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第二章--钻进工艺技术

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第二章 钻进工艺技术第五章 钻进工艺技术钻进 是根据所钻地层的特点 , 选择和使用合理的工具 , 运用合理的工艺技术 , 使钻头在地层中顺利打到目的的层 ( 垂直井 ) 或沿预定的轨道前进 ( 定向井 、 水平井 ) 。评价钻井技术的好坏 ( 先进性 ) , 有几个 指标或标准 : 完成钻井目的的好坏 , 钻进速度的快慢 ( 建井周期的长短 ) , 成本的高低 。在钻进的过程中将受到地层的物理机械性能的制约 , 同时受到钻进设备 、 工具的性能及钻井的工艺措施的影响 。第一节 影响钻进的主要因素两大因素:① 不可变因素: 已经客观存在,无法改变的因素, 即地层条件。② 可变因素: 可以为选择和改变的因素,如钻头、钻具、钻压、转速、水力参数、洗井液性能及技术等。一、钻压 :由上部钻柱施加于钻头上的压力 。是破碎岩石的最基本参数。常用 现有的设备条件下,典型的钻压( W) — 钻速( )曲线如图 5曲线分为三段: 门限钻压120a 第一段 : 段 。 此时钻压很小 , 钻头切削无吃入岩石 , 进尺是靠切削刃研磨岩石获得的 , 所以很慢 , 功率低 。 岩石很少体积破碎 , 此区间的比例很小 , 一般不在此区间工作 。压与钻速的关系曲线( 2) 第二段 : 为曲线的直线段 , 表明 成正比关系 , 多数在此区间工作 。( 50为门限压力 , 此时钻压大于 切削刃可吃入井底岩石 , 被破碎下来的岩石成块状 , 即体积破碎 , 破屑效率高 ,井底净化也充分 。( 3) 第三段 : 当钻压超过 牙轮钻头的牙齿已几乎全部吃入地层 , 岩屑积存于牙齿根间 , 妨碍了牙齿的吃入 ,同时也不易净化充分 。 而且铣齿是尖劈状 , 根部粗 , 面积增大 , 吃入过深后使比压降低 , 从而导致 同时 , 钻压的升高使钻头牙齿磨损速度增大: (5承磨损:( 5速与牙齿磨损量的关系:( 5-4)m 211 转速在钻压和其它条件不变时 , 转速与钻速的可用下式表示:( 5-5)n —— 转速; λ—— 转速指数 , 一般小于 1, ,其钻速与转速的关系曲线 , 如图 5nV mn (r/ 5 转速与钻速的关系1231底清洁;2底不净;3化不充分 、 水力因素从钻头喷嘴射出的洗井液 ( 射液 ) , 对钻进过程有着三种作用: ① 清洁 、 净化井底 , 避免岩屑的重复切削;② 保持和扩大预破碎带裂缝;③ 直接水力破岩 , 如喷射钻井 。 一般最主要的作用是 ① 。保持井底清洁的三个过程:① 首先是使破碎的岩屑 离开 岩石母体;② 然后是岩屑在井底被移动;③ 是由上返的洗井液将其从环空举升 ( 携带 ) 至地面 。前两个过程对钻速的影响最大:由于洗井液柱压力大于地层压力,在井底就形成了一个压差,这个压差的存在使岩屑被压持在井底不易脱离,这种现象 叫“压持效应” 。克服“压持效应”是井底清洁的 重要保证 。是靠洗井液的射流的冲击和漫流的横向推力,使岩屑脱离、移动达到井底清洁。压持效应 :而清洁井底的能力是采用钻头水功率来表示的 。( 5b—— 钻头水功率 钻头喷嘴压降 , 钻头进出口间的压差 )Q—— 泵排量 , L/位面积上的水马力。便于比较。单位水功率图 5速与水力参数的关系曲线 洗井液性能1、 洗井液密度的影响密度越大 , 压差就增大 , “ 压持效应 ” 增加 , 关系如图 。