文摘

深层油气储层的有效发展与丰富的资源有利于满足日益增长的能源需求。然而,很难在水库深处钻致密砂岩气、页岩气等由于其高强度,低孔隙度、低渗透率。在这项研究中,指出发展高效钻井方法基于新的化合水飞机是一个很好的方法来促进渗透的速度(ROP)在这样紧张的深水库。一个脉冲磨料水射流钻井工具设计,及其动态的工作原理进行了分析。液压结构优化;与此同时,这种结构的岩石破碎实验正在进行。结果表明,低脉冲水射流的性能远优于连续水射流。还发现,低脉冲磨料水射流的性能远优于预先混合磨料水射流。此外,最好的岩石破碎距离,磨料浓度、粒度检测。

1。介绍

深层储层的有效发展与丰富的资源有利于满足日益增长的能源需求。然而,大多数的石油和天然气在中国广泛存在于井可怜的可钻性和岩石破碎效率低。如今,深层油气储层的主要生产地区在中国躺在西部塔里木、准噶尔、柴达木、吐哈,东北四川。事故是经常遇到在钻探石油和天然气储层埋深(1]。这将导致井底复杂事故的频繁发生,长期的建设周期,和高成本。因此,一个有效的深度和超深水钻井技术应该提高普及率,缩短周期,和安全演习,同时降低成本。为了实现这一目标,迫切需要开发新技术,促进罗普在复杂地层深处。

与一些常见的技术,实际上证明了合理使用液压能源或液压能源驱动的井底岩石破碎工具是一个可行的方法促进罗普在深地层不增加设备功能在地上。使用高压水射流对岩石破坏的一个重要方式合理使用井底水力能量[2- - - - - -6]。粒子冲击钻井技术是一个成功的磨料射流钻井技术;它是一种高效的非接触岩石破碎过程,主要是基于亚音速粒子影响和破坏岩石,同时辅以高速水射流与机械位(7]。脉冲射流可以减少井底岩石的压力保持效果,提高岩石的应力状态,提高岩石破坏的影响和岩石清洁(8]。磨料水射流和脉冲水射流有独特的特点9- - - - - -15使用一些适当的调制方法,可以整合他们相比的优势,得到更好的效果比单独使用其中任何一个。

在这项研究中,脉冲水射流的技术优势和磨料水射流是集成和一种脉冲磨料水射流钻孔工具。脉冲磨料射流钻井技术使用钻井岩屑作为研磨介质形成了脉冲磨料射流作用在井底岩石。它不改变现有钻井过程但只需要安装一个短钻铤和之间的联合。因此,技术非常适合于实际应用。这个工具的液压结构由正交实验方法优化,动态能力低脉冲磨料射流的性能进行了分析,和最好的岩石破碎距离,磨料浓度、粒度检测。

2。实验准备

2.1。材料

摘要白色石英砂与锋利的棱角买石油工程研究所的中石化胜利油田的选为磨料粒子取代钻井岩屑。选择石英砂的大小范围从0.3毫米到0.6毫米根据岩屑。白色石英砂石英的含量是99%,密度是3100公斤/米³。常见类G油井水泥和石英砂是用来制造测试岩石的质量比2.5和2.3,单轴抗压强度是10 MPa和35 MPa,分别。

2.2。实验装置

脉冲磨料射流钻井工具设计,如图1。动态工作原理是钻井液水力振荡器调制通过混合室,和一个高速脉冲水射流形成后的退出自激振荡的过程。低压区域附近形成混合室的入口,包含钻井液和岩屑在通过入口,然后混合脉冲磨料水射流是加速的钻头喷嘴钻头对岩石的影响[16- - - - - -23]。

2.3。实验的程序

脉冲磨料射流的实验工具如图2。关键结构被确定是无量纲降低喷嘴直径d₂振荡腔的无量纲长度l和无量纲振荡腔的直径D。

常见的脉冲射流将实验工具的图纸入口时形成受阻,和连续喷射时形成较低的喷嘴是直接连接到喷嘴和没有混合室。脉冲磨料携入的水射流将时形成的外部流体包含石英砂和实验工具的入口是开放的。类似于磨料粒子喷射钻井技术,添加到管道在柱塞泵形成背后的磨料罐预拌磨料射流,而不是工具。

