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摘 要：水力脉冲空化射流钻进是将水力脉冲与空化射流耦合的一种新型钻进方式。江苏油田通过开展水力脉冲空化射流钻井提速试验，优选试验方案和钻井参数；累计进行了10次下井试验，累计进尺6238.4m，与同区块相似井深对比，试验井的机械钻速平均提高15.28%，提速效果显著。
关键词：水力脉冲空化射流 提速 江苏油田
中图分类号：TE242 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）010-042-02
1 水力脉冲空化射流器工作原理
水力脉冲空化射流钻井技术是通过将水力脉冲空化射流工具安装在钻头上部，以便将井底钻头附近的连续稳定液流变成脉动液流，一方面在钻头喷嘴出口形成脉冲空化射流，提高射流清岩破岩能力；另一方面由于水力脉冲装置产生压力脉动，可以在钻头附近形成低压区，能够减少环空液柱压力对井底岩石的压持效应，其机理相当于欠平衡钻井，可以大幅提高钻井速度，但该方法得到的低压仅局限在井底钻头附近区域，整个环空仍为平衡或过平衡，比欠平衡钻井方法能更好地保证井壁稳定性。
江苏油田开展水力脉冲空化射流钻井提速试验，累计进行了10次下井试验，累计进尺超过6km，试验井的机械钻速平均提高15.28%，提速效果显著。此外，该水力脉冲发生器工作可靠。在近500h、2600m进尺工作状况下，所有脉冲发生器均工作正常，能够满足现场要求。
2 现场试验
江苏油田地层主力层段为盐城组、戴南组、阜宁组等，岩性以各色泥岩为主，夹杂细砂岩；试验区块为江苏油田老区，地层为软到中等硬度地层，试用水力脉冲空化射流器主要目的就是提高机械钻速，提高钻井效益。
2.1 富71-4井试验情况
富71-4井是富民油田新布的一口直井，二开井眼直径为 215.9mm，完钻井深3214.00m。
178mm水力脉冲空化射流工具，从井深919.31m下入，至完钻，共14天9h，共入井3次，总使用时间超过280h。
根据测井资料对富民地区地层可钻性进行分析，结果显示：富民地区3000m以上井段地层可钻性级值在2～4之间，3000m以下井段地层可钻性级值在3～5之间，属于软到中等硬度地层，地层可钻性较好。
2.1.1 试验情况
第一次入井，从919.31m开始下入 178mm水力脉冲空化射流工具。
钻具组合： 215.9mmPDC+ 178mm水力脉冲空化工射流器+托盘接头+ 178mm无磁钻铤 177.8mm钻铤+ 214mm稳定器+ 159mm螺旋钻铤+ 214mm稳定器+ 159mm螺旋钻铤转换接头+ 127mm加重钻杆。
钻进参数为：钻压 30-40KN，泵压8MPa，转速90rpm，钻井液密度1.10g/cm3， 钻井液粘度48s。
钻进至1215m，共钻进295.69m，纯钻时间30.97小时，平均机械钻速9.56m/h。由于钻井速度相比较慢而起钻，分析认为是钻头型号与此井段地层不适应。
第二次入井，从1215.00m开始，水力脉冲空化射流器第二次入井。更换一只新PDC钻头，并在钻具组合中增加了直螺杆。
钻进参数：钻压 20-40KN，泵压 11-13MPa，转盘转速55rpm，钻头转速为转盘转速加上直螺杆转速，钻井液密度1.13-1.17g/cm3，钻井液粘度40-48s。
钻进井段 1215.00-2677.51m，进尺1462m，纯钻时间102.78h，平均机械钻速14.22m/h。
第三次入井，从井深2677.51m开始，水力脉冲工具第三次入井。换下了一只新的PDC钻头，采用 178mm钻铤的钟摆钻具。钻具组合与第一次相同。
钻进参数：钻压30-80KN，泵压12-14MPa，转速90rpm，钻井液密度1.18-1.20g/cm3，钻井液粘度44-46s。
钻进井段，2677.51-3214.00m，进尺537m，纯钻进间100.32h，平均机械钻速5.35m/h。本趟钻是由于钻达完钻井深而起钻。
2.1.2 试验数据分析与对比
（1）与富126-1井对比。