2、 洗井液粘度粘度增大 , 增加了循环系统的压耗 , 减小了钻头水眼压降 ,降低了水功率 , 3、 固含及分散性固含高 , 微米粒子多 , 采用低固相不分散洗井液 。第二节 钻进参数选择一 、 平衡压力钻井技术科学化钻井: “ 平衡压力钻井 ” 是很重要的技术 , 为了保证井下安全 , 以及考虑一些工艺过程与措施 , 多采用“ 近平衡压力钻井技术 ” 。保持井内压力平衡的最小密度可用下式近似计算:—— 分别为地层压力和压力梯度 , 单位为 地层深度 洗井液密度 g/ 0P 、近平衡压力钻井时:用压力表示: 或S—— 附加压力系数 钻油气层时 , = =P  100   1 001 M P aP m 二 、 高压喷射钻井技术喷射钻井的基本标准是泵压在 10 射流速度超过 80m/s, 钻头水功率达到泵功率的 1/2以上 , 环空流速 1%, 包括盐水钻井液 、 饱和盐水钻井液和海水钻井液 。 主要用在海湾 、 海上钻井 , 钻盐岩层及泥 、页岩易塌地层 。( 3) 钙处理钻井液 —— 含钙量 >120, 包括石灰钻井液 , 石膏钻井液和氯化钙钻井液 。 主要特点是防塌性能好 , 抗可溶盐侵污的能力较强 , 性能稳定 。( 4)低固相钻井液 —— 一般的低固相钻井液粘土含量(体积百分数)小于 7%,近年发展起来的“不分散低固相钻井液”的粘含量小于 4%,主要特点是钻速快、流动性能好,钻井总成本低。这类钻井液的使用极为广泛,发展迅速。2、 油基钻井液( 1) 油包水乳化钻井液 ( 逆乳化泥浆 ) —— 以柴油或原油作分散介质 , 水及有机搬土或其他的亲油粉末状物质作分散相 , 加乳化剂等处理剂配制而成 。 主要特点是:热稳定性高 , 有较好的防塌效果 , 对油气层的损害小 , 常用于超深井的高温井段 , 钻进易塌地层和低压油气层 。( 2) 油基钻井液 —— 由柴油 ( 或原油 ) 和沥青 ( 或有机搬土及有关处理剂配面 ) 。 主要特点是:对油气层损害小 ,抗可溶盐侵污的能力强 。3、 气型钻井液 —— 有空气钻井液 , 泡沫钻井液 , 适用特殊地区 、 地层 。三 、 钻井液的发展随着石油工业技术的不断发展 , 以及对经济效益的重视 ,石油工程的决策者和技术专家们 , 非常注重石油钻井技术的发展 , 投入了大量的精力从事技术研究与开发 , 以适应石油工业的技术与环境保护的需要 , 近几年来钻井液技术发展迅速 , 研制出了多种水基钻井液体系 , 取得了很好的应用效果 。( 1) 降滤失剂配制而成的钻井液 。 故而又称正电胶 , 因而有人把这种钻井液叫做正电胶钻井液 , 经测试这种钻井液是不呈电性的 。该钻井液具有优良的流变性、抑制性、储层保护效果好,现在我国用得较广。( 2) 合成基钻井液 ( 简称 类钻井液大致可以分为这几类 , 即:酯类 、 聚乙烯烃 ( 、醛酸醇线性烷基苯 ( 和醚类 , 这些都是人工合成的或改性的有机物 , 该钻井液以该有机物为连续相 , 盐水为分散相 , 再加入乳化剂 、降失水剂 、 流型改进剂 、 加重剂等 。特点:① 无毒 , 可生物降解 , 对环境无污染 , 钻井污水 、 钻屑和废弃钻井液均可向海洋排放 。② 润滑性能好 , 可用于大位移井 , 水平井等 。③ 基液的抑制性好 , 有利于井壁稳定 , 同时有利于对油气层的保护 。④ 不含荧光物质 , 解决了影响测井和试油资料解释问题 。这类钻井液符合当前的保护环境 、 保护油层 “ 双保 ” 的趋势 , 是可持续发展的 , 发展前景很好 。 目前使用比较多的有:脂基钻井液 、醚基钻井液和聚合醇钻井液 。 