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单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,,,*,单击此处编辑母版标题样式,,,大 陆科学探井钻井调研,中原钻井三公司,,,大 陆科学探井钻井调研中原钻井三公司,1,汇报提纲,一,国外深井钻井概况,二 西德的大陆深钻计划KTB,三 前苏联科拉3井,四 中国大陆科探井面临的困难及措施,,,汇报提纲一 国外深井钻井概况,2,美国深井定义:,深井,: 将井深超过15000英尺（约4570m）称为深井；,超深井,: 把井深超过20000英尺（约6100m）称为超深井,从60年代以来，全世界能钻4500m深井的国家有80多个，其中有20多个国家能钻6000m以上的超深井一 国外深井钻井状况,,,美国深井定义:一 国外深井钻井状况,3,世界上井深超过9000m的井,,,世界上井深超过9000m的井,4,美国超深井的技术经济指标,,,美国超深井的技术经济指标,5,钻井主要指标,,,钻井主要指标,6,苏联1971～1975年共钻成4500m以上井582口6000m以上10口，7000m以上3口，1976～1980年钻深井338口，探井225口苏联已在科拉半岛上钻一口超深井，SG-3井，设计井深15000m，该井于1970年5月开钻，原计划钻达15000m，在1991年钻达12262m。

苏联深井钻井状况,,,苏联1971～1975年共钻成4500m以上井582口600,7,1,KTB目的:,1）地质方面,研究深部地壳物理和化学条件及其作用过程，以便更好地了解陆内构造演化的动力学特点.,地球物理异常的起因,构造的成因,原地的物理和化学条件,流体系统及其对地壳的影响,中欧海西造山带的地壳构造和演化,建立一个探测地球深部情况的观测站,二 西德的大陆深钻计划KTB,,,1 KTB目的:二 西德的大陆深钻计划KTB,8,2）,钻探方面,深部地层的取心系统：大尺寸取心和井壁取心方法；,高温下使用电动钻和涡轮钻；,井斜控制技术；,深部HTHP高扭矩下使用的高强度钻杆；,结晶岩石的钻井泥浆；,摩擦与研磨问题；,高温环境下使用的井内测量仪器；,岩石力学，应力分布和井壁稳定性；,冷却系统2）钻探方面深部地层的取心系统：大尺寸取心和井壁取心方法；,9,2 钻井设计,预算：,4.5亿马克，实际5亿马克（2.56亿美元）,设计目的：,3000～5000m全面取心的试验井，,至少达到14000深的钻孔，将穿过高级变质的结晶岩石和花岗岩侵入体；,井底温度达到300℃以上；,取心占钻探剖面的30%；,建立一个含地球化学、构造地质和地球物理学的综合性大型现场实验室；,先钻4000米试验井，后钻超深井。

