1小井眼钻井技术(下).ppt

,(8)小井眼打捞、震击技术 目前已根据需要研制出了多种适合小井眼的打捞筒和震击器等，如用于打捞83.2和89.6mm钻具的104mm打捞筒，高压小井眼用各种尺寸井下循环接头/液力倒扣接头，液压及裂缝圆盘接头以及安全接头。,耐高压用的震击器有单作用和双作用液力震击器，可受压也可拉伸，现已研制出150.4160mm 井眼用的121.6mm双作用液力震击器，150.6112mm井眼用的单作用液力震击器。主要技术参数见表10。,耐高压用的震击器有单作用和双作用液力震击器，可受压也可拉伸，现已研制出150.4160mm 井眼用的121.6mm双作用液力震击器，150.6112mm井眼用的单作用液力震击器。主要技术参数见表10。,(9)小井眼连续取心技术 小井眼连续取心技术源于矿业连续取心技术，实质上就是绳索式取心。现在已经能在104.8mm或更小的井眼中取心，并采用钻柱抗振技术来提高岩心收获率。Amoco是最早采用薄壁钻杆和电缆可回收岩心筒连续取心钻井系统的。该系统采用顶部驱动旋转外平钻杆，得到的连续岩心可达12.19m，在开发井中平均取心收获率达98.3%。,图8为Amoco公司小井眼取心井下钻具组合。一般来说，小井眼连续取心装备包括取心钻机、取心钻杆、取心钻头、岩心筒和其他所需工具。,钢丝绳连续取心钻机。钢丝绳连续取心钻机比油田使用的同样钻深能力的钻机轻、小、结构简单，不用常规岩心筒而用绳索式岩心筒，能够连续取心，克服常规石油钻机和常规岩心取心筒取心时需频繁起下钻的缺点。这类钻机既能全面钻迸又能进行连续取心。,取心钻杆。一种薄壁无缝钢管，机械强度没有同直径的常规钻杆大，外径小、长度短、重量轻，具有外平内加厚接头，由于环空间隙很窄，这种钻杆在裸眼井中可作为可取回式技术套管使用，甚至作为永久性套管固井，然后用直径更小的矿业取心钻杆继续取心。,取心钻头。小井眼连续取心作业中要保持较高的钻速，应选择适合低钻压、高转速的天然金刚石取心钻头，TSD取心钻头或PDC取心钻头。天然金刚石取心钻头又分为孕镶和表镶两种。取心钻头的切削面很窄一般只有38.125.4mm。Total公司为149.225mm和76.2mm井眼选择的钻头转速分别为350、450500和600r/min。,取心岩心筒。连续取心筒与常规岩心筒一样，也由内筒和外筒组成。但与常规岩心筒不同的是，其内筒可以用钢丝绳打捞筒取出来，再将另一个内筒投入钻柱继续取心。为防止起出内筒时发生抽汲作用，通常是一边起内筒，同时一边向钻柱内泵送泥浆。连续取心筒及其内筒和单筒岩心的长度一般为3、6、9、12、13.5、15m，最长达27m。,整体式取心马达。整体式取心马达可进一步提高收获率，因为在取心作业中，防止了内筒的旋转，横向振动的减少使岩心能平稳地进入内筒。外岩心筒是由一个直接连在其顶部的井下钻井液马达驱动，如图9。,为了保证小井眼钻井的安全，国外已改进和完善了小井眼井控防喷装置和除气器，研制出了先进的以探测进、出井钻井液流量为基础和以声波反射原理为基础的地层溢流检测系统。国外的井控装备有:全封、半封闸板防喷器和钻柱内防喷工具、动平衡压井所需除气装置和管汇，并储备有性能良好的重泥浆。,Amoco公司开发了小井眼井控专家系统(图10)，利用计算机进行现场连续监测。,此外Smedving公司研制了“Gas Kick Detect”系统，Baker Huges INTEQ公司研制了Kick Detect“系统等。Shell公司的井涌早期检测系统能测出163升的侵人量。