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第九章-特殊工艺钻井与现代油气钻井技术

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第九 特殊 工艺 钻井 现代 油气 技术
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一、绪 论 位移井与分支井钻井技术三、 欠平衡与气体钻井技术四、 套管钻井技术五、 连续油管微小井眼钻井技术六、 膨胀管技术七、 钻井信息与数字化钻井技术特殊工艺井与现代油气井技术提 纲一 钻井技术发展回顾二 现代钻井技术发展趋势1 向信息化 、 智能化方向发展2 向多学科紧密结合 、 集成化方向发展 , 提高油井产量和油田采收率 , 提高勘探发现率3 向有效开采特殊油气藏方向发展三 几点建议现代钻井技术发展与 趋势一 钻井技术发展回顾旋转钻井发展阶段( 1)初期阶段(萌芽阶段) 1900—1920年 ( 20年)( 2)发展阶段(经验钻井阶段) 1920—1950年 ( 30年)( 3)科学化钻井阶段: 1950—现在 ( 50 年)前期阶段 1950—1980 ( 30年)后期阶段 1980—现在 约 20 年(后期阶段又称现代钻井阶段)现代钻井技术发展与 趋势科学化钻井前期阶段 — 主要技术成果( 1) 喷射钻井技术( 2) 优选参数钻井技术( 3) 平衡压力钻井技术( 4) 保护油气层技术( 5) 深井钻井技术( 6) 从式钻井技术( 7) 高效钻井技术( 8) 井控技术( 9) 洗井液技术属于单项技术现代钻井技术发展与 趋势挑战:• 深水• 高温高压• 环境安全• E&降低成本 水平井 20430口最大水平段达 6118米多底井总水平段长度达到 11342米大位移井最大位移 10728米先进技术:•水平井•大位移井•多分支井•欠平衡钻井•地质导向钻井•顶部驱动装置•膨胀管技术50’s 60’s 80’s 2000+现代钻井技术发展与 趋势to to in 向钻井、水平钻井、大位移钻井、爪型(辐射)钻井和多分支钻井。现代钻井技术发展与 趋势现代钻井技术发展与 趋势委内瑞拉 势科学化钻井后期阶段 — 主要技术成果( 1) 井下信息实时检测 、 传输 、 处理 、 分析地层参数钻井参数井眼参数使用 2)开发了井下导向和井下闭环钻井系统( 3)发展了新钻井技术水平井钻井技术多分支井钻井技术欠平衡压力钻井技术小井眼钻井技术、连续油管钻井技术现代钻井技术发展与 趋势二 现代钻井技术发展 趋势( 一 ) 向信息化 、 智能化方向发展1 信息化钻井技术现代钻井技术发展与 趋势( 1) 随钻测量 (( 80年代初)井斜角方位角 与近钻头测斜器( 合使用( 2) 随钻测井 ( ( 80年代中)地层电阻率体积密度中子孔隙度自然伽马四参数组合随钻测井仪 ( 实时获得所钻地层岩性及所含流体状况 )钻头待钻地层前方岩石类型、孔隙度、孔隙压力 ,其他声学敏感的岩石参数。钻头旋转破岩振动为震源 ,钻杆顶部和井口埋检波器接收信号。( 3)随钻地震 (( 80年代末)井眼方位角 、 井斜角、 钻压 、 扭矩 、 应力、 流体压力 、 泥浆密度 、 及地层孔隙度 、岩石密度 。( 4)随钻地层评价( 90年代)与 成一个集成钻井信息系统(现代钻井技术发展与 趋势( 5) 地质导向技术 ( 90年代 )A 根据随钻定向测量数据和随钻地质评价测井数据 , 通过人机对话控制井眼轨迹 。B 使钻头始终沿油层钻进 , 避开地层界面和流体界面钻进 。现代钻井技术发展与 趋势( 6)随钻井下钻井动态数据实时检测和处理技术( 测得钻井 8种参数,12个数据) 扭矩和两个正负方向的弯矩; 钻柱纵向加速度和两个方向的横向加速度;现代钻井技术发展与 趋势2 智能化钻井技术将井下导向工具 、 测试工具 、 作业控制三者联系在一块组成闭环钻井系统 , 称智能化钻井技术 。