第1页：第七章标题页
- 章次
- 第 7 章
- 主题
- 水射流技术在采油中的应用
第2页：第七章内容路线图
- 用于超短半径径向钻井的旋流射流
- 高压水射流射孔
- 近井地带高压射流清洗
- 多用途且经济有效的应用
第3页：旋流射流的形成
叶片式喷嘴总成：位于喷嘴孔口上游的叶片使射流流体产生旋转运动，形成锥形壳状的旋流射流。
思考：为什么要用旋流射流？
第4页：旋流射流的破岩机理
- 这类锥形射流喷嘴的主要优点是能形成远大于喷嘴孔口的井眼。
- 试验表明：Dh = (10～18)Dn。
第5页：旋流射流的剪切破岩优势
旋流射流的另一优点是：它以剪切方式破碎岩石，因而切割岩石所需的射流门限压力要低得多。
第6页：旋流强度对破岩效果的影响
与无旋流射流相比：
- 门限压力下降约 40%；
- 破岩深度显著增加。
图中 (1)、(2) 为不同旋流强度，(3) 为零旋流强度。
第7页：旋流射流钻头
- 外径
- 32 mm
- 内径
- 6～8 mm
第8页：旋流射流钻岩试验
- 岩石
- 砂岩，可钻性级值 Kd = 4，尺寸 0.6×0.6×0.6 m
- 射流参数
- 压力 55 MPa，流量 7～8 L/s，喷嘴直径 6 mm
- 结果
- 井眼直径 90～120 mm，钻进速度 10.7 m/h
第9页：径向钻井系统的下入步骤
作业步骤：
- 可起出的斜向器随油管下入先前已扩眼的腔体内。
- 直径 32 mm 带旋流射流喷嘴的钻杆再穿过油管送入斜向器。
第10页：径向钻井的钻进过程
- 高压钻井液经油管泵入，驱动斜向器进入工作位置，推动钻杆沿通道水平进入地层钻进。
- 同一层位可布置多条径向井眼而无需起出斜向器。
第11页：斜向器技术参数
- 直径
- 110 mm
- 工作半径
- 320 mm
- 特点
- 液压驱动钻杆
第12页：径向钻井现场试验参数
- 钻杆
- 外径 32 mm，内径 25 mm，长度 23 m
- 射流参数
- P = 50～60 MPa，Q = 10 L/s
- 配套
- 压裂泵与供水单元；钻杆采用氩弧焊连接
第13页：钻杆送进与密封
- 以具有一定延伸力的钢丝送进钻杆。
- 钻杆送入油管与密封盒。
- 由泵至油管的高压管线。
第14页：径向钻井现场试验数据
现场试验数据：下表列出各井径向井眼的长度。
径向钻井现场试验井眼长度| 井号 | 井眼长度 (m) |
|---|
| 1. 锦45-1 井 | 19.34 |
|---|
| 2. 江苏魏 5 井 | 19.55、11.6、10.78 |
|---|
第15页：近井污染与地层损害
井筒周围地层会被钻井液与完井水泥向外污染达 1 m 以上。这种污染主要由泥浆中的微小颗粒构成，常常对油流入井形成实质性屏障，通常称为侵入带或损害带，其效应称为地层损害。
第16页：射孔枪穿透能力的局限
- 由枪械类装置发射的弹丸通常无法穿透污染带以外的区域。
- Penetrators 公司自 1984 年开始研制水力射孔系统，即 Lance Formation Penetrator（LFP）。
第17页：LFP的工作原理
LFP 是一种井下工具系统，用于自已有井筒向储层岩石径向钻出长度可达 2 m 的清洁连通通道。它先在套管（若为套管井）上钻出 26 mm 的孔，再在地层岩石中钻出直径 17 mm 的侧向孔道，从而在井筒与目的层之间建立良好连通。
组成：锚定段、铣削段、钻进段、马达段、控制段、过滤器。
第18页：LFP的主要部件（一）
LFP 工具由四大部件加锚定器、过滤器与循环阀等附件组成：
- 控制段
- 液压驱动的阀总成，允许操作者在地面启动工具。
第19页：LFP的主要部件（二）
- 冲孔段
- 在生产套管上冲出 30 mm 的孔，使射流钻头能够进入地层。
- 钻进段
- 提供所需压力并实现射流钻头的伸出与收回，在地层中钻出直径 17～20 mm 的清洁孔道。
第20页：LFP的技术规格
- LFP 一次钻一条孔道，每条耗时 10～30 分钟，单次下井可完成多条孔道。
- 井深、岩性与流体类型决定单趟可完成的孔道数量，一般一趟可完成 4～8 条。
- 作业压力
- 50～60 MPa
第21页：LFP作业循环（一）
LFP 工具的一个作业循环：
- 由油管下入井内并定位到设计深度，坐放机械锚，防止射孔过程中工具移动。
- 地面泵在油管内建立压力，启动工具控制段；油管—套管环空在地面保持开放，以防止对地层憋压，或按欠平衡处理。
第22页：LFP作业循环（二）
- 以不同压力泵注，首先启动冲孔总成，在套管上冲出约 30 mm 的清洁无毛刺孔。
- 冲孔头随后收回工具壳体内。
- 射流软管以液压方式定位到套管孔处，并送入地层钻进。
- 钻进完成后，射流软管收回壳体内并复位。
第23页：LFP射孔的技术特点
长 2～3 m、直径 14～25 mm 的射流孔道可以：
- 在多数情况下远远穿透侵入带；
- 没有子弹或爆炸成形造成的压实损害；
- 形成更大的缝隙开口，提供更大的进液表面积，从而降低完井段上的压降。
第24页：ICT射流钻孔系统
ICT JetDril 射流钻孔系统（配图说明页）。
第25页：ICT套管开窗参数
