[发明专利]一种高温磨料射流钻井系统及钻井方法

说明书

本发明涉及石油勘探开发领域的一种高温磨料射流钻井系统及钻井方法。所述系统组成包括：地面泵组、微波发生装置、连续油管、波导管、微波天线、加热腔、温度传感器、压力传感器、高温磨料射流装置等。所述钻井方法综合考虑了磨料射流和岩石热裂解作用，结合微波加热原理，通过高温磨料射流作用于井底岩石实现高效破岩。本方法解决了现有常规钻井技术对于深部硬地层、高研磨性地层存在的机械钻速低、钻头寿命短、破岩效果差等难题，为我国深层油气资源的高效开发提供了有力支撑。

技术领域

本发明涉及石油勘探开发领域，更进一步说，涉及一种高温磨料射流钻井系统及钻井方法。

背景技术

目前，我国中东部老油田已经进入开发晚期。油井的综合含水大幅提高，产能逐步降低。西部复杂叠合盆地剩余油气资源量占全国总量的45％左右，探明率不到20％，勘探开发潜力巨大。相比于中国东部盆地，西部盆地的油气资源更多集中分布于深部地层中(超过4500m)，约占西部复杂叠合盆地油气资源量的80％。然而，深部地层岩石胶结更致密、可钻性更差，导致机械钻速低；随着井深的增加，钻柱容易屈曲，钻头加压困难；深部地层温度较高，降低了井下钻具寿命，影响了钻井液的携岩能力。这些因素都制约了我国深层钻井技术的快速发展。因此，亟需开发一种适用于深部硬度层的高效破岩新方法，加快我国深层、超深层油气资源的开发进程，有效保障我国的能源安全。

深井硬地层、高研磨性地层钻井是目前世界上普遍存在且尚未解决的难题。我国川东北地区陆相自流井组合须家河组地层岩性致密，石英含量高，且多为硅质胶结，硬度大、研磨性强，平均钻速仅为0.35～0.75m/h。为了提高深井硬地层、高研磨性地层机械钻速，多种提速工具(混合钻头、旋冲工具、涡轮钻具、扭力冲击器、水力加压器等)和技术方案(气体钻井等)取得了快速发展，但仍存在较多问题。比如旋冲钻具是一种液压冲击短节，虽然试验效果较好，但使用寿命太短；高速涡轮虽然可以提供高转速，但施工泵压较高，高钻速下钻头在钻井液中的冷却效果较差，缩短了钻头寿命；气体钻井技术受到了地层的严格限制，对井壁稳定性要求较高，且成本较高。

高压水射流钻井技术是一种利用高能水射流破碎岩石，并充分清洗井底的高效破岩技术，近几十年来取得了快速发展。但是对于深部硬地层来说，不仅岩石的密度和硬度增加，而且还存在岩石性质从脆性向塑形或硬塑性转化的现象。单纯依靠高压水射流破碎深部硬地层岩石的效果并不理想。热力射流钻井技术是利用火焰、热空气、热流体等高温介质作用于岩石，对岩石形成冲击力并迅速传热，使岩石内部产生非均匀膨胀应力，岩石内部不断产生微裂缝，最终岩石发生破碎。热力射流破岩技术将高压水射流与岩石热裂解相结合，可以大大提高深井、超深井机械钻速，有望成为一种有效的深部硬地层高效破岩方法。