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大位移井钻井新技术及新进展大港油田集团钻采工艺研究院
一、国内外大位移井钻井技术状况大位移井钻井技术是一项综合性很强的技术,代表了当今世界钻井技术的一个高峰近几年,大位移井钻井技术的进展表现在现代高新钻井技术(随钻测井技术LWD、旋转导向钻井系统SRD、随钻环空压力预测PWD等)在大位移井中的集成应用;三维多目标大位移井的出现;水平位移10000m超大位移井的钻成等方面大位移井钻井技术的关键技术时减扭降摩、钻柱设计、井壁稳定、井眼净化、泥浆优化和固控、下套管作业、定向钻井优化、测量、钻柱振动及钻机设备配置随着近几年大位移井钻探的实施,大位移井钻井研究的重点和难点主要集中在以下几个方面轨道设计;定向控制;水力参数优选与井眼净化;套管漂浮技术与随时循环下套管技术的应用等
(一)、国外大位移井钻井技术的现状90年代以来,为了使大位移井的水平位移逐渐延伸,国外钻井服务公司对计算软件和钻井工具进行了充分研究,先后开发研制了剖面设计、摩阻/扭矩计算、水力参数计算、固井计算等软件及导向马达、MWD、LWD、可控变径稳定器、漂浮下套管工具、非旋转钻杆保护器、水力加压器等钻井工具,使大位移井钻井技术有了突飞猛进的发展,将水平位移从4000m延伸到了10000m以上,持续不断地创出新的世界纪录(见表1)99年钻成目前世界上位移最大的大位移井一M16井,水平位移为10728m测量深度11287nio大位移井技术主要用于以较少的平台开发海上油气田和从陆上开发近海油气田,在北海、英国WatchFarm油田和美国加州近海应用较为广泛表1世界上排名前10位的大位移井
1.国外在大位移井施工中主要采用的技术
(1)长导向马达+MWD+可变径扶正器井眼轨迹控制技术;
(2)LWD随钻测井技术;
(3)高精度陀螺测斜技术;
(4)摩阻/扭矩控制措施;
(5)采用低毒油基钻井液;更换,同时为增加钻井液净化系统的处理能力,对除砂器、除泥器、离心机等净化设备进行了更换
(3)为防止出现扭方位或高狗腿度,从造斜开始到井底全程应用导向马达+MWD控制井眼轨迹,使井眼规则、平滑,为下部井眼的钻进和下套管作业提供良好的井眼条件MWD是井眼轨迹控制的有效手段,本井采用目前国际上较为先进的正脉冲无线随钻监测系统MWD随时跟踪监测井眼轨迹的走向情况通过及时调整相关参数,同时为了避免磁干扰,在钻具组合中采用双无磁钻铤,有效地保证了井眼轨迹质量在斜深
4813.85m中靶,靶心距
59.12m
(4)为避免在大井斜条件下钻进,出现钻柱吸附卡钻,采用加重钻杆代替钻铤为钻头加压
(5)采用
0139.7mm钻杆增大钻杆内径,降低了沿程压耗,增加了排量和钻井液环空返速,达到了清洁井眼的目的为了实现大井眼大排量钻进,本井使用中
139.7mm、G105钢级18°钻杆,该钻杆有足够的强度,以满足大斜度超深井的负荷需要,同时大排量钻进可提高携砂能力,及时清洁井眼,减少岩屑重复研磨,降低钻具内压耗,增加钻头的压降,提高钻头的水马力,另外起下钻操作方便,加快钻进速度
(6)根据岩石可钻性预测,在不同井段采用了川克公司的高效能钻头,配合导向马达,延长了单只钻头的寿命,提高了机械钻速,达到了快速钻井的目的高效能钻头+导向马达+顶部驱动装置为国际上较为流行的快速钻井方式为了提高该井的钻井速度,在
①
444.5mm和
①
311.li™井眼采用了
0244.5nini6级单弯导向马达,使马达的扭矩、排量和寿命都得到了较大的提高随着井深的增大,其扭矩也愈来愈大,因此在
0215.9mm井眼选用了一种新型马达,本体为0165mm配0197mm传动轴,扭矩、抗拉强度均增大,两次下井工作时间长达168小时,另一种是0172mm油润滑传动轴导向马达,本马达工作时间也在150小时,减少了起下钻的次数在钻头选用方面,利用先进的科学技术手段,据邻井声波曲线和伽玛曲线分析计算岩石的可钻性,对钻头进行合理选择分别选用了滑动金属密封特殊保径的高速牙轮钻头,并用导向马达与顶驱同时转动、旋转钻进的方式钻穿馆陶组,机械钻速达到