最多最好的还是聚合醇钻井液 。 然后在这两种钻井液基础上也进行了一些发展 。(3)无渗透钻井液体系无渗透无侵害钻井液是一种对地层几乎不产生滤液渗透和固相侵害的体系。能最大程度地防止储层渗透率降低 ,实现无损害钻井。无渗透无侵害钻井液通过在各种常规钻井液体系中加入无渗透钻井液处理剂转化而成 ,基本组成为 :膨润土浆 +护胶剂 +流型调节剂 +无渗透钻井液处理剂 ,是一种能够满足钻井工程要求的宾汉塑性流体 ,具有非常低的动滤失量。研制出的无渗透钻井液处理剂OCL BST (降滤失剂 )由水溶和油溶性聚合物及生物聚合物、阳离子胶体等原料组成。用OCL BST降滤失剂配制的无渗透无侵害钻井液的主要作用机理不是依靠固相滤饼封堵 ,而是利用独特的表面化学原理封堵 ,体系中的聚合物聚结成可变形胶团或胶束 ,在滤液开始侵入渗透性地层时 ,这些胶束迅速在孔喉形成薄的低渗透屏蔽薄膜 ,屏蔽薄膜由固相和高分子量聚合物、生物聚合物等组成 ,能有效阻止流体的进一步侵入和固相的侵害 ,实现井壁稳定 ,防止储层损害。四 、 粘土的结构与水化作用1、 粘土结构 。 粘土有很多种 , 用于钻井泥浆的是以微晶高岭土 ( 石 ) ,即蒙脱石 ( 土 ) , 又称搬土为最好 。 它是由两片二氧化硅夹一片三氧化二铝片构成粘土矿物的单元层 。( 二氧化硅为硅氧四面体 , 三氧化二铝为铝氧八面体 )粘土颗粒可以仅由这一层单元组成 , 也可以由堆叠在一起的许多层组成 。这种粘土片带负电 , 其上吸附有阳离子 , 进行阳离子交换吸附 , 阳离子交换吸附是钻井液中常见的现象 , 人们就是通过利用这种阳离子交换吸附作用来调节泥浆的性能的 。负电荷来源于 ① 晶格取代 , 即 →, →, 、 取代 , 就带负电 , 这样能吸附很多的阳离子 。 ② 裸露的 ③ 吸附阳离子 。如果吸附的阳离子主要是钠离子 , 则叫钠搬土 。如果吸附的阳离子主要是钙离子 , 则叫钙搬土 。2、 粘土水化 。粘土在水中将吸附一层水形成水化膜 , 水化膜的厚度取决于粘土片结合的阳离子种类和数量 。 两价阳离子 和 增加了各片间的吸引力 , 从而减少了它能吸附的水量 。 一价阳离子如 生的吸引力较小 , 历而能使更多的水渗透到各层之间 。 所以钠搬土在水中的膨胀程度是钙搬土的 4倍 。 由于膨胀 , 使粘土层连在一起的力变得很弱 , 使各层片可从层组中分离开 , 这叫做分散作用 。分散作用使颗粒数目增加 , 引起面积增加 , 使悬浮液变浓 , 粘度增大 。 同样数量的粘土 , 钠土浆的粘度将比钙土浆的粘度大 。不同的粘土 , 其造聚能力也叫造浆率 ( 吨土能配成的同样粘度的泥浆量 ) 是不同的 , 搬土需用量最少 , 普通粘土需用量很大 。泥浆粘度以 15 则搬土每吨可配浆约 15密度为 而差的粘土每吨只能配出 、 粘土颗粒的连结方式 。片状粘土颗粒的平面上带负电 , 边缘表面上带正电 , 在边面上晶格破裂 , 一个断键露在外边 。 这些电荷和交换阳离子形成了围绕着粘土颗粒的电场 , 如果交换阳离子从粘土表面旁解 , 带负电的平面间的斥力发生作用 , 便相互分离开 。 在通常的情况下 , 颗粒之间会出现三种不同的连结方式:面 — 面 、 边 — 边 、 或边 — 面 。( 1) 聚结 ( 面 — 面相连 ) 作用以形式较厚的 “ 板 ” , 从而减少了颗粒的数目 , 使粘度降低 。 泥浆中加入了两价的阳离子 , 如 , 即能引起聚结作用 。 钻遇硬石膏层或水泥以及向泥浆加入这些材料都会出现这种情况 。( 2) 分散作用 。 片间分离 , 可以形成较多的颗粒数目和较高的粘度 。 