1990年由数家大石油公司合作 , 历时 5年 , 耗资 1000万美元开发成功集成钻井系统 ( 和集成钻井作业系统 (代钻井技术发展与 趋势1 井下闭环钻井发展阶段(四个发展阶段)( 1)井下开环阶段( 2)井下半闭环阶段( 3)井下全闭环阶段( 4)地面井下全闭环阶段2 井下闭环钻井导向工具和方法( 1) 滑动式导向工具;( 2) 旋转式导向工具 。现代钻井技术发展与 趋势3 目前已投入商业运作的钻井系统( 1) 垂直钻井系统 ( : 德国用于深井及超深井防斜垂直钻井用;( 2) 自动定向钻井系统 ( : 美国能源部提出的;( 3) 自动导向系统 ( : 美国 4) 旋转导向钻井系统 ( : 美国 司推出;( 5) 旋转闭环钻井系统 ( : 美国 司 。现代钻井技术发展与 趋势(二 ) 向多学科紧密结合、集成化方向发展,有利于提高油井产量和油田采收率,提高勘探发现率以水平井为例:1 水平井设计程序和框图水平井设计程序和框图是 1992年 11月由美国石油工程协会和地质家协会、地球物理家协会和测井分析家协会共同开会约定的。该设计内容(见图 1) 是由地质、钻井、采油油藏、成本核算四部分人员共同合作完成的。现代钻井技术发展与 趋势市场预测增产措施/修井法 律租赁约束完井试油后回顾总结钻 井详细的设计生产战略完井对策地质依据详细的油气藏分析油气藏筛选经济评价预测候选目标油气藏经营战略规则条例图 1水平井钻井设计程序和框图现代钻井技术发展与 趋势设计步骤 :第一步: 提出候选 目标油气藏 由作业公司提出 候选 目标油气藏第二步: 地质评价 。 审查油气藏条件是否适合钻水平井 。 是否有法律争议 , 是否符合公司经营战略 。第三步: 初步油气藏筛选初步进行产量递减和现值研究 , 储量分析 。第四步: 经济效益分析初步经济分析和初步成本预测 。 是否受土地租赁和规划条例限制 。现代钻井技术发展与 趋势第五步: 详细油气藏分析 用分析模型或大型主机数值模拟程序进行详细的油气藏分析 。第六步: 生产战略 与详细油气藏分析相结合 , 进行油气藏生产特性的分析 , 确定水平段长度 , 距流体接触面距离 。第七步: 增产措施及完井对策是否需要下套管 、 固井 、 射孔和压裂 , 这些环节将耗费作业费用 , 需要认真进行投入与产出预算 , 作出经济预测评价 , 再作出完井方法及相关设计 。第八步 :详细设计 又称油井设计 , 由油公司钻井部设计 ,包括 ( 1) 井眼剖面; ( 2) 水平段长度; ( 3) 井径; ( 4) 套管程序; ( 5) 套管柱设计; ( 6) 注水泥设计; ( 7)井控; ( 8) 保护储层设计及泥浆密度 。现代钻井技术发展与 趋势第九步: 钻井施工设计 包括 ( 1) 钻头类型; ( 2)钻井液设计; ( 3) 钻井参数设计; ( 4) 钻柱设计; ( 5) 钻柱下部结构设计; ( 6) 钻井设备选择 。在以上基础上 , 进行详细成本预测和费用核算 。 重做经济分析 , 以确定水平井是经济有效的 。第十步: 完井试油后评价 进行回顾总结 , 以便总结经验和教训 。以上设计程序和框图称水平井综合设计平台 。 国外各石油公司都有自己的综合设计平台和软件 , 是十分保密的 。 它将地质模型 、 钻井模型 、 采油油藏模型 、 成本和费用核算模型四种模型放在一起 , 而且可以兼容 , 以便考证水平井的有效性和经济性 。现在我们还缺少这样的模型 。现代钻井技术发展与 趋势2 水平井的效益问题(1) 水平井的成本和效益成本: 降至直井 至有的已降至直井的 以每米成本计算)效益: 水平井产量一般为直井的 4— 8倍。