21、井底增压喷射钻井系统的研制与应用
井下增压超高压射流钻井技术研究进展
Ｄ Ｉ１．９ ９ ｊｉ ｎ １０ ６ ３ ．０ ２ ０ ．０ Ｏ ：０ ３ ６ ／．ｓ ． ０ ６— ５ ５ ２ １ ． ３ ０ １ ｓ
井 下 增 压 超 高 压 射 流 钻 井 技 术 研 究 进 展
窦亮彬 ， 沈忠厚 ， 李根 生 ， 付加胜 ， 王海柱
引 言
深井 、 深井 钻井 技术 是一 个 国家钻 井技 术发 超
显 ， 没有 得 到 推广 应 用 。为 此 ， 下增 压 装 置成 但 井 为 国 内外 各 大石油公 司 、 科研 院校 及科研 机构 主要
研究方向， 在借鉴双管系统 的基础上 ， 设计开发 了
多种 井下增 压 装 置 。通 过 利 用钻 井 液 的 自身能 量 或其 他能 量 ， 钻井 液进 行加 压达 到超 高压 喷射钻 将 井 目的。井下 增压 超 高 压 射 流钻 井 技 术 具 有下 列
（ 油气资 源与探测 国家重点实验室 中国石油大学 （ 北京） 北京 ， １２４ ） ０ ２ ９
摘 要 ： 着浅 层 油 气 资 源勘 探 开发 程 度越 来 越 高 ， 随 深层 油 气 资 源 成 为 中 国油 气 资 源 战 略 接 替 的 重要 领 域 。 而 深 井 、 深 井钻 井勘 探 过 程 面 临 钻 速 慢 ， 本 高 等 亟待 解 决 的 问题 。 应 用 超 高 压 超 成
２
特 种 油 气 藏
第１ ９卷
验表 明 ， 械钻 速 比邻井 提高 ２～３ 。 机 倍
有效 的方 法 ¨ 。
了深井 、 超深 井高压 水 射流钻 井 的可行 性研究 与试
验 ］ 。５口深 井现 场试 验结 果 表 明 ， 用地 面 增 压 利
超高压喷射钻井技术应用探讨
鉴国外技术研究和应用的情况，也经过三个发展
阶段。 第一阶段泵压为 １ ２ ａ第二阶段泵压 ０～１ ＭＰ ； 为１ ４～１ ＭＰ ； 三阶段泵压为 １ ５ ａ第 ８—２ ＭＰ 。对 ０ ａ 应这几个阶段 ， 从设备 、 技术 的研究和应用也 同步
生 产 实 际应 用 。
压采 用常规机泵组和循环部件， 只在钻头上方安装
增压器， 确保进入钻头喷嘴的射流具有很大的水力 特 陛， 并且增压器 已进 入工业性试验阶段。 ２国 内超高匿喷射钻井技术研究状况 ．
提高钻速的极限值 。如何能够获取更大射流喷射 速度和冲击力 ，是影响喷射钻井技术发展和应用
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 。
４钻井泵形成 的泵压足够大。地面机泵性能 ．
提高喷射钻井技术的应用 ， 十分 明显， 因循 效果 但 环过程 ， 系统都要承受很高的循环压力 。 整个 对钻 井泵 、 配套设备 、 管汇以及井下钻柱 的密封性能提
井 下 推 广 应 用 成为 可 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 陛的破碎。
参考文献 ：
［ 王德 玉， 东升 ． 压 式 井 下增 压 器 的 动 力 １ 】 何 静
５ ． 密闭良好的循环系统 。钻井 液循环 的路线 要能承受高液流的作用 ， 确保不刺 、 不漏 ， 满足高
的主要条件 。获得超高压是影响和制约当前喷射 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。 １先进的喷射钻头。 ． 钻头是破岩的工具， 也是
井下增压技术的新进展及发展方向
实践表明，影响破岩效率的主要因素是破岩工具和方法，超高压射流辅助破岩可显著提高机械钻速。
提高钻井液压力是增压钻井技术的关键，增压工艺设计思路有三种：一是全井增压，二是双管增压，三是井下增压。