岩石破碎实验过程如图3。(1)首先,连接水箱,柱塞泵,安全阀,实验台、实验工具,及相关管道按照实验程序和测试岩石的地方。(2)在水箱和水盒里灌满水,把一定量的石英砂水盒,充分搅拌。(3)启动柱塞泵;加压流体将贯穿并形成脉冲水射流的实验工具。(4)打开阀门之间的水盒子和实验工具后压力表达到预定值;含砂流体绘制工具,形成了脉冲磨料射流冲击测试岩石。(5)停止柱塞泵达到预定的测试时间后,取出岩石和测试飞机测试岩石的岩石破碎效果。

在本文中,我们首先进行正交实验优化水力参数和确定最佳低脉冲磨料水射流的结构,这个结构是用来比较连续水射流的冲蚀性能和常规脉冲水射流脉冲水射流的同时在外部水。最后,另一组实验进行比较的侵蚀性能预先混合磨料水和脉冲预拌磨料水射流与脉冲磨料携入的水射流的结构进行了优化。

3所示。液压结构的优化实验

纯水作为测试介质。测试岩石是由石英砂和普通油井水泥的混合水泥砂比1:2.3,抗压强度是35 MPa。泵是15 MPa的压力。

设置上喷嘴的直径d₁5毫米,直径的入口d₃6毫米的基础上先前的实验(24]。除了上面的喷嘴直径d₁有五个其他因素会影响飞机的岩石破碎效率:较低的喷嘴直径d₂振荡腔的直径D振荡腔的长度l,喷射距离h、磨料浓度。选择5毫米上的喷嘴直径为参考尺寸,无量纲的数据将通过使用其他参数维度比较。正交实验方法用于全面分析这五个因素对岩石破碎效率的影响的实验工具。每个因素有四个水平,如表所示1。

根据因素和水平表1正交实验设计表。为了减少实验量,l₁₆(4⁵)正交表选择。16组进行了测试,结果如表所示2。

正交试验的方差分析结果,我们可以看到,降低喷嘴直径和振荡腔的长度是影响喷射钻井效率的主要因素。是一种优化结构的实验工具₂B₁C₁D₁E₄,即:无量纲降低喷嘴直径d₂是1.8,振荡腔的无量纲长度吗l6、无量纲振荡腔的直径D9日,是无量纲喷射距离吗h3,磨料浓度是5%。

这种结构的岩石破碎实验进行。侵蚀卷19厘米³,比前面16组测试的结果,所以它被证明是最好的岩石破碎脉冲磨料水射流的结构。这组结构用于随后的岩石破碎实验。

4所示。结果与讨论

4.1。岩石破碎实验与纯水

我们使用纯水作为测试介质。测试岩石是由石英砂和普通油井水泥的混合水泥砂比1:2.5,抗压强度是10 MPa。

以下4.4.1。基准实验

数据4和5给喷射距离比较的影响和压力连续水射流的冲蚀性能,常用的脉冲水射流,同时脉冲水射流在外部水。侵蚀卷先增加然后减少的喷射距离的增加三种水喷射。与此同时,侵蚀性能改善泵压力增加的所有三种水喷射。脉冲水射流的岩石破碎性能远优于连续水射流。在流体入口开放和外部水画,低脉冲水射流的性能将显著改善。

4.1.2。实验因素

侵蚀卷先增加然后减少喷射距离的增加(图4)。原因是当飞机距离短,脉冲水射流将没有完全开发;适当地喷射距离增加时,飞机转向全面发展,所以影响面积和侵蚀体积将会增加。然而,当飞机距离增加,能源消耗迅速增加,与此同时侵蚀体积会相应减少。同时在外部水,最好的脉冲水射流的喷射距离是15毫米。

图5表明,侵蚀性能改善泵压力的增加就像一条直线,因为此时此刻,水是加速整个高压管道,所以水射流的冲击能量的增加,以及水射流对岩石的断裂性能。

表3给出了一个比较不同的绘图类型的外部水岩石破碎性能。越是入口打开,外部流体绘制,才能获得更好的岩石破碎的性能,因为与此同时,更多的水力能量消耗。如果我们能吸引外部水尽可能通过适当的入口,才能获得更好的岩石破碎的性能。在这个实验中,岩石破碎性能的脉冲水射流的偶数入口比奇数的,这是一个绘图入口放置对称时更好。可以看出,两个对称图入口的建议是最好的绘画类型在这个实验中。