图 2 是 桶 /天成本比较现代钻井技术发展与 趋势图 2 产能比较现代钻井技术发展与 趋势02 0 04 0 06 0 08 0 01 0 0 01 2 0 01 4 0 01 6 0 09 1 9 2 9 3 9 4 9 5 9 6 9 7ÃÀ Ôª / Í° / Ìì9 8 9 9 0 0( 2) 水平井 提高采收率 问题应用水平井技术开发整装油气田,是 90年代水平井应用发展的主要趋势之一,它不仅可显著提高油井产量,更可以有效的提高油田采收率。 例如:1) 美国 6国能源部建议用水平井来减缓 6油藏原油递减速度和延长油藏经济寿命。从 1988—1995年共钻 14口水平井获得良好经济效益(这些井在寿命期间扣除成本,获纯收入 成功地控制了产量递减,并使该油藏最大可采储量提高 。现代钻井技术发展与 趋势2) 我国新疆塔里木油田 , 用水平井开发四个整装油田塔里木油田从 1994年开始用水平井开发了塔中 4、塔中 16、哈得 4和沙漠腹地的串珠油田等四个整装油田,共钻水平井 134口,取得了良好的经济效益。现以塔中 4油田为例说明有关情况:a 具有凝析 气顶和底水层块状油藏 。b 井深 4200~ 4400米a 产量:水平井最高单井产量 1175吨 /天每井 ,水平井累积采油 占油田累积产量 62%b 收入:销售收入 现代钻井技术发展与 趋势a 水平井产量是直井的 l 有效控制水锥:a 水平井无水采油期 1727天 , 是直井的 b 水平井无水采油量 吨 , 是直井的 a 预计采收率可达 标定 。b 目前地质储量采出程度已达 c 估计直井采油平均 30%。现代钻井技术发展与 趋势图 3礁体 —气 / 油 / 水 ① 天然气 ② 气油比难题 ③ 原油 ④ 水锥进 ⑤ 水 ⑥ 油的泄流现代钻井技术发展与 趋势图 4 砂岩砂坝隆起;重油 / 水① 低压差:减小锥进; ② 高压差:严重的锥进; ③ 油 ④ 水 ⑤ 油的泄流现代钻井技术发展与 趋势( 三 ) 向有效开采 “ 特殊油气藏 ” 方向发展1 特殊油气藏( 1) 低渗油气藏 ( 4) 断块油气藏( 2) 稠油油藏 ( 5) 高含水油气藏( 3) 薄油层 ( 6) 深海深水以低渗油气藏为例:a 已探明储量中 , 低渗油气藏占总探明储量 25%b 探明储量中 ,未投入开发的有 20余亿吨 ( 多数为低渗透 ) 。c 近 3—4年新增储量中 , 约 60%为 低渗油气藏 。现代钻井技术发展与 趋势2 低渗油气藏的开发和开采( 1) 储层特性及主要问题1) 特性:低孔 , 低渗 ( 两低 ) 。2) 问题:穿于钻井 、 完井 、 增产 、 开采过程;投入低产出。3)途迳 尽可能减少伤害,尽量降低成本。 为此减少油层伤害是低渗油气藏开采的核心问题。( 2)钻井技术1)美国 90年代以前a (水基泥浆 +常规保护油气层技术 )钻直井。b 油基泥浆钻井(成本高)。现代钻井技术发展与 趋势2)美国 90年代以后a 普遍用欠平衡技术钻水平井,包括:气体钻井、雾化钻井、泡沫钻井、充气钻井等,(根据储层特性进行选配。)b 美国在某致密气藏用常规钻井液钻直井,平均产量为 30万。如用空气钻直井产量提高 3倍,用空气钻水平井产量提高 10倍。现代钻井技术发展与 趋势( 3)完井技术:1)美国 90年代以前a 强调后期增产作用,常采用大中型压裂技术及整体压 裂改造技术。b 多采用油层下套管、固井、射孔完井。2) 90年代以后a 多采用裸眼完井 (因井壁附近的微裂缝是主要渗流通道,但微裂缝的密度并不大,一般射孔和微裂缝的连通性是有限的。而再次压裂酸化,不但与微裂缝连通有限,且又造成了再次伤害和污染。所以裸眼完井会使微裂缝完全暴露。)现代钻井技术发展与 趋势b 水平井分段压裂取得良好效果。( 4) 井网布置:1) 90年代以前 美国、俄罗斯共同得出结论:低渗油气田开发应是 “ 密井网、强驱替 ” 。但密井网必须增加钻井工作量,从而增加成本。2) 90年代以后 美国同时采用欠不衡钻井技术钻水平井,获得良好效果。现代钻井技术发展与 趋势( 5) 增产改造技术1) 90年代以前a 低渗油气藏一般必须经过增产改造技术,才能获得工业油流。