,（10）小井眼水平井钻井系统小井眼水平井钻井系统。SlimDril公司已 研制出一 套低成本 小井眼水 平钻井系 统(如图 11)，,包括：(a)钻头。带有保径齿和天然金刚石基体的侧钻用钻，用于直井初始造斜，造斜完毕使用天然金刚石或热稳定聚晶金刚石(TSD)基体的HT-I钻头钻水平井，钻速为20-30ft/h;(b)容积式液压马达。一种专门用于小井眼水平井的高性能马达输出功率是常规小井眼马达的2倍，可提高使用寿命和机械钻速；,(c)钻柱。由于该钻井系统采用高速马达(400800r/min)配合TSD钻头，可以使用光钻杆，而不必使用昂贵的抗压钻杆;此外还包括定向/循环接头、地面记录陀螺、导向或随钻工具、蒙乃尔钻铤、旁通接头。,图12为小井眼水平侧钻钻头。,小井眼定向钻井导向工具。可用于钻小井眼水平井的定向钻井导向系统包括导向马达、MWD和稳定器，利用该系统可在造斜段和直井段不需要起下钻的情况下控制钻头轨迹。该系统有两种类型来进行导向钻进，一是定向组合，二是转盘。在定向钻井情况下，钻柱不旋转，钻头通过井下马达来驱动。,现在主要使用的导向系统是带有弯外壳的螺杆钻具和带稳定器的马达，见图13。,(11)钻井液 采用甲酸盐无回相剪切稀释钻井液，国外已配置出密度为1.32.3g/立方厘米的无固相高密度钻井液。Amoco公司成功地研制出了低固相阳离子聚合物盐水钻井液(CBF)体系，在9口井上得到成功应用，解决了井眼不清洁、冲蚀和泥页盐坍塌问题，见表1l。Shell公司也开发出了适合钻高温高压小井眼深井的低固相高密度甲酸盐水基钻井液体系。,(12)小井眼钻井水力参数优化 国外水力参数设计分析软件有多种，如LANDMARK软件，其“幂率模式”计算水力参数精度高，误差小于6%，完全满足小井眼水力参数设计与分析需要。,采用油管代替 套管完井，在国 外小井眼井中占 有很大的比重(美 国约为2/3)，其 完井方式有小井 眼单管完井、小 井眼双管完井(图14)、,(13)小井眼完井技术,小井眼三管完井(图15)。,Steko11石 油公司采用 的小井眼完 井系统，如 图16。,Halliburton气举井单 筒完井系统(图17)选择 89.6mm油管，允许日产油 79立方米，或日产气 14.15105立方米。,根据小井眼单管完井技术要求，Baker石油工具公司研制了一种由三个主要产品组成的综合无接头完井系统，包括:生产桥塞。可用电缆坐人的一种可回收式桥塞，代替具有传统锁定和接头的回收桥塞，在井内提高工灵活性;,可回收小井眼跨越式封隔系统。能够跨越和隔离套曹内生产或注水井段91.4m以上，并保持足够大的内径以允许过油管膨胀工具、枪等通过。该系统由挠性管或电缆下人，适合于长、短生产井段进行选择性或永久性层位封隔，可通过工具孔灵活地下入过油管膨胀工具，从跨越式封隔系统以下的层位开采;,可消失式桥塞。作为尾管的一部分并且仅用在初期完井阶段的可消失式桥塞,省去了井内电缆的起下，也可在欠平衡井内完井作业中使用。,(14)小井眼固井技术 提高小井眼固井质量的方法有4种:一是从水泥浆的设计上考虑，把固井施工中井漏的可能性减到最小;二是使用偏心钻头钻井，钻出比钻头名义尺寸更大的井眼，增加水泥环厚度;,三是在完井后精心施工，使井眼畅通无阻，调整好泥浆性能，把大肚子井眼中的沉砂清理干净，防止憋泵;四是使用先进的工具，目前小井眼注水泥工具有:浮动工具;锁销式泵人工具;多级注水泥工具;篮式和封隔式(填料式)水泥鞋。,(15)小井眼井下测量仪器 小井眼测井工具。