[发明专利]一种连续管高压电脉冲-机械复合破岩钻井方法

说明书

本发明涉及一种用于带电缆连续管高压电脉冲‑机械复合破岩钻井方法。所述钻井方法的系统组成为：地面电源及控制设备、连续管滚筒、去离子泵及其泥浆净化系统、电缆、液压管线、连续管注入头、井架、带电缆连续管、功率放大及电脉冲发生器、连续管连接头、井下动力钻具以及电极钻头等。所述钻井破岩方法将传统连续管钻井与高压电脉钻井破岩方法（包括电脉冲破岩和液电破岩）结合起来，既能钻直井，也可用于钻定向井（包括水平井）；将高压电脉冲发生装置置于下部钻具组合中，提高了能量的转换效率；同时还具有电缆下放方便、破岩效率高、井壁质量好、深井钻进成本低等优点。

技术领域

本发明涉及一种用于石油天然气钻采开发过程中的一种高效破岩钻井方法，尤指一种用于带电缆连续管高压电脉冲-机械复合破岩钻井方法。

背景技术

石油及天然气勘探勘探开发领域不断扩展，高效破岩钻井技术的研究势在必行。传统的机械旋转钻井在钻井高温高压的深井、超深井时，具有钻探效率低、施工难度大、钻井费用高等缺点，需要依靠新的破岩技术。

目前较为前沿的钻井破岩方式主要有：水射流破岩、粒子射流破岩、激光钻井破岩、超声波及热能破岩等。粒子流破岩对喷嘴的要求和设备的工艺要求较高；激光钻井破岩受激光功率的限制，目前还处于实验探索阶段；超声波破岩的适用很有局限性，要求岩石是脆性的；水射流破岩、激光钻井破岩、超声波破岩都还处于实验验证阶段用于钻井的可能性还有待进一步验证。

高压电脉冲破岩钻进利用电脉冲破碎，电脉冲放电破岩钻进已经被很多国家证实其可行性。这种方法具有破岩效率高、井壁质量好、深井钻进成本低等优点，是目前为止具有潜力、接近工业化的破岩方式。按脉冲放电的所处的介质将其分为两种类型：即电脉冲破岩和液电破岩。电脉冲破岩的原理为：高压短脉冲放电电压下(电压上升时间<500ns)，岩石的击穿场强小于液体介质(如电导率小于300μS/cm的水或油)，放电等离子体通道在岩石内部形成；等离子通道形成后，高压电脉冲电源中的能量释放到等离子体通道中，并对通道加热(可达10⁴K)；等离子体通道受热膨胀，产生冲击应力波(可达10⁹～10¹⁰Pa)并对周围岩石做功，使得岩石内部产生“内伤”；当冲击应力波对岩石的作用超过岩石的自身强度时，岩石就被破坏。而当放电等离子体产生在液体介质时，会在液体介质中产生放电的压力波；同时液体介质会产生气泡，气泡的溃灭会产生另一部分的压力波。这两部分的机械压力波作用在岩石上，当这部分机械压力波超过岩石的自身强度时，岩石就发生破坏，这就是液电破岩。

目前，俄罗斯、欧盟、日本和美国等国家和地区都对等离子体钻井技术进行了研究和开发。2007年英国的Strathclyde大学提出了一种高压脉冲等离子体钻井方法。这种方法实现了钻井液的循环，并可以实现浅直井。当钻井深度过大时，用这种方法钻井容易致使井壁垮塌，同时井眼轨迹容易偏斜。针对上述问题2012年国内浙江大学闫克平等人提出一种脉冲等离子体钻井系统。这种钻机系统保留了传统的钻柱旋转特性，因此能够很好地保证所钻直井的井壁质量，同时能够保证更深的钻井深度。当今钻井行业为了追求更高的油气采收率，对于定向井(包括水平井)的要求也日益增加。这种方法只能钻直井，因此在一定程度上具有局限性。

发明内容

基于以上工程背景,本发明提供了一种用于带电缆连续管高压电脉冲-机械复合破岩钻井方法。其将高压电脉冲破岩钻井方式(包括电脉冲破岩和液电破岩)与连续管钻井方式相结合，电缆下放方便；将传统旋转钻井破岩与高压电脉冲钻井破岩相结合，破岩效率大大提高；将电极钻具与井下动力钻具相结合，适用于钻各种类型的井(直井、定向井等)，更符合石油钻井发展的趋势；同时，将高压电脉冲发生装置置于井下，随钻头一起封装于下部钻具组合中，提高了能量的转换效率、降低了不必要的沿程电力能耗损失；此外，无论是地层水，还是用于平衡井底压力、携带岩屑的钻井液，均为高压电脉冲钻井技术提供了良好的液体条件。