分散程度取决于水中电解质的含量 , 时间 、 温度 、 粘土可置换的 。阳离子和粘土的浓度 , 当水中含有 及盐时 , 分散作用变坏 。 为什么 ?① 降低电位 , 直接吸引水分子的能力降低 ( 压缩双电层 ) ;② 进入粘土颗粒吸附层的阳离子数目增多 , 但这些阳离子的水化膜减薄 。 有关双电层理论可以找 《 泥浆工艺原理 》 自学习 。( 3) 絮凝作用 。 是指粘土颗粒边 — 边或边 — 面连结 , 形成网状结构 。 这种情况引起粘度增加 , 增加的程度与作用在颗粒上的力和相互连结的颗粒数有关 , 无论是减少颗粒之间的斥力或减少薄水化膜 , 如加入两价阳离子或高温 , 都会促进絮凝作用 。 强度取决于单位体积中的网状结构数目和单位强度 。( 4) 解絮凝作用 , 加入稀释剂的作用亦主要是通过吸附( 特别是端面上的吸附 ) , 减弱粘土颗粒间的连接力来实现的 。五、钻井液性能( 一 ) 洗井液密度层压力 浆柱压力 地层破裂压力 泥浆 ) 除去空气 、 天然气 、 泡沫等泥浆外 , 水是密度最低的液体 , 水可以用于无复杂情况 , 无高压地层的钻进 。 可以清水钻开地层 ,利用自造浆 , 提高密度与粘度 。当不适应用清水时 , 如地层易坍塌 、 易吸水膨胀等 , 向应水中加入粘土( 搬土 ) 防膨剂控制高压井时 , 则加入加重剂来提高密度 , 如重晶石粉 加重时 , 原浆的粘度应当有 15s。国内的泥浆密度从小于 范围很广 , 以满足不同地层的钻井需要 。( 二 ) 粘度钻井液粘度是钻井液流动时固体颗粒之间 , 固体颗粒与液体之间 , 以及液体分子之间的内摩擦的总反映 。剪切应力: 流体流动时 , 存在着一种抵抗流动的力 , 叫剪切应力 。剪切速率: 流动的液体在垂直于流动方向上有速度的改变 ,其单位长度上的变化称为剪切速率 。 dv/ 叫流变曲线 。牛顿型液体: 如果剪切应力与剪切速率之比是常数 , 叫牛顿型液体 。非牛顿型液体 :如果剪切应力与剪切速率之比不是常数 ,叫非牛顿型液体 。钻井液是非牛顿型液体,水是牛顿液体 。变 曲线 =µ. dv/也叫视粘度或有效粘度 , 是在某一流速梯度下 ,用流速梯度去除相应的切应力 , 所得的商 。同一种钻井液不同的 下 , 不同的 。大多数的钻井泥浆属于 塑性流体 如右图 。   线表明,当外力小于某一数值( )时,流体不流动,只有当外力大于这一数值后,才开始流动,然后逐渐过渡到剪切应力与剪切速率成正比的阶段。ss静切应力1、 宾汉模式—— 剪切应力—— 屈服值 , 也叫动切应力 (— 塑性粘度 , 也有 剪切速率塑性粘度 ( 表示剪切应力随剪切速率的增加而增加的速度 , 它是一个与剪切速率无关的常数 。它表示了钻井液中的各种摩擦引起流动阻力 , 包括固体颗粒之间 , 固体颗粒与液体之间以及液体本身的摩擦 。 os现场实际应用来说 , 塑性粘度取决于钻井液中固体颗粒的浓度与分散程度 。 浓度大和分散得细 , 将引起塑性粘度的增加 。屈服值 ( 也叫动切应力 , 也是钻井液流动时受到的流动阻力的一部分 , 它是由颗粒表面或接近颗粒表面的正负电荷相互吸引形成的 。 它的大小与固体颗粒的表面性质 、 带电状况 , 钻井液液相中离子的类型和浓度有关 。也可以用合适的化学剂加以控制 。从图上可以看出,宾汉模式在低剪切速率区时,误差较大,可以用视粘度表示,高剪切速率区时比较精确。o2、 指数模式: 它可以更好描述低剪切速率区的流动特性—— 剪切应力K—— 稠度系数n —— 流型指数 , n=1牛顿 , 、 稠,粘度高。