一般采用水力压裂获得工业油流。b 由于许多低渗油气藏多具有水敏和强水锁特性,使油藏受到二次污染。2) 90年代以后 采用氮气泡沫压裂、泡沫酸化酸压、液态 平井裸眼分段泡沫压裂,(称干式压裂技术)取代了传统的水力压裂,获得良好效果。近期又出现了超长水平井技术取代压裂技术。现代钻井技术发展与 趋势( 6) 驱替方式:1) 90年代以前a 国内外研究者均认为低渗油气藏最好采用自然能量开采, 尽量延长无水开采 、 低水开采期 。 因为一旦见水 , 稳产难度就很大 。b 自然储量主要是弹性驱和溶解气驱 。c 一般一次采收率可达 10 —20%, 二次可达 25—30%,三采技术不成熟 。2) 90年代以后 驱替方式除自然储量为弹性驱和溶解气驱外采用注气(气驱)、水气交注、混注、周期注水、周期注气以及近年来发展的人造气顶驱,获得良好效果。现代钻井技术发展与 趋势低渗油气田的开发技术进展 如表技术 90年代以前 现今钻井技术水基泥浆钻井油基泥浆钻井气体钻井雾化钻井泡沫钻井充气液钻井( 欠平衡钻井 )完井技术下套管 、 固井、 射孔压裂裸眼完井水平井裸眼分段压裂现代钻井技术发展与 趋势井网垂直井 、 密井网 、 实现强驱替水平井 、 稀井网、 实现强驱替增产改造技术水力压裂酸化泡沫压裂氮气泡沫压裂泡沫酸化 、 酸压现代钻井技术发展与 趋势增产改造技术水力压裂酸化泡沫压裂水平井裸眼分段泡沫压裂液态 性驱 弹性驱溶解气驱 溶解气驱注水 气驱水气交注 、 混注人造气顶驱现代钻井技术发展与 趋势近 20年来钻井技术的发展进程,是以信息化和智能化钻井为核心,全面提高了钻井技术水平,使钻井技术由部分定量分析研究进入全面定量分析研究。从而发展了水平井钻井技术,多分支井钻井技术和欠平衡压力钻井技术。使钻井手段、钻井任务、钻井类型和钻井对象等方面都发生了巨大变化。使钻井工程在石油工程中的作用和地位比过去更为重要。( 1)钻井手段:由过去的动力机械钻井进入到信息化、智能化钻井。( 2)钻井任务:由过去建造油流由地下流出地面通道,进入到提高单井产量和提高油田采收率多重任务。现代钻井技术发展与 趋势( 3)钻井类型:由过去只能钻直井和定向井,发展到钻各类水平井、多分支井,实现一个平面钻多分支井和一口油井立体开发多个油层的目的。( 4)钻井对象:由过去钻一般高、中低油藏进入到可开发低渗油气藏、稠油、薄油层、断块油藏、高含水油气藏等特殊油气藏。现代钻井技术发展与 趋势三 几点建议1 信息化、智能化钻井有关设备和技术,能引进的采取引进 —— 消化 —— 创新的技术路线来跟踪前沿,不能引进的国内自主开发。国内三大石油公司也可以采取联合开发的方法(国外 90年代初也是采取联合开发的模式取得了突破),尽快缩短差距。2 近 10年来国外开发的水平井钻井技术、多分支钻井技术和欠平衡压力钻井技术三大新钻井技术,对世界石油的开采和开发产生了重大影响。我国目前对以上三大钻井新技术还有许多基础工作要做,如( 1)水平井钻井技术,近年来有较大发展,钻水平井数量增多。水平井轨道控制技术比较成熟,但水平井井控技术、水平井井璧稳定技术、水平井完井技术、水平井携带岩屑技术(岩屑床问题)、现代钻井技术发展与 趋势水平井压裂技术等还有许多工作要做。另外我国目前所钻水平井基本上为单一水平井和双台肩水平井,而分支水平井和多分支水平井尚未开发和应用,影响了水平井的经济效益。( 2)多分支井钻井技术,近几年有较大发展,但完井级别多数在 井眼分支处的连通性、隔离性、和可及性(即可靠性,重返井眼能力)尚未完全解决,阻碍了多分支井技术的发展。( 3)欠平衡钻井技术,近年来有较大发展,四川石油管理局和西南石油分公司应用了全过程欠平衡钻井技术,但目前井内压力理论计算精度远达不到钻井技术需要的精度范围。以上要解决的有关基础研究工作,建议有计划地组织攻关。现代钻井技术发展与 趋势3 钻井科研工作者,在观念上应有新的转变:长期以来钻井工程的主要任务是建造油气从油气层流至地面的一条通道工程。