水平井钻井液技术ppt课件.ppt
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1、,水平井钻井液技术钻井工程技术研究院,内 容,概述水平井井眼净化水平井井壁稳定水平井摩阻控制水平井防漏堵漏水平井储层保护水平井钻井液,水平井是指一种井斜角大于或等于86,并保持这种角度钻完一定长度水平段的定向井。,定 义,水平井技术是当代油气资源勘探开发的重点技术之一.从80年代末期开始,为了提高勘探开发综合经济效益,世界各油公司掀起了水平井的热潮,在生产中取得了重大经济效益我国在四川打成了磨3井和巴24井之后,针对水平井钻井技术中工程设计、轨迹控制、水平井钻井完井液、水平井固井和完井及测井等5项关键技术进行攻关,取得了丰硕成果,并成功在各油田推广应用证实了水平井“少井高产”的突出优点,取得了
2、减少油田勘探开发费用,缩短油出建设时间,加快资金回收,少占土地和减少环境污染等一系列经济效益和社会效益,1863年,瑞士工程师首先提出钻水平井的建议;1870年,俄国工程师在勃良斯克市钻成井斜角达60的井;瑞典和美国研制出测量井眼空间位置的仪器,1888年俄国也设计出了测斜仪器;1929年,美国加利福尼亚州钻成了几米长的水平分支井;30年代,美国开始用挠性钻具组合在垂直井内钻曲率半径小的水平分支井眼;1954年苏联钻成第一口水平井;1964年一1965年我国钻成两口水平井,磨-3井、巴-24井;自从80年代以来,随着先进的测量仪器、长寿命马达和新型PDC钻头等技术的发展,水平井钻井大规模高速度
3、的发展起来。,水平井钻井技术发展概况,水平井钻井技术发展概况,“八五”期间进行水平井钻井研究试验,形成了配套技术。经过“八五”攻关、“九五”攻关与推广,形成成熟技术,可以完成多种类型的水平井钻井设计与施工技术。“十五”以后,水平井钻井技术得到了进一步发展,重点突出了深层水平井、薄油层水平井、大位移水平井、分支水平井、侧钻小井眼水平井等方面的关键技术,取得了重大进展。,“十一五”以来,我院围绕东濮油田、普光气田勘探开发的需求,大力开展水平井钻井技术配套应用,形成以东濮老区薄油层提高采收率、套管开窗侧钻挖掘剩余油、普光气田超深天然气安全高效开发等系列水平井钻井技术,较好的满足了油田勘探开发的需要。
4、,中原水平井概况,中原水平井钻井技术发展简况,1988年中原油田开始水平井钻井技术研究1990年完成创多项全国技术指标的第一口水平井-卫2-25井1994年完成第一口5 1/2套管开窗侧钻井-侧明151井1995年研究形成径向水平井技术 1998-2000年每年推广100口5 1/2 套管开窗侧钻井2000年引进第一套无线MWD 2001年完成4口水平井2004年完成侧钻小井眼水平井6口,侧钻短半径水平井2口,1采用水平井开发,占地面积小,综合投入 少,资金流动加快,油田整体开发综合效 益提高2水平井眼增大了油藏泄油面积,减缓、减 小水锥气锥,大大提高原油采收率。通常 水平井单井单产量是直井的
5、4-7倍,水平钻井的意义,1、开发低渗透油气藏 增加泄油长度 增大传导率 通过水平井穿透低渗透储层中的天然裂缝,亦可对水平井进行增产处理,可显著提高油气采收率2、开发裂缝性油气藏3、开发薄层的油气藏4、减少气、水锥进,延长无水开采期5、改善蒸汽驱效率,开发稠油油藏,水平井的用途,水平井的用途,6、提高聚合物驱油效果 水平井能大大提高注入能力和区域扫油效率,尤其对聚合物和活性剂的注入很有效7、改善水驱和注水 利用水平井开发,压力降不像直井那样集中在某一点上,而是分散在比较长的泻油井段上,因而压力降较小,油水界面的变形也比较小,含水量缓慢增加。8、避免出砂,或者降低出砂几率 出砂量与井眼附近的流体