3、 剪切稀释性定义: 表观粘度随流速梯度增大而降低的现象 , 叫剪切稀释性 。显然 , 即 V( 动塑比 ) 高 。比值越大,剪切稀释能力越高,有利于喷射钻井。低速梯时会增稠,有于携砂。在低速梯下,结构破坏少,那么这部分粘度高 为好。 4 7 粘度的测量1、 马氏漏斗测量水:装 流出 时间 26秒 ± 装 750 流出 500时间 15秒 ± 。2、 旋转粘度计测量直读式旋转粘度计可以精确测量出上述各种参数。主要是塑性粘度 P, 以将多余的固相颗粒除去,或加水稀释,则颗粒面上的负电荷引起颗粒间的相斥,使颗粒分散,而降低粘度。若由 理剂使颗粒上的断键得到中和。秒 06 0 0   3 0   60 021  06 0 0 4 7 较好( 三 ) 切力切力表示钻井液的触变性能 。触变性是指钻井液静止一段时间后 , 颗粒间吸力增加 ,搅拌后颗粒间的连结被破坏 , 又易于流动的性质 。切力是在静止的条件下测定的颗粒间的吸力 。 时间长 , 切力大 , 静切应力 。测量:旋转粘度计测量钻井液静止 10秒钟后的切力 ,为初切力 , 测量钻井液静止 10分钟的切力为终切力 ( 终切 ) , 这两个参数值来表示钻井液触变性 , 过低 , 不利于钻井液静止时悬砂 。过高 , 不利于流动 , 静置后开泵时泵会过高 。sss( 四 ) 失水量1、 钻井液中水的三种状态( 1) 结合水:即结晶水 , 为构成粘土矿物成分的一部分 , 一般温度下不受影响 。( 2) 吸附水:或称束缚水 , 是包围粘土颗粒的水化膜 , 移动时需克服静电吸力 , 受温度影响 。( 3) 自由水:为处于自由状态下的水分子 , 可自由移动 , 不受力的牵制 。2、 滤失过程: 井内钻井液柱的压力 , 大于地层 、 压力 , 在这个压差作用下 , 钻井液中的液相和部分固相在打开地层的瞬间涌入具有孔隙的地层 , 这时的失水叫瞬时失水 。 随着失水的继续进行 , 钻井液的固相颗粒将会在井壁附近的地层内产生堵塞 ,形成内泥饼 , 而不能进入地层的留在井壁外的颗粒将形成外滤饼不断增厚 , 滤失速度也会下降 , 这就是失水造壁过程 。3、 失水量的影响因素 ( 静失水 )水量K:泥饼的渗透率P:滤失压力t:滤失时间:滤失粘度饼中固相的体积分数井液中固相的体积分数 11) 压差的影响:一般情况 P↑ ) 时间: t↑ 3) 泥饼的渗透率: K↑ K↓ 4) m:钻井液固相含量小 , 5) 温度:温度 T↑ 动 、 静失水量的关系4、 失水的危害1) 井壁不稳定:坍塌大肚影响固井 , 缩径卡钻泥饼压差卡钻2) 损害油气层5、 失水测量的测量现场: 00A=00 149℃ ( 300℉ )六 、 钻井液处理剂按处理剂的作用可分为:( 1) 碱度剂和 ( 2) 杀菌剂; ( 3) 除钙剂;( 4) 腐蚀抑制剂; ( 5) 消泡剂; ( 6) 乳化剂; ( 7) 降失水剂; ( 8) 絮凝剂; ( 9) 起泡剂; ( 10) 堵漏材料;( 11) 润滑剂; ( 12) 页岩稳定剂; ( 13) 表面活性剂;( 14) 稀释剂和分散剂; ( 15) 增粘剂; ( 16) 加重剂我们国家的发展也是非常迅速的 , 基本形成了三种钻井液类型的各种处理剂 , 以适应各种钻井需要 。简单地可分为: 无机处理剂、有机处理剂、表面活性剂( 一 ) 无机处理剂1、 纯碱 2、 烧碱 3、 石灰 4、 石膏 5、 氯化钙 6、 食盐( 7、 水玻璃 8、 三氯化铁 9、 重铬酸钠 ( 防腐 )10、 六偏磷酸钠 11、 碱式碳酸锌 12、 重晶石 13、 石灰石14、 菱铁矿 15、 方解石无机处理剂的作用原理主要有以下三个方面:( 1) 离子交换吸附 , 钙土变钠土 , 改善造浆性能( 2) 通过沉淀中和 、 水解 、 络合等化学反应 , 除去有害离子 ,控制 使有机处理剂变成能起作用的溶解态 , 形成熬合物等 。