其衡定的指标是成本 /米最低,建井时间最短,井眼质量符合规定要求。目前石油工程技术的发展,要求钻井工程不仅要建油流通道,而且要担负提高单井产量和油田采收率部分任务和开发开采“特殊油气藏”的任务。为此钻井工程与采油工程、油藏工程必须紧密结合,目前已发展到你中有我和我中有你的紧密程度。这是石油工程技术近 10年来发展的总趋势,是不可逆转的。因此钻井科技人员应熟悉和了解采油工程和油藏工程有关理论和技术。现代钻井技术发展与 趋势水平井、分支井、大位移井钻井技术一、 水平井钻井技术( 1) 水平井钻井分布情况国家 水平井 井数完井数量(包括多分支井)油田10口水平井以上的油田油公司美国 8998 1282 1235 94 994加拿大 8221 10112 394 69 300世界其他地区 32113215 639 64 30667个国家 20430 26209 2322 227 1600表 1 世界水平井数量统计表据美国 000 截至 1999年 5月,全世界水平井数量共计 20430口水平井、分支井、大位移井钻井技术• 截止 2000年为止,美国、加拿大和世界其他国家所钻的水平井数及美国钻机动用• 情况如图水平井、分支井、大位移井钻井技术2 0 0 3年3月美国在用钻机分布比例定向井钻机数2 6 %水平井钻机数6%直井钻机数6 8 %直井钻机数 定向井钻机数 水平井钻机数图 4 2003年 3月美国在用钻机分布比例水平井、分支井、大位移井钻井技术02 0 04 0 06 0 08 0 01 0 0 01 2 0 01 4 0 01 6 0 09 1 9 2 9 3 9 4 9 5 9 6 9 7ÃÀ Ôª / Í° / Ìì9 8 9 9 0 0水平井、分支井、大位移井钻井技术( 2) 水平井应用的油藏和地区 得克萨斯A u s t i n 白垩地层79%B a k k e n 页岩5%其它14%科罗拉多、怀俄明里噢拉瓦多层系2%美国水平井应用主要地区及地层目前,水平井已作为常规钻井技术应用于几乎所有类型的油藏,这些油藏包括有:枯竭油藏、致密气藏、低渗油藏、边际油藏、高渗油藏等。 萨斯喀温彻省55%阿尔伯达40%其它5%萨斯喀温彻省 阿尔伯达 其它加拿大水平井应用的主要地区水平井、分支井、大位移井钻井技术( 3) 水平井的新应用•水平井作为注入井 , 提高产量•分支水平井开采多个产层•开采老油田剩余油•多目标开发产层•开采气藏或疏松砂岩油藏•水平井资料用于油藏描述•薄层油藏、注水剖面修正、持续增产水平井、分支井、大位移井钻井技术( 4) 水平井的效益近年来, 水平井钻井成本已降至直井的 2倍,甚至有的水平井成本只是直井的 水平井的产量是直井的 4- 8倍。 据费舍尔( 司工程经理)预计,水平井将使美国石油储量增加 t,即占原油储量的 2%。加拿大国家能委会计算了阿尔伯达省和萨斯喀彻省大部分碎屑岩和碳酸岩油田储量的增加。他们估计平均总开采量可增加 1%,表明储量增加 美国和加拿大水平井项目的技术成功率分别在 90%和 95%以上。美加两国轻油碎屑岩油藏的经济成功性相似,但加拿大碳酸岩地层的经济成功性比美国更普遍,加拿大稠油油藏的经济成功率远远大于美、加两国其它的油藏类型。水平井、分支井、大位移井钻井技术( 5) 国外水平井钻井技术指标水平井最大水平段达 6118米;水平井最大垂深 6062米;水平井最大单井进尺 10172米;双侧向水平井总水平段长度达到 该井垂深 ;多分支水平井总水平段长度达到 11342米 。(注:数据截至日期为 2001年)水平井、分支井、大位移井钻井技术二、 多分支井钻井技术加拿大 001年分支水平井对比多分支井就是从一个主井筒中钻出两个或两个以上的多个分支井眼并可联接回主井筒来开采油藏的井,分支井可以是直井到水平井之间的任何斜井,可以是新钻井,也可以利用老井侧钻。