富126-1井为一口直井评价井，富126-1井的地层及地层岩性与富71-4井相同，只是地层界面深度有差别。
在1358.00-2309.61m井段，钻具组合为直螺杆带PDC钻头。钻进参数：钻压30KN，转盘转速70rpm，钻头转速为70rpm+直螺杆转速，泵压12MPa ，钻井液密度 1.12-1.15 g/cm3，钻井液粘度45s。
本井段进尺951m，纯钻时间56.58h，平均机械钻速16.81m/h。
在2431.41-2933.81m井段，钻具组合与上同。钻进参数：钻压30-50KN，转盘转速70rpm，钻头转速为70rpm+直螺杆转速，泵压15MPa，钻井液密度1.21-1.22 g/cm3，钻井液粘度 47s。
本井段进尺502.4m，纯钻时间128.62h，平均机械钻速3.91m/h。
在2933.81-3285.94m井段，钻具组合为PDC钻头配合刚性稳斜钻具。
钻进参数为：钻压70-80KN，转盘转速70rpm，泵压15MPa，钻井液密度1.24 g/cm3，钻井液粘度 49s。
本井段进尺352.13m，纯钻时间89.72h，平均机械钻速3.92m/h。
选取相同井深的井段进行对比，使用水力脉冲工具的富71-4井，相比于富126-1井，平均机械钻速均有提高，提高幅度11.57%-56.76%。总进尺1476.00m，平均机械钻速提高37.86%。 （2）与富135井对比。
富135井于2009年11月3日开钻，12月22日完井，完钻井深3546m。2599-3263m井段为戴二段地层。
在2829.46-3164m井段，为PDC钻头+稳斜钻具。钻进参数为：钻压80KN，转盘转速70rpm，排量32L/s，泵压11MPa，钻井液密度1.18g/cm3，钻井液粘度52s。
本井段进尺334.54m，纯钻进间77.63h，平均机械钻速4.30m/h。
选取相同井深的井段进行对比，使用水力脉冲空化工具的富71-4井的平均机械相比富135井，提高了29.53%。
2.2 富142井试验情况
富142井是富民油田一口小位移的定向井。水力脉冲空化射流器从井深1042.11m下入直至完钻，共入井2次。为确保试验具有很好的可对比性，选择在盐城组～垛二段不同直井段进行提速对比试验。该地层可钻性变化不大，可钻性级值小于3级，属于易钻地层。
在井深1042.11-1398.34 m试验井段，地层为盐一段～垛二段，棕色砂泥岩、棕红色泥岩为主。钻具组合为PDC配合水力脉冲射流器的稳斜钻具。
对比井段井深293.00-1042.11 m，地层为盐二段、盐一段，流砂层、棕色粉砂质泥岩。钻具组合相同，只少下入水力脉冲射流器。
通过对不同井段的对比分析结果来看，采用脉冲水射流钻井技术的井段机械钻速有了较大的提高，同对比井段相比，使用相同的钻具组合和钻头，钻进参数相当，试验井段机械钻速提高了15.05%。
2.3 邵X20井试验情况
邵X20井是一口预探井，二开井眼直径为 311.1mm，完钻井深3860.00m。 228mm水力脉冲空化射流工具，于2011年5月11日20：00从井深111m下入，至2011年6月4日14：00打完二开井深完钻，共22天18小时，工具入井3次，累计入井时间超过250h。
邵X20井试验井段为621.64-1495.62m。地层为盐一段～垛二段，岩性为不等粒砂岩、泥质粉砂岩与棕色泥岩、砂质泥岩呈不等厚互层。
钻具组合： 311牙轮钻头+水力脉冲空化射流器+ 197钻铤+ 310稳定器+ 197螺旋钻铤+ 310稳定器+ 178螺旋钻铤+ 159螺旋钻铤+ 159螺旋钻铤+保护接头+ 127加重钻杆*21+ 127钻杆。
邵深1井对比井段（740.43-1605m），地层：盐一段～垛二段，不等粒砂岩，砂砾岩、粉砂岩和棕色泥岩成不等厚互层。
钻具组合： 311牙轮钻头+ 197钻铤+ 310稳定器+ 197钻铤+ 310稳定器+ 178钻铤+ 159钻铤+ 127加重钻杆+ 127钻杆。
在相似井段和进尺情况下，机械钻速提高13.36%。
2.4 永X41井试验情况