( 3) 压缩双电层的聚结作用 , 在盐水钻井液 、 盐侵及其处理中较重要 , 还可用来使钻井液保持适度粗分散 , 调整钻井液的流动性 。加重剂 是惰性的作用,提高密度。( 二 ) 有机处理剂有机处理剂一般按其主要作用分为 稀释剂 ( 控制钻井液的流动性 ) , 降失水剂 、 增粘剂 和 絮凝剂 等几种 , 它们大多是水溶性高分子 , 对粘土悬浮体都有不同程度的护胶稳定作用 , 从其来源和发展上看 , 也可分为天然高分子及其加工产品和合成高分子两大类 。前者来源广 , 成本较低 , 使用较广泛 。 者成本高 , 但有一些特殊的处理效果和作用 , 也得到了极大的发展 。一 ) 稀释剂1、 丹宁 ( 丹宁酸钠 ) 2、 栲胶碱液 ( 、 磺甲基丹宁 4、 铁铬木质素磺酸盐机理在钻井液工艺原理上 , 丹宁通过配价键 , 吸附在粘土颗粒断键边缘的 二 ) 降失水剂1、 煤碱剂 ( ( 腐蚀酸钠 )2、 腐植酸衍生物3、 钠羧甲基纤维素4、 水解聚丙烯腈5、 聚丙烯酸钠6、 磺甲基酚醛树脂7、 磺化褐煤树脂三 ) 增粘剂1、 生物聚合物2、 羟乙基纤维素 三 ) 表面活性剂选用适当的表面活性剂处理钻井液 , 可以提高钻井液的热稳定性 , 保护油层 , 降低落泥饼摩擦系数 , 防塌 , 提高钻速 , 预防和解除钻井的复杂问题等 , 还可用作乳化钻井液的稳定剂和钻井液的消泡剂 , 泡沫液的起泡剂等 , 有如下三大作用:1、 润湿作用: 解卡 保护油层2、 乳化作用 :乳状液3、 起泡作用: 起泡用于泡沫钻井 , 消泡时 , 保证钻井液的稳定性其类型有: 1、 非离子型 2、 阴离子型 3、 阳离子型七 、 处理剂的发展方向处理剂研制开发的目标是:适用于深井 ( 大于4500m) 、 抗温 ( 150℃ 或更高 ) 、 抗盐 ( 至饱和盐水 ) 、 抗钙或镁的 增粘剂 、 降滤失剂 、 降粘剂和流型改进剂 、 大位移井 、 多分枝井用的润滑剂 、 井壁稳定剂 、 流型改进剂和低伤害处理剂 , 复杂易坍塌地层钻井用的 泥页岩稳定剂 、 堵漏剂 、 低渗透地层钻井用的保护油气层的各种处理剂 , 对环境无污染的低成本的天然材料改性产品 。第五节 特殊钻井工艺技术一、取心钻井在油气田勘探和开发过程中,可以采用地球物理测井、岩屑录井、钻井液录井等方法收集各种资料,以便从一口井中了解地层及井下各种情况,但这些方法都具有一定的局限性,只有岩心才是最完整的第一手资料。通过对大量岩心的分析研究,可以取得非常完整、准确的地质资料,如油气层的分布规律、厚度、岩性、孔隙度、渗透率、含油饱和度、裂缝发育情况等,为制定合理的勘探开发方案、提高钻井的效益等提供了可靠的依据。取心钻井是获取地下岩心的重要手段。评价取心钻井水平的 最重要的指标是 岩心收获率 , 即实际取心长度占取心进尺的百分数。在保证获得较好的岩心收获率的前提下,还要努力提高取心钻进的单筒进尺,以提高取心钻进的效率。1.取心工具一般取心需要经过三个环节:即钻出岩心、保持岩心和取出岩心。为完成这三个环节,取心工具一般包括取心钻头、岩心筒及悬挂装置、岩心爪等部分,分别完成钻出岩心、保护岩心和割断、卡牢岩心并使岩心随取心工具被提到地面。目前已出现了多种取心工具,最基本的结构如图 7—6所示。2.取心工艺(1)取心工具的选择。 