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最新钻井新技术与装备简介

2015-11-26

连续油管钻井技术

   连续油管亦称挠性油管、盘管。连续油管钻井技术是90年代国 外大力研究和发展的热门钻井技术之一。1991年,ELF公司首次使用新研制的连续油管在巴黎盆地钻井取得成功,并证实了它的可行性。

   1、地面设备 地面设备主要包括连续油管作业机及有关设备、循环系统和井控系统。

   ① 连续油管作业机组成部分

   连续油管(CT) 连续油管即工作管柱,是一种连续的高强度、高韧性的钢管,缠绕在滚筒上。在连续油管钻井作业中,适合采用外径大于44.45mm(13/4in)连续油管。

   滚筒:液压马达使连续油管保持一定的拉力紧紧地缠绕在滚筒上,或将连续油管送入井下。滚筒上的匀绕机构和计数装置,可以使连续油管均匀地缠绕并测量出管子的长度。

   连续油管注入头:连续油管注入头主要用来为连续油管下入井内提供推力,并控制连续油管下入速度,承载悬空连续油管的全部重量。

   液压动力系统:液压动力系统的功能是,为连续油 管作业提供液压控制和操作动力。

   控制台:由各种开关和仪表组成,用于监测并操纵连续油管钻井作业。

   ②循环系统:泥浆泵通过滚筒向连续油管内注入、循环。

   ③ 井控系统:连续油管防喷器组。

   2、底部钻具组合(BHA)

   ① 连续油管连接器

   ②紧急分离工具:钻井过程中,钻具遇卡时该工具可使连续油管与下部钻具分离,并使液压和电力通讯安全切断。

   ③ 多路传输接头:实现井下与地面的数据传送。

   ④定向工具:定向工具具有在地面控制定向和实时测得井下数据的能力。

   ⑤ 助推器

   ⑥ 循环阀

   ⑦ 导向工具

   ⑧ 马达:主要作用是使钻头产生旋转。

   ⑨ 钻头

   3、连续油管钻井对小直径浅直井、定向井和水平井都适合。其应用范围包括:新的浅直井、定向井和水平井,老井加深、侧钻,过油管钻井,产层取心以及完井钻井等。连续油管钻井的另一个用途是欠平衡钻井,而且在此领域有着巨大的潜在市场。

   4、用连续油管钻机进行钻井的最大优点是井控安全,操作简便灵活,不接单根,不必压井就可以进行换钻头和起下钻作业。连续油管钻井深度目前已达到3000m左右,过油管侧钻的深度已达到5000m。

   目前在美国Alberta南部地区,用连续油管钻机钻井的数量已占该地区所有开钻井数量的10%以上。北海油田用连续钻机钻井更为普遍。

钻头技术

   1、为了提高水平钻井钻速,延长钻头使用寿命,国外许多公司研制出了耐磨损、抗冲击的各种新型水平井钻头。

   2、PDC钻头的可靠性和效率得到更大提高。PDC钻头的稳定性得到了大大提高,从而大大提高了它的可靠性和效率。

   3、可变径钻头的应用:

   可变径钻头在起下钻时直径较小,下到井底一加压,直径就变大。可变径钻头的最大优点:一是起下钻时钻头直径可以变得比套管内径及所钻井眼直径小,从而可以大大减少起下钻时阻卡,减少卡钻事故的发生。而所钻出的井眼尺寸比常规的要大,从而可以减少下套管的遇阻,下不到位的复杂情况,同时可以加大套管环间水泥环的厚度,提高注水泥固井质量。三是可用于套管钻井技术。

套管钻井工艺技术

   1、套管钻井工艺技术的优点

   套管钻井工艺是取消常规钻杆,以套管代替钻杆,由此给钻井作业带来以下优点:

   ① 整个钻井过程不再使用钻杆;

   ② 减少了起下钻时间。在钻井过程中不再有传统的起下钻过程,只利用专用绞车通过纲丝绳起下钻头,十分迅速,比传统的钻杆起下钻大约快5~10倍,大大节约了钻井时间和费用;

   ③减少了钻井事故和复杂情况的发生。由于套管钻井的井眼自始至终由套管伴随到井底,大大减少了常见的地层膨胀。避免了井壁坍塌、冲刷井壁、井筒内形成键槽或台阶的现象。

   ④起下钻时能保持钻井液连续循环,可防止钻屑聚集,减少了卡钻事故的发生。

   2、套管钻井工艺

   套管由顶部驱动装置带动旋转,由套管传动扭矩,带动安装在套管端部工具组上的钻头旋转并钻进。钻进过程中,先令2个扩孔钻头张开,即可将井眼扩大。钻井液自套管内进入,由套管与井眼之间的环形空间返出。

   钻头固定在一个专门设计的工具组前端,工具组锁定在套管端部,并通过钢丝绳与一部专门用于起下钻头的绞车相连接。当需要更换钻头时,将锁定装置松开,再用绞车   钢丝绳通过套管将工具组起出。换上新钻头后,再用绞车通过套管将工具组送入,锁定在套管端部。这样一来更换钻头就变得十分快捷。