10.24m/h避免了以往在馆陶组砾岩层钻进的蹩跳和大扭矩现象本井机械钻速
6.04m/h相对于邻井港深58-1井的
3.13m/h港深78井的
4.33m/h有了大幅度的提高
(7)采用了扭矩和摩阻控制技术在钻井液体系上,上部井段采用聚合物钻井液,下部采用硅基防塌钻井液体系,保证了井壁的稳定并根据井深的增加,多种润滑剂降低摩阻和扭矩,改善了顶驱滞动现象
(8)钻油层段,采用了LWD地质导向工具随钻地质跟踪测量该井使用国际一流的斯伦贝谢LWD无线随钻测井技术,钻至沙一中4850m时,下入LWD仪器,开始随钻测井,3月28日钻至井深
5464.43m完钻,同时也完成了测井任务完钻后,为了分析验证LWD测井效果又进行了钻杆输送测井,克服了18钻杆挤电缆的难题,经二次输送完成了该井的取资料任务验证LWD无线随钻测井是大位移定向井钻探获取电测资料的最佳选择4)工程效果港深69x1井通过优化设计,使用顶部驱动装置以及导向马达MWD、高效能钻头,同时配套使用综合录井,LWD随钻测井等配套技术,优质高效地按设计完成了工程任务,同时也高质量完成了地质任务,其各项技术指标基本与设计一致,井身质量及固井质量合格全井仅用了
111.88天完成该井钻探任务通过港深69x1井的成功钻探,初步形成了一套大位移定向井钻井综合技术配套系列,这将对滩海滩涂区及其它勘探禁区的有效勘探和开发提供了己项可靠的技术
3.北堡西3X1浅层大位移井钻井技术应用情况1)基本情况测深4189m;垂深
2452.16m;水平位移
3049.79m;位移/垂深
1.24最大井斜角
67.18°03Hmm裸眼段1750m
0215.9mm裸眼段1136m国内第一口位移超过3km位移与垂深之比大于
1.2的大位移井图3北堡西3X1井井深结构•2800-2600-2400-2200-2000U8004600-14004200-1000-
800.血-400-200i--200--西./东+问图4垂直剖面/水平投影图表6北堡西3x1井主要设计参数表2)存在的主要技术难点
(1)中靶难度大由于水平位移大、靶圈小、井眼长,闭合方位偏差允许值仅为
1.2,并且地质设计要求两个目标点第一个目标点位移与垂深的比值大于第二个目标点位移与垂深的比值,因此,必须精确控制井眼轨迹才能中靶
(2)井眼清洗难度大井眼稳斜段井斜角设计为
65.1根据国外大位移井钻井理论和经验,在45〜68井斜角范围内,钻屑的上返能力较差,很容易形成较严重的岩屑床,因此,需要加大井眼的清洗力度,才能满足正常钻进
(3)井眼润滑难度大为发现油气层,方便于录井工作,设计规定不得在钻井液中混入原油和高荧光润滑剂,给井眼的润滑提出了较大的考验
(4)井眼轨迹控制难度大井眼轨迹的好坏,狗腿度的大小、多少等都会影响钻进摩阻/扭矩、准确中靶和套管的顺利下入,但由于井眼较长,井斜较大,井眼需要穿过不同岩性、可钻性差别较大的地层,因此,给井眼轨迹的控制增加了困难
(5)在玄武岩地层钻进的难度大馆陶组有大段的玄武岩,疏松多孔、硬而脆、松而软的岩石交互出现地层裂隙十分发育,蛋白矿物含量非常高,在水中严重膨胀因此,在钻进过程中玄武岩井段很容易漏失钻井液和发生井眼坍塌必须采取有效措施稳定井壁,防止漏失另外,馆陶组地层含有砾石,玄武岩地层也存在软硬交互现象,这对钻头的使用和井眼的控制提出了较高的要求
(6)斜井段长、井斜大、井眼不稳定造成的椭圆井眼、狗腿度、岩屑床、台肩等因素造成下套管摩阻大、易粘卡;
(7)井斜大、套管柱在井内偏心严重,套管居中困难,泥浆顶替效率低;
(8)封固段长、注水泥量大,替泥浆碰压高,易发生井漏;
(9)完井管柱不能保证顺利下入预定井深;3)采取了以下主要技术
(1)全程采用了MWD+导向钻具,井眼轨迹控制较好,实钻轨迹基本是沿着设计线形成的,没有发生方位漂移现象,井斜角也基本控制在了设计要求的
65.09°±3°以内,最大井斜角
67.18%定向一次成功造斜率基本控制在3°/30m以内,整个井眼没有出现大的狗腿度,为正常钻进和控制井眼的摩阻扭矩打下了良好基础
