石油工程导论2_3.ppt

1 第三讲 现代钻井新技术 定向钻井 水平井钻井 大位移井钻井 顶部驱动 综合录井 导向钻井 2 3 1 1 定向钻井的用途 地面环境条件的限制 3 1 定向钻井 3 3 1 1 定向钻井的用途 地下地质条件的限制 3 1 定向钻井 4 3 1 1 定向钻井的用途 钻井工艺的需要 3 1 定向钻井 5 3 1 2 定向井井身剖面 井身剖面设计原则 应能实现钻定向井的目的 尽可能利用地层自然造斜规律 应有利于安全 优质 快速钻井 满足采油工艺的要求 3 1 定向钻井 6 3 1 2 定向井井身剖面 井身剖面类型 三段式 多靶三段式 五段式和双增式 3 1 定向钻井 7 3 1 3 定向井造斜方法 井下动力钻具造斜 弯接头 弯外壳 偏心垫块 3 1 定向钻井 8 3 2 1 3 2 1 水平井的概念水平井的概念 水平井是指井眼轨迹达到水平 900左右 以后 再继续延 伸一定长度的井 靶前 位移 水平段 水平井的靶 垂深 水平位移 3 2 水平井钻井 9 3 2 2 3 2 2 水平井的分类水平井的分类 常规水平井可分为 长半径水平井 中半径水平井 短半径水平井 3 2 水平井钻井 10 3 2 3 3 2 3 水平井适应的油气藏水平井适应的油气藏 天然垂直裂缝性油气藏天然垂直裂缝性油气藏 天然垂直裂缝性油气藏为水平井提供了理 想的应用条件 一井穿多个产层裂缝 产量比直井可大幅度提高 多层系油气藏多层系油气藏 一井穿多层 一口水平井相当于若干口直井的作 用 大幅度提高生产效益 低渗油气藏低渗油气藏 水平井可改善油气流动状态 减小渗流阻力 提高低 渗油气藏的产能 同时水平井远比压裂增产的效果要好 薄油气层薄油气层 水平井可大大增加泄油面积 和同一地层的直井相比 开采指数可提高4 10倍 不规则油气藏不规则油气藏 如互不连通的砂体 用水平井可以连通互不关联 的 或具有一定高低差的油气藏 重油或稠油油藏重油或稠油油藏 水平井可发挥重力泄油的优势 提高产量 水锥和气锥的油藏水锥和气锥的油藏 发生水锥或气锥的油藏可在油层的中上部造斜 然后在产层钻一定长度的水平井 3 2 水平井钻井 11 水平井开发多层系油气藏水平井开发多层系油气藏 3 2 水平井钻井 12 侧钻水平井可有效的解决生产井的水锥问题 3 2 水平井钻井 13 用水平井连通有高低差的两孤立油藏 3 2 水平井钻井 14 3 2 4 3 2 4 水平井的关键技术水平井的关键技术 合适的油气藏选择合适的油气藏选择 井眼轨迹控制井眼轨迹控制 井壁稳定井壁稳定 井眼清洗井眼清洗 油气层保护油气层保护 固井完井固井完井 3 2 水平井钻井 15 3 3 1 3 3 1 大位移井的基本概念大位移井的基本概念 国际上普遍采用的定义 井的水平位移与垂深之比等于2或大于2的井 称为大位移井 大位移井的英文名称 Extended Reach Well 水平位移 水平位移 垂深 2 垂 深 造斜点 3 3 大位移井钻井 16 3 3 2 3 3 2 大位移井的特点及用途大位移井的特点及用途 1 1 大位移井的主要特点 大位移井的主要特点 一是水平位移大 能较大范围地控制含油面积 开发相同面积的 油田可以大量减少陆地及海上钻井的平台数量 二是钻穿油层的井段长 可以使油藏的泄油面积增大 可以大幅 度提高单井产量 2 2 大位移井的用途 大位移井的用途 A 用大位移井开发 海上油气田从钻井平 台上钻大位移井 可 减少布井数量 减少 井投资 3 3 大位移井钻井 17 B B 用大位移井开发近海用大位移井开发近海 油气田油气田 以前开发近海油气田要求 建人工岛或固定式钻井平 台 现在凡距海岸10公里 左右油气田均可从陆地钻 大位移井进行开发 滩涂油气田 海油陆探 海油陆采 不需要复杂的海底井 不需要海底集输管线 3 3 大位移井钻井 18 钻井船和陆上钻机都不能钻井船和陆上钻机都不能 到达的潮汐和滩涂地带到达的潮汐和滩涂地带 3 3 