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【摘要】超高压喷射钻井技术可大幅度提高钻头进尺和机械钻速 ，并降低钻井成本 ，为高效快速钻井开辟了广阔的前景。超高压喷射钻井技术是在普通喷射钻井技术基础上，通过进一步提升射流的水力作用，提高钻井效率。相对普通喷射钻井技术，能有效提高钻头进尺和机械钻速。本文就超高压喷射钻井技术形式、所需的条件、钻井的作用、影响超高压喷射钻井技术因素进行了简单介绍。
【关键词】超高压；钻井技术；探讨
【分类号】：TE248
喷射钻井技术作为一种新型钻井技术，相对与普通钻井技术，无论在提高钻头进尺和机械钻速等方面，都取得了突破性的发展。由于钻头进尺和机械钻速指标的提高，也使钻井的非生产时间相对缩短，提高了钻井的速度，减少了事故，降低了成本，也使喷射钻井技术得到了广泛的应用。为更有效提高钻井效率，生产现场广泛进行井下研究、试验超高压喷射钻井技术。
1.超高压喷射钻井技术形式
一般来讲，超高压喷射破岩的原理实现是通过系列装置将液体介质增压，并通过钻头上的特殊喷嘴喷射出去。根据钻井现场情况，能够实现这种超高压射流的装置可分为地面增压与井下增压两种。
1.1地面增压：地面增压由于空间尺寸不受限制，增压泵装置可实现液体增压，但增压的工作液输送到井底是问题的关键。现有钻井现场只能以双层管柱将超高压液流与循环液流分别输送到井底，但实现这一执行动作需一套庞杂的设备，且对它们的性能要求很高，并将带来诸多问题。
1.2井下增压：井下增压原理上是借助于现有的钻井循环系统，利用钻井总能量的一部分，将正常循环的钻井液分流进行井底（钻头附近）增压，并直接输出至予置钻头喷嘴。这种方式的优点在于不牵涉普通地面设备的变更，操作工艺无大的变动，其重要环节是由于钻具结构、介质等的限制，阻碍了目标的实现。从技术、经济及发展趋势来看，井下增压系统具有极强的吸引力。
2. 超高压喷射钻井技术所需的条件
获得高效的钻井水力参数是影响喷射钻井的主要条件。获得超高压是影响和制约当前喷钻井技术发展和应用的关键因素，下面就超高压喷射钻井条件进行阐述。
2.1先进的喷射钻头。钻头是破岩的工具，也是射流水力特性形成的关键。要结合地层岩性、钻井深度、钻井性能、钻具结构等因素，合理选择喷射钻头喷嘴的类型，确保形成的射流对井底水力冲击作用效果。
2.2优质的钻井液。选用的钻井液要充分考虑地层造浆性、钻具组合等因素。钻井液要具有良好的流动性，形成的射流产生的冲击力要有利于井底破岩和净化。
2.3稳定的井眼结构。井壁要规整、井径要规范，形成的泥饼要致密，钻具上行、下放不受阻卡。钻井液在环行空间流态保持良好，循环阻力小。
2.4井泵形成的泵压足够大。地面机泵性能良好，确保钻井液在高压状况下，循环产生足够的推力，满足对地层岩层的破碎。
3.超高压喷射钻井的作用
3.1及时清洗井底，避免岩屑重复破碎
可以形成较强的井底漫流，从而及时清除井底已破碎的岩石，避免钻头重复破碎，达到提高钻井速度的目的。为达到强化井底漫流目的。推广应用了不等径喷嘴、双喷嘴、加装中心喷嘴等，提高井底漫流速度。
3.2 提高牙轮钻头破岩效率
牙轮钻头冲击破碎井底岩石，冲击除形成崩出的碎块外，还有许多裂纹存在，这些裂纹在水力能量不足时会在泥浆压持作用下再交闭合，造成钻头的重复破碎，而水力能量越强，就有连结强度更大的裂纹被撕开，形成破碎，从而大幅度提高钻井速度。
3.3 提高PDC钻头切削齿工作效率
PDC钻头在切削地层岩石时，由于齿的推压作用，总有部分岩屑粘附在齿上，这将影响齿再切入地层，使PDC齿破岩效率 降低，如果排量低则会使更多岩屑堆集在PDC齿前，使钻速更低。而排量越大，钻头水槽中流速提高，就更多冲走上粘附的岩屑使钻速更快。
4.影响超高压喷射钻井技术因素
4.1空间结构