(2)在不同的井段、公况选用了不同的润滑剂进行复配,在套管内的钻杆上安装减扭工具,使井眼摩阻/扭矩控制较好,基本上与设计预测相符,扭矩误差范围在10%以内钻柱扭矩设计预测与实钻监测对比见表7表7北堡西3x1井钻柱扭矩预测与实测对比表
(3)各次完井下套管很顺利特别是
(1)
244.5mm套管,经测算套管与井壁之间的摩阻后,决定采用常规下套管方法,实践证实,套管的摩阻测算与实测基本相符,避免了复杂施工与特殊工具的使用
(4)为了提高固井质量和减小下套管的摩阻力,钻采工艺研究院提供了套管滚子扶正器,经过下井证实该扶正器在下套管过程中安全可靠,具有较低的摩阻,为套管的居中和提高固井质量提供了保障(见图
5、6)井深m图
60244.5套管下到套管重合段1306m预测/实际载荷对比
(5)钻井液体系及性能参数基本满足了钻井要求特别是对井眼的润滑性能完全达到了设计要求,使钻柱在套管内的摩阻系数和裸眼内的摩阻系数基本上控制在
0.25和
0.35o在固控控制上使用了高效线性振动筛,0311mm的井眼固相含量始终控制在12%以下,
0215.9井眼固相含量始终控制在18%以下
(6)下
①
244.5套管时使用了灌浆解卡装置,随时建立循环,保证套管的顺利下入
(7)
0339.7mm和
①
244.5nun套管固井采用双凝水泥单级固井,水泥全部返到井口,固井质量合格;
(8)该井采用钻杆输送测井,湿接头对接一次成功,测井一次到底,测全测准了各项数据;4)工程分析2002年大港油田依靠大位移井的钻井技术实力,一举中标冀东油田的北堡西3X1大位移井该井通过应用了顶驱驱动、MWD+导向马达、聚合醇硅机钻井液、高速线性振动筛、非旋转钻杆接箍、摩阻分析预测、套管滚轮扶正器应用、随时灌浆解卡等先进的钻井技术,充分发挥集团作战的优势,整个施工进展顺利,钻井周期只有
59.98天,平均机械钻速
14.08m/h全井安全生产事故该井的钻探成功,为冀东今后应用大位移钻井技术勘探开发滩海和浅海油田具有一定指导意义
三、大位移井钻井技术应用前景我国滩海及海域油气资源丰富近年在渤海湾滩海及海域先后发现了蓬莱19-
3.绥中36-1等大型油气井,已累计探明石油地质储量15亿吨,证明该地区为一个富油气聚集区,油气资源潜力较大渤海湾滩海与辽河、大港和冀东等陆上油田相邻,利用大位移井技术可以加快在该地区的勘探开发工作,为拓展资源接替领域提供了可能大位移钻井能通过减少钻井场地和装置使油田开发最优化,并能得到在其他情况下不能获得的储量,也是开发地面条件恶劣的油藏或滩海地区油藏的有利手段利用大位移定向井技术开发这些油藏无疑是节约成本、提高产量的有效措施主要应用领域为应用大位移井实现滩海地区的海油陆采大位移定向井的地区主要是海上及滩海地区,而对于滩海地区,由于滩涂、潮间带、淤泥带平均4km长,一般钻井设备难以进入,应用大位移定向井技术开发这些复杂地带的油气资源,既能实现海油陆采,又可提高生产储运作业的安全,改善环境保护,节省环保费用如大港油田滩海地区、辽河油田滩海地区、冀东油田滩海地区等应用大位移井实现高陡构造的勘探开发对于地层倾角大,钻进困难的地层,可以考虑采用大位移井技术实现快速钻进如青西地区可以采用大位移井绕开复杂地层,实现目的层的安全钻进!1!我国大位移钻井技术近几年发展较快,水平位移突破了3118m目前正在进行水平位移4000m—5000m的大位移井钻井技术的攻关,但与国外相比还存在较大差距,突出表现在配套工具方面1)国内所应用的控制技术还属于第一代的导向系统,而国外己应用了第二代的导向钻井系统和第三代的旋转导向系统(闭环钻井系统)2)缺少大扭矩钻杆和可变径稳定器等因此,国内应加快大位移井钻井设备和配套工具的引进、开发与研究大港油田在钻探大位移井的技术装备、科研开发、现场技术服务能力都处在国内领先地位,可以为滩海地区的石油勘探开发发挥巨大的作用围绕中油股份公司在渤海湾滩海勘探开发的要求,在2003-—2007年将实现位移达到5000m为此,拟开展如下课题的研究1)大位移井摩阻预测及减磨减扭控制技术研究;2)大位移井配套工具及国产化的研究;3)大位移井井眼轨迹控制技术研究;4)大位移井钻井、完井液技术研究;5)大位移井完井工艺技术研究;
