的研究，粒子射流破巖方法改變了傳統(tǒng)石油鉆井破巖的方法，通過在鉆井液中加入一定比例的鋼珠，鋼珠在鉆井液的攜帶下，經(jīng)過井下鉆桿，經(jīng)過粒子鉆井鉆頭，從耐磨噴嘴噴出，噴出的鋼珠在鉆井液的攜帶下，沖擊破碎井下巖石，這種鉆井破巖的方法改變了傳統(tǒng)的破巖方式，提高了能量的利用率，應(yīng)用前景廣闊，文章研究了一種新型的粒子射流破巖鉆井方法，通過在井底直接吸入環(huán)空中的粒子，進(jìn)入到鉆鋌內(nèi)部，經(jīng)過鉆鋌從鉆頭噴嘴噴出，提高了鉆井液能量利用率，輔助了鉆頭機(jī)械破巖，提高了石油鉆井的速度。該技術(shù)的發(fā)展推動了石油鉆井新工具和破巖新方法的發(fā)展，對于解決現(xiàn)階段石油鉆井速度慢，成本高的難題具重要的意義。

一、調(diào)制式脈沖粒子鉆井技術(shù)發(fā)展

大量的鉆井現(xiàn)場試驗(yàn)已經(jīng)得出，通過綜合利用鉆井液和鉆頭機(jī)械兩種破巖方式可以有效的提高石油鉆井機(jī)械破巖的效率，同時(shí)也是提高石油鉆井速度的有效途徑之一。這一點(diǎn)已經(jīng)在高壓噴射鉆井的實(shí)踐中已經(jīng)得到了證實(shí)，現(xiàn)階段由于鉆井設(shè)備條件以及鉆井成本的限制，高壓噴射鉆井技術(shù)難以得到大面積的推廣和應(yīng)用。粒子射流破巖技術(shù)既充分的利用了鉆井液的水力能量，同時(shí)又充分的利用鉆頭機(jī)械破巖，而且不需要高壓噴射鉆井這么高的鉆井液壓力，因此具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。粒子射流破巖方法利用鉆井液對粒子進(jìn)行加速，利用粒子沖擊射流的沖蝕作用，降低了地層巖石破碎的門限壓力，因此可以有效的提高石油鉆井的機(jī)械鉆速。國外的粒子鉆井技術(shù)經(jīng)過不斷的發(fā)展，已經(jīng)取得了一系列重要的成果，而且成立了相應(yīng)的公司，通過該技術(shù)現(xiàn)場試驗(yàn)的結(jié)果可以看出，利用粒子射流輔助鉆頭機(jī)械破巖的方式可以有效的提高鉆頭機(jī)械破巖的效率。粒子射流破巖的方式基本上和磨料射流破巖的方式相同，不用的就是采用破巖粒子不一樣，粒子射流采用的是硬質(zhì)粒子而磨料射流采用的則是石英砂。雖然采用的破巖載體不同，但是破巖的原理還是基本一致的。所以磨料射流的應(yīng)用和發(fā)展，給粒子射流的發(fā)展與應(yīng)用提供了重要的借鑒。磨料射流經(jīng)過不斷的發(fā)展，磨料射流的理論和設(shè)備研究都取得巨大的成果，在研究的過程中得到，通過綜合采用采用磨料和射流調(diào)制的方法，可以有效的提高磨料射流切割或者破巖的效率。脈沖射流也是射流的重要形式，通過脈沖射流的方式也可以提高射流的工作效率，脈沖射流可以通過改變井底流場的狀態(tài)，改變了巖石的受力，降低巖石的破碎強(qiáng)度，同時(shí)可以有效的清潔井底，從而有效的提高射流的清巖和輔助破巖的效率。

二、調(diào)制式脈沖粒子鉆井技術(shù)原理與實(shí)驗(yàn)

調(diào)制式脈沖粒子鉆井技術(shù)裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。國外的粒子鉆井技術(shù)需要用到許多設(shè)備，而且需要的井場面積大，加工和運(yùn)行的成本高。調(diào)制式脈沖粒子鉆井技術(shù)將粒子的注入和循環(huán)過程都放到井底，結(jié)構(gòu)簡單，易于操作而且成本低，對于井隊(duì)的設(shè)備沒有影響。井底調(diào)制式脈沖粒子鉆井技術(shù)以井底鉆頭破碎的巖屑作為輔助破巖的粒子，而且可以在井口投入一定量的鋼質(zhì)粒子，提高粒子射流破巖的效率，提高鉆井液能量的利用率。該技術(shù)的關(guān)鍵就是在井下鉆頭和鉆鋌之間，安裝一套調(diào)制式脈沖粒子鉆井裝置，該裝置在工作的過程中，首先從鉆桿內(nèi)部流下來的鉆井液經(jīng)過裝置水力震蕩裝置，在水力震蕩裝置的調(diào)制作用下，連續(xù)的鉆井液就被調(diào)制成高速的脈沖射流，在脈沖射流出口周圍，在高壓射流的卷吸作用下，鉆井環(huán)空中巖屑和其他粒子被吸入到井下鉆柱內(nèi)部，從環(huán)空中卷吸到調(diào)制式脈沖粒子鉆井裝置的巖屑粒子，可以和水力震蕩裝置形成的脈沖射流混合，形成調(diào)制式脈沖粒子射流，最后調(diào)制式脈沖粒子射流經(jīng)過鉆頭后，從鉆頭的噴嘴噴出，沖擊破碎巖石，充分的利用了鉆井液的能量，提高了鉆頭機(jī)械破巖的效率。為了能夠驗(yàn)證調(diào)制式脈沖粒子鉆井技術(shù)的效果，同時(shí)得到裝置的優(yōu)化參數(shù)，進(jìn)行了調(diào)制式脈沖粒子射流的室內(nèi)破巖實(shí)驗(yàn)，破巖實(shí)驗(yàn)的裝置主要包括射流的動力源高壓泵，高壓管線，模擬井底井筒，巖石，調(diào)制式脈沖粒子射流工具等。通過實(shí)驗(yàn)可以得到利用該裝置可以顯著的提高射流破巖的效率，而且結(jié)果表明隨著射流入口流量不斷的增加，調(diào)制式脈沖粒子射流破巖的深度也不斷的增加，而且近似的呈線性關(guān)系。但是并不是完全的線性關(guān)系。隨著脈沖粒子射流進(jìn)出口壓差的增大，粒子射流破巖的深度也再不斷的增加。這是由于在調(diào)制式脈沖粒子射流工具的內(nèi)部，調(diào)制脈沖粒子射流的形成需要一定的能量，當(dāng)裝置進(jìn)出口壓差越大時(shí)，調(diào)制式脈沖粒子射流形成的就越充分，形成的射流湍動能就越高，調(diào)制式脈沖粒子射流的破巖效果就越好。

[1]李曉紅,盧義玉,王建生.自激振蕩磨料射流原理及切割試驗(yàn)研究[J].流體機(jī)械，1999， 27(12)：11-17.

[2]杜玉昆,王瑞和,倪紅堅(jiān).環(huán)空流體吸入式自激振蕩脈沖射流大渦模擬研究 [J].水動力學(xué)研究與進(jìn)展 A輯，2009，24(4):455-462.