CN109630020A - 多路高低压复合等离子钻井方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于石油工程领域，具体地，涉及一种多路高低压复合等离子钻井方法。等离子钻头上布置多个相互独立的等离子发生器，这些等离子发生器都通过导线独立地与地面的等离子电源相连；高频脉冲性的等离子弧喷射到井壁上，岩石在脉冲性热应力冲击下破碎；高压钻井液将岩石碎屑由等离子钻头和岩石的间隙排出，并携带至地面；等离子钻头在地面控制系统的带动下在360°范围内作往复旋转运动；多个等离子发生器喷出的等离子弧联合扫射整个井眼区域，从而实现高效破岩钻井；该钻井方法能量利用率高，等离子钻头工具电极损耗低，该方法可以钻探大井眼井，钻井效果不受岩石和钻井液的介电性能影响。
Description
技术领域
本发明属于石油工程领域，具体地，涉及一种多路高低压复合等离子钻井方法。
背景技术
钻井技术是油气资源开发过程中的核心技术，旋转机械钻井是最常用的一种方法，它采用钻头“以硬克软”的方式进行破岩。然而随着石油资源勘探开发的深度增加，地质条件越来越复杂，破岩难度日益增大，旋转机械钻井技术的不适应性日益突出，主要表现为钻头磨损严重、破岩效率低、钻井速度慢、成本高等。
等离子破岩钻井是一种新型的钻井技术，它是利用等离子热能冲击和熔化等作用破碎岩石，该方法的破岩效果不受岩石的硬度和强度等的影响，可以克服传统旋转机械破岩方法的缺陷，是一种高效、经济、环保的新型油气钻井方法。目前等离子破岩钻井技术主要包括高压脉冲等离子破岩技术和等离子体电弧烧蚀破岩技术。
高压脉冲等离子钻井方法是将内外电极分别与高压脉冲电源的正负极相连，破岩时高压脉冲电源通过电缆向井下内外电极输送数十至数百千伏的高压脉冲电，放电击穿内外电极前端的岩石，形成等离子放电通道，等离子通道内压力急剧升高至3-10Gpa并急速扩张，致使岩石破碎崩裂，该脉冲性等离子放电过程持续重复进行，实现高效破岩钻井。但由于钻井液介电性能往往低于岩石，等离子体的击穿通道发生在钻井液中，这样不但破岩效率低，而且工具电极损耗大，因此该钻井方法工作稳定性差、能耗大。而且该方法需要数十至数百千伏的等离子体放电击穿高压，该方法的破岩电源以及高压传输系统的设计困难较大。
等离子体电弧烧蚀破岩技术是将高温等离子体从专用等离子钻头中喷出，直接喷射到岩石上，使岩石熔化、气化和热破碎，从而实现钻井。该技术存在超大功率电源设计困难、钻头损耗大、能量利用率低和钻探井眼小等缺点。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种“多路高低压复合等离子钻井方法”，实现高效经济的钻井。
本发明是通过以下技术方案实现的：等离子钻头上布置多个相互独立的等离子发生器，这些等离子发生器都通过导线独立地与地面的等离子电源相连；高频脉冲性的等离子弧喷射到井壁上，岩石在脉冲性热应力冲击下破碎；高压钻井液将岩石碎屑由等离子钻头和岩石的间隙排出，并携带至地面；等离子钻头在地面控制系统的带动下在360°范围内作往复旋转运动；多个等离子发生器喷出的等离子弧联合扫射整个井眼区域，从而实现高效破岩钻井。
本发明的有益效果在于：钻井能量利用率高，等离子钻头工具电极损耗低，该方法可以钻探大井眼井，钻井效果不受岩石和钻井液的介电性能影响。
附图说明
图1是多路高低压复合等离子钻井原理图。
图中：101、井壁，102、等离子钻头，103、钻井液出口，104、等离子发生器，105、等离子弧，106、岩石碎屑。
具体实施方式
如图1所示，图中各部分为：101、井壁，102、等离子钻头，103、钻井液出口，104、等离子发生器，105、等离子弧，106、岩石碎屑；本发明多路高低压复合等离子钻井方法具体为：等离子钻头102上布置有多个相互独立的等离子发生器104，这些等离子发生器都通过导线独立地与地面的等离子电源相连；各等离子发生器在地面各自的高低压复合脉冲电源的控制下，喷射出高频脉冲性的等离子弧105；高频脉冲性的等离子弧105喷射到井壁101上，井壁101上的岩石内部形成脉冲性的高温热冲击应力，岩石在热应力冲击下破碎，形成岩石碎屑106；高压钻井液由地面泵入，经由钻井液出口103喷出；钻井液冷却等离子发生器103；钻井液将岩石碎屑106由等离子钻头和岩石的间隙排出，并携带至地面；等离子钻头在地面控制系统的带动下在360°范围内作往复旋转运动；多个等离子发生器104喷出的等离子弧联合扫射整个井眼区域，从而实现高效破岩钻井。
Claims (3)
1.一种多路高低压复合等离子钻井方法，其特征在于：等离子钻头上布置多个相互独立的等离子发生器，这些等离子发生器都通过导线独立地与地面的等离子电源相连；各等离子发生器在地面各自的高低压复合脉冲电源的控制下，喷射出高频脉冲性的等离子弧；高频脉冲性的等离子弧喷射到井壁上，井壁上的岩石内部形成脉冲性的高温热冲击应力；岩石在热应力冲击下破碎，形成岩石碎屑。
2.根据权利要求1所述的多路高低压复合等离子钻井方法，其特征在于：等离子钻头在地面控制系统的带动下在360°范围内作往复旋转运动；多个等离子发生器喷出的等离子弧联合扫射整个井眼区域。
3.根据权利要求1所述的多路高低压复合等离子钻井方法，其特征在于：高压钻井液由地面泵入，经由钻井液出口喷出；钻井液将岩石碎屑由等离子钻头和岩石的间隙排出，并携带至地面。
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