大位移井钻井 19 C C 开发不同类型的油气田 开发不同类型的油气田 几个互不连通的小断块油气田 几个油气田不在同一深度 方位也不一样 可采用多目标三维大位移井开发 D D 保护环境 保护环境 可在环境保护要求低的地区用大位移井 开发环境保护要求高的地区的油气田 3 3 大位移井钻井 20 3 3 3 大位移井的发展状况 大位移井始于本世纪20年代 由于当时的技术限制大位移井钻井技术发 展缓慢 进入80年代后半期 随着相应的科学技术和其它钻井技术的发展 如水平井 超深井钻井技术等 大位移井钻井技术才迅速发展起来 C 30 M 11 国外情况 98年的记录 1 1 垂深与水平位移之比最大的是 垂深与水平位移之比最大的是C C 3030定向井 水平位移为定向井 水平位移为14851485米 总垂深为米 总垂深为294 294 米 垂深与水平位移之比达米 垂深与水平位移之比达1 1 5 055 05 2 2 水平位移最大的井 水平位移最大的井M 11M 11井 水平位移井 水平位移1011410114米 米 3 3 大位移井钻井 21 1999年英国北海的M 16SPZM 16SPZ井 其水平位移达到井 其水平位移达到1072810728米米 平垂比大平垂比大6 7 6 7 全井井深世界第二 世界最深油气井 11278米 旋转导向钻井系统 8 1 2 钻头打到底 钻井及固井 共123天 4澳大利亚正在计划钻水平位移15000米的大位移井 4英国正在计划钻水平位移16000米的大位移井 3 3 大位移井钻井 22 国内情况 西江24 3海 上平台 西江24 1边 际油田 一次性投资2300万 美元 节约了1400 万美元 97年在我国的南海东 部 菲利浦斯公司完成的 西江24 3 A14井 完钻井深达9238米 垂深 2985米 水平位移8062 7 米 垂深与位移比1 2 7 由我国自己的全套技 术进行大位移井钻井较晚 到98年底超过2000米水 平位移的井有6口 现在 已经打出了水平位移超过 3000米的大位移井 但平 垂比还小于2 3 3 大位移井钻井 23 3 3 4 3 3 4 大位移井的大位移井的 关键技术关键技术 管柱的摩阻和扭矩管柱的摩阻和扭矩 钻柱设计钻柱设计 轨道设计轨道设计 井壁稳定井壁稳定 井眼清洗井眼清洗 固井完井固井完井 轨迹控制轨迹控制 地面设备能力地面设备能力 3 3 大位移井钻井 24 顶部驱动钻井装置是当今石油钻井的前沿技术与装 备 是近代钻井装备的三大技术成果 交直流变频电 驱系统和井下钻头增压系统 之一 顶部驱动钻井系统是20世纪末期 美国 法国 挪 威等国家研制应用的一种新型的钻井系统 现在已成 为石油钻井行业的标准产品 它适用性极广 从2000 米到9000米的井深都可以使用顶部驱动钻井系统 从 世界钻井机械的发展趋势上看 它符合21世纪钻井自 动化的历史潮流 现在 我国赴国外打井的队伍 如 果没有安装该系统将不允许在投标竞争中中标 由此 可见 顶部驱动钻井系统已经到了非用不可的地步 3 4 顶部驱动 25 3 4 1 3 4 1 顶驱的概念顶驱的概念 所谓的顶驱 就是可以直 接从井架空间上部直接旋转钻 柱 并沿井架内专用导轨向下 送进 完成钻柱旋转钻进 循 环钻井液 接单根 上卸扣和 倒划眼等多种钻井操作的钻井 机械设备 3 4 顶部驱动 26 主要有三个部分组成 导向滑车总成 水龙头 钻井马达总成和钻杆上卸扣 装置总成 该系统是当前钻井设备自动化发展 更新的突出阶段成果之一 经实践证 明 这种系统可节省钻井时间20 到 30 并可预防卡钻事故 用于钻高 难度的定向井时经济效果尤为显著 3 4 2 3 4 2 顶驱的组成顶驱的组成 3 4 顶部驱动 27 3 4 3 3 4 3 顶驱的结构顶驱的结构 顶部驱动钻井装置主要有以下部件和附件组成 1 水龙头 钻井马达总成 关键部件 2 马达支架 导向滑车总成 关键部件 3 钻杆上卸扣总成 体现最大优点的部件 