- 冲孔开口尺寸
- 42 mm × 32 mm
- 布孔方式
- 沿套管螺旋方式冲孔
- 套管强度降低
- 小于 6.8%
第26页：ICT射流钻进（一）
ICT 射流钻进（配图说明页）。
第27页：ICT射流钻进（二）
ICT 射流钻进（配图说明页）。
第28页：ICT井下工具规格
- 名义外径
- 96 mm（3-3/4″）
- 最大外径
- 118 mm（4-1/16″）
- 长度
- 8234 mm（324″）
- 重量
- 约 350 kg（770 磅）
第29页：ICT地面设备配置
- 三缸柱塞泵系统
- 70 MPa，100 L/min
- 柴油机功率
- 250 HP
- 两级过滤
- 100 μm、50 μm
- 滤后水储存
- 360 L（95 加仑）
- 其他
- 空压机、电机等
第30页：ICT作业系统流程
ICT JetDril 作业流程：射孔中—已射孔—供水—修井作业—水箱—采油树。
第31页：ICT单孔作业时间
- 单孔作业时间
- 50～70 min/孔
- 单井平均周期
- 5 天/井
- 工序
- 起出油管、通井、洗井；下入工具串；定位到设计深度；工具串充水；工具串锚定；开泵作业；射第一个孔；上提或切换至第二孔，完成起出。
第32页：近井清洗的内容框架
- 油井需要清洗的原因
- 射流清洗工具的结构与原理
- 冲击压力的作用
- 现场应用效果
第33页：油井需要清洗的两类原因
一般有两个原因：
- 近井带在一定程度上被钻井液与完井水泥中的微小颗粒损害。
- 采油过程中，射孔孔眼会被地层砂、石蜡或其他物质的沉积堵塞或半堵塞。
第34页：小直径清洗工具结构
(1) 带多个轴向倾斜射流喷嘴的旋转清洗头，用于小直径套管或筛管清洗。
第35页：大直径清洗工具结构
(2) 带多个径向射流喷嘴的旋转头，可用于大直径套管清洗。组成包括：扶正器、阻尼器、过滤短节、带径向喷嘴的旋转头。
第36页：自共振空化清洗头的原理
- 结构上由井下过滤器总成、扶正器、旋转阻尼器、旋转头与自共振空化喷嘴组成。
- 旋转头圆周上布置四个喷嘴：其中两个切向喷射，产生侧向射流并形成驱动头旋转的扭矩；另两个径向喷嘴产生高频径向自共振空化射流，直接冲击套管壁、射孔孔眼与地层。
第37页：清洗头的转速控制
- 作业中必须控制旋转速度，避免高速旋转，以获得更大的射流冲击力，这可通过阻尼器实现，转速控制在 60～200 rpm。
- 清洗头旋转的同时，由地面修井设备上提下放工具，在油层井段内往复，使整个井段与所有射孔孔眼都得到清洗。
第38页：套管壁上的冲击压力波形
套管壁上的冲击压力：连续射流与脉冲射流的压力脉冲—时间曲线对比。
第39页：冲击压力的三重物理效应
- 可产生并施加于地层的三种物理效应：低频水力脉冲、高频射流冲击与空化超声噪声。
- 套管壁上的冲击压力为喷嘴压力的 80%～90%。
- 试验表明：当 Pn = 13.0 MPa 时，模拟井筒内 600 mm 深处射流压力为 2.2 MPa，说明其对射孔孔眼有效。
第40页：清洗前后的岩样对比
已清洗与未清洗岩样的对比（配图说明页）。
第41页：近井清洗的现场应用效果
400 多口井的现场试验表明：有效率超过 90%，平均增产 20%～30%，有效期超过 90 天。
第42页：射流切割的经济有效应用
水射流技术已用于：管道或油管清洗；切断套管；切割射孔孔眼与割缝；切穿被卡的钻头；拆除海上与陆地平台；以及拆除废弃与井喷着火井的井口装置。
第43页：管道与油管切割参数
- 切割对象
- 管道或油管加水泥封堵，可用磨料射流与磨料悬浮射流切割
- 磨料悬浮射流参数
- P = 20～40 MPa；Q = 3～12 L/s（取决于所用喷嘴数量）
第44页：套管切割时效对比
- 试验结果
- 9″ 管需 10 分钟；30″ 管需 90 分钟
- 优势
- 在海床以下、偏心与多层级水泥固井等困难工况下，磨料悬浮射流工具比机械切割工具更可靠且切割更快。
第45页：弃井作业中的射流切割
- 在弃井作业中，水射流技术使套管切割时间减少 1/3 以上。
- 某作业者对一口弃井中 10¾×16″ 水泥固井组合尝试机械切割，仅安装就耗时 10 小时。
- 随后采用水射流工具，套管切割并起出仅用 3 小时。
第46页：平台拆除与弃井
- 近期对海上平台拆除与弃井作业的环保关注，重新引发了对水射流切割的兴趣。
- 拆除平台桩腿与井口总成曾尝试多种技术，迄今只有三种可行：机械切割、爆破与水射流，前两者存在严重缺陷。
第47页：灭火与井控中的射流切割（一）
伊拉克军队撤离科威特时，600 多口油井被点燃失控。来自世界各地的井控队伍在八个月内征服了这些油井，其间消防人员采用新方法与传统方法对付燃烧的油井。其中一项创新是采用磨料射流切割快速切断井口与套管，使消防人员得以接近井口。
第48页：灭火与井控中的射流切割（二）
消防人员转向水射流技术以获得更高效的方法。在确认该方法即使工具无法固定到目标井口上也能奏效之后，在伊拉克有 50 多个井口被水力切割并拆除，其中多数是在燃烧状态下完成的。
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