定向鉆井技術(shù)論文
定向鉆井技術(shù)論文
定向鉆井技術(shù)是當(dāng)今世界石油勘探開發(fā)領(lǐng)域最先進(jìn)的鉆井技術(shù)之一,學(xué)習(xí)啦小編整理了定向鉆井技術(shù)論文,有興趣的親可以來閱讀一下!
定向鉆井技術(shù)論文篇一
定向井軌跡控制技術(shù)
[摘 要]本文就我國定向井鉆井技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了分析探討,并重點(diǎn)對定向井軌道控制技術(shù)和定向井軌道控制的影響因素進(jìn)行了介紹,對促進(jìn)定向井鉆井技術(shù)的發(fā)展具有一定的參考作用。
[關(guān)鍵詞]定向井 ;鉆具組合 ;地質(zhì)因素 ;軌跡控制; 螺桿 ;軌跡調(diào)整
中圖分類號:TE243.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號:1009-914X(2016)14-0105-01
1 前言
定向鉆井就是使井身沿著預(yù)先設(shè)計(jì)的井斜和方位鉆達(dá)目的層的鉆井方法。定向鉆井技術(shù)是當(dāng)今世界石油勘探開發(fā)領(lǐng)域最先進(jìn)的鉆井技術(shù)之一,它是由特殊井下工具、測量儀器和工藝技術(shù)有效控制井眼軌跡,使鉆頭沿著特定方向鉆達(dá)地下預(yù)定目標(biāo)的鉆井工藝技術(shù),目前在油田開發(fā)中廣泛使用。采用定向鉆井技術(shù)可以使地面和地下條件受到限制的油氣資源得到經(jīng)濟(jì)、有效的開發(fā),能夠大幅度提高油氣產(chǎn)量和降低鉆井成本,有利于保護(hù)自然環(huán)境,具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
2 井底鉆具組合的選擇和調(diào)整
2.1.1 井底鉆具組合的類型
根據(jù)井底鉆具組合的設(shè)計(jì)目的或作用效果的不同,可分為以下三類:即增斜、降斜和穩(wěn)斜。而增斜鉆具又可分為馬達(dá)增斜(或造斜)和轉(zhuǎn)盤增斜。所以,實(shí)際上常規(guī)定向井的最基本鉆具組合有四個(gè),即馬達(dá)造斜鉆具、轉(zhuǎn)盤增斜、轉(zhuǎn)盤降斜和穩(wěn)斜。
下面是12-1/4”井眼中,四套基本鉆具組合:
① 造斜,12-1/4”Bit+9-1/2”馬達(dá)+1.5°彎接頭+8”NM・DC(1)+5”HWDP(14)預(yù)計(jì) BOR=3°/30m
② 轉(zhuǎn)盤增斜12-1/4”Bit+12-1/4”STB+8”NMDC(1)+8”DC(2)+12-1/4”STB
+8”DC(1)+12-1/4”STB+8”DC(5)+5”HWDP(20)
預(yù)計(jì) BOR=2~4°/30m
?、?降斜,12-1/4”Bit+8”NMDC(1)+12-1/4”STB+8”DC(1)+12-1/4”STB+8”DC(5)+5”HWDP(20)
預(yù)計(jì)BOR=-(2~3)°/30m
?、?穩(wěn)斜,12-1/4”Bit+12-1/4”STB+8”S・DC(2)+12-1/4”STB+8”DC(1)+12-1/4”STB+8”DC(5)+5”HWDP(20)
在上述組合中,如需要可加一些配合接頭,擾性接頭、震擊器、鍵槽破壞器等。
前面已說過,從鉆具組合的效果上看,可分為四種基本類型。但是實(shí)際井眼軌跡控制時(shí),對鉆具組合性能的要求遠(yuǎn)非如此簡單。它還要求鉆具組合產(chǎn)生的效果,在幅度上能夠控制,這就是所謂的微增、微降鉆具組合,這也是較難掌握的一點(diǎn)。比如說,BOR=±0.3°/30m的增斜率或降斜率。
拿某一套穩(wěn)斜鉆具(如上述④號)來說,通過調(diào)整鉆鋌、短鉆鋌的根數(shù)和位置、扶正器的位置和尺寸、或者調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù),④號鉆具能變成具有任何性能的鉆具,即增斜、穩(wěn)斜、降斜、微增、微降。
下面是兩套微增、微降鉆具組合。