五、结论和建议大位移井解决了距离
3.5km以内滩涂地区的勘探开发问题大港油田自1991年钻成当时国内位移最大的定向井张17-1井后,又相继完成了红9-
1、港深69X
1、港深98X
1、冀东北堡西3X1井等大位移井,其中完成港深69X1井创造国内陆上油气田斜深最大和水平位移最大的记录,而且北堡西3X1井不仅是浅层大位移井,同时也是国内陆地难度最大的双靶点定向井目前初步研究结果表明,采用目前综合配套的大位移钻采工艺技术,可以实现位移4000m的目标建议我国滩海及海域油气资源丰富,辽河、大港和冀东陆上油田与滩海相邻可以利用大位移井技术实现勘探开发的目的建议在2003年依靠中油股份公司勘探开发整体部署,在大港、冀东、辽河等油区利用大位移井技术实现海油陆采
(6)使用非旋转钻杆保护器(NRDPP);
(7)采用大排量循环洗井措施;
(8)采用旋转导向钻井技术,精确控制井眼轨迹;
(9)使用水力加压器,为钻头施加足够的钻压,减少井眼轨迹的变化,使井眼轨迹得到更有效控制;
(10)使用加长马达,减少钻头泥包,降低钻头与地层或井眼之间的扭矩;
(11)大量使用降低下套管摩阻的滚轮扶正器,可极大地减小摩擦系数,在泥浆中的旋转摩擦系数低达
0.04保证套管的顺利下入;
(12)使用循环下套管技术,减少下套管时间,保证套管的顺利下入;
(13)使用可切削式套管鞋,清除底边沉砂,修整井壁;
(二)、国内大位移井钻井技术现状国内常规定向井钻井技术己经成熟,目前已初步具备钻位移为3000m的大位移定向井的技术能力近儿年,国内也开始研制开发大位移井专用工具,如降扭工具、下套管工具等中国南海油田自1997年投产第一口井——西江24-3-A14井以来,到2002年6月为止,目前已有五口井井深超过8600米,水平位移与垂深比都大于
2.65其中XJ24-3-A14井创造当时(1997年)的水平位移8063米等三项世界纪录,其余各井水平位移也都超过7500米以上,是名符其实的世界级超大位移井,并实现了钻一口、投产一口的好成绩,并每口井都以日产6000多桶(约1000方)的高产率稳定生产,使XJ24-1这个边际油田得以高效开发中国南海油田和渤海油田实施的大位移井钻井技术走在最前列,但钻大位移井技术主要依靠国外技术服务公司来完成,专用工具以引进为主大港油田通过多年相应的技术攻关和不断的实践,在定向井设计、井眼轨迹控制和测量方面,具有较强的技术经验和先进的工具仪器,利用自主开发的技术所钻的大位移定向井其技术水平居国内领先地位,并创造了多项国内领先指标(见表2)o91年完钻了当时国内水平位移最大的定向井一张17-1井,井深
3933.88m井底位移
2279.38m;97年完成的红9-1井测量井深
2300.58m垂直井深
1180.6m水平位移
1727.57m最大井斜角76°位移与垂深之比达到
1.4631是国内典型的浅层大位移定向井;2000年年初完成的港深69X1井,井深
5464.43m完钻垂深
4315.15m水平位移
3118.24m是目前中油集团公司水平位移最大的一口深层大位移定向井;2002年6月在冀东油田完成的大位移定向井北堡西3X1井,最大井斜角
67.18°实际井底位移
3049.79m垂深
2452.16m斜深4189m位移垂深比
1.241是国内第一口位移超过3000m位移与垂深之比大于
1.2的大位移井目前胜利油田堤北21-平1井水平位移达到了
3167.33m水平位移与垂深之比为1/
1.12o表2大港油田典型大位移井技术指标表未来大位移井钻井技术将进一步围绕降低成本、减少风险和提高成功率的目标而发展,将更广泛地用于海上油田、滩海油田和其他地面条件受到限制的油田国内主要技术发展应用我国在钻大位移井钻井的设备配套上,目前兰州石油机械厂和宝鸡石油机械厂都已开发研制出ZJ70D和DQ-70D顶部驱动钻机,为钻水平位移在4000m左右大位移井提供了设备上的保证在井眼轨迹控制及测量方面,我国陆上油田已引进多台套MWD测量设备西安石油学院已在进行降摩阻短节的试验研究,通过在中硬石灰岩地层试验水平钻进,机械钻速提高43%;在致密硬