激光噴射復(fù)合鉆井技術(shù)
發(fā)布時間：2018-08-20
鉆井成本占整個地?zé)岚l(fā)電投資的50%以上,當(dāng)鉆井深度超過5000米時,則較高的成本主要與硬巖(抗壓強(qiáng)度超過200MPa)中的較低鉆進(jìn)速度有關(guān)。目前采用的鉆井工具(如聚金金剛石PCD鉆頭)因孕鑲金剛石鉆頭的破碎而造成壽命較短,鉆井作業(yè)面臨耗時且昂貴的起鉆/下鉆作業(yè)問題。一般來說,預(yù)計(jì)的建井成本會隨深度的增加成指數(shù)增加。
德國Herrenknecht鉆機(jī)設(shè)備有限公司、位于德國波鴻的國際地?zé)嶂行?GZB)、德國IPG激光有限公司、德國KAMAT泵設(shè)備有限公司、德國Fraunhofer生產(chǎn)技術(shù)研究所(IPT)等機(jī)構(gòu)正在合作開發(fā)激光噴射復(fù)合鉆井技術(shù),目標(biāo)是通過顯著降低鉆井工藝的時間和成本以確保德國的深部地?zé)崮荛_發(fā)利用。
激光噴射復(fù)合鉆井技術(shù)是利用激光和高壓水力噴射結(jié)合來提高鉆井工具的鉆進(jìn)速度和壽命。高達(dá)30千瓦的高功率工業(yè)激光源將能量傳遞到鉆頭端面。在機(jī)械載荷上增加熱載荷可以改善巖石粉碎過程,因?yàn)樽銐蚋叩臒彷d荷可以產(chǎn)生足夠大的熱應(yīng)力使巖石破碎。將激光束照射到巖石面會產(chǎn)生熱應(yīng)力,并利用高壓水力噴射來保護(hù)激光光學(xué)裝置。結(jié)合機(jī)械載荷和熱載荷,機(jī)械鉆頭能夠更容易地破碎及移除巖石。隨著鉆柱上鉆壓(WOB)和扭矩的降低,有可能產(chǎn)生更高的鉆進(jìn)速度和更低的工具磨損。
在概念開發(fā)和設(shè)計(jì)之后,GZB于2017年建立了等比例的實(shí)驗(yàn)鉆機(jī)。裝備包括新設(shè)計(jì)的含有由IPT開發(fā)的含激光頭的6in鉆頭。通過新的“多管中管”鉆柱實(shí)現(xiàn)所需液體的供應(yīng)。對于初始鉆井測試,目標(biāo)是2m的凈鉆井深度。這一階段的目標(biāo)是研究新技術(shù)的基本相互作用機(jī)理,特別是激光和機(jī)械巖石破碎工藝的相互耦合。其次,將利用GZB的高壓高溫模擬器(HPHT)研究原位儲層條件對鉆井工藝和系統(tǒng)技術(shù)的影響。
圖1 激光噴射的示意圖
在2017年的初始測試之后,將能獲得有關(guān)激光噴射鉆井技術(shù)有效性的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。理論評估表明,利用激光噴射復(fù)合鉆井技術(shù)可將硬巖的鉆進(jìn)速度增加至10m/h。與具有低于1.5m/h鉆進(jìn)速度的最先進(jìn)鉆井工藝相比,到達(dá)目標(biāo)深度的凈鉆井時間減少了約7倍。由于破碎巖石所需要的鉆壓更低,所以工具的壽命顯著增加,反過來需要更少的起鉆/下鉆次數(shù),從而減少總體鉆井時間,縮短非生產(chǎn)時間,以及降低工具維護(hù)的要求。即使與常規(guī)鉆井技術(shù)相比,額外的激光部件需要支出更多的資金,但是通過節(jié)省成本,預(yù)計(jì)激光噴射復(fù)合鉆井系統(tǒng)的總作業(yè)成本更低。與最先進(jìn)的鉆井過程相比,預(yù)計(jì)節(jié)約成本約10%至20%。