2 钻井设计预算：4.5亿马克，实际5亿马克（2.56亿美,10,3 试验井,钻井时间：,1987.9.22~1989.4.4 共560天,位 置：,距超深井200米,井身结构：,10 5/8“牙轮 X 451米+6”金刚石 X 3143米,实现目的：,借助连续取心、测井同时收集钻井资料；,研究温度梯度及改进该模式；,超深井上部可不取心；,提供上部井段钻井资料（压力、稳定性、应力）,对钻井、测试工具进行试验3 试验井钻井时间：1987.9.22~1989.4.4,11,试验井钻井成果,：,成功地在旋转钻井中应用了绳索取心技术；,为了井壁稳定，裸眼部分不超过3000米；,要井眼稳定，必须用有效的井底钻具组合；,4000米井底温度为118度；,结晶岩石具有高抗压强度，低孔隙度，研磨性高；,井身剖面受向南倾斜地层影响，水平位移190米；,3200米以下见到大量甲烷试验井钻井成果：成功地在旋转钻井中应用了绳索取心技术；,12,试验井取心,4000米取心长度为3594米，达90%；,金刚石钻头：9只（表镶）60只（孕镶）,平均进尺48米，钻速1.66米/小时,最大进尺118米，钻速2.3米/小时,平均取心长度2.5米，,,,,试验井取心4000米取心长度为3594米，达90%；,13,4 超深井,1990.10.6开钻,改变原设计的井身结构（3层变5层）,超过试验井深后，取心约1500米（8000米）,,,,4 超深井1990.10.6开钻,14,钻头尺寸,：,17 1/2″（扩28″）×1500+17 1/2″(或22″)×3000+17 1/2″×7000m+14 3/4″×10000m+12 1/4″（或10 5/8″）×12000+8 1/2″×14000+6 1/4″×15000,套管尺寸,：,24 1/2″×500+18 5/8″×1500+16″×3000+13 3/8″×7000+9 5/8″(或11 3/4″)×10000″+7 5/8″×13000+裸眼,,井身结构设计,,,钻头尺寸：17 1/2″（扩28″）×1500+17 1/2,15,钻塔：,永久性建筑，能承受5500kN的正常大钩载荷和8000kN的超载大钩载荷，总高度75m，转盘到天车之间的自由空间60m。

钻台与基础：,钻台面积12.5×12.5m，基础结构要求承受5500kN载荷以及8000kN的转盘载荷，钻台距地面11m转盘：,通孔直径27 1/2″,n=0～300rpm，N= 40kNm,起升系统：,GH4000型绞车，功率为2900KW，最大单绳提升速度达到20.17s/m循环系统：,3台三缸TPK，每台最大输出功率1193KW，钻井液采用美国伯劳德公司的一种新的合成粘稠液SIV，热稳定性可达到371℃动力供电：,采用电网供电，电力为2000KW电机：,绞轴四台金属屏蔽的直流电机并机驱动KTB深井钻井设备特点,,,钻塔：永久性建筑，能承受5500kN的正常大钩载荷和8000,16,使用“自动垂直钻进系统”,,该系统利用径向力自动补偿井斜，安装在钻头的上方，一旦遇到任何作用于系统的外力，即产生一个径向反力，所有数据可通过MWD传到地面垂直钻井工艺,,,使用“自动垂直钻进系统” 垂直钻井工艺,17,超深井钻井工艺,,使用低转速、大流量和大扭矩井下动力钻具；,MWD连续测量；,满眼钻具组合及钟摆钻具作为自动垂直钻进系统的后备导向马达作为进一步的保证,,,,超深井钻井工艺 使用低转速、大流量和大扭矩井下,18,该井的经验及成果,双井方案优于单井方案,先进的钻机设备极其灵活的取心工具是科学探井的物质保证,上部井段必须保证垂直,裸眼井段长度不能超过3000米,性能优良的取心钻头才能保证较高的岩心收获率,,,,该井的经验及成果双井方案优于单井方案,19,三 前苏联科拉3井,1 简介,,70年代初 前苏联波罗的地盾东北部科拉半岛一口超深井，1970年5月开钻，,设计井深15000m，，原计划钻达15000m，在1991年钻达12262m。