白云岩和石灰岩进行26°井斜钻进机械钻速提高19%目前国内的几家主要石油设备生产厂家都己基本具备加工制造各类井下动力钻具、钻头及特殊工具的能力1991年,石油勘探开发科学研究院机械所开始研制遥控变径稳定器,开发了提压钻柱式、投球式和排量控制式三种遥控变径稳定器,为油田大位移井、水平井钻井作业提供了先进的工具大港油田大位移井钻井技术近儿年成果显著,处于国内领先地位围绕该项技术,形成的主要配套技术包括井眼轨迹控制技术利用该技术已为国内外客户提供了上千井次的各类定向钻井服务;降摩减扭技术开发研制了减摩减扭接箍等配套工具,开发了大位移井钻柱受力分析和摩阻扭矩监测软件等;下套管技术研究开发了漂浮下套管工具、系列滚轮扶正器、随时灌浆解卡工具和下套管TNY动力钳监测仪;固井技术成功完成了多口大位移井的固井施工;钻井液技术研究了低扭矩、防粘卡钻井液体系;轴向加压技术研制开发了配套工具一大位移井水力加压工具,节约钻铤30%〜40%提高机械钻速15%〜35%
二、大港油田大位移井钻井技术状况
一、研发历程及主要成果大港油田依托定向井的技术实力,依靠大位移井的科研攻关,在“九五”“十五”期间大位移井技术得到了快速发展,从普通的定向井逐渐发展到长中短半径水平井和多目标三维定向井、深层大位移井、浅层大位移井;从位移2000m延伸到3118m;从有线随钻发展到MWD无线随钻;从普通马达发展到导向马达;从4500ni钻机发展到7000m钻机;从转盘钻进发展到顶驱钻进;从AC-70固井水泥车发展到引进了国外先进的CPT-Y4固井水泥车大港油田自1995年以来开展了大位移井研究课题有10余项,2001年承担了中国石油天然气集团公司课题《大位移钻采配套技术研究》,分别开展了《大位移井井身结构优选技术研究》、《大位移井完井技术研究》、《大位移井摩阻、扭矩预测及减摩减扭技术研究》《大位移钻井液体系及性能的研究》、《大位移井眼轨迹剖面优化设计及控制技术的研究》、《大位移井壁稳定技术研究》等6项专项课题的研究科研开发与组织管理大港油田为形成科研、设计、生产、服务一体化市场开拓格局,在充分调研的基础上,筹建了技术中心,形成了以“一院、八所、两站、一部“为主体框架的技术开发体系成立了钻井、井下作业、地面建设三个专业技术委员会科技开发部作为技术中心的管理部门,负责技术中心的日常管理,协调各专业技术委员会的工作钻采工艺研究院作为专业科研机构,为钻井、井下等作业公司提供技术支撑,包括新工艺、新技术、新工具、新设备的开发、研究、推广、应用多年来,以钻采院为主体的专业科研机构,在大位移钻井方面积累了技术、人才、装备等方面的优势研究成果近几年,通过自主研究和引进吸收新工艺、新技术、新工具,在井身结构复杂、地层构造复杂等各类条件下的钻井技术服务水平有了很大提高,形成了系列配套技术
(1)大位移、水平井设计技术能够根据勘探开发的目的,运用先进的计算机软件对大位移、水平井的井身结构、井眼轨迹进行科学设计和计算
(2)大位移井、水平井井眼轨迹控制技术通过借助现代的、综合的录井技术手段所获取的详细地质资料,以及随钻测量(MWD、LWD等)所获取的数据,随钻实时制定出井眼轨迹调整方案,并相应调整井下工具及钻井参数,用来实现井眼轨迹按理想的目标行进,从而达到穿行薄储层、阶梯型油藏及多目标层的目的
(3)大位移井、水平井降摩减扭技术首先,应用计算机软件对摩扭进行预测,根据预测结果,通过井眼轨迹优选、钻井液体系优选和钻具组合优化等设计技术实现降摩减扭;其次,开发研制了“降摩减扭接箍”等配套工具,并开发了“大位移井钻柱受力分析和摩阻扭矩监测软件;第三,采用项驱装置、加强固控、优化钻井液性能和流变参数,提高井眼净化效果
(4)大位移井、水平井钻井液优选技术开发并应用了适用于大位移井、水平井的钻井液体系与地层坍塌压力预测软件,并结合钻井参数优选等技术的应用,能够满足井壁稳定、井眼清洁和油气层保护的要求
(5)大位移井、水平井套管下入与保护技术研究开发了下套管软件、套管漂浮接箍、滚轮扶正器等漂浮下套管工艺技术和大位移井套管受力分析/摩阻扭矩监测软件,以及提高套管上扣质量的动力钳扭矩监测仪,并在现场施工中见到了显著效果在水平井完井技术中,依据油藏开发的需要,优化了水平井固井完井方式、割缝筛管完井方式和割缝筛管加管外封隔器完井方式,使完井方式更科学、更实际