   钻头的钻进过程也就是下套管的过程。套管一根根打下去,不再提起。完钻后即可开始进行固井作业。

3、国外套管钻井技术概况

   加拿大Tesco公司自1995年起就研究开发套管钻井技术。1998年6月打了第一口试验井,这口试验井用φ244.47mm表层套管边旋转边钻进到46m处注水泥;二开采用φ193. mm(73/4″)套管边旋转边钻进到152m处注水泥;于1998年10月末最后一层套管柱用φ127mm套管钻进到609 m处完钻。

大位移井技术

   大位移井通常定义为水平位移与垂直深度之比(HD/TVC)大于2.0以上的井。

   1、国外大位移井概况

   ①世界大位移井先进水平

   1984年,澳大利亚巴斯A16井,测量深度5533m,垂深2485m,水平位移4597m,位移与垂深比1.85;当时国内川中48井,测量深度3039m,垂深2482m,水平位移1456m,位移与垂深比0.59,是当时国内外最大水平位移的记录。

   1997年6月,美国Phillips石油公司与中国海洋石油总公司合作,在我国南海东部钻成西江24—3—A14世界纪录的大位移井,测量井深9238m,垂直井深2985m,水平位移8063m,位移与垂深比值2.7。

   1998年2月,英国BP石油公司在英国南部WF油田M11井创造了测量井深10656m,垂直井深1650m,水平位移10114m,位移与垂深比值6.13的记录。2001年该公司在M16Z井更创造了测量井深11278m,垂深1637m,水平位移10728m,位移与垂深比值6.89的记录的新的世界记录。

   我国独立完成2000m水平位移以上的定向井还不到15口,大港油田红9—1井垂深1156m,水平位移1668m,水平位移/垂深比值为1.46。在大位移钻井技术方面,我国与国际先进水平相比还有相当大的差距。

   ②大位移井的关键技术

   归纳起来有10项关键技术:扭矩/摩阻、钻柱设计、井壁稳定、井眼净化、钻井液和固控、套管作业、定向钻井优化、测量、钻柱振动及钻机设备。

随钻测量技术

    随钻测量(MWD)是提供井下信息最重要的技术。在过去10年中,随钻测量技术最重要的进步是使随钻测量具备了随钻测井及地质导向的能力。

    目前的随钻测量已不是仅限于定向测量了,还包括地质和地球物理数据的测量。其测量参数的范围已包括井斜、方位、工具面、钻压、扭矩、导常地层压力、伽马射线、地层电阻率、密度和中子孔隙度等;

    这是一种低频无线电波数据传输技术。与传统的钻井液压力脉冲和声波传输技术相比,它的优点是数据传输速率快(是传统传输技术的5倍),而且不受井下环境条件(如含气相钻井液)的影响。由于它有这些优点,近年来,电磁波数据传输技术在使用含气相流体的钻井液进行欠平衡钻井领域的使用很普遍。

    随钻测量分有线随钻测量和无线随钻测量。

随钻测井技术

    1、传统的测井方法是要等到一口井完钻后,才能使用一系列电缆测井工具进行测井,因此不能为进行有效钻井和准确命中产层提供实时帮助。

    2、随钻测井(LWD)是过去10年中国外发展起来的一项新的测井技术。随钻测井工具的传感器和电子仪器都装在接近钻柱底部的钻铤内,它可以进行与用电缆测井工具测井相同的各种测量。

    3、随钻测井的主要优点:

   ①可以在使用电缆测井工具测井很困难或甚至不可能的环境条件下进行测井;

   ②可以使用井下信息传输系统在钻井过程中随时向地面发送实时决策信息,根据井下实际地质特征控制钻具钻出最优化的井眼轨迹(即地质导向钻井)。

地质导向钻井技术

   1、地质导向(SRD),就是使用随钻定向测量数据和随钻地层主人测井数据以人机对话方式来控制井眼轨迹的钻井技术。它是以井下实际地质特征来确定和控制井眼轨迹的钻井,而不是按预先设计的井眼轨迹进行钻井。使用这一技术,可以精确地控制井下钻具命中最佳地质目标,即,使井眼避开地层界面和地层流体界面并始终位于产层内。

   2、地质导向技术对在薄产层和高倾斜产层中钻水平井最适用。对于这样的产层,使用常规方法控制井眼轨迹是很难命中地质目标的。使用随钻定向测量和随钻地层评价测井数据进行地质导向钻井,可以随时知道钻头周围几米范围内的地质特征和钻头与地层界面和地层流体界面的相对位置,因此可以控制钻头始终在产层中行进。

自动化钻井技术

   1、自动化钻井技术是21世纪钻井技术的重大发展方向。自动化钻井包括井下自动化和地面钻机自动化两大部分。当今的自动化钻井系统是靠闭环自动控制系统来实现的。井下自动化依靠井下闭环自动控制系统(智能系统)来实现,地面钻机自动化是靠地面闭环自动控制系统来实现。

   2、闭环自动控制系统,是依靠传感器测量钻井过程中的各种参数,依靠计算机及人工智能技术获取数据并进行解释和发出指令,最终由自动设备去执行,变成一种无人操作的闭环自动控制系统进行钻井。它可以在钻柱旋转的同时自动按设计井眼轨迹控制井斜和方位,同时还可以根据地面的指令自动改变井眼轨迹。

   3、目前国外有些公司正在着手研制智能钻头,估计在今后10年中,智能钻头就可能问世。

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