?、?微降,12-1/4”Bit+S・DC(1)(3m)+12-1/4”STB+8”DC(1)+12-1/4”STB+8”DC(5)+5”HWDP(20)
通過鉆壓和轉(zhuǎn)速的調(diào)整,降斜率范圍可達(dá):0.3~0.6°/30m。
?、?微增,12-1/4”Bit+12-1/4”STB+8”DC(1)(9m)+12-1/4”STB+8”DC(1)12-1/4”STB+8”DC(5)
通過鉆壓的調(diào)整,增斜范圍可達(dá):0.3~0.8°/30m。
另外,通過調(diào)整扶正器尺寸,也可得到多種微增、微降鉆具組合。
2.1.2 調(diào)整鉆具組合的原則與方式
如果鉆頭不是按照預(yù)定的井眼軌跡前進(jìn),就需要在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候,起鉆調(diào)整鉆具組合。調(diào)整鉆具的原因有三個(gè):一是井斜不合適;二是方位不合適;三是井斜、方位都不合適。
?、?鉆具組合調(diào)整一般在穩(wěn)斜段進(jìn)行,調(diào)整鉆具組合時(shí)應(yīng)考慮如下幾點(diǎn):
A:確認(rèn)調(diào)整后的鉆具入井后,具有預(yù)料的性能;
B:一般情況下,采用微調(diào)的形式,以避免大幅度增斜/降斜導(dǎo)致穩(wěn)斜段狗腿太大;
C:盡量爭取調(diào)整后的鉆具能鉆較長的井段,以避免反復(fù)起下鉆調(diào)整鉆具。一是保證快速鉆進(jìn),二是避免波浪形井眼軌跡;
D:如果要進(jìn)行調(diào)方位作業(yè)(糾方位),應(yīng)考慮使用較小度數(shù)的彎接頭,避免大狗腿;如果裸眼井段太長,還應(yīng)考慮馬達(dá)糾斜時(shí)的安全性,考慮是否可以在下完套管后進(jìn)行糾方位或者提前在較淺井段進(jìn)行??傊?,調(diào)整鉆具組合要準(zhǔn)確、及時(shí)并且全面考慮井身質(zhì)量和整個(gè)鉆井作業(yè)。
?、?從調(diào)整鉆具的目的看,調(diào)整鉆具組合的方式有兩種:一是調(diào)方位,這需要下動(dòng)力鉆具或組裝方位變向器;二是調(diào)整井斜。
用井下馬達(dá)調(diào)方位即下入造斜鉆具組合(彎接頭+井下馬達(dá))。所謂變向器調(diào)方位,是在轉(zhuǎn)盤鉆組合中,加方位變向器,通過方位變向器的作用在鉆頭處產(chǎn)生一個(gè)橫向側(cè)向力,鉆頭橫向漂移,從而達(dá)到增減方位的目的。
井斜的調(diào)整則較簡單。通過對轉(zhuǎn)盤鉆具的鉆鋌根數(shù)和位置、扶正器的位置與尺寸的調(diào)整來改變鉆具的性能,達(dá)到軌跡控制目的。
3 地層因素對井眼軌跡的影響
目前,對地層力的定量分析,還很不理想。對地層因素對井眼軌跡影響的認(rèn)識(shí),還只是定性階段或半定量階段。由于地下情況異常復(fù)雜,地層力的分析目前暫局限于具有一定規(guī)律性的地層,其目的在于確定出地層反作用在鉆頭上的側(cè)向力。在定量分析中至少應(yīng)考慮以下一些影響因素:
?、?地層傾角;
?、?地層各向異性;
?、?井眼方位與地層上傾方位之間的夾角;
?、?鉆壓;
?、?井斜角。
此外,轉(zhuǎn)速、鉆頭類型等也對地層力發(fā)生影響。
結(jié)合地層力分析和鉆具三維力學(xué)分析,通過側(cè)向切削模型和軸向鉆速模型,確定三維分位移,從而預(yù)測井眼軌跡。這是理論上軌跡預(yù)測的總體思路。勘探院的蘇義腦博士在這方面做了一些研究,但預(yù)測結(jié)果只是動(dòng)力鉆具造斜部分。而最關(guān)鍵的轉(zhuǎn)盤鉆具組合的軌跡預(yù)測以及如何利用和控制地層因素影響等方面的工作還有待下一步進(jìn)行。下面就地層因素的幾個(gè)方面說明它們對井眼軌跡的影響。
① 通過軟、硬交錯(cuò)的地層,通常鉆頭傾向于垂直地層層面鉆進(jìn);
?、?如果層狀地層傾角大于45°,通常鉆頭傾向與地層層面鉆進(jìn);
?、?如果預(yù)計(jì)鉆進(jìn)方向同于地層上傾方向,方位將按鉆頭自然漂移趨勢漂移,而井斜將增加很快;如果預(yù)計(jì)鉆進(jìn)方向在地層上傾方向的左邊,鉆頭將向右漂移;如果預(yù)計(jì)鉆進(jìn)方向在地層上傾方向的右邊,鉆頭將向左漂移。