以Schlumberger油田服务公司为代表开发的小井眼测井工具包括电阻率测量、核测量和声波测量小井眼测井工具。电阻率测量工具包括双侧向测井工具(MDLT)、小井眼微电阻率探头(SRMS)和感应电阻串工具(IRT)。MDLT工具可提供深的和浅的侧向测井曲线，SRMS探头可测量微电阻率，IRT工具可提供感应电阻率曲线、16in短正常曲线和自然电位(SP)。,小井眼核测量工具包括地层伽马伽马工具(FGT)、基岩密度工具(HLDT)和储层饱和度工具(RST)。PGT和HLDT工具可测量补偿体积密度、密度补偿值和井径。RST工具可穿过油管或套管进行地层评价。声波测量的小井眼工具包括声波测井工具(SLT)和两个检波器组合。,小井眼测试工具。Schlumberger油田服务公司开发的小井眼测试工具包括地层压力测量、地层流体采样和中途测试。该工具的外径为33/8in，可用于41/88in井中的有线地层测试。,该公司开发的，21/2 in机械式小井眼测试系统(MSTS)可用于3-41/2 in的裸眼或套管井中进行申途测试，通过膨胀跨隔式封隔器可以在一次起下作业时进行多个层位的测试。,小井眼MWD工具 英国Geoolink有限公司开发的73mm Ultralife随钻测量系统可安装在带有接头的钻杆或连续油管上，用于小井眼重入钻井中的测井作业。该系统与外径较小的定向钻井装置匹配，在侧钻作业时，不必切割和起出套管与衬管，无论是使用带有接头的钻杆还是用连续油管进行侧钻作业，采用这种新型随钻测量系统均可节省40%的钻井费用。,该系统采用模块化结构和传感器，耗电少，采用专利螺纹结构，工具长度短，可在现场维修，便于对井底动力钻具进行灵活设计，能满足短半径钻井及小井眼常规钻井的技术要求。,Union Pacific Resources和Anadrill/Schlumberger开发的可回收带伽马的小井眼MWD系统可在内径219in、外径33/2in的钻杆中运行，适用43/4121/4in井眼中，并可在连续油管中应用。,Anadrill公司开发了Sliml MWD，利用泥浆正脉冲遥测技术将信息实时传输到地面。Sperry一Sun开发了一套三轴MWD振动传感器以监测对BHA的井下振动和判断井下钻柱的动态。三轴加速度仪可测量横向、轴向和纵向振动，同时可用于测量钻头旋转、跳动等，然后进行一些校正以改善钻井效率和钻头寿命，从而减少BHA的机械失效。,法国的一家公司Geosevices SA开发了一套新的EMMWD系统，它是利用电磁波来传输信号。该工具包括二个部分:上部被称之为发射体短节，大约长11.56in,下部是承载钻铤或工具载体，长度大约为19.7ft 用来承载MWD(被称之为运载工具)的活动部件，并具有无线的作用，运载工具包括电路和传座器。,2国内主要技术发展应用情况(1)钻机 我国目前还没有真正的小井眼顶部驱动钻机。,(2)钻头 国内已研制了152.4mm牙轮、PDC、双心/偏心BDC钻头、无活动件钻头及单牙轮钻头，但牙轮钻头寿命与国外同类产品相比有差距。小尺寸的PDC、TSD及金刚石钻头已在我国大部分油田推广使用，,特别是川石克里斯坦森公司的偏心BDC钻头，1990年应用以来，已创造了多项国内小井眼钻并记录。这种钻头适合深井高研磨性硬地层，耐高温达120，偏心切削特性又为井眼扩大井径、提高固井质量创造了条件。,国内152.4mm的牙轮及无活动件钻头在现场比较常见，152.4mm以下直径钻头多为无活动件钻头，主要生产厂家有:大港油田中成钻头厂、地矿部钻井研究所、胜利油田钻井所、江汉钻头厂、川克钻头厂等。