永X41井同样是一口预探井，水力脉冲空化射流工具从井深1070.21m下入，至二开完钻起出，共入井2次，累计入井时间超过241.08h。对比井永38井是比永X41井提前一年完成的开发井，两口井均由同一支钻井队承钻。
永安地区地层可钻性较好，地层可钻性级值在2～4之间，属于软到中等硬度地层，地层可钻性较好。
永X41井试验井段为1070.21～2192.87m，地层：盐一段～垛二段，砂岩与泥岩、砂质泥岩呈不等厚互层。
钻具组合： 311牙轮钻头+水力脉冲空化射流器+ 197钻铤+ 310稳定器+ 197钻铤+ 310稳定器+ 178钻铤+ 159钻铤+ 127加重钻杆+ 127钻杆。
永38井对比井段（1204.75～1798.99m），地层：盐一段～垛二段，不等粒砂岩、粉砂岩为主，夹薄层棕红色泥岩。
钻具组合： 311牙轮钻头+ 197钻铤+ 310稳定器+ 197钻铤+ 310稳定器+ 178钻铤+ 159钻铤+ 127加重钻杆+ 127钻杆。
在相似井段进行对比，机械钻速提高22.38%。
3 总体对比情况
通过对5口井的试验情况作总体对比分析，累计试验进尺6238.4m，平均机械钻速7.62m/h，与采用常规钻井技术对比井段平均机械钻速为6.61m/h相比（统计对比数据），机械钻速平均提高15.28%，提速效果显著。
4 结论及建议
（1）水力脉冲空化射流钻井技术是一种简单、实用的提速技术。
通过5口井10次下井试验，累计进尺超过6km，机械钻速平均提高15.28%，提速效果明显，初步形成一套适合江苏油田软中硬地层安全高效钻井新技术。
（2）水力脉冲发生器工作可靠，使用寿命长，可以满足现场要求。
在富71-4井总使用时间超过280h，总进尺2300m；邵X20井总纯钻进时间485.68h，总进尺2600m，其他脉冲发生器均工作正常，能够满足现场要求。
参考文献：
[1] 潘德元，罗群，张晓锋，等.水力脉冲空化射流钻进机理及现场应用[J].江汉石油学院学报，2009，31（4）：274-276.
[2] 李根生，史怀忠，沈忠厚，等.水力脉冲空化射流钻井机理与试验[J].石油勘探与开发，2008，35（2）：239-243.
[3] 王学杰，李根生，康延军，等.利用水力脉冲空化射流复合钻井技术提高钻速[J].石油学报，2009，30（1）：117-120.
关键词：水力脉冲空化射流 提速 江苏油田
中图分类号：TE242 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）010-042-02
1 水力脉冲空化射流器工作原理
水力脉冲空化射流钻井技术是通过将水力脉冲空化射流工具安装在钻头上部，以便将井底钻头附近的连续稳定液流变成脉动液流，一方面在钻头喷嘴出口形成脉冲空化射流，提高射流清岩破岩能力；另一方面由于水力脉冲装置产生压力脉动，可以在钻头附近形成低压区，能够减少环空液柱压力对井底岩石的压持效应，其机理相当于欠平衡钻井，可以大幅提高钻井速度，但该方法得到的低压仅局限在井底钻头附近区域，整个环空仍为平衡或过平衡，比欠平衡钻井方法能更好地保证井壁稳定性。
江苏油田开展水力脉冲空化射流钻井提速试验，累计进行了10次下井试验，累计进尺超过6km，试验井的机械钻速平均提高15.28%，提速效果显著。此外，该水力脉冲发生器工作可靠。在近500h、2600m进尺工作状况下，所有脉冲发生器均工作正常，能够满足现场要求。
2 现场试验
江苏油田地层主力层段为盐城组、戴南组、阜宁组等，岩性以各色泥岩为主，夹杂细砂岩；试验区块为江苏油田老区，地层为软到中等硬度地层，试用水力脉冲空化射流器主要目的就是提高机械钻速，提高钻井效益。
2.1 富71-4井试验情况
富71-4井是富民油田新布的一口直井，二开井眼直径为 215.9mm，完钻井深3214.00m。
178mm水力脉冲空化射流工具，从井深919.31m下入，至完钻，共14天9h，共入井3次，总使用时间超过280h。
根据测井资料对富民地区地层可钻性进行分析，结果显示：富民地区3000m以上井段地层可钻性级值在2～4之间，3000m以下井段地层可钻性级值在3～5之间，属于软到中等硬度地层，地层可钻性较好。