?、?一般來說,上部地層傾角不大,比較疏松,方位漂移不大;而下部地層有一定傾角,且結(jié)構(gòu)致密,方位漂移較大。鉆頭鉆遇礫石層,方位漂移較嚴(yán)重。
總而言之,對地層因素對鉆頭漂移的影響的認(rèn)識(shí),還很不充分。一般來說,對某一地區(qū)地層自然漂移影響的認(rèn)識(shí)有一個(gè)摸索的過程,只有多實(shí)踐、勤思考、善總結(jié),才能做到較好地利用地層因素為軌跡控制服務(wù)。
4、總結(jié)
隨著全球油氣資源的可持續(xù)利用問題的日益突出,定向井技術(shù)發(fā)展和創(chuàng)新已迫在眉睫,我們應(yīng)該依靠現(xiàn)有的條件,充分利用其它學(xué)科先進(jìn)的技術(shù),改善目前的鉆具,合理的使用地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù),加快新技術(shù)如自動(dòng)化、智能化技術(shù)的應(yīng)用水平與程度,為定向井技術(shù)的發(fā)展開拓更為廣闊的空間。
參考文獻(xiàn)
[1]王岳.石油鉆井技術(shù)智能化發(fā)展研究[J].知識(shí)經(jīng)濟(jì),2011(08).
[2]岳小騏. 定向井軌道設(shè)計(jì)與控制技術(shù)研究[J].技術(shù)研究,2006(12).
定向鉆井技術(shù)論文篇二
定向井軌跡控制關(guān)鍵技術(shù)
摘 要 定向井鉆井技術(shù)被應(yīng)用到石油鉆井中是在19世紀(jì)中后期,在定向井鉆井過程中,井眼軌跡控制技術(shù)是施工的關(guān)鍵。文章介紹了定向井井眼軌跡剖面優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù),對井眼軌跡施工中的直井段、造斜段和穩(wěn)斜井段控制技術(shù)進(jìn)行了闡述。只有全面掌握這些關(guān)鍵施工環(huán)節(jié),才能施工定向井游刃有余,保證定向井施工順利進(jìn)行。
關(guān)鍵詞 軌跡控制;剖面優(yōu)化;關(guān)鍵技術(shù);定向鉆井
中圖分類號:TE243 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號:1671-7597(2014)05-0060-01
從19世紀(jì)后期起定向井被逐漸應(yīng)該到石油鉆井領(lǐng)域,1955年在玉門油田鉆成C2-1井,是我國第一口定向井。定向井主要應(yīng)用在因地面障礙物遮擋而無法進(jìn)行開發(fā)的油藏、地下地質(zhì)條件復(fù)雜,有斷層遮擋的油藏、處理事故復(fù)雜而進(jìn)行的側(cè)鉆等方面。定向井,尤其是叢式平臺(tái)定向井可以極大限度增加油氣藏的裸露面積,提高油氣采收率,節(jié)約井場用地,降低鉆井綜合成本,已經(jīng)成為石油勘探開發(fā)領(lǐng)域的不可或缺的實(shí)用鉆井技術(shù)之一。定向井井眼軌跡控制技術(shù)是定向井施工的關(guān)鍵技術(shù),它是決定一口定向井能否順利施工,實(shí)現(xiàn)地質(zhì)要求目標(biāo)的關(guān)鍵。
1 井眼軌跡剖面優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)
定向井井眼軌跡剖面優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)是施工一口定向井的基礎(chǔ),只有井眼軌跡設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確、合理,才能保證定向井順利施工,實(shí)現(xiàn)地質(zhì)目標(biāo)。
1.1 井眼軌跡剖面優(yōu)化設(shè)計(jì)原則
俗話說,沒有規(guī)矩,不成方圓,在進(jìn)行定向井井眼軌跡設(shè)計(jì)時(shí),同樣需要遵循一些規(guī)矩和原則,定向井設(shè)計(jì)原則主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面。
