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1、科技创新高效破岩前沿技术的研究聂蕾中国石化胜利油田东辛采油厂山东东营257000【摘要】破岩效率在石油工程过程中起着至关重要的作用,高效破岩技术能够降低能耗,起到降低成本、节能环保的作用。本文阐述了四种新型高效破岩前沿技术——激光破岩、粒子冲击破岩、等离子体破岩、超临界CO破岩技术,总结了四种高效破岩技术的应用现状、作用机理、破岩特点等。2【关键词】破岩激光钻井粒子冲击等离子体超临界CO2在油气田开发过程中破岩是消耗资金和原料最大的一个部分。3min就可以使其破碎,破岩效率远大于机械破岩效率。这项破岩技术高效的破岩技术能够提高速度
2、,降低成本,减小井下发生事故的可能,能目前尚处于验证阶段,其可行性还有待进一步验证。如果它最终能够够有效提高石油工程的经济效益。因此研究更为高效的破岩技术对通过现场试验,则有望成为一种新的简单、高效、成本低、风险小的提高速度、降低成本是非常有必要的。破岩方式。3.2等离子体破碎岩石的机理1、激光钻井破岩技术实验证明热力破岩的速度在很大程度上取决于矿物成分和物理性目前,室内理论研究激光破岩的优点,给破岩方式的发展带来了广质,如岩石中含有大量的石英石、钾长石、白云石等成分,就易于剥落阔的前景。激光发生器有很多种,从石油钻井工业的用途来
3、说,主要有且凿岩速度也很快,但含有钠、铁镁矿、方解石、云母等矿物质的岩以下七种:氢、氘氟化物激光;化学氧化碘激光;二氧化碳激光;一氧化石,不易剥落且凿进速度也慢。在高温高速的等离子弧的作用下,产生碳激光;自由电子激光;钇铝石榴石晶体激光;氪氟准分子激光。的热应力超过岩石的强度极限从而使它破碎,岩石破碎的过程有内在1.1激光破岩的物理模型和主要反应原因和外在条件,当任何一项不满足的情况下都不会出现破碎现象。激光器将光束照射在岩石表面上,有一部分能量被反岩石吸收。3.3等离子体破岩的技术难点与前景当激光的能量密度达到一定程度后,岩石表
4、面的分子被激发,做无规则等离子体破岩设备包括电源、控制器、水路系统、气路系统及的剧烈运动,从而使岩石由高温、热熔变为液化,直至气化和蒸发。喷嘴等。它是利用等离子体破岩法对不规则岩块进行二次破碎,无论高能激光破岩是一种非接触式的物理化学破岩方法,能量利用率在国内还是在国外其技术已接近成熟;等离子法在坚硬岩石中穿凿炮高,钻井深度在理论上可以无限延伸,这是激光钻井的最大优势。孔较机械钻孔法速度快。在使用等离子破岩过程中,由于岩性的变化1.2激光破岩的特点和岩石结构、裂隙的存在,常常出现偏斜现象。目前通过采用导向器在激光破岩之后,岩石的渗
5、透率和孔隙度都有所增加,但不用的岩在一定程度上改善了这种情况,但终究还是一个尚未解决的问题;等离石增加的多少不同,这主要取决于岩石的导热系数。砂岩有高的导热子体在破岩中最重要的用途是切割,因为只有岩石切割才能使传统的系数从而渗透率有较大的增加,而导热系数较低的石灰岩渗透率的变循环作业方式发生根本改变,同时,也只有岩石切割才能使破岩的比能化就不明显。这是因为在高导热系数的岩石中热传递比低导热系数降到最小,因此,岩石切割技术目前已为许多发达国家所重视和关注。的岩石要多,从而导致一些矿物成分膨胀引起的。4、超临界CO破岩技术22、粒子冲
6、击破岩技术在气体和欠平衡钻井中通常将空气或氮气作为钻井流体,但氮气美国PDTI公司CurlettH.B.SharpD.P.和GregoryM.A.等人,采用密度低,不能为井下动力钻具提供足够的动力,空气易爆炸,而如果使用泥浆水力能量作为驱动力,用高速硬质球形钢粒子模拟射弹来破碎坚泡沫钻井流体难以实施全井欠平衡钻井。新型的超临界CO2钻井技硬的岩石,并通过钻井液携带循环,提出了粒子冲击钻井（Particle术,在欠平衡钻井中具有能有效驱动深井井下马达,破岩速度快,易控制ImpactDrilling,简称PID）技术的概念。井底压力,
7、防止储层损害等优点,得到了国内外的广泛关注。粒子冲击钻井系统主要包括粒子注入系统、PID钻头、粒子回收由于其密度、黏度、扩散性等方面的特殊性质,超临界二氧化碳处理系统等。钻井具有以下技术优势。粒子冲击钻井系统的主要优点有:（1）该钻井系统改变了岩石（1）超临界CO与液体类似的较高密度能为欠平衡连续管钻井2切削的方式,提高了能量的利用率;（2）粒子冲击破岩形成的井眼,可过程中井底动力钻具提供足够的动力。以产生比较精确的井眼直径和轨迹,能够有效防止井斜的产生;（3）（2）通过控制二氧化碳的密度和黏度,可以达到高效携岩目的,对钻压和扭矩
8、的要求较小,在很大程度上减小了钻柱和钻具的疲劳破并且在钻井过程中可通过控制井口回压来调控环空压力,实现控制压坏的概率,同时钻头磨损也很小,减少了井下事故起下钻作业的次数,缩力钻井。短了钻井周期;（4）与磨料射流钻井相比,球形钢粒对地面设备等的（3）