水平井、分支井、大位移井钻井技术据美国 1999年 5月全世界共打多分支井 5779口,其中美国打多分支井3884口,加拿大打多分支井 1891口,世界其他地区共打多分支井 4口。据 一口多分支井可以节省 18口直井的井场 ,而产量却能增加 20%。多分支井在环境保护方面的作用与小井眼类似 ,它可减少钻屑和其他要处置废物的数量 ,如果用连续管钻井会进一步减轻对环境的污染。997年 8月开始钻井,下 13 3/8寸导管, 9 5/8寸技术套管,然后钻产层。到 2000年 1月中旬, 51口表层井眼,钻井并下套管的生产井眼 122口,安了 118个井口,完井110口,钻、测 83口参数井。 92口井是单分支井, 27口是多分支井结构,包含以下几种方式:( 1) 4口鱼骨井或鱼刺形的井。( 2) 8口三维鸥翅井(反向井)。( 3) 10口分支井。( 4) 1口分支鱼骨井。( 5) 3口分支鸥翅井。( 6) 1口三侧向井。水平井、分支井、大位移井钻井技术• 分支井完井分类 •级别 1:裸眼 /无支撑连接 ―― 主井眼和水平井眼都是裸眼段或在两个井眼中用悬挂器悬挂割缝衬管。•级别 2:主井眼下套管并固井 ,水平井眼或裸眼或以悬挂方式下割缝衬管。•级别 3:主井眼下套管并固井 ,水平井眼下套管但不固井。用悬挂器将水平尾管锚定在主井眼上 ,但不固井。•级别 4:主井眼和水平井眼都下套管并注水泥。主井眼和水平井眼在联接处都注水泥。•级别 5:在连接处进行压力密封。在不能固井的情况下 ,用完井方法达到密封。•级别 6:在连接处进行压力密封。在不能固井的情况下 ,用套管进行密封 。水平井、分支井、大位移井钻井技术• 各种分支井完井方式统计据不完全统计,全世界分支井完井共计 2481口,其中智能完井152次,可膨胀实体管 150次( 30480米);可膨胀筛管 150次( 45720米),如图所示。1 级1 2 0 048%2 级7 0 028%3 级2 9 012%5 级4 82%6 级1 51%4 级2 2 89%世界分支井完井类型统计水平井、分支井、大位移井钻井技术三、大位移井钻井技术 大位移井开发海上油气和从陆上开发近海油气田,可大大降低开发成本。• 挪威北海 大位移井技术取代海底技术开发方案估计可使开发成本至少节约 1989年, 5年间共钻大位移井 9口,与原计划建造第二座平台相比,新方案的开发成本节约 1亿美元。• 在英国 用大位移井技术(已钻 14口)代替原计划的人工岛开发方案,开发成本可望节约 提前 3年生产。大位移钻井技术自 80年代开始在美国运用, 90年代得到迅速发展,主要用于以比较少的平台开发海上油气田和从陆上开发近海油气田。英国 999年 7月在英国 下了新的水平位移世界纪录。 井和下套管 123天。 1997年 6月中国南海西江 24- 3- )概述水平井、分支井、大位移井钻井技术•国外一些大公司在大位移钻井方面,已有相当成熟的技术和经验。•水平位移与垂深比值大于 0口;•水平位移超过 400000口井以上;•水平位移超过 60000口以上;•水平位移超过 70000口井以上;•水平位移超过 10000口。( 2)大位移井技术发展现状水平井、分支井、大位移井钻井技术•国内大位移井钻井工作起步较晚,主要集中在渤海湾附近的胜利、大港、辽河等油田。到目前为止,完成的典型井为 :•中海油合作完成的西江 24深 9238m,水平位移 8063m;•中石化完成的埕北 21井,斜深 4837m,水平位移3167m;•中石油完成的港深 69深 5464m,水平位移3118m。•目前国内陆上已经具备了钻水平位移为 4000平井、分支井、大位移井钻井技术(3)、轨迹的测量和控制方面:•采用MWD和LWD;•可变径稳定器;•轴向加压装置•大功率井下马达(加长或串联马达);•旋转导向钻井系统;•地质导向钻井系统。