(6)大位移井、水平井轴向加压技术研制开发了配套工具一一大位移井水力加压工具在大斜度井、水平井中,由于钻柱与井壁间摩阻较大,造成轴向分力不足,钻压难以施加在钻头上,对此,研制了大斜度井轴向加压装置,并与其他技术相结合,较好地满足了导向钻井施工
(7)大位移井、水平井测井技术拥有自行研制开发的全部水平井测井配套仪器和工具,能够进行声感、侧向、放射性系列和水泥胶结测井等,并可用于不同类型水平井,具有施工简便可靠、成本低的特点、其中在大位移井、水平井测井工具及辅助工具制造、测井施工工艺、测井仪器设计与优化等技术方面处于国内领先水平
(8)大位移井、水平井固井技术根据井眼状况,应用先进的固井设计软件对水泥浆密度、流态、扶正器位置、前置液等进行优化设计控制失水和析水指标,并配合分级固井等工艺,已成功地完成了多口高难度定向井固井施工
(二)、技术装备及专用工具大港油田所属的定向井服务公司是中国第一家为国内外石油勘探、开发提供定向井、丛式井、水平井和大位移井技术服务的专业化公司经过十多年的发展,现已经成为国内定向井领域规模最大、综合服务能力最强的专业化公司拥有较为先进的MWD随钻测斜仪和LWD随钻测井仪;拥有有线随钻测斜仪、陀螺测斜仪、单多点测斜仪、各种类型井下马达、各种类型非磁钻铤和各种尺寸的稳定器,配置了18°钢级为S135的§
139.7mm钻杆3500mo可满足水平井、大位移井的需要大港油田钻井工程公司是国际钻井承包商(IADC协会会员)之一能够承担井深7000m以内的油气井工程施工及提供钻井液、固井、打捞等技术服务滩海工程公司是从事滩涂和浅海区域石油天然气勘探开发及建设施工的专业公司,以钻井、海工两工程为主体,兼顾综合配套技术,完成了多口大位移定向井的施工作业,形成了独有的滩海施工技术和工艺硬件配套
(1)大港油田司拥有四部7000米钻机,能够满足深井、大位移井、水平井的钻井需要采用TDC-11SA电机顶驱,连续输出扭矩为
50.8kN.ni3台F1600钻井泵见表3表3目前7000m钻机配套情况
(2)达到国产化并在国内领先的大位移井配套工具直棱滚轮扶正器、螺旋滚轮扶正器直棱滚轮扶正器与刚性扶正器相似,该扶正器滚柱轴线与井眼轴线垂直当套管进入斜井段时一方面使大段套管本体不紧贴井眼的低边,摩擦面积减小;另一方面,由于滚柱的滚动,使常规下套管时的滑动摩擦变为滚动摩擦,从而大大减少套管与井壁之间的摩阻系数,使套管顺利入井螺旋滚轮扶正器的扶正条与轴线有夹角,使用中比常规直棱式更优越一是当井径不规则时,下套管过程中井壁对螺旋扶正器产生一定的横向分力,从而能减轻遇阻冲击;二是在管外环空中,水泥浆穿过扶正器的螺旋片时产生旋流,改变流畅从而可以提高水泥浆顶替效率,这对提高固井质量十分有利该扶正器在大位移井北堡西3X1井进行了现场应用效果较好漂浮接箍漂浮接箍在吸收国外工具的基础上,在打开机构、可钻性与固井碰压胶塞的设计上更加科学合理具有独有的专有技术,目前已经申请专利盲板引鞋盲板引鞋装在整个管柱的最下段,主要起到漂浮接箍顶通后漂浮段内的空气与套管内的钻井液置换,盲板引鞋起到阻止空气进入环空,灌满泥浆后,开泵打开盲板,建立循环,盲板引鞋还起到注水泥后防止水泥浆倒返作用随时灌浆解卡装置灌浆循环装置主要由承压皮碗、单流阀构成随时灌浆解卡装置插入套管内,利用皮碗能够承受一定的反向压力,建立循环,清除沉砂,保证套管的顺利下入具有独有的专有技术,目前已经申请专利磨铁引鞋该工具在下套管前接在套管的最低部,在下套管的过程中,如果出现“负载荷”或遇卡,可以通过上下活动,建立循环,清除沉砂,保证套管的顺利下入具有独有的专有技术,目前己经申请专利达到国外同等水平的减磨减扭工具不旋转钻杆接箍既可用于套管内又可用于裸眼段,能将钻杆接箍的滑动摩擦变为滚动摩擦,不仅降低了钻进的扭矩,而且有减少了套管的磨损具有独有的专有技术,目前已经中请专利软件配套
(1)拥有大位移井、水平井综合测试解释软件及硬件手段;