选取心工具主要依据地层岩性和井下条件,合理选择钻头、岩心爪的类型及工具长度。软地层取心一般选用刮刀式或硬质合金取心钻头,硬及研磨性地层可选用领眼式硬质合金或金刚石取心钻头。深井取心时,要尽量选择使用寿命长的钻头。2)取心钻进参数配合。 取心钻进仅破碎一个环形面积的岩石,因而钻头的承压面积小。 同时,外岩心筒管壁较薄,为了保护好岩心,提高岩心收获率,选择的钻压、转速和排。参数均要比全面钻进钻头用的要小些,但要适当。否则,太小则钻速慢、进尺低,取心时间长,效率低,对岩心保护不利。3)取心工艺。取心下钻前必须做好各种准备工作,处理好洗井液性能,保持井眼畅通、井底干净,检查好机械设备及选用取心工具。在下钻过程中操作要平稳,不得用取心钻具划眼。在下钻距井底 10保持泵压在一定范围内,待缓慢下放到井底,并慢转一段时间,然后根据选定的参数配合开始取心钻进。在钻进过程中要始终保持转动和加压平稳。当取心钻进到达了预定的进尺之后,就要进行割心操作。首先停止继续施加钻压,并保持原转速旋转一段时间,然后通过投球方式或直接上提钻具的方式将岩心割断(具体与所用工具的割心方式有关 ),并平稳地起钻到地面,用吊钳或旋绳卸扣,轻轻取出岩心,并认真做好测量、记录。二、定向钻井使井身沿着预先设计的方向和轨迹钻达目的层的钻井工艺方法 ,称为定向钻井, 一般指斜向钻井 。定向钻井工艺是为适应特殊的需要而发展起来的,它与在钻井过程中由于井斜而引起的井眼偏斜有着本质的区别。定向钻井是根据地面、地下条件及特殊的目的,经专门的设计和施工,使井眼轨迹按预定方向 (并非垂直 )钻达目的层位,解决用常规的直井不能解决的问题。 如特殊的地面条件限制了用直井开发地下油藏时;地下地层条件使钻直井非常困难或不可能时;技术上需要用定向钻井处理事故、达到特殊目的时等1.定向井井身剖面(1)井身剖面设计原则 。由于定向井的上述特点;要保证最终钻达目的地 ——“靶点”,就必须进行综合本地区的地质情况、地层自然造斜规律及钻井技术条件等因素,进行合理的井眼轨迹即井身剖面设计。 一般设计的原则可归结为四点,即:必须保证实现定向钻井的目的;尽可能利用地层自然造斜规律;有利于安全、快速钻进;有利于以后的采油和修井作业。(2)井身剖面类型 。 在定向井井身剖面设计时,一般采用二维设计,即固定井斜方位角不变, 首先应根据井身剖面设计原则,选定一种井身剖面。井身剖面类型很多,不过组成各种剖面的基本段只有四种:垂直井段、造斜井段、稳斜井段和降斜井段。按照我国钻井行业的标准规定,定向井井身剖面有四种类型: 三段式、多靶三段式、五段式和双增式(如图 7—7所示 )。2.定向井造斜方法及原理使垂直井眼在某一深度上偏斜一定角度的工作称为定向钻井中的造斜。如何造斜,是定向钻井的关键问题之一。钻井过程中,可利用地层的自然条件造斜,但这种造斜能力有限,而且有时方向会与设计的不一致。因此要使井眼真正按照预定轨迹延伸,还需要专门的造斜工具和方法。目前,根据钻井方法的不同, 定向钻井的造斜方法有转盘钻造斜和井底动力钻具造斜两种 。1)转盘钻造斜 。①槽式斜向器: 这是一种转盘钻井使用最早的造斜工具, 一般是用套管焊制而成, 其结构如图 7—8所示。斜面与圆柱母线的夹角丫,称为导斜角,是表征其造斜能力的一个重要参数。3.定向井的方位控制合理的井身剖面设计,选择适当的造斜工具,是定向钻井的首要条件。但必须控制好井眼延伸的方向,才能使井眼沿预定轨迹到达目的地。 在井身剖面设计中,都是根据具体井的地面和地下条件以及特定的钻井目的,设计出合理的理论井眼轨迹,以最短的路径和最方便的施工钻达目的层。