4 平衡系统 5 冷却系统 6 顶部驱动钻井装置控制系统 7 可选用的附属设备 3 4 顶部驱动 28 一 顶部驱动 一 顶部驱动 钻井装置的主体部钻井装置的主体部 件 主要包括 件 主要包括 1 钻井马达 2 齿轮箱 3 整体水龙头 4 平衡器 3 4 顶部驱动 29 二 导向滑车总成 二 导向滑车总成 整个导向滑车总成沿 着导轨与游车导向滑 车一起运动 当钻井 马达处于排放立根的 位置上时 导向滑车 则可作为马达的支撑 梁 导轨有单轨和双轨两 种 3 4 顶部驱动 30 三 钻杆上卸扣装置 三 钻杆上卸扣装置 主要组成部件 1 扭矩扳手 2 内防喷器 和启动器 3 吊环连接 器和限扭器 4 吊环倾斜装置 5 旋转头 3 4 顶部驱动 31 综合录井技术是一项集应用电子 传感器 气相及液相色谱 分析 计算机数字采集处理 地质 钻井工程专家系统评价 软件技术于一体 并进行连续随钻录井和钻井过程监控的综 合应用技术 该技术在国外一般称为泥浆录井 Mud logging 主要功能 随钻发现并评价油气层 实时钻井过程监控 地 层压力监测预报 特殊工艺施工井的数据录取及评价 突出特点 采集数据多 精度高 数据连续 资料实时性强 评价速度快 应用灵活及受地层干扰小等 3 5 综合录井 32 当钻至沙四段地层2714至 2717米时 发现油气显示 全烃1 49 60 92 组 分以及其他钻井液参数等都 有较大变化 槽面棕褐色油 花占20 气泡占10 而邻 井莱29井及辛19井该段均没 有油气显示 经分析 由于 该段的气测参数及钻井液参 数出现的异常值均符合油层 特征 解释为泥岩裂缝含油 出口密度 随钻检测和 发现油气藏 体积 全烃 立压 永116井实时录井图 3 5 综合录井 33 钻井事故是影响人身和设备安全以及钻井速度 和井质量的重要因素 综合录井仪通过实时监测各 项钻井参数 及时捕捉参数异常信息 及时发现和 预报钻井工程事故 从而避免事故的发生和进一步 扩大 最大限度减少事故损失 实时监测发现和预报工程复杂情况实时监测发现和预报工程复杂情况 钻头事故 钻头寿命终结 水眼掉 水眼 堵 钻头泥包 钻具事故 钻具刺 钻具断 钻具阻卡 地层事故 井漏 垮塌 溢流 溜钻 放 空 其它事故 泵刺及机械故障导致事故 钻 井 工 程 复 杂 3 5 综合录井 34 钻台防爆显示器 基地办公室 仪器信息中心 钻井监督 地质监督 远程传输 全方位实时监测系统 3 5 综合录井 35 录井新技术 定量荧光录井技术 高频核磁共振 XRF X射线荧光 岩屑录井技术 XRD X射线衍射 岩屑录井技术 钻柱振动检测技术 非常规油气藏录井技术 地质导向 3 5 综合录井 36 3 6 1 导向钻井 导向钻井实际就是井眼 轨迹控制问题 无论是常规直 井或特殊工艺井 都需要井眼 轨迹控制 直井需要防斜打直 定向井需要按设计井眼轨道 控制钻头钻进的轨迹 传统的 导向钻井 即井眼轨迹控制 是由井下导向工具配以适当的 钻井参数来实现的 自动导向 钻井是由井下计算机根据随钻 采集的参数自动控制导向工具 来实现的 3 6 导向钻井 37 自动导向钻井技术是钻井工程领域的高新技术 代表着世界先 进的钻井技术发展方向 目前 在世界范围内水平井 大位移井 分支井等高难度的复杂井正蓬勃发展 常规钻井技术难以适应需要 必须依靠先进的导向技术才能保证井眼轨迹的准确无误 3 6 导向钻井 38 3 6 2 导向钻井的方式 导向钻井按照导向的依据可分为几何导向钻井和地质导向钻井 1 几何导向钻井 根据井下测量工具 MWD 测量的井眼几何参数 井斜角 方 位角和工具面角 来控制井眼轨迹的导向钻井方式称为几何导向钻井 如果井下参数测量和导向工具的控制由井下计算机完成 则为自动 几何导向钻井 2 地质导向钻井 地质导向是在拥有几何导向的能力的同时 又能根据随钻测井 LWD 得出的地质参数 地层岩性 地层层面 油层特点等 实 时控制井眼轨迹 使钻头。