1)要以實(shí)現(xiàn)地質(zhì)目的為基本原則;鉆定向井的目的有很多種,或是要穿越多個(gè)含油地層,實(shí)現(xiàn)勘探開發(fā)效果的突破;或是要避開地下斷層,挖潛剩余油;或是要使井眼軌跡在目的層中延伸最大,增加油氣藏泄露面積;或是事故復(fù)雜無法進(jìn)行處理而進(jìn)行的側(cè)鉆;或者為了節(jié)省井場占地而進(jìn)行的叢式平臺(tái)定向井;或是要避開地面障礙物而鉆的定向井等。無論是哪種形式的定向井,都要以實(shí)現(xiàn)地質(zhì)目的為基本原則。
2)要利于現(xiàn)場施工,能夠?qū)崿F(xiàn)安全、優(yōu)質(zhì)、高效鉆井為目標(biāo);在進(jìn)行一口定向井軌跡剖面設(shè)計(jì)時(shí),一定要優(yōu)選造斜點(diǎn),選擇在地層穩(wěn)定、軟硬適中的位置,一定要避開那些容易坍塌、容易漏失、容易縮頸、壓力異常等層位進(jìn)行造斜。同時(shí)根據(jù)地質(zhì)目標(biāo)的不同,會(huì)使定向井的井斜角有所不同,在進(jìn)行定向井井斜角選擇時(shí),既不能過大,也不能過小,過大超過45°會(huì)使施工難度加大,易發(fā)生井下事故復(fù)雜,過小小于15°又會(huì)使方位不穩(wěn)定,增加調(diào)整的頻次,因此在實(shí)現(xiàn)地質(zhì)目標(biāo)前提下盡量使井斜角處在15°-45°之間。在選擇造斜率時(shí),要權(quán)衡所鉆地層和工具的實(shí)際造斜能力,盡量降低造斜率和造斜井段的長度,以實(shí)現(xiàn)快速鉆井。
3)要滿足后期的采油工藝要求,在滿足地質(zhì)目標(biāo)和安全鉆井的情況下,盡量降低井眼曲率,以便改善后期抽油桿和油層套管之間的偏磨,同時(shí)也利于后期改造安全采油泵和其它井下作業(yè)。
1.2 井眼軌道類型選擇
按照我國定向井標(biāo)準(zhǔn)來說,在定向井井眼軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)主要有三種井眼軌跡剖面可以選擇,既直-增-穩(wěn)三段制剖面、直-增-穩(wěn)-降四段制剖面和直-增-穩(wěn)-降-直五段制剖面可供選擇,在定向井進(jìn)行井眼軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí),根據(jù)地質(zhì)目標(biāo)的不同而選擇適合的井眼軌跡,但是各種井眼軌跡各有優(yōu)缺點(diǎn),直-增-穩(wěn)三段制井眼軌跡設(shè)計(jì)操作簡單,造斜井段短,利于現(xiàn)場施工操作,在沒有特殊要求的情況下會(huì)盡量選擇這種井眼軌跡剖面,直-增-穩(wěn)-降四段制軌跡剖面易形成巖屑床,起下鉆容易捋出鍵槽,造成起下鉆摩阻增大,甚至卡鉆,給井下安全帶來極大隱患,一般不常用。而直-增-穩(wěn)-降-直井眼軌跡剖面類型更適合后期的采油工程作業(yè),因其在目的層處于垂直狀態(tài),利于采油泵的安全下入。綜上所述,在定向井井眼軌跡設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)該盡量考慮當(dāng)前施工狀態(tài)和后期采油工程的需要,盡量選擇三段制直-增-穩(wěn)剖面類型或者五段制直-增-穩(wěn)-降-直剖面類型,下面著重對三段制井眼軌跡控制技術(shù)進(jìn)行深入探討。
2 井眼軌跡控制技術(shù)