全井增压需要改变现有的工艺和设备，从地面增加钻井液的压力输送给井底的钻头喷嘴，在现有经济、技术条件下难以实现；双管增压在地面将部分钻井液增压，通过双管钻柱分别传输高压及正常压力的钻井液至钻头，其系统稳定性差，高压管线密封困难，因此也没能得到推广。
井下增压是经济、技术上可行的增压钻井方式。
通过调研，将井下增压器分为柱塞式和离心式两类，并分别介绍了各自典型的工具系统及其现场应用情况。
调研结果为新设备和工艺的开发提供了依据。
一、柱塞式井下增压器早在上世纪九十年代中期，美国S.D.Veenhuizen等人研制的井下超高压泵就进行了现场试验，实现井下增压100MPa以上，提高钻速2倍左右，但因寿命问题，包括后来改进型井下增压泵也未得到推广。
在借鉴国外经验的基础上，国内石油大学等单位的有关专家也曾提出并设计了利用大活塞带动小活塞的柱塞往复式井下增压器，但未能见到推广应用报道。
前期井下增压泵未能得到工业普及应用的技术原因可概括为：钻井液固相导致高压密封元件和运动部件过早失效。
尽管如此，前期试验却说明了高压射流可以提高钻速。
近年来，随着滑动密封技术和材料耐磨加工处理技术的发展进步，井下柱塞式增压器重新显现出工业应用的前景。
1.射流式井下增压器自2005年以来，石油大学汪志明等人先后设计了2代射流式井下增压器。
第一代射流式井下增压器主体结构主要包括：换向机构、增压组件、阀组等附件。
增压器需具备附壁稳定性和切换的灵敏性才能正常工作。
工作频率取决于输入排量和活塞的运动行程，同时，在射流的输出频率一定时，可通过改变活塞直径调整射流增压比。
由于增压缸没有完全并联，增压冲程射流元件节流压降作用不到下级活塞缸，复位冲程中流量全走节流阀，致使节流阀憋压，从而导致工具压降过大，现场试验发现泵压为14.0MPa，输出压力为60MPa时，工具压降达到10.9MPa。
概述高压喷射钻井技术及其应用
概述高压喷射钻井技术及其应用摘要：国内从1978年开始应用高压喷射钻井技术，在相同地层和钻进参数条件下，喷射钻井比普通钻井速度提高1倍以上，而且随着泵压增加，效果更加显著。
本文首先介绍了高压喷射钻井技术应用所需的条件，然后阐述了高压喷射钻井技术关键点，最后具体分析了高压喷射钻井技术的应用。
关键词：高压喷射；钻井技术；应用喷射钻井是60年代提出并现场实施的一项技术，采用高泵压辅助钻井，可以大大提高钻速。
一般采用的压力范围15-20MPa。
随着近几年人们对高压喷射的深人认识，提高射流压力有利于冲击破碎岩石，并发挥水力机械联合破岩的作用。
制约高压喷射钻井的关键因素是钻井装备，尤其是钻井泵。
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。
我国自1978年开始推广应用高压喷射钻井技术，实践表明这一技术是提高钻井速度的有效手段，能够缩短钻井周期，显著提高经济效益。
随着液压工程、流体工程在钻井技术领域的深入，人们逐步认识到高压喷射技术的优势，并通过喷射压力的提高增加机械钻速与扩大应用场合。
1高压喷射钻井技术应用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。
获得高压是影响和制约当前喷射钻井技术发展和应用的关键因素，下面就高压喷射钻井条件进行阐述。
1.1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。
1.2优质的钻井液。
选用的钻井液要充分考虑地层造浆性、岩性特点、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。
1.3.稳定的井眼结构。
井底防喷器的研发与工程应用