水平井、分支井、大位移井钻井技术( 4) 大位移钻井作业的最佳控制因素水平井、分支井、大位移井钻井技术( 5) 近几年开发应用的先进工具和仪器补偿弹簧补偿活塞筒形阀油 腔 活塞套压力开关位置传感器定位活塞流动管连接至 里伯顿公司的 支井、大位移井钻井技术该系统是哈里伯顿公司的斯派里森公司开发的旋转导向系统 , 其主要特征是下部驱动主轴可在壳体内偏转成一定角度 ,相当于形成一个可调弯角 , 可对井斜和方位进行纠正 。• 统欠平衡钻井技术一、 欠平衡钻井概述欠平衡钻井技术是 20世纪 90年代在国际上成熟并迅速发展的一项钻井新技术,在国际石油市场上已产生了巨大经济效益,近几年在北美地区得到了广泛应用。在美国,被称为上游石油工业新技术,列为 21世纪急需的钻井技术。1世纪的流行钻井技术,1世纪的重点推广技术。 。欠平衡钻井流钻(指在使用普通密度钻井液的条件下,由于地层的压力较高而达到欠平衡条件人工诱导指由于地层压力太低,在不往钻井液中注入某些降密度剂的情况下,不能形成欠平衡条件。必须往钻井液中注入某种降密度剂来降低钻井液密度。所谓欠平衡压力钻井,即在钻井过程中井底流体压力略低于地层流体压力,允许地层流体进入井内,循环出井,并在地面得到控制。欠平衡钻井技术二、低成本欠平衡钻井技术三、气体钻井气体钻井以空气或其他气体作为循环介质 ,气体钻井具有提高机械钻速、降低储层伤害等特点 , 当用气体钻开储层时 ,由于没有水基流体的参与 ,有效地避免了钻井过程中水和固相颗粒对储层的伤害。因此是开发低压低渗油气田的有效方法。影响空气 (雾化 ) 钻井井下环境的重要因素依次为 : 回压、气液比、雾化液。空气 (雾化 ) 钻井形成回压的主要现象有三种 :(1) “空气水堵”现象;(2) 井壁垮塌 , 垮塌物瞬时堆积;(3) 干空气钻井“扼流”现象。欠平衡钻井技术气体、液体注入设备欠平衡钻井技术井口防喷器组合(自下而上):四通 +2100旋转控制头 。188接采用套管(取代传统的钻杆)向井下传递机械能量和水力能量,井下钻具组合接在套管柱下面,边钻进边下套管,完钻后作钻柱用的套管留在井内作完井用。套管钻井技术将钻进和下套管合并成一个作业过程。套管钻井技术一、概述套管钻井技术一、概述套管钻井技术并不是一个新的概念 , 早在 50年代许多陆上钻井公司用油管钻生产井 , 钻达油气层后对油管进行固井作业 , 钻头留在井下的方式 , 可以说是套管钻井技术的开始 。 而真正利用套管进行钻井作业始于 1990年 , 并在 1996年至 1998年套管钻井技术得到了快速发展 。套管钻井技术可以应用于各种直井 、 定向井 、 水平井和开窗侧钻井中 , 所用套管尺寸 φ 深已超过 2000m。套管钻井技术二、套管钻井的优势节省钻进时间 ,减少井下事故 ,保持起下钻时钻井液的连续循环 ,改善水力参数 、 环空上返速度和井筒清洗状况 。可以减小钻机尺寸 , 简化钻机结构 、 降低钻机费用 。节省与钻杆和钻铤有关的采购 、 运输检验 、 维护等费用。可降低钻井作业对储层的伤害 , 有效地保护油气层 。改善井控状况 ,•因此,从技术和经济两方面,该项技术已经出现强劲的发展势头,正日益引起国内外石油工程界的关注,具有广阔的发展前景 ,甚至有国外公司将该技术称为继顿钻、旋转钻井后钻井发展的一个新纪元。二、国外套管钻井技术现状(一)、 套管把水力能和机械能传递给悬挂在套管底部接箍上的下部钻具 。组合钻具上部的钻井锁 ( 把钻具与套管进行机械连接 ( 轴向和扭矩 ) 和液压密封 。 同时在套管柱处安装了一个嵌入和取出的机械装置 。 钻具组合的最下部是导向钻头 , 有时也可能包括其它常规钻柱组件 , 如管下扩眼器 、 泥浆马达 、 取心工具或导向系统等 。套管钻井技术井下工具串套管钻井钻具的主要构成有套管 、 扶正器 、 轴向承载壳体 、 承扭壳体 、套管鞋 、 密封器 、 轴向锁定器 、 止位环 、 扭矩锁定器 、 扩眼器 、 钻头等 , 这些工具与常规钻杆钻井工具不同或者技术参数要求不同 , 它们构成了套管钻井独特的技术特征 。