但实际钻进中,由于地质条件、操作工艺技术等各种因素的影响,井身轴线很难完全按设计的轨迹延伸,这就需要及时测量并及时予以纠正。三、水平钻井水平钻井是指在地下某一深度的地层中沿水平方向钻出一段水平井眼的工艺过程。 水平钻井技术是在定向钻井技术的基础上发展起来的。 自 20世纪 80年代到 90年代初,水平井技术在世界范围内得到迅速发展和完善,并被称之为 石油工业的第二次革命。水平井是以水平方向钻进于储集层中、最大井斜角达 90o (有的地区认为超过 86、在产层内有水平的或近似于水平段井身的特殊油气井。 由于水平井使泄油面积增大、一口井可以穿过几个油气层、并能开发用常规方法无法开采或效益差的油气藏,还可以改造利用老井,所以极大地提高了钻井的经济效益、原油产量和采收率。水平井的剖面形状基本有三种 :(1)双增剖面垂直井段、增斜井段、稳斜井段、增斜井段、水平井段五段。(2)变曲半率单增剖面垂直井段、增斜井段、水平井段三段。(3) 圆弧单增剖面增斜井段变曲率半径不变,增斜井段为一圆弧。率半径 水平井钻井系统:、大位移井钻井技术1.大位移井的概念大位移井也称之为大位移延伸井, 是指水平位移与垂深之比等于或大于 2的井 。大位移井钻井是在定向井、水平井钻井技术基础上发展起来的一种新型钻井技术。主要是为满足海油陆采和一井开采多个不相连的油气藏构造的需要而发展起来的。相对于水平井而言,大位移井的水平位移更大,能较大范围地控制含油面积,开发相同面积的油田可以大量减少钻井的数量,尤其在陆上开采近海油田的油气资源,可以大量节省海上钻井平台的数量,减少钻井成本,提高钻井效益。 到目前为止,大位移井的水平位移已超过 10000m, 这意味着在陆地上可以利用大位移井技术开发 10 1)摩阻和扭矩大。 钻大位移井时,由于井斜角和水平位移的增加而导致了钻柱和套管柱在井下工作过程中的摩阻和扭矩明显增大。如果采取的技术措施不合理,就会造成井下事故,而导致钻井的失败。( 2)井壁稳定性差( 3)于其水平位移更大,更突出了其技术难点。五、欠平衡压力钻井技术在正常钻井过程中,钻井液始终充满着井眼并保持循环。这样钻井液就会在井底作用一个压力,如果这个压力大于地层孔隙压力,就会产生一个正压差 Δ P, 则钻井液就可能会侵入到地层中,导致地层的污染,尤其是在钻开油气层时,会损害油气层,而使油气井的产量下降甚至不能生产。当控制这个压差为 0或为负值时,就可对产层进行有效的保护。1.欠平衡压力钻井的概念欠平衡压力钻井是指在钻井液作用于井底的压力 (包括静夜压力和循环压力 )低于地层孔隙压力条件下的钻井 。在钻进过程中钻井液在井底产生的压力为 层孔隙压力为 : 超平衡或过平衡压力钻井 。2.欠平衡压力钻井的优越性相对于常规的过平衡压力钻井技术而言,欠平衡压力钻井的优越性在于:①减轻地层伤害,解放油气层,提高油气井产能,尤其是对于低渗油气藏,压力衰竭的油气藏其效果更为明显;②有利于识别评价油气藏,钻进过程中允许地层流体有控制地进入井内,十分有利于发现、识别和准确评价油气藏;③明显提高机械钻速,当井底存在负压差时,井底岩石容易被破碎,而且被破碎的岩屑容易离开井底,从而使机械钻速明显提高,同时减轻了钻头磨损,提高了钻头使用寿命和进尺。1)井筒内压力分布特征及计算。( 2)欠平衡条件的产生。( 3)欠平衡钻井的井控技术。( 4)产出液体的地面处理。
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本文标题:第二章--钻进工艺技术
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