(2)拥有大位移井钻井工程设计综合软件包及总公司专业设计资质;
(3)拥有国内先进的大位移井管柱受力分析软件和固井优化设计软件;
(4)拥有国家重点钻井液实验室,可以为大位移井钻井液体系进行综合研究评价
(三)、主要业绩及技术应用情况大港油田通过近几年对大位移井的攻关,现已逐渐形成了大位移井钻井技术,大位移井减摩减扭技术大位移钻井液技术等并研制了下套管降摩阻工具、漂浮工具、随时灌浆工具、降扭矩工具等大位移专有工具,使大位移井技术成为我们的一项优势技术,并在现场得以了验证目前我们所完成的深层大位移井和浅层大位移井施工,最大位移达到3118m有能力完成位移在4000m垂深2500m的大位移井大位移井技术主要业绩1991年钻成了当时国内水平位移最大的定向井——张17-1井,井深
3933.88rn井底位移
2279.38m1997年钻成了国内第一口浅层大位移定向井——红9—1井,井深
2300.58m水平位移
1727.51m垂深
1180.6m水平位移与垂深之比为
1.4611999年钻成了我国陆上油田位移最大的深层大位移定向井一一港深69X1井,井深
5464.43m垂深
4318.15m井斜
46.4°位移
3118.04m2002年6月在冀东油田完成的大位移定向井北堡西3X1井,机械钻速
14.08m/h钻井周期
59.98d井深4189m垂深
2452.16m,位移
3049.79m靶心距分别为
2.59m和
6.21m最大井斜
67.18°施工质量和速度创国内同行领先水平港深69X1深层大位移井钻井技术应用情况1)基本情况测深
5448.9m垂深:4300m水平位移
3188.04m位移/垂深
0.706最大井斜角
41.42本井靶点水平位移、井底水平位移创造了国内定向井最高指标在国内公布的大位移井中,其最大水平位移、井底垂深、井底测深都创造了新记录-1500-1000-500050010001500200025003000350040004500垂直剖面[间图2实钻与设计垂直剖面/水平投影表4港深69x1井设计与实际井身结构对比情况表5港深69x1井设计井眼剖面主要技术参数表2)存在的主要技术难点该井工程施工难度可谓CNPC之最,在实施中将会遇到很多困难和难题,工程风险很大,经对该井工程施工中可能存在的问题进行仔细分析,认为主要有如下十大工程技术难点
(1)井深、位移大、施工难度大、困难多,油田没有钻探深井大位移井成功经验
(2)钻机负荷增大,要求动力设备连续运转时间长,会给深井段施工造成隐患
(3)钻具上提拉力大,旋转扭矩大,加之长时间在井下易造成疲劳破坏
(4)稳斜段长达
4271.52m滑动钻进困难,托压严重,轨迹难以控制
(5)井斜角大,设计井斜角正好在携岩困难的井斜角范围内,岩屑均被钻具反复压磨破碎,致使钻具磨损严重,扭矩增大另外钻井液中有害固相增加,不利于维护处理
(6)稳斜段长,易造成井壁坍塌,尤其进入沙河街组极易坍塌的泥页岩层
(7)地层压力预测困难,特别是该区多套压力系统,钻井液密度不易平衡地层压力,极易出现井涌、井漏等复杂情况
(8)井斜大,井段长,电缆测井很困难,尤其是在深井段,因斜度大、压差大,导致电缆测井无法实施,取资料难度大
(9)套管下入困难,扶正器加量难确定,使套管居中难以解决
(10)准确的井径数据无法得到,固井作业时的注灰量无法准确计算3)采取的主要技术
(1)采用先进的LandmarkI程软件进行摩阻/扭矩预测和井眼轨道优选,确保施工顺利
(2)采用较先进的7000m顶驱电动钻井设备进行施工为保障施工,对4台D399发电机组、2台12V190B型柴油机、2台FB1300泥浆泵、天车、游车及绞车的2台GE752电机进行了大修,对空气压缩系统进行了名次水平位移m测量井深m垂深m作业者井号油田110728112781637BPAmocoM-16SPZUKLand210585111841657TotalCN-1Argentin-Ara3101M106581605BPM-11WytchFarm4893896181798BPAmocoM-14WytchFarm5806192382912Phillips西江24-3-A14中国南海6803587151610BPM-5WytchFarm778539327不详NorskHydro30/6C-26北海876538303不详BPM-9WytchFarm9729087612788Staoil33/9C-2北海1068187450不详BPM-3WytchFarm关键点斜深m井斜角O方位O垂深m造斜率°/30m位移m造斜始点