在输出排量、系统结构参数的基础上，要合理匹配速度参数。超高压喷嘴涉及到两个方面：一是喷嘴的几何参数；二是喷嘴的实际使用寿命。根据喷射机理，可以有针对性地选择喷嘴内部结构，以求达到最佳的喷射效果。在内部结构确定后，喷嘴的出口直径成为一个重要参数。由于对压降提出要求，也就等于在确定超高压排量的同时决定了喷嘴的直径参数。按照磨料射流的试验结果，对常规钻井系统中的钻井液介质，喷嘴直径可以小到1mm。根据喷嘴压降公式计算，对上述增压系统，单喷嘴直径可达2.36 mm。喷嘴的寿命与介质中固相含量和喷射速度有关，应该从特殊材料及表面涂层中选择。
4.2 排量
根据现场要求，超高压喷射所能达到的是很小的排量，所以必须在超高压喷射的同时建立起一套满足携岩及环空返流的循环系统。也就是说这种喷射钻井工艺要具备超高压喷射及常规钻井液循环两套系统。根据增压值200 MPa计，按照水功率分配和压力计算，超高压排量为1～1.5 L/s，而对这一排量的液体做功，需消耗10～15 L/s的循环系统中高压钻井液的能量。因此，增压与循环两套系统实际功率分配应按高压钻井液的分配排量计算。同时设计排量要满足携岩及喷嘴破岩的要求。
4.3工作介质
超高压喷射介质为循环系统中的高压钻井液。它的物理性能影响到最终的增压及喷射效果。由于粘度、流变性、体积压缩比及固相含量等因素的制约，使得增压系统的工作性能及使用寿命受到影响。粘度这一物性指标随外界压力与温度的变化而变化。压力升高，钻井液粘度上升，流动性降低。温度对粘度的影响正好相反，但在此种增压工况下，温度对粘度的影响不会很大，流变性能受到粘度的制约，在以超高压为主的增压系统中，粘度特性决定了介质稠化与否，并对射流造成影响。压缩比取决于体积弹性排量，在200 MPa压力下，钻井液介质的压缩量为5% ～7% ，这一数据将为计算理论排量提供参考。
5.结语
（1）超高压喷射钻井是高压喷射钻井技术的再延伸，最终的结果将是以水力破岩作为主导，使水力机械联合破岩发挥最大潜能。
（2）引入井下增压系统目的在于给超高压喷射钻井工艺提供可能，并且基于钻井现状以最少的投入取得最佳效果。
（3）涉及超高压系统与现场工艺的研究应注重考虑以上多方面影响因素，综合研究将会使该项技术尽快完善与发展。
参考文献：
[1] 王太平，程广存，李卫刚，芦风山.国内外超高压喷射钻井技术研究探讨[J].石油钻探技术. 2003（02）
[2] 游静裕.对如何提高喷射钻井效率的几点认识及探讨[J].石油钻采工艺.1982（07）
[3] 姚彩银.喷射钻井中水力设计的新理论[J].石油钻采工艺.1985（05）
【关键词】超高压；钻井技术；探讨
【分类号】：TE248
喷射钻井技术作为一种新型钻井技术，相对与普通钻井技术，无论在提高钻头进尺和机械钻速等方面，都取得了突破性的发展。由于钻头进尺和机械钻速指标的提高，也使钻井的非生产时间相对缩短，提高了钻井的速度，减少了事故，降低了成本，也使喷射钻井技术得到了广泛的应用。为更有效提高钻井效率，生产现场广泛进行井下研究、试验超高压喷射钻井技术。
1.超高压喷射钻井技术形式
一般来讲，超高压喷射破岩的原理实现是通过系列装置将液体介质增压，并通过钻头上的特殊喷嘴喷射出去。根据钻井现场情况，能够实现这种超高压射流的装置可分为地面增压与井下增压两种。
1.1地面增压：地面增压由于空间尺寸不受限制，增压泵装置可实现液体增压，但增压的工作液输送到井底是问题的关键。现有钻井现场只能以双层管柱将超高压液流与循环液流分别输送到井底，但实现这一执行动作需一套庞杂的设备，且对它们的性能要求很高，并将带来诸多问题。
1.2井下增压：井下增压原理上是借助于现有的钻井循环系统，利用钻井总能量的一部分，将正常循环的钻井液分流进行井底（钻头附近）增压，并直接输出至予置钻头喷嘴。这种方式的优点在于不牵涉普通地面设备的变更，操作工艺无大的变动，其重要环节是由于钻具结构、介质等的限制，阻碍了目标的实现。从技术、经济及发展趋势来看，井下增压系统具有极强的吸引力。
2. 超高压喷射钻井技术所需的条件
获得高效的钻井水力参数是影响喷射钻井的主要条件。获得超高压是影响和制约当前喷钻井技术发展和应用的关键因素，下面就超高压喷射钻井条件进行阐述。
2.1先进的喷射钻头。钻头是破岩的工具，也是射流水力特性形成的关键。要结合地层岩性、钻井深度、钻井性能、钻具结构等因素，合理选择喷射钻头喷嘴的类型，确保形成的射流对井底水力冲击作用效果。