1)直井段防斜打直。直井段防斜打直是定向井井眼軌跡控制的基礎(chǔ)井段,直井段產(chǎn)生井斜的原因主要有地質(zhì)因素、工程因素和井眼擴(kuò)大的影響。地質(zhì)因素是我們不可控制的因素,因此要想實(shí)現(xiàn)防斜打直我們只能從工程因素和井眼擴(kuò)大方面想辦法。首先在鉆具組合方面我們要進(jìn)行下部鉆具組合的選擇,在現(xiàn)場施工中我們主要選擇滿眼鉆具組合和鐘擺鉆具組合進(jìn)行防斜打直。滿眼鉆具組合只能夠防斜,而不能夠糾斜,在滿眼鉆具組合的使用中關(guān)鍵在一個(gè)“滿”字上,就是要扶正器與井壁之間間隙盡可能地小,以保障滿的狀態(tài),防止井斜的產(chǎn)生。鐘擺鉆具組合的原理是當(dāng)鐘擺擺過一定角度時(shí),會(huì)產(chǎn)生一個(gè)回復(fù)力,這個(gè)回復(fù)力會(huì)隨著鐘擺擺過的角度增多而增加。在鐘擺鉆具組合使用過程中,對鉆壓特別敏感,當(dāng)鉆壓加大時(shí),鐘擺鉆具組合鐘擺力減小,而增斜力增大,這樣就起不到防斜和糾斜的目的;當(dāng)鉆壓較小時(shí),鐘擺鉆具組合才呈現(xiàn)防斜和糾斜性能,所以在實(shí)際使用中,鐘擺鉆具組合不能使鉆壓完全釋放,會(huì)在一定程度上影像機(jī)械鉆速的提高。因此在進(jìn)行防斜打直過程中,我們要根據(jù)不同的情況選擇不同的鉆具組合。
2)造斜段軌跡控制技術(shù)。造斜過程就是從造斜點(diǎn)開始強(qiáng)制鉆頭偏離井口鉛垂線增斜鉆進(jìn)的過程,這一時(shí)期的主要任務(wù)就是如何讓鉆頭偏離井口鉛垂線,使造斜過程更順利,施工中首先對直井段的井斜、方位數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,根據(jù)直井段井斜、方位的偏差以靶點(diǎn)目標(biāo)重新進(jìn)行待鉆軌跡修正設(shè)計(jì),重新計(jì)算出定向各段的造斜率大小,來指導(dǎo)定向造斜施工。造斜初期連續(xù)定向幾個(gè)單根,摸清楚造斜工具和造斜鉆具組合在所施工區(qū)塊的實(shí)際造斜率,然后通過調(diào)整滑動(dòng)鉆進(jìn)和復(fù)合鉆進(jìn)的比例,使實(shí)鉆井眼軌跡盡量貼近設(shè)計(jì)井眼軌跡,直至造斜完成。造斜過程就是從造斜點(diǎn)開始強(qiáng)制鉆頭偏離井口鉛垂線增斜鉆進(jìn)的過程,這一時(shí)期的主要任務(wù)就是如何讓鉆頭偏離井口鉛垂線,使造斜過程更順利。
3)穩(wěn)斜段軌跡控制技術(shù)。在造斜結(jié)束后,對于直-增-穩(wěn)三段制結(jié)構(gòu)的井眼軌跡剖面來說,接下來的任務(wù)就是進(jìn)行穩(wěn)斜井段的施工。穩(wěn)斜井段施工最好選用無線隨鉆測量儀器進(jìn)行跟蹤控制,實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)控,發(fā)現(xiàn)實(shí)際井斜角、方位角偏離設(shè)計(jì)值及時(shí)進(jìn)行調(diào)整,保證中靶。但有時(shí)在沒有無線隨鉆測斜儀器時(shí),就需要下入穩(wěn)斜鉆具組合,應(yīng)用單、多點(diǎn)測斜儀定點(diǎn)測斜,使實(shí)鉆軌跡離開設(shè)計(jì)軌跡“不要太遠(yuǎn)”,既要保證中靶,又要提高機(jī)械鉆速。一方面如果實(shí)鉆井眼軌跡與設(shè)計(jì)井眼軌跡剖面偏離太遠(yuǎn),那么就可能造成脫靶,使井身質(zhì)量不合格;另一方面的意思就是如果始終要求實(shí)鉆井眼軌跡與設(shè)計(jì)井眼軌跡誤差很小,那么勢必要非常頻繁的測斜,頻繁的起下鉆更換鉆具組合,必將影響機(jī)械鉆速,增加鉆井周期。
3 結(jié)論
1)在定向井井眼軌跡剖面設(shè)計(jì)時(shí),要以實(shí)現(xiàn)地質(zhì)目標(biāo)為目的,盡量選擇簡單、造斜井段短的剖面類型,保證定向井順利施工。
2)進(jìn)行定向井井眼軌跡控制時(shí),直井段防斜打直是基礎(chǔ),把好定向造斜關(guān)是關(guān)鍵,跟蹤控制到靶點(diǎn)是目標(biāo)。
參考文獻(xiàn)
[1]王清江,毛建華,等.定向鉆井技術(shù)[M].石油工業(yè)出版社,2009.
[2]王清江,等.定向井井眼軌跡預(yù)測與控制技術(shù)[J].鉆采工藝,2008(07).
作者簡介
徐鳳和(1974-),助理工程師,現(xiàn)在大慶鉆井二公司三項(xiàng)目部30505隊(duì)工作。
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