300.
00.
000.
0300.
02.
400.0造斜终点
1113.
665.
09288.
0949.6/
414.5降斜始点
3275.
265.
09288.
01860.0-
1.
052375.0降斜终点(井底)
4189.
033.
16288.
02450.
03056.9目标
13275.
265.
09288.
01860.
02375.0目标
23867.
544.
40288.
02200.
02856.0井深设计预测扭矩实钻计算扭矩实钻监测扭矩预测比实钻误差mkN•mkN•mkN•m
232623.
523.724-
2.1%
276028.
627.128+
2.1%
305332.
433.334-
4.9%
418938.
540.838+
1.3%井号油田[1测深m垂深m井底位移m位移/垂深最大井斜角钻井周期d张17-1张巨河
91.
23933.
882999.
192279.
380.7650146张18-1张巨河
92.
114076.
53382.
642167.
890.6647265F1歧门
96.
1244203329.
022624.
70.
7952.4879红9-1泄洪区
97.
112300.
581180.
61727.
571.
4676.
2216.6歧73-1歧口
97.
1146043961.
112133.
0237.
4102.71港深69X1马东东
2000.
35464.
434315.
153118.
040.
7246.
4111.88港98X1歧口
2000.
72380180013980.
782528.21北堡西3X1冀东
2002.
641892452.
163049.
791.
2167.
1859.98序号名称型号载荷kN功率kW处理能力备注1钻机7000m电动钻机2井架JJ-450/45-K45003天车TC-45045004游车YC-45045005大钩DG-450S45006水龙头SL-45044107转盘ZP-37558508顶驱TDS-11SA800hp
50.8kN.m9井泵1#F-
16001176.82#F-
16001176.83北F-
16001176.810力机1#352110002#352110003#352110004#352110005#3521100011化系统振动筛DERRICK
2.5501/s除砂清洁器ZQJ300*
20.5651/s除泥清洁器ZQJ125*
80.6160m3/h除气器ZCQ2/646m3/min离心机LW-450-842N2440m3/h设计钻头程序
1660.4mmX202m+i
444.5mmX1803m+
4311.ImmX4053m+
4215.9mmX
5448.91m套管程序4508mmX200m+
4339.7mmX1800m+
1244.5mmX4050m+
1139.7mmX5438m实际钻头程序
6660.4mmX
208.5m+
4444.5mmX
1807.68m+
4311.ImmX
4053.07m+
4215.9mmX
5464.43m套管程序4508mmX
208.5m+
4339.7mmX
1805.15m+
4244.5mmX
4050.14m+
6139.7mmX
5462.446m关键点斜深m垂深m井斜角O位移m造斜率°/30m造斜点
400.
00400.00000造斜终点
1090.
391031.
8041.
42238.
881.8靶点
4782.
113800.
0041.
422681.390井底点
5448.
914300.
0041.
423122.560。