井底防喷器的研发与工程应用井底防喷器作为一项关乎石油和天然气开采安全的关键技术之一，其研发和工程应用引起了广泛的关注。
本文将从井底防喷器的定义、原理、研发进展以及工程应用方面进行详细讨论。
井底防喷器是一种用来控制井口液体喷出和气体溢出的装置。
在石油和天然气开采作业中，由于地下的高压油气受到地壳的限制，一旦开采操作不当，可能会引发井喷事故，造成极大的人员伤亡和财产损失。
因此，研发井底防喷器成为防止井喷事故的重要手段。
井底防喷器的原理主要是通过设置一系列的防喷装置，用来控制井口的液体喷出和气体溢出。
在井底防喷器的设计中，需要考虑到井底压力、流体性质以及井筒封堵能力等因素。
通过合理的设计和安装，井底防喷器可以有效地控制井喷事故的发生，保障工作人员的安全。
在井底防喷器的研发过程中，科研人员不断探索新的材料和技术，以提高井底防喷器的性能和可靠性。
目前，井底防喷器的主要研发方向包括高温高压环境下的防喷器、自动化控制技术、远程监测等。
其中，高温高压环境是井底防喷器研发的重要挑战之一，因为在这种极端条件下，井底防喷器需要承受巨大的压力和温度变化，而且要保持稳定的工作性能。
此外，自动化控制技术也是井底防喷器研发的重要方向。
通过引入先进的传感器和控制系统，可以实现对井底防喷器的智能化管理和控制。
这样，在发生井喷事故时，可以通过远程监测系统及时采取相应的措施，防止事故的扩大和蔓延。
井底防喷器的工程应用是将研发成果实际应用于石油和天然气开采作业中的重要环节。
在工程应用过程中，需要结合具体的井筒结构和地质条件，选择合适的井底防喷器类型，并进行配套的安装和调试工作。
通过工程应用，可以验证井底防喷器的性能和可靠性，及时发现和解决可能存在的问题，从而提高井底防喷器的实际使用效果。
需要指出的是，井底防喷器虽然在一定程度上可以减少井喷事故的发生，但并不能彻底消除风险。
因此，在石油和天然气开采作业中，还必须严格遵守操作规程，提高工作人员的安全意识，并配备相应的应急预案和设备。
井下增压钻井技术研究新进展
图 ２射 流 式 井下 增 压 装 置 结 构 图
表 ２射流式 井下增压装置结构图
井号 钻 头 钻头 井段 （ 尺寸 ｍ ） ２ ６ ２ １ －６ ５ ｌ ０ ０ ２ ８ 地层 沙一， 沙二 机械钻 速（ 钻井方式 ｒ ｎ ） ４０ ． ６ 转 盘
马 ６ ４
ＰＣ Ｄ
马 ６ ６
ＰＣ Ｄ
钢齿
２ ６ ２ ８ －９ ４ １ ９ １２ ３ 东营， 沙一
６Ｏ ． ６
６０ ． ６
复合
转盘
图 １国 内 新 发现 深 井硬 地 层 的 油 气 田分 布 表 １国内大型油气 田油层的平均埋藏深度表
２６ １２－７７ １ ９ ７ ２ ５ 东营／ 沙一， 沙二 １．５ ４１ 东营， 沙一
马 ７ 双流道 Ｐ Ｃ １ ２ ５ － １ ９ ９ Ｄ ２ ６ ０ １２ ２
１． 井底增压 １０ ５
２井下 减 震 增 压 钻 井装 置 ．
通过对钻井 过程中钻柱 的动力 学研究可 以得 出 ．在钻井 的过程 中． 井下钻柱存在着的钻柱井 向方 向的横 向振动 和钻柱 轴向方 向的纵 ４ 龙 岗西气 田 ６ｏ ０ｏ 向振动 。井下减震增压装 置利用钻井过程 中， 钻柱产 生的纵向振动作 川东北 ５ 九龙 山气 田 ５０ ００ 为井下减震增压 装置的动力来 源 ． 通过叠簧式 的动力转换装 置 ． 将钻 将井下的一 高压水射流是最近几十年发展起来 的一种新工艺 ． 已被广泛 的应 柱 的井下纵向振动转换 为井下柱塞泵 的柱塞 的往 复运 动 ． 通过钻头的内的高压流道 ， 通过井 下钻头喷嘴 ． 从喷 用 的石油 、 化工、 矿山、 机械等领域 。 在石油钻井领域 ． 通过钻井的现场 部分钻井液增压 ， 实践 的经验 表 明 ． 通过 提高 井底 钻头 喷嘴 的喷射压 力 ． 