利用高压液氮射流辅助深井钻井提速方法研究

摘要

深层岩石硬度高可钻性差,因此深井钻井提速成为深层油气资源开发的关键.本文提出了一种以高压液氮射流辅助深井钻井提速的方法,通过超低温液氮对井底岩石产生的冷冲击作用诱导岩石内部微裂缝产生和扩展,有效降低破岩难度并提高钻速,减少钻井时间和成本.为验证该方法的可行性,本文针对液氮与岩石之间传热特性、液氮对岩石强度的影响规律、液氮射流破岩特性和液氮对管柱力学性质的影响规律四个方面进行了一系列实验研究.结果表明,岩石表面凹凸形貌对岩石温降速度具有强化效果,从而提高岩石内部温度应力;与液氮接触后,岩石强度及弹性模量显著降低,相对于干燥岩样饱水岩样降低幅值更大;液氮射流破岩相对于水射流具有破岩门限压力低、破岩效率高的特点,本实验条件下其破岩体积为水射流的7倍以上,破岩能耗较水射流低90.8％;液氮低温作用下,管柱脆性增强、韧性减弱、强度增大.研究结果可为该方法的进一步研究和现场应用提供理论基础.