2.1.1 试验情况
第一次入井，从919.31m开始下入 178mm水力脉冲空化射流工具。
钻具组合： 215.9mmPDC+ 178mm水力脉冲空化工射流器+托盘接头+ 178mm无磁钻铤 177.8mm钻铤+ 214mm稳定器+ 159mm螺旋钻铤+ 214mm稳定器+ 159mm螺旋钻铤转换接头+ 127mm加重钻杆。
钻进参数为：钻压 30-40KN，泵压8MPa，转速90rpm，钻井液密度1.10g/cm3， 钻井液粘度48s。
钻进至1215m，共钻进295.69m，纯钻时间30.97小时，平均机械钻速9.56m/h。由于钻井速度相比较慢而起钻，分析认为是钻头型号与此井段地层不适应。
第二次入井，从1215.00m开始，水力脉冲空化射流器第二次入井。更换一只新PDC钻头，并在钻具组合中增加了直螺杆。
钻进参数：钻压 20-40KN，泵压 11-13MPa，转盘转速55rpm，钻头转速为转盘转速加上直螺杆转速，钻井液密度1.13-1.17g/cm3，钻井液粘度40-48s。
钻进井段 1215.00-2677.51m，进尺1462m，纯钻时间102.78h，平均机械钻速14.22m/h。
第三次入井，从井深2677.51m开始，水力脉冲工具第三次入井。换下了一只新的PDC钻头，采用 178mm钻铤的钟摆钻具。钻具组合与第一次相同。
钻进参数：钻压30-80KN，泵压12-14MPa，转速90rpm，钻井液密度1.18-1.20g/cm3，钻井液粘度44-46s。
钻进井段，2677.51-3214.00m，进尺537m，纯钻进间100.32h，平均机械钻速5.35m/h。本趟钻是由于钻达完钻井深而起钻。
2.1.2 试验数据分析与对比
（1）与富126-1井对比。
富126-1井为一口直井评价井，富126-1井的地层及地层岩性与富71-4井相同，只是地层界面深度有差别。
在1358.00-2309.61m井段，钻具组合为直螺杆带PDC钻头。钻进参数：钻压30KN，转盘转速70rpm，钻头转速为70rpm+直螺杆转速，泵压12MPa ，钻井液密度 1.12-1.15 g/cm3，钻井液粘度45s。
本井段进尺951m，纯钻时间56.58h，平均机械钻速16.81m/h。
在2431.41-2933.81m井段，钻具组合与上同。钻进参数：钻压30-50KN，转盘转速70rpm，钻头转速为70rpm+直螺杆转速，泵压15MPa，钻井液密度1.21-1.22 g/cm3，钻井液粘度 47s。
本井段进尺502.4m，纯钻时间128.62h，平均机械钻速3.91m/h。
在2933.81-3285.94m井段，钻具组合为PDC钻头配合刚性稳斜钻具。
钻进参数为：钻压70-80KN，转盘转速70rpm，泵压15MPa，钻井液密度1.24 g/cm3，钻井液粘度 49s。
本井段进尺352.13m，纯钻时间89.72h，平均机械钻速3.92m/h。
选取相同井深的井段进行对比，使用水力脉冲工具的富71-4井，相比于富126-1井，平均机械钻速均有提高，提高幅度11.57%-56.76%。总进尺1476.00m，平均机械钻速提高37.86%。 （2）与富135井对比。
富135井于2009年11月3日开钻，12月22日完井，完钻井深3546m。2599-3263m井段为戴二段地层。
在2829.46-3164m井段，为PDC钻头+稳斜钻具。钻进参数为：钻压80KN，转盘转速70rpm，排量32L/s，泵压11MPa，钻井液密度1.18g/cm3，钻井液粘度52s。
本井段进尺334.54m，纯钻进间77.63h，平均机械钻速4.30m/h。
选取相同井深的井段进行对比，使用水力脉冲空化工具的富71-4井的平均机械相比富135井，提高了29.53%。
2.2 富142井试验情况
富142井是富民油田一口小位移的定向井。水力脉冲空化射流器从井深1042.11m下入直至完钻，共入井2次。为确保试验具有很好的可对比性，选择在盐城组～垛二段不同直井段进行提速对比试验。该地层可钻性变化不大，可钻性级值小于3级，属于易钻地层。