以提高 井 嘴喷出破碎岩石 可 底钻 头的破岩效 率 ． 而提高钻井 速度 高压喷射 钻井技术 不 断的 进 推广 和应 用 ， 断地提 高 了相应 的钻井 速度 ． 场试验 表 明通过 合 不 现 理 的现场实验措 施和施工 工艺 ． 通过高压 喷射钻井 可 以提高钻井 速 度达 到两倍 。 目前 的高压 喷射钻井 技术 ． 主要包括 地面增 压钻井 技 术， 和井下 增压 钻井技 术 。地面 增压钻 井技 术 ． 对于 现场井 队 的管 汇、 泥浆泵 等设备 的要求 较高 ． 出现事 故 ． 易 现场施 工 成本较 高 ． 所 以在 现阶段 推广应 用 的可 能性 较 小 ． 下增 压技术 ． 过近 几 十年 井 通 的发 展 ， 已经取得 了较 大 的业绩 ． 文章 介绍 了几 种井下 增压 装置 的 结构和 现场试验情况
井下增压钻井提速技术探析
井下增压钻井提速技术探析【摘要】井下增压钻井是当下钻打油气深井的新技术，通过井底钻头喷嘴的高压喷射流来钻制硬地层，提高钻井速度，减少钻井成本的投入。
螺杆增压钻井、减震增压钻井、射流增压钻井三种井下增压钻井技术在油气开采方面的使用，大大地促成了油气开发企业以提高深井钻制的速度和质量。
【关键词】石油井下增压钻井新技术提速1 前言随着汽车企业的发展，我国石油资源无限制地被开采出来，在地质构造简单的地域石油已经接近枯竭，石油勘探开采逐渐转向复杂地层区域。
复杂地层的深井难以钻打，所以速度慢，钻井成本也很高。
在这种情况下，必须使用钻井新技术打制复杂地层的深井，提升钻井速度。
2 技术高压喷射钻井按照增压的方式主要分为地面增压和井下增压两种技术。
与地面增压技术相较而言，井下增压技术简单易行。
井下增压提速技术，是利用螺杆马达和柱塞泵增加井下钻井液的压力和动力，使钻井液从高压喷嘴射出，辅助井下钻头利用高压快速穿透坚硬的岩石层，提高了复杂地层钻井一倍以上的效率井下增压钻井技术包括射流增压、螺杆增压和减震增压三种技术。
2.1 螺杆增压钻井井下螺杆增压技术，利用成熟设计的螺杆钻和柱塞泵喷射高压液体穿透岩层来钻制比较深的油井。
井下螺杆增压装置使用螺杆的长度在10m以上，常规螺杆钻在装置的顶部，底部改装的转换接头与增压器连接，使螺杆钻成为井下增压装置的动力结构。
增压装置的动力来源于常螺杆钻下部的动力换向机构，动力换向机构的底部安装了增压柱塞泵，动力换向机构中的下拨叉进行往复运动直接带动柱塞泵做柱塞往复运动，将导管中3%-5%的钻井液注入柱塞泵，柱塞泵增加钻井压力，高压钻井液经过超高压流道到达钻头喷嘴，高压钻井液喷出钻头喷嘴形成高压喷射注穿透切割岩层。
螺杆增压钻井装置的井下增压器具有简单的结构和良好的压力控制能力，所以增加的液压具有良好的稳定性。
出于这个优点，井下螺杆增压技术使用于中国的大型油田的石油开采和井口试验，并且取得了可观的钻井速度和巨大的成功。
井底增压喷射钻井系统研制与应用
井底增压喷射钻井系统研制与应用摘要:利用专门设计的井底增压器以及双流道PDC钻头,以实现井底增压喷射钻井的目的。
试验表明:研制的井底增压器结构简单、原理可行、工作可靠,输出压力可达60 MPa以上,且其性能参数可调;机械钻速提高124％,为进一步优化与完善井底增压器与双流道PDC 钻头取得了宝贵的第一手资料。
关键词:井底增压器双流道PDC钻头喷射钻井试验井底增压器是实现井底增压喷射钻井的关键设备之一,连接在钻铤和双流道PDC钻头之间,其作用就是利用钻井液的压力使部分钻井液的压力升高达60 MPa。
1 结构及工作原理井底增压器的结构如图1所示。
外部由上接头、外缸、下接头3部分组成;内部出换向元件、上活塞缸、二位三通阀、下活塞缸、增压缸、节流器、输出接头7部分组成。