4.2。岩石破碎实验脉冲水射流的混合磨料

选择石英砂磨料介质和混合水。测试岩石是由石英砂和普通油井水泥的混合水泥砂比1:2.3,抗压强度是35 MPa。

4.2.1。准备基准实验

数据6∼8显示预先混合磨料水的侵蚀性能比较,脉冲预拌磨料水射流,脉冲磨料携入的水射流。可以看出,低脉冲磨料水射流的性能是比预先混合磨料水射流。在较低浓度,低脉冲磨料携入的水射流的性能非常接近预拌脉冲磨料水射流。但是,磨料浓度高于5%时,侵蚀的脉冲预拌磨料水jetis逐渐大于脉冲磨料携入的水射流。在低浓度,它需要小画每单位体积能耗abrasive-containing流体内部混合室,因此,磨料粒子更容易被混合到水射流,进入它的核心部分。然后,将加速混合磨料水射流钻头喷嘴,将对岩石的影响。但是,当浓度较高时,它需要更多的能源消耗将每单位体积abrasive-containing流体内部混合室。通过这种方式,磨料粒子更难以被混合到水射流,所以这个过程消耗的动能。随着磨料粒子与长管道中的水混合,混合磨料水射流的混合比的附连水射流和动能更高25,26]。

4.2.2。实验因素

侵蚀卷第一次增加然后减少喷射距离的增加(图6)。原因是当飞机距离短,脉冲磨料水射流将没有完全开发,所以影响区域变得越来越小;飞机,返回后喷射的影响影响岩石可以相互干扰强烈,导致更大的能源消耗;适当地喷射距离增加时,飞机转向全面发展,所以面积和体积的影响侵蚀将增加;当喷射距离增加,能源消耗迅速增加,与此同时冲击强度和体积会减少相应的侵蚀。最好的喷射距离实验条件是15毫米。

图7表明,侵蚀性能改善泵压力的增加,因为此时此刻,磨料粒子加速喷嘴,因此,冲击能量的增加,以及水射流对岩石的断裂性能。当泵压力高于15 MPa,侵蚀体积增加非常快;然而,逐渐增加趋势减缓压力超过15 MPa。因此,手术中选择实验15 MPa的压力。

侵蚀卷先增加然后减少磨料浓度的增加(图8)。由于磨料浓度越大,磨料粒子越多,这提高了岩石破碎性能。然而,随着脉冲磨料水射流的脉冲幅度减少,总动能将会减少,同时,磨料粒子之间的碰撞概率增加,从而导致更多的能源消耗。当浓度小于5%时,磨料的数量将会发挥巨大的作用在磨料水射流的冲蚀性能。略有下降率的磨料对侵蚀性能将影响小。当磨料浓度增加到5%甚至5%以上,磨料粒子的动能将下降在很大程度上和侵蚀性能与磨料浓度的增加会减少。

可以看出,0.4毫米∼0.8毫米的尺寸范围石英砂有最好的岩石破碎性能相同的浓度(表4)。原因是在一定的冲击速度、动能以及断裂性能改善与粒径的增长低于某一临界尺寸。然而,减少能源消耗和冲蚀性能与粒径的进一步增加高于临界值。

从表5,我们可以看到侵蚀性能高硬度的颗粒如刚玉比石英砂要好得多。然而,高硬度材料也将造成严重磨损到钻井工具和管道,所以我们应该全面考虑钻井速度和刀具寿命,然后选择合理的研磨介质。相比之下,选择石英砂作为研磨介质可以降低钻井工具的磨损和获得某些岩石破碎效率,适合钻探的石油和天然气储层。

5。结论

(1)实验结果表明,脉冲水射流的岩石破碎性能远优于连续水射流。在流体入口开放和外部水画,低脉冲水射流的性能将显著改善。(2)脉冲磨料水射流的岩石破碎性能远优于预先混合磨料水射流。在较低浓度,低脉冲磨料携入的水射流的性能非常接近预拌脉冲磨料水射流。(3)脉冲磨料携入的水射流的实验得到了一个很好的岩石破碎性能。上面的研究奠定了基础的应用脉冲磨料水射流深度发展的石油和天然气储层。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称他们没有利益冲突有关的出版。

确认

本研究支持的基础研究基金中国中央大学(18 cx02072a)和重点实验室开放基金的挖掘灾难预防和控制(MDPC201908)。作者要感谢的有价值贡献的支持他们的同事和中国石油大学的准备。