等離子炬破巖效果室內(nèi)試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用建議

于 巖， 高 銳， 賈玉丹， 喬 磊， 周 偉,3

（1.新奧科技發(fā)展有限公司, 河北廊坊 065001；2.河北省深層地?zé)峒夹g(shù)創(chuàng)新中心, 河北廊坊 065001；3.中國(guó)石油大學(xué)（華東）石油工程學(xué)院, 山東青島 266580）

隨著油氣開(kāi)發(fā)不斷深入和深層地?zé)崮荛_(kāi)采需求不斷增加，鉆井作業(yè)面臨日益復(fù)雜的地質(zhì)條件。地層越深，巖石硬度越大，溫度和壓力越高，巖石破碎的難度也越大。深井、超深井采用傳統(tǒng)鉆井技術(shù)鉆進(jìn)時(shí)，機(jī)械鉆速低、鉆頭磨損嚴(yán)重等問(wèn)題突出，導(dǎo)致鉆井周期長(zhǎng)、鉆井成本高，甚至無(wú)法實(shí)現(xiàn)鉆井目的。而且，受各種因素影響，傳統(tǒng)鉆井技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展和提升的空間有限。因此，各種創(chuàng)新型能量鉆井技術(shù)不斷被提出。

截至目前，已提出了多種創(chuàng)新型能量鉆井技術(shù)，其中等離子炬鉆井是一種較有應(yīng)用前途的新型鉆井方式。等離子炬具有功率密度高、連續(xù)可調(diào)、溫度高和設(shè)備簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于冶金、機(jī)械加工切割、噴涂和固廢處理等領(lǐng)域[1–6]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外開(kāi)始嘗試將等離子技術(shù)應(yīng)用于石油工程[7–8]，進(jìn)行了等離子炬破巖以及切割套管的研究，如I.Kocis等人[9]研發(fā)了用于硬巖鉆井的等離子炬，并完成鉆井樣機(jī)開(kāi)發(fā)，開(kāi)展了地面鉆井測(cè)試。但是，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有將等離子炬應(yīng)用于鉆井的研究。為此，筆者分析了等離子炬的破巖原理，進(jìn)行了等離子炬破巖效果室內(nèi)試驗(yàn)，證明等離子炬在地面具備破碎巖石能力之后，提出了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用建議，以期為該技術(shù)的應(yīng)用研究提供借鑒。

1 等離子炬破巖原理

等離子體是一種由自由電子和帶電離子為主要成分的物質(zhì)形態(tài)，廣泛存在于宇宙中，常被視為物質(zhì)的第四態(tài)，稱(chēng)為等離子態(tài)或者超氣態(tài)，也稱(chēng)電漿體?！?br>