来自钻井泵的钻井液经钻具进入增压工具,若大活塞处于上位,此时二位三通阀也处于上位,活塞腔下腔与节流器下部低压腔相通,上腔与射流元件进口相连。
在节流压降静压差的作用下,钻井液推动大活塞向下运动,推动增压小活塞向前运动增压,增压后的高压液体经单流阀、高压管路输出至钻头超高压喷嘴[1～3]。
大活塞运动至下死点,推动二位三通阀换向,此时大活塞下腔与节流器低压端关闭,打开与射流元件下腔通道,利用射流附壁切换功能,在射流动压差作用下将两级大活塞及增压小活塞推至上死点。
此时增压小活塞通过单流阀进液,完成1个增压过程。
如此循环,实现相对稳定的射流输出。
2 样机的作性能试验在试验井上先后对井底增压器样机进行了5次工作性能测试。
在方钻杆下连接好井底增压器,然后将工具下放至钻台与地面之间,连接好各测试管件、喷嘴、压力表、压力传感器等。
开启泥浆泵,观察井底增压器工作状况,记录试验数据,通过分析与评价判断井底增压器工作性能。
测试工作图如图2所示。
除第1次因为换向元件的性能问题造成增压器不工作以外,在其他4次试验中都观察到超高压引出管输出的是非常明显的脉动射流,且有明显的雾化现象。
井下增压钻井提速技术探析
井下增压钻井提速技术探析【摘要】井下增压钻井是当下钻打油气深井的新技术，通过井底钻头喷嘴的高压喷射流来钻制硬地层，提高钻井速度，减少钻井成本的投入。
螺杆增压钻井、减震增压钻井、射流增压钻井三种井下增压钻井技术在油气开采方面的使用，大大地促成了油气开发企业以提高深井钻制的速度和质量。
【关键词】石油井下增压钻井新技术提速1 前言随着汽车企业的发展，我国石油资源无限制地被开采出来，在地质构造简单的地域石油已经接近枯竭，石油勘探开采逐渐转向复杂地层区域。
复杂地层的深井难以钻打，所以速度慢，钻井成本也很高。
在这种情况下，必须使用钻井新技术打制复杂地层的深井，提升钻井速度。
2 技术高压喷射钻井按照增压的方式主要分为地面增压和井下增压两种技术。
与地面增压技术相较而言，井下增压技术简单易行。
井下增压提速技术，是利用螺杆马达和柱塞泵增加井下钻井液的压力和动力，使钻井液从高压喷嘴射出，辅助井下钻头利用高压快速穿透坚硬的岩石层，提高了复杂地层钻井一倍以上的效率井下增压钻井技术包括射流增压、螺杆增压和减震增压三种技术。
2.1 螺杆增压钻井井下螺杆增压技术，利用成熟设计的螺杆钻和柱塞泵喷射高压液体穿透岩层来钻制比较深的油井。
井下螺杆增压装置使用螺杆的长度在10m以上，常规螺杆钻在装置的顶部，底部改装的转换接头与增压器连接，使螺杆钻成为井下增压装置的动力结构。
增压装置的动力来源于常螺杆钻下部的动力换向机构，动力换向机构的底部安装了增压柱塞泵，动力换向机构中的下拨叉进行往复运动直接带动柱塞泵做柱塞往复运动，将导管中3%-5%的钻井液注入柱塞泵，柱塞泵增加钻井压力，高压钻井液经过超高压流道到达钻头喷嘴，高压钻井液喷出钻头喷嘴形成高压喷射注穿透切割岩层。
螺杆增压钻井装置的井下增压器具有简单的结构和良好的压力控制能力，所以增加的液压具有良好的稳定性。
出于这个优点，井下螺杆增压技术使用于中国的大型油田的石油开采和井口试验，并且取得了可观的钻井速度和巨大的成功。
喷射钻井技术
价值评估
提高的可采量 = 更高价值
目 录
技术简介 技术特性
钻井施工
主要业绩
钻井施工
钻前准备
2、地层资料
3 、修井资料
1、井史
资料搜集
6、其他资料 5、油层配型
4、测井资料
钻井施工
一 损坏或不规则 的区域,侧孔 可有效的交叉 到产油区。 二二
增产挖潜评估
三 相对于水平渗透 来具有更高的垂 直渗透性，技术 就能产出最大效 益。
井 数 日产 油/桶
10 1 1 1 1 1 1 1 327 1.2 0 5.7 0 20 8.2 34
应用RDS前 日产 气/m3
0 1.7 10 0 96 0 0 0