在井深1042.11-1398.34 m试验井段，地层为盐一段～垛二段，棕色砂泥岩、棕红色泥岩为主。钻具组合为PDC配合水力脉冲射流器的稳斜钻具。
对比井段井深293.00-1042.11 m，地层为盐二段、盐一段，流砂层、棕色粉砂质泥岩。钻具组合相同，只少下入水力脉冲射流器。
通过对不同井段的对比分析结果来看，采用脉冲水射流钻井技术的井段机械钻速有了较大的提高，同对比井段相比，使用相同的钻具组合和钻头，钻进参数相当，试验井段机械钻速提高了15.05%。
2.3 邵X20井试验情况
邵X20井是一口预探井，二开井眼直径为 311.1mm，完钻井深3860.00m。 228mm水力脉冲空化射流工具，于2011年5月11日20：00从井深111m下入，至2011年6月4日14：00打完二开井深完钻，共22天18小时，工具入井3次，累计入井时间超过250h。
邵X20井试验井段为621.64-1495.62m。地层为盐一段～垛二段，岩性为不等粒砂岩、泥质粉砂岩与棕色泥岩、砂质泥岩呈不等厚互层。
钻具组合： 311牙轮钻头+水力脉冲空化射流器+ 197钻铤+ 310稳定器+ 197螺旋钻铤+ 310稳定器+ 178螺旋钻铤+ 159螺旋钻铤+ 159螺旋钻铤+保护接头+ 127加重钻杆*21+ 127钻杆。
邵深1井对比井段（740.43-1605m），地层：盐一段～垛二段，不等粒砂岩，砂砾岩、粉砂岩和棕色泥岩成不等厚互层。
钻具组合： 311牙轮钻头+ 197钻铤+ 310稳定器+ 197钻铤+ 310稳定器+ 178钻铤+ 159钻铤+ 127加重钻杆+ 127钻杆。
在相似井段和进尺情况下，机械钻速提高13.36%。
2.4 永X41井试验情况
永X41井同样是一口预探井，水力脉冲空化射流工具从井深1070.21m下入，至二开完钻起出，共入井2次，累计入井时间超过241.08h。对比井永38井是比永X41井提前一年完成的开发井，两口井均由同一支钻井队承钻。
永安地区地层可钻性较好，地层可钻性级值在2～4之间，属于软到中等硬度地层，地层可钻性较好。
永X41井试验井段为1070.21～2192.87m，地层：盐一段～垛二段，砂岩与泥岩、砂质泥岩呈不等厚互层。
钻具组合： 311牙轮钻头+水力脉冲空化射流器+ 197钻铤+ 310稳定器+ 197钻铤+ 310稳定器+ 178钻铤+ 159钻铤+ 127加重钻杆+ 127钻杆。
永38井对比井段（1204.75～1798.99m），地层：盐一段～垛二段，不等粒砂岩、粉砂岩为主，夹薄层棕红色泥岩。
钻具组合： 311牙轮钻头+ 197钻铤+ 310稳定器+ 197钻铤+ 310稳定器+ 178钻铤+ 159钻铤+ 127加重钻杆+ 127钻杆。
在相似井段进行对比，机械钻速提高22.38%。
3 总体对比情况
通过对5口井的试验情况作总体对比分析，累计试验进尺6238.4m，平均机械钻速7.62m/h，与采用常规钻井技术对比井段平均机械钻速为6.61m/h相比（统计对比数据），机械钻速平均提高15.28%，提速效果显著。
4 结论及建议
（1）水力脉冲空化射流钻井技术是一种简单、实用的提速技术。
通过5口井10次下井试验，累计进尺超过6km，机械钻速平均提高15.28%，提速效果明显，初步形成一套适合江苏油田软中硬地层安全高效钻井新技术。
（2）水力脉冲发生器工作可靠，使用寿命长，可以满足现场要求。
在富71-4井总使用时间超过280h，总进尺2300m；邵X20井总纯钻进时间485.68h，总进尺2600m，其他脉冲发生器均工作正常，能够满足现场要求。
参考文献：
[1] 潘德元，罗群，张晓锋，等.水力脉冲空化射流钻进机理及现场应用[J].江汉石油学院学报，2009，31（4）：274-276.
[2] 李根生，史怀忠，沈忠厚，等.水力脉冲空化射流钻井机理与试验[J].石油勘探与开发，2008，35（2）：239-243.
[3] 王学杰，李根生，康延军，等.利用水力脉冲空化射流复合钻井技术提高钻速[J].石油学报，2009，30（1）：117-120.