2.2优质的钻井液。选用的钻井液要充分考虑地层造浆性、钻具组合等因素。钻井液要具有良好的流动性，形成的射流产生的冲击力要有利于井底破岩和净化。
2.3稳定的井眼结构。井壁要规整、井径要规范，形成的泥饼要致密，钻具上行、下放不受阻卡。钻井液在环行空间流态保持良好，循环阻力小。
2.4井泵形成的泵压足够大。地面机泵性能良好，确保钻井液在高压状况下，循环产生足够的推力，满足对地层岩层的破碎。
3.超高压喷射钻井的作用
3.1及时清洗井底，避免岩屑重复破碎
可以形成较强的井底漫流，从而及时清除井底已破碎的岩石，避免钻头重复破碎，达到提高钻井速度的目的。为达到强化井底漫流目的。推广应用了不等径喷嘴、双喷嘴、加装中心喷嘴等，提高井底漫流速度。
3.2 提高牙轮钻头破岩效率
牙轮钻头冲击破碎井底岩石，冲击除形成崩出的碎块外，还有许多裂纹存在，这些裂纹在水力能量不足时会在泥浆压持作用下再交闭合，造成钻头的重复破碎，而水力能量越强，就有连结强度更大的裂纹被撕开，形成破碎，从而大幅度提高钻井速度。
3.3 提高PDC钻头切削齿工作效率
PDC钻头在切削地层岩石时，由于齿的推压作用，总有部分岩屑粘附在齿上，这将影响齿再切入地层，使PDC齿破岩效率 降低，如果排量低则会使更多岩屑堆集在PDC齿前，使钻速更低。而排量越大，钻头水槽中流速提高，就更多冲走上粘附的岩屑使钻速更快。
4.影响超高压喷射钻井技术因素
4.1空间结构
在输出排量、系统结构参数的基础上，要合理匹配速度参数。超高压喷嘴涉及到两个方面：一是喷嘴的几何参数；二是喷嘴的实际使用寿命。根据喷射机理，可以有针对性地选择喷嘴内部结构，以求达到最佳的喷射效果。在内部结构确定后，喷嘴的出口直径成为一个重要参数。由于对压降提出要求，也就等于在确定超高压排量的同时决定了喷嘴的直径参数。按照磨料射流的试验结果，对常规钻井系统中的钻井液介质，喷嘴直径可以小到1mm。根据喷嘴压降公式计算，对上述增压系统，单喷嘴直径可达2.36 mm。喷嘴的寿命与介质中固相含量和喷射速度有关，应该从特殊材料及表面涂层中选择。
4.2 排量
根据现场要求，超高压喷射所能达到的是很小的排量，所以必须在超高压喷射的同时建立起一套满足携岩及环空返流的循环系统。也就是说这种喷射钻井工艺要具备超高压喷射及常规钻井液循环两套系统。根据增压值200 MPa计，按照水功率分配和压力计算，超高压排量为1～1.5 L/s，而对这一排量的液体做功，需消耗10～15 L/s的循环系统中高压钻井液的能量。因此，增压与循环两套系统实际功率分配应按高压钻井液的分配排量计算。同时设计排量要满足携岩及喷嘴破岩的要求。
4.3工作介质
超高压喷射介质为循环系统中的高压钻井液。它的物理性能影响到最终的增压及喷射效果。由于粘度、流变性、体积压缩比及固相含量等因素的制约，使得增压系统的工作性能及使用寿命受到影响。粘度这一物性指标随外界压力与温度的变化而变化。压力升高，钻井液粘度上升，流动性降低。温度对粘度的影响正好相反，但在此种增压工况下，温度对粘度的影响不会很大，流变性能受到粘度的制约，在以超高压为主的增压系统中，粘度特性决定了介质稠化与否，并对射流造成影响。压缩比取决于体积弹性排量，在200 MPa压力下，钻井液介质的压缩量为5% ～7% ，这一数据将为计算理论排量提供参考。
5.结语
（1）超高压喷射钻井是高压喷射钻井技术的再延伸，最终的结果将是以水力破岩作为主导，使水力机械联合破岩发挥最大潜能。
（2）引入井下增压系统目的在于给超高压喷射钻井工艺提供可能，并且基于钻井现状以最少的投入取得最佳效果。
（3）涉及超高压系统与现场工艺的研究应注重考虑以上多方面影响因素，综合研究将会使该项技术尽快完善与发展。
参考文献：
[1] 王太平，程广存，李卫刚，芦风山.国内外超高压喷射钻井技术研究探讨[J].石油钻探技术. 2003（02）
[2] 游静裕.对如何提高喷射钻井效率的几点认识及探讨[J].石油钻采工艺.1982（07）
[3] 姚彩银.喷射钻井中水力设计的新理论[J].石油钻采工艺.1985（05）