井下钻柱减振增压装置工作原理及提速效果分析

来源：核心期刊咨询网时间：2020-05-25 09:5912

摘要：摘要：为了进一步提高地层的钻探速度，在垂直钻探过程中，利用底部柱的振动特性的研究成果和竖井地面振动的垂直能量，实现钻探增压事故，利用特殊类型的井底钻头研制出了减少柱子振幅、增加压力的装置，该装置可以在工作时将滚柱的振动能量转化为钻探液的压

　　摘要：为了进一步提高地层的钻探速度，在垂直钻探过程中，利用底部柱的振动特性的研究成果和竖井地面振动的垂直能量，实现钻探增压事故，利用特殊类型的井底钻头研制出了减少柱子振幅、增加压力的装置，该装置可以在工作时将滚柱的振动能量转化为钻探液的压力。通过钻头专用喷嘴对钻井液进行加压，发生超高压射流，降低钻台的垂直振动，增加钻井喷射压力，辅助钻井，岩石破碎，根据一个油井的现场试验结果，该装置在钻井里钻探不仅能极大地提高度，结构牢固，寿命也能满足现场应用要求，效果优秀，利用钻石柱垂直振动对井底的钻井液进行增压出，为了满足深井、深井的安全高效钻探的需求，必须深入研究增压装置。

　　关键词：井下钻柱;减震增压;装置;提速效果
 

　　一.引言

　　增强一定深度以下地机械钻头速度，对加快深层石油资源的探测开发具有重要意义，如何有效提高机械钻头的速度是需要解决的问题之一。为此科学家从上世纪30-40年代就开始不断寻求新的钻探方法，进行了许多研究，研究和现场实践表明，超高压喷射辅助钻探技术是提高深层机械钻头速度的有效方法，井底钻柱减压装置是钻柱振动能钻探液转变为水力能，实现井底的超高压喷射助破岩是一种提升钻探速度的工具，该技术开发成功后，已经在国内多个油田中应用了20多个井，大大加深了钻井速度，提高了出油率。

　　纵向井底钻床柱动力特性研究表明，竖井钻柱的过渡振动严重，为了减少钻柱的振动伤害，传统的方法是在钻探组合中使用机械或液压缓冲机，那么如果能开发能将震动的机器转换为水压能量的装置，不仅可以有效地利用钻柱的振动能量，还可以减少钻柱的振动，同时实现对井底钻井液能量的转换，在井底喷射出岩浆或帮助更好的破坏岩石来提高机械钻头的速度，延长钻头的使用寿命。基于这种思想，基于这个思路，笔者通过多年的石油钻井经验，研究和分析某特殊型号的井下钻柱减振增压装置，并在笔者所在钻井平台某号井进行了现场试验，实验结果证明，减振提速效果显著。

　　二、工作原理及技术特点

　　垂直井是开发深层石油气资源的最好的井，在垂直坑钻探过程中，选择钻探的基本出发点是井坡和快速钻探，所以在现场常常使用小型压力机，并且使用旋转速度高的钻井方式。因此，根据临界和快速钻探的要求，井底钻柱的振幅增压装置是按照规定的作业钻井和规定的作业速度设计的，钻压、额定工作转速。在这些工作条件下，该装置可以加压并且设置排量为，该装置可在井口中最高作业温度为℃，使用寿命不低于。井下钻柱的减压装置连接在钻头的位上，钻柱的振动强度达到装置工作压力时，装置才能够开始作业。随着振动强度的增加，增加了超高压钻探液的注压力，随着振动频率增加，超高压钻探液的排放量增加。当钻柱钻头发生垂直振动时，钻柱移动连接部，花轴、柱塞和水口阀一起上下移动，弹簧外筒弹性性复位部件根据弹簧外围及助推器缸不会随着钻石柱的压缩和膨胀向上移动，当钻柱向下移动时，花轴和柱塞体向也会随之下移动，压缩钻孔液并施加压力。进入超高压钻头的高压通道，通过超高压喷嘴作用于井底，实现超高压喷射辅助波岩功能。当钻柱向上移动时，它的驱动花轴和柱塞轴带动增加压力的气缸向上移动产生负压，并吸入钻孔液，在钻柱钻孔的过程中向上移动，过程不断恢复。因此，汽缸里的弹簧和钻井液的阻力不仅可以降低钻柱的振动，还可以帮助高压的脉冲逆流波岩，提高钻探速度。

　　该装置结构简单易碎的部件较少，使用寿命较长。该装置可以将井下作业有害的振动能量转化到小部分钻井液或转换为别的能量，并产生高压射流的辅助或直接破坏，使机械钻头速度变小。该装置可提高部分能量转化率用于部分钻探液，从而降低钻柱的振动幅度，并有效延长钻头和钻头的使用寿命，从而增加旋转冲击钻的效果。该装置通过井底的深度增加了钻探液，克服了增加水压的严重极限。现场测试和室内模拟试验结果显示，随着井水的深度增加，钻柱地振动幅度增大。这种振幅的增大提高了该装置的能量限制，增加了装置内钻探液的压力和排量，辅助破岩或直接破岩效果更加显著。钻探液分为两个部分，通过坑内钻柱增加压力的装置，钻井液的流动通常不会影响到正常循环，不影响装置压力增加功能;只有一部分参加增压过程，即使设备增压功能失去效力，也不会影响正常的循环和钻探。

　　三.提速效果实践与分析

　　笔者在某油田某号井通过该型号的型井下钻柱减振增压装置在胜利油田桩古进行了一次现场作业。试验井段2750.3m-2957.5m。笔者设置了该型号设备的具体参数，并对不同实验的结果进行了对比。该次下井试验，减振增压装置下井时间累计，除去井底造型时间及循环时间，增压装置纯工作时间，进尺。

　　在下入减振增压装置之前的进尺中，平均钻时高达;试验井段的平均钻时为，与对比井段相比，平均机械钻速提高了百分十二百一，与相邻的对比井段相比，机械钻速提高了百分之三百二十，钻速提高效果十分明显。使用该型号的井下设备明显提高了机械钻速，大大增强了生产率。

　　结论

　　本文分析和研究了一种将钻柱能量与井底钻井液的增压相结合的方式，将钻柱在钻井过程中的振动能量作为钻探液，提出增加动力源的新方向，减少特殊坑内钻柱的振幅，增加压力的一种装置。根据笔者单位所进行的现场试验结果显示，某型特殊型号井下钻柱减振增压装置能够显著提高钻井速度，减振效果显著。井底钻台的振动增压装置有待进一步研究，该装置将通过研发和推广，为深井和深井的安全有效钻探提供有力的基础。进一步开展某型特殊型号井下钻柱减振增压装置的地层适应性评价，提高减振增压装置的可靠性，并逐步推广应用。

　　参考文献：

　　[1]张洪宁，管志川，刘永旺，井下钻柱减振增压装置工作特性的仿真研究[J].机床与液压，2016，44(5)：162-165.

　　[2]常洪斌.鉆柱减震增压装置在渤南区块中深井中的应用[J].城市建设理论研究(电子版)，2012(32).

　　推荐阅读：《国外油田工程》Foreign Oilfield Engineering(双月刊)曾用刊名：人口与优生，1985年创刊，以介绍国外石油的科技成果，先进技术和生产经验为办刊宗旨，结合国内油田生产实际，为全国油田工程技术人员、科技情报工作者、石油大专院校师生和石油技术人员提供最新、最全的信息务。

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