套管 扶正器 套管锁定短节 套管扭矩短节 套管鞋下井和回收工具 密封器轴向锁定器 止销 扭矩锁定器 泥浆马达 扩眼器 钻头套管钻井技术套管钻井工艺过程钻进 起钻 下钻 固井套管钻井技术(二)、 威得福套管钻井系统:威得福套管钻井系统与 但威得福套管钻井系统更侧重表层 ( 或技套 ) 的施工 , 立足于一只钻头打完全部进尺 , 而不在套管内起下工具串 。 其所用 胎体由易钻材料制成 , 通过一个特殊装置 ( 丢手 ) 与套管相接 。 套管内可预先放置易钻固井浮箍 ( 简易承托环 ) , 钻至预定井深后进行固井作业 。 下次开钻时可将钻头体方便的钻碎 , 由钻井液携带到地面排除 。套管钻井技术三、吉林油田套管钻井技术研究国外的可回收式套管钻井系统应用领域广泛 , 但其对工艺技术水平要求严格 , 且成本较高 ( 国外一套设备价格大约在 2000—3000万元之间 , 且多数公司只提供设备及技术服务 ) , 目前尚属于试验阶段 , 且成功率也不是令人满意 。 如 0多口井的作业中 , 工具串起下的成功率也只有 70%。 因此 , 国内在现阶段针对不回收式套管钻井进行研究 , 主要侧重于以下两方面:套管钻井技术1、针对表套、技术套管钻井,研究采用一只钻头打完进尺的可钻式 项技术可在海上钻井、沙漠钻井中进行广泛的推广应用。在上述地区采用套管钻井技术,可节约钻井时间,且避免了海上平台(沙漠)钻表层套管起钻后下套管因无法找到原井眼而失败的事故。2、针对经多年勘探、开发,地质情况清楚、油层埋藏相对较浅,油层顶、底界面明确,地层岩石可钻性好的各油田,可研究、试验采用一只钻头打至完钻的技术,可以节约起下钻时间,降低钻井成本,并且缩短钻井液浸泡油气层的时间,从而有效的保护油气层。吉林油田套管钻井技术主要针对吉林油田浅开发井钻井 , 立足于吉林油田现有钻井装备配套 , 以采用常规钻机 , 通过转盘传递扭矩为前提 , 首先在不改变常规开发井井身结构的基础上 , 通过钻井工艺技术试验 , 实现一只钻头打至完钻的目的 , 避免起下钻头等复杂工艺过程;并充分考虑地质部门允许不进行裸眼测井和必须进行主力油层的裸眼测井两种情况 , 形成一套适合吉林油田浅开发井的套管钻井工艺技术 , 并达到推广应用的条件 。套管钻井技术( 1) 该套管钻井系统钻井井深有一定限制 , 即必须保证一只钻头打到底的技术要求 。 因此 , 该系统主要适用于井深较浅的开发井 。( 2) 该系统无需采用顶部驱动钻井方式 , 而是采用转盘驱动钻井方式 。因此 , 该系统对钻机无特殊要求 , 不会造成成本增加 。( 3) 该系统采用了机械式套管夹持头 ( 或套管螺纹承扭保护器 ) 连接在方钻杆下 , 工作在导管内 , 无需改变原钻机的液压系统 。(一)主要技术特点:( 4) 该系统包括专门的钻头脱接装置 , 可实现对油层段的裸眼测井 。套管钻井技术( 1) 套管夹持头的研制:在套管钻井中 , 套管是用来传递扭矩及钻压 , 转盘的扭矩如果直接由套管扣来传递 , 就有可能造成套管丝扣的损坏 。 因此 , 在方钻杆与套管柱上端之间设置了套管夹持头 。 套管直接与套管夹持头连接 , 由内部卡瓦锁紧 ,转盘的扭矩由方钻杆传到套管夹持头上 , 再由套管夹持头传递到套管上 , 最上一根套管的丝扣不参加扭矩的传递 。 套管夹持头有三个功能 , 一是起到起升作用 , 二是传递扭矩 , 三是密封 , 保证钻井液的循环 。套管钻井技术( 2) 套管螺纹承扭技术研究:提高套管螺纹承扭强度主要考虑三种方案:采用螺纹承扭环 、 公螺纹端面对顶及采用有端面特制接箍等 。目前我们浅井采用改制
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本文标题:第九章-特殊工艺钻井与现代油气钻井技术
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