,其中大港中成钻头厂、胜利油田钻井所、江汉钻头厂和川克钻头厂研制的118mm和152.4mm双心PDC和双心BDC钻头由于所钻井径可比名义井径大1225.4mm，所以基本能够满足目前小井眼钻井和固井的需要。,中原油田在文侧2572井小井眼定向侧钻中使用了江汉钻头厂生产的117mmYA437DC 单牙轮钻头，使用效果非常好，机械钻速明显提高。该钻头底部装有一个射流喷嘴，钻头侧部装有一个扩散清洗喷头，射流喷嘴可拆卸，选择喷嘴尺寸来调节钻头压降。,该钻头牙轮镶装露齿高度加大的楔形齿，钻头体镶装小直径楔形齿和平头齿加强保径。轴承采用新型O 型橡胶圈密封、钢球锁紧牙轮，牙掌轴颈表面强化处理，牙轮内镶焊减磨合金并镀银，抗咬合性好。采用可控压差的压力补充储油密封系统，密封及润滑更可靠，采用可耐高温250高温抗磨损的新型钻头润滑脂，适用于极软地层。,中原油田与川 石克里斯坦森 金刚石钻头有限 公司研制开发了 用于深部小井眼 直径为149.2mm 的S28一248 型 偏心BDC钻头(图18)。,现场应用情况:偏心BDC钻头使用情况如表12所示。,大港油田潜山小井眼钻头使用情况:大港油田钻潜山奥陶系灰岩小井眼井段一般在300m左右，为了保证灰岩井段的固井质量，在板深702井、板深703井、千1218井等井中使用双心钻头钻进，在实际施工中，使用效果不好，进尺少、钻速低，后改用牙轮钻头钻进，进尺和机械钻速得到了明显的提高，而且在灰岩井段牙轮钻头由于自身公转造成的扩眼效果与双心PDC钻头不相上下(见表13)。因此在灰岩井段选用牙轮钻头既能加快钻井速度，而且可以满足固井施工要求。,(3)其他配套井筒工具 国内已研制成功多种尺寸的小井眼钻井马达。国内牡丹江、高峰等石油机械厂家开发了小井眼用打捞、震击工具，但工具材料还不过关。国内常规小井眼取心工具的研制主要以四川油田为主，如图6-3等。此外，煤炭部完成了绳索式取心工具的研制。,(4)小井眼井身结构及钻具组合 大港油田干米桥潜山凝析油气藏已经完钻的千12-18井、千16-24井完钻井眼尺寸为152.4mm采用127.0mm尾管完井，177.8mm+127.0mm组合套管作为生产套管。在后期转为机械采油后，一般采油泵下深在4000m以上，即177.8mm套管内，对于油井稳产无不利影响。,该结构既能满足开发要求又能显著节约钻井成本。为提高钻具强度，增加携砂能力，大港油田在千米桥油田小井眼钻井施工中采用复合钻具，使用双心钻头的钻具中不允许带随钻扶正器:152.4mm双心PDC(牙轮)钻头+121m 钻铤+88.9m m钻杆+127mm钻杆。,由于下部钻具直径小、重量轻，不仅施加钻压的范围受到限制，而且由于复合钻具本身刚度的不均一性，正常的钻井参数也受到很大限制，从而导致钻井效率降低。,(5)小井眼井控 胜利油田由于近年在开发l000m左右浅高压气层上应用小井眼钻井较多，为保证安全钻井于1999年试验了随钻气侵检测仪。该仪器采用便携式计算机进行数据处理与分析，以钻井泵产生的压力波作为检测仪的声源。通过在该油田垦气24-8等6口小井眼气井的使用，该仪器起到了气侵预警的目的。,现场使用情况:垦气24-8是一口在老区开发第三系明化镇组和馆陶组天然气的生产井，设计井深1490m。随钻气侵检测仪在该井1156-1490.5m井段使用，共检测到8个气层，与气测结果十分吻合，且比气测仪提前15-20min。