6、流速成正比。由于水平井的泻油长度远远大于垂直井的泻油长度,因而水平井井壁附近的流体流速远远小于直井井壁附近的流体流速,水平井的类型及各种类型水平井的特点,(1)水平井的类型:根据水平井曲率半径的大小分为:长曲率半径水平井(小曲率水平井);中曲率半径水平井(中曲率水平井);短曲率半径水平井(大曲率水平井)。,水平井的分类,长半径水平井 造斜率:2/30m6/30m 应用范围:水平位移较大的水平井 钻具组合:常规的钻具组合(弯接头、弯外壳、多稳定器钻具组合)测量工具:常规测量工具(单点、多点、有线和无线MWD)水平段长度:取决于可用的工艺技术水平 完井:常规完井技术,完井方式取决于油藏条件,水平井
7、的分类,中半径水平井 造斜率:6/30m20/30m 应用范围:水平位移较大的水平井 钻具组合:常规的钻具组合(弯外壳、导向钻具组合)测量工具:常规测量工具(单点、多点、有线和无线MWD)水平段长度:300m900m 完井:常规完井技术,完井方式取决于油藏条件,短半径水平井 造斜率:1/m10/m 应用范围:水平位移不大的水平井 钻具组合:特殊钻具组合(铰接马达、挠性钻杆等)测量工具:特殊的测量工具 水平段长度:60m120m 完井:多数裸眼,水平井的分类,(2)各种类型水平井的特点,由于水平井在钻井过程中井斜角从0 90变化,因而水平井与直井钻井工艺有较大的差别 为了确保水平井的钻成井保护好
8、油气层,对水平井的钻井液完井液提出了特殊要求,必须解决:井眼净化井壁稳定摩阻控制防漏堵漏保护储层,概 述,井眼净化,井眼净化是水平井钻井工程的一个主要组成部分,井眼净化不好会导致:摩阻和扭矩增加、卡钻影响下套管和固井作业正常进行,影响井眼净化的因素 井斜角 环空返速 环空流型 钻井液流变性能 钻井液密度 钻柱尺寸 转速 钻柱的偏心度 钻井速度和岩屑尺寸,井眼净化,井斜角 环空岩屑浓度或临界流速随井斜角的增加而变大,而清洁率则随之下降 环空返速 其大小直接影响环空岩屑的运移方式、状态和环空岩屑浓度。提高环空运速:环空岩屑浓度降低,井眼净化状况得以改善 岩屑床厚度降低或被破坏,井眼下侧不形成明显的
9、岩屑床,影响因素,井眼净化,环空流型45:层流比紊流携屑效果好45 55:两种流态的携屑效果基本相同。通过调整钻井液流变性能,改变层流速度剖面的平板程度来取代紊流,使钻井液在环空处于平板型层流,从而达到改善井眼净化的目的55 90:紊流比层流携屑效果好,井眼净化,影响因素,钻井液流变性能层流状态下,提高钻井液的动切力和动塑比,有较好的携岩效果;随着井斜角增大,动切力的作用减弱,但动塑比对携岩的影响仍较大,故必须尽可能使用高动塑比钻井液紊流状态下,在整个环空倾角范围内,钻井液的携岩能力不受其流变性能的影响环空钻井液必须保持一定的初切力,但初、终切力之间的差值不宜过大。过高的触变性,会加剧岩屑床的
10、形成并增加清除的难度,影响因素,井眼净化,动切力YP=0.48(300 PV)塑性粘度PV=600 300 动塑比=YP/PV,塑性粘度反映了在层流情况下,钻井液中网架结构的破坏与恢复处于动态平衡时,悬浮的固相颗粒之间、固相颗粒与液相之间以及连续液相内部的内摩擦作用的强弱,动切力反映了钻井液在层流情况下,粘土颗粒之间及高分子聚合物分子之间相互作用力的大小即形成空间网架结构能力的强弱,钻井液密度 钻井液密度的提高,有利于钻屑的携带钻柱尺寸 当井身结构已确定,随着钻杆尺寸的增大环空返速增加,有利于携屑,井眼净化,影响因素,转速钻柱的旋转,对沉积的岩床起搅动作用,有利于床面岩屑的离去转动钻柱可以限制