应用RDS后 日产 水桶
64 0 0 0 0 0 0 0
日产 油/桶
715 8 3 39 0 38 51 84
日产 日产 增产% 气/m3 水桶
喷射钻井
技术简介
1
喷射钻井通过高 压射流将储层岩 石破碎，形成井 眼。
工艺原理 2
井眼的大小取决于产 层的强度，上覆岩层 的压缩负荷和基岩应 力和喷射的渗透速度 等。地面的测试表明 平均直径可达到4050cm。
3
Ov/Hv 和 Bv 都作 用于侧面的钢筋混 凝土上，防止由深 度造成这些力增加 导致坍塌，确保井 眼的稳定性。
业务领域
俄罗斯 加拿大 美国 墨西哥 哥伦比亚 厄瓜多尔 巴西 阿根廷 智利 澳大利亚 北部海 西欧 哈萨克斯坦 利比亚 埃及 中国 印度 阿曼 菲律宾
当前业务 未来业务
喷 射 钻 井
诚 致 谢 意
欢 迎 指 导
增 产 挖 潜
重复以上步骤
采用优质化学药品，处理通道定位，通过注射水或二 氧化碳保持压力或定向水力压裂。
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井底增压喷射钻井系统的研制与应用
王甲昌张金成
（中原石油勘探局钻井工程技术研究院，河南濮阳，457001）摘要：井底增压喷射钻井技术能够提高机械钻速，是一项具有广阔应用前景的前沿钻井新技术。
由中原油田钻井工程技术研究院与中国石油大学（北京）联合研制的井底增压喷射钻井系统，利用专门设计的井底增压器以及双流道PDC钻头，实现井底增压喷射钻井的目的。
经多次地面性能试验表明，研制的井底增压器结构简单、原理可行、工作可靠，输出压力可达60MPa以上，且其性能参数可以调整。
并对该系统在中原油田马79井进行了首次现场试验，结果表明机械钻速提高了124 ％，为进一步优化与完善井底增压器与双流道PDC 钻头取得了宝贵的第一手资料。
关键词：井底增压器双流道PDC钻头喷射钻井试验
前言
自旋转钻井方式问世以来，破岩机理基本没有改变，主要采用机械应变力来破碎岩石，但能量传输、转换、分配和利用效率等问题一直未能得到很好的解决。
因此，20世纪60年代以来，各国不断地研究新的方法，以求改变能量传输方式，提高能量转化和利用效率。
随着液压工程、流体工程在钻井技术领域的应用，人们逐步认识到高压喷射技术的优势，并通过提高喷射压力来提高机械钻速。
1985年，美国Flowdril公司开发出一种超高压射流双管钻井系统。
该系统用600马力(441kW)的泵将40加仑/分(2.52L/s)的钻井液在地面加压后，通过特殊的双导管钻柱引导至钻头，从而使具有极高喷射速度的钻井液直接作用在井底，以辅助钻头进行破岩。
试验表明，超高压射流辅助钻井在较深油气井中能够提高机械钻速2～3倍。
尽管由于高昂的成本和泵送困难限制了高压射流双管钻井系统的商业应用，但其能够大幅度提高机械钻速的事实使人们看到了超高压射流的巨大潜力。
受高压射流双管钻井系统的启发，国内外开始致力于井底增压喷射钻井技术的研究工作。
2005年，中原油田钻井院与中国石油大学（北京）经过两年多的联合研究攻关，研制出了一套井底增压喷射钻井系统，并进行了首次现场试验，取得了阶段性研究成果。
1 井底增压器的研制
井底增压器是实现井底增压喷射钻井的关键设备之一。
井底增压器连接在钻铤和双流道PDC钻头之间，它的作用就是利用钻井液的压力使部分钻井液的压力升高至高达60MPa。
1.1 井底增压器的结构及工作原理
1.1.1 井底增压器的结构
井底增压器的结构如图1所示，主要由以下几个部分组成：
图1井底增压器结构示意图
外部由上接头、外缸、下接头等三部分所组成；内部由换向元件、上活塞缸、二位三通阀、下活塞缸、增压缸、节流器、输出接头等七部分所组成。
1.1.2 井底增压器的工作原理[1]