,目前，随钻气侵检测仪已在13口小井眼钻井中推广应用，均取得了良好效果，该仪器的研究成功对完善我国小井眼和复杂地层钻井井控技术具有较高意义。仪器安装见示意图19。,但总的来说，国内井涌系统精度还不够精确，小井眼测井仪器没完全过关，没有达到系列化、规范化。目前国内大庆、胜利油田已开始发展这项技术。,(6)钻井液和完井液 松辽南部地区的小井眼采用了PKM型正电胶钻井液和完井液，防塌效果好，同时有效保护了油气层，使该地区钻井优质率达100%，投产一次成功。,表14是国内应用比较成功的两种小井眼钻井液的基本性能，分属阳离子聚合物低固相及复合盐水无固相体系，它们的基本组成分别为:4%5%膨润土+0.2%0.3%FA367+0.2%CSW-1+1.0%NH4-HPAN+润滑剂。盐水+10%50%柴油+0.2%0.3%XC+3%氧化沥青+1.0%1.5%CMS+0.8%1.2%乳化剂。,这两个体系的特点是，以聚合物为主剂，配方1使用了强抑制性的小阳离子，配方2采用了复合盐水体系，从整体上提高了体系的抑制能力和流变性控制调节作用;CMS、NH4-HPAN、氧化沥青等效果好、配伍性强的降滤失剂，降滤失效果得到加强;,组成中或有润滑剂，或有油，使体系具备了小井眼钻井液所要求的润滑性;组成简单，主、辅配剂均为目前常用的处理剂，易于维护，配合固控设备，能够保持体系的特征。目前大港油田千米桥潜山奥陶系所钻的小井眼井目的层段基本上都是采用了无固相水基完井液。,大港油田小井眼钻井使用过的钻井液体系是:低固相钾盐聚合物钻井液体系，曾用在官50-9KH井和官21一34一71井。配方为基浆(1.03g/cm3)+4%KCl+0.3%XC+0.3%KPAM+l%HPAN+2%KHm。,该体系较好的满足了小井眼钻井要求，具有携岩能力高、粘切低、失水小、抑制坍塌能力强、暂堵效果好、渗透率恢复值高等特点。但该体系使用温度在70度上下，属水基钻井液，密度大于l.00g/cm3。,目前大港油田千米桥潜山奥陶系所钻的小井眼井目的层段基本上都是采用无固相水基完井液，配方为:水+缓蚀剂+碱式碳酸锌+烧碱，密度1.001.03g/cm3。已经用该体系钻完了干16-24井、板深702井、板深703井、板深31井、千12-18井小井眼，小井眼使用过程中基本没因钻井液出现复杂事故。,(7)小井眼钻井水力参数优化 与国外相比，国内各油田都缺乏小井眼水力学方面的研究，还没有一种成熟的小井眼水力学模式和水力参数设计软件，一般都是引进国外软件，如松南地区小井眼钻井水力参数分析采用了LANDMARK软件中的幂率模式，因此还需加强小井眼钻井水力参数优化及相应软件包研究。,(8)小井眼完井 我国目前小井眼常规钻井大多还是采用152.4mm钻头，完井多采用127mm或114.3mm套管。对于侧钻井，根据原井筒尺寸的不同采用的侧钻井眼也不同，原井筒为177.8mm的，多采用152.4mm钻头挂127mm或114.3mm尾管完井;原井筒为139.7mm的，多采用118mm钻头挂88.9mm或73.0mm无接箍尾管完井。,从总体上看，与国外相比，国内缺乏配套的小井眼钻井设备及工具，限制了小井眼钻井 技术在国内的发展。目前已开发研制的小井眼工具多应用于6井眼，规格型号单一，同时还存在着后期作业工具与小井眼钻井工具不配套的情况，建议加强小井眼钻采一体化配套工具的研制。,国内石油企业应加快小井眼装备及配套工具的发展与应用，从降低钻井作业成本、提高钻速的角度考虑，建议加快小井眼钻机的改进与研制及高转速小井眼钻头的研究。,