11、钻柱的偏心效应,从而改善井眼净化提高转速可防止钻井液在井壁周围形成不流动层,从而提高井眼净化钻柱除了自转外,还围绕井眼周界作圆周运动,因而有利于岩屑的携带,影响因素,井眼净化,钻柱的偏心度随着井斜角的增大,钻校的偏心度对环空岩屑的影响较大环空岩屑浓度随钻柱偏心度的增大而增大钻井速度和岩屑尺寸当钻速过高时,会造成环空钻屑浓度过大,岩屑床厚度增加岩屑尺寸大小亦会对井眼净化效果带来影响,井眼净化,影响因素,技术措施,水平井的井眼清洗在现场经常采用机械清洗和水力清洗相结合的措施来解决:机械清洗主要是顶部驱动和加强固控水力清洗指采用适当的水力参数和钻井液性能来提高清洗效果,井眼净化,实现水平井净化的技术
12、措施可归纳为以下几个方面:提高环空返速 选用合理流型与钻井液流变参数 改变下部钻具组合 适当增加钻井液密度 转动钻具或上下大范围活动 使用钻杆扶正器 泵硬果壳段塞 控制钻进速度 采用高转速金刚石钻头 倒划眼 带喷嘴的钻井工具接头 检测返出钻屑量 井眼净化计算机软件,井眼净化,技术措施,选用合理流型与钻井液流变参数 井斜角较小井段(小于45),层流能获得最佳的井眼清洗效果,尽可能提高钻井液的动切力和动塑比大斜度井段中,使用紊流的清除效果更高:由于紊流只取决于流体的动量特性,而与钻井液的流变性能无关,因而应使用低粘度钻井液。钻井液在环空无法达到紊流,可通过提高钻井液动塑比,使其在环空形成平板型层流
13、来提高岩屑清洗效果;采用高粘度清扫液在此井段只能对液流中岩屑起作用,而对清除岩屑床不起作用,但可通过间断注入低粘剂,促成局部紊流,来清扫岩屑床。必须保持一定低剪切速率下的钻井液粘度(3转和6转读数),以提高悬浮钻屑能力及防止钻屑床的形成。严格控制初、终切力差值,力求避免钻井液触变性过大而带来的各种不利的影响,避免起下钻过程产生过高的抽吸和激动压力,技术措施,井眼净化,井壁稳定,井壁稳定是钻井工程中最常见的井下复杂情况之一。发生井壁不稳定的原因可归纳为力学因素与物理化学因素,但最终均归结为井壁岩石所受的应力超过其自身强度造成岩石发生剪切破坏,井眼钻开前,地下岩石在上覆地层压力、水平地应力及地层孔
14、隙压力的作用下,保持应力平衡状态井眼被钻开后,井筒内的钻井液柱压力取代了所钻岩石对井壁的支撑,引起井壁周围的应力重新分布当井筒中的液柱压力小于地层坍塌压力时,井壁周围的岩石所受的应力就会超过岩石本身的强度,造成井壁四周岩石发生剪切破坏,井壁稳定,钻水平井时稳定井壁的技术措施选用合理的钻井液密度钻井液密度必须大于地层坍塌压力而低于地层破裂压力优化井身剖面设计优选所钻井的方位尽量选用较小曲率半径的井身剖面依据地层组构特性优选钻井液类型与配方地层的组构特性钻井液的抑制性和封堵性HTPFL与渗透滤失量应更低,泥饼质量更高封堵剂易在下井壁堆积采用强封堵材料确定合理的环空返速,减少对井壁的冲蚀因而必须优选
15、合理的环空返速,既保证井眼净化,又不冲蚀井壁,井壁稳定,摩阻控制,钻具在重力的作用下,钻具与井壁的接触面积比直井大幅度增加,因而起下钻具的摩擦阻力和旋转钻具的扭矩与直井相比就会大幅度增加,其值随井斜角的增大而增加;随方位角的变化而增大 因而水平井钻井过程中的卡钻可能性比直井大得多,井身剖面 钻柱结构 钻井液润滑性能 钻井液滤失量和泥饼质量 井眼净化 固控 井身结构,影响因素,摩阻控制,钻井液润滑性能钻井液的润滑性能是影响钻柱的摩阻力和扭矩的主要因素之一。降低钻柱与套管的摩擦系数和钻具与泥饼的摩擦系数就可以大大降低钻柱的摩阻力和扭矩钻井液滤失量和泥饼质量钻柱的摩阻力和扭矩与钻柱与井壁的接触面积有
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