来自钻井泵的钻井液经钻具进入增压工具，假定大活塞处于上位，此时二位三通阀亦处于上位，活塞腔下腔与节流器下部低压腔相通，上腔与射流元件进口相连。
在节流压降静压差的作用下，钻井液推动大活塞向下运动，推动增压小活塞向前运动增压，增压后的高压液体经单流阀、高压管路输出至钻头超高压喷嘴。
大活塞运动至下死点，推动二位三通阀换向，此时大活塞下腔与节流器低压端关闭，打开与射流元件下腔通道，利用射流附壁切换功能在射流动压差作用下将两级大活塞及增压小活塞推至上死点。
此时增压小活塞通过单流阀进液，完成一个增压过程。
如此循环，实现相对稳定的射流输出。
1.2 井底增压器样机的工作性能试验[2]
在中原油田全尺寸科学实验井上，先后对井底增压器样机进行了五次工作性能测试。
在方钻杆下连接好井底增压器，然后将工具下放至钻台与地面之间，连接好各测试管件、喷嘴、压力表、压力传感器等。
开启泥浆泵，观察井底增压器工作状况，记录实验数据，通过试验分析与评价，判断井底增压器工作性能。
测试工作图如图2所示。
图2 井底增压器测试工作图图3 立管压力与超高压出口压力记录曲线
除第一次因为换向元件的性能问题造成增压器不工作以外，在其它四次试验中都观察到超高压引出管输出的是非常明显的脉动射流，且有明显的雾化现象（见图2）。
记录数据显示超高压出口压力高于立管压力（见图3、表1），表明增压器实现了增压要求。
表1井底增压器试验结果汇总
2 双流道PDC钻头的研制
如图4所示，双流道PDC钻头内部结构设计不改变普通PDC钻头基本设计原理和方法，主要是在钢体PDC钻头的内部设置超高压管，上部连接井底增压器出口，下部通过钻头内加工的两个流道与超高压射流喷嘴相连，超高压喷嘴安装在钢体PDC钻头的两个刀翼上。
图4 双流道PDC钻头结构示意图
3 井底增压喷射钻井系统的现场试验
井底增压喷射钻井系统样机研制成功以后，在中原油田马79井进行了首次
″现场试验。
试验井段为2041～2115m，地层为东营组至沙一下；钻具组合为：8 1/
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双流道PDC钻头 + φ180 mm井底增压器 +φ159 mmDC*9 +φ127 mm DP；钻压20～40kN；转速65rpm；排量28L/s；泵压16MPa；钻井液密度1.08～1.11g/cm3，含砂量0.3% 。
本次试验，井底增压喷射钻井系统样机入井时间共12h，其中钻井液循环时间为3.8h，纯钻进时间为6.2h，总进尺74m。
试验中，钻进2041～2109m井段时钻速较快；当钻进至2110m时，钻时大幅增加，随后又出现泵压下降，于是起钻。
起钻后发现，双流道PDC钻头掉了一个刀翼；增压器解体后发现射流元件及二位三通阀冲蚀严重，动密封失效。
通过分析，考虑到本次试验2110～2115m
井段钻头已经损坏，我们只将2041～2109m井段试验情况与邻井同井段平均机械钻速进行对比(见表2)，机械钻速提高了124%。
表2 机械钻速与邻井对比表
4 结论
⑴井底增压喷射钻井系统设计原理可行，满足现场使用要求。
⑵采用井底增压喷射钻井系统能够大幅度提高机械钻速，是一项具有广阔应用前景的前沿钻井新技术。
⑶如何提高井底增压器的工作寿命，是目前制约这项技术发展的主要因素，也是今后研究的重点。
参考文献
[1] 张文华，汪志明，王小秋等. 射流式井下增压装置的设计. 石油机械，2005.33(11)：32～33
[2] 张文华，汪志明，王甲昌. 射流式井下增压装置的试验研究. 石油机械，2005.33(12)：16～18
作者简介：
王甲昌，男，高级工程师，1991年毕业于中国石油大学（华东），现在中原石油勘探局钻井工程技术研究院从事钻井工程技术研究工作。