钻遇岩性主要为前寒武纪结晶岩，7263米以后主要使用直流电动钻机钻进，平均机械钻速为 1.3~2.5m/h三 前苏联科拉3井1 简介,20,2 钻探技术总结,1） 工艺技术问题,井身结构,岩性剖面不清楚时，井身结构应当留有余地，该井为了保护固定套管、统一钻头和钻柱、改善流道等因素而采用了可提取式技术套管,井壁稳定,,裸眼段长度及其稳定性是核心和关键，对地质因素（岩石强度、结构、产状、构造应力等）采取研究预测措施，对工艺技术因素（钻井液种类、性能和井眼尺寸等)采取调节的方法,,,2 钻探技术总结1） 工艺技术问题,21,钻进方法和工具,涡轮钻具 + 耐高温变速装置,冲洗液 （钻井液）质量指标,耐热性、高润滑性、抗絮凝性、抗腐蚀性、良好造壁性能和携岩性能2）工具,破岩工具,主要是牙轮式取心钻头，部分镶超硬材料钻头（类似金刚石取心钻头）,扩眼器,,主要是牙轮式的扩眼器,扶正器,,螺旋式扶正器,取心设备,,多节式涡轮钻具、水力输送岩心钻具,,,钻进方法和工具 涡轮钻具 + 耐高温变速装置,22,井底马达,,8000米以内,A7H4c型高扭矩涡轮钻具、以下为低速高扭矩涡轮钻具,钻杆,,轻型合金内外加厚高强度钻杆,纠斜工具,,上部 弯接头+涡轮钻具（带垫片,）,,下部 钟摆钻具,测控仪泥表,,测量各种参数达24个,,,井底马达 8000米以内A7H4c型高扭矩涡轮钻具、以下,23,四,中国大陆科探井面临的困难及措施,1 选择满足钻探要求的先进钻机,1）有足够的提升能力,2）顶部驱动、电动钻机,2 确保上部井段井眼垂直,1）自动垂直钻进特殊设备,2）先进的,MWD随钻测量系统,3）合适的满眼钻具合钟摆钻具作为补充,3 快速、连续钻井取心,,,,,四 中国大陆科探井面临的困难及措施1 选择满足钻探要求的先进,24,1）选用合适的取心钻头----金刚石钻头,2）选用合适的绳索取心工具,3）确定快速钻进的设备技术----旋转冲击钻井技术,4）取心失败补救措施----井壁取心,4 长裸眼井段井壁稳定技术,1）确定预测地层岩石的力学参数,2）防塌钻井液体系,,,,1）选用合适的取心钻头----金刚石钻头,25,5 井下易出现的复杂情况,1）喷,加强压力的预测、检测和监测工作,完善井口装置,一流的现场操作人员,2）漏 防漏、堵漏技术,6 上部环空大间隙与下部小间隙的矛盾问题,,1）上部设计活动的技术套管,2）应用小井眼环空流动模式代替传统的模式,,,5 井下易出现的复杂情况,26,7 可能会出现的问题,1）井内高压和高温,高温高压钻井液,2）设计的井身结构需要变更,设计时应留有充足的变根余地,,,,7 可能会出现的问题,27,4 高温高压井,,,4 高温高压井,28,美国墨西哥湾：,井深在4500m以上，井底温度在204.4℃(400℉)，钻井液密度在2.13 g/cm,3,以上。

北海的谢尔瓦特地区：,在井深5334m（17500ft），井底温度达到198.9℃，钻井液密度在2.27 g/cm,3,南中国海的莺琼地区：,在井深5638m，井底温度达到249℃，钻井液密度达到2.26 g/cm,3,高温高压井在世界海域的主要分布,,,美国墨西哥湾：井深在4500m以上，井底温度在204.4℃(,29,作业周期长,一般是常规井一倍以上，进入高温高压井段后，作业速度就迅速下降；,非生产时间高,，ARCO非生产时间平均为23%，最高达67%，主要在处理井眼稳定；建立井眼平衡，套管磨损保护（作业时间长，磨损严重），设备修理与额外维护等高温高压已达到工业技术的极限,，现有的测试工具，测井工具只能在150℃以内进行有效工作地层孔隙压力预测,精度不能很好满足要求高温高压地层中含有有害物质,Exxon公司认为H,2,S含量达6～50ppm，CO,2,含量达1～8%，给作业增加困难高温高压井作业中的主要问题,,,作业周期长一般是常规井一倍以上，进入高温高压井段后，作业速,30,使用最先进的设备,采用作业能力强和自动化程度高的钻井设备地层各压力剖面的预测，检测和监测,，钻井前预测，钻井过程中随钻监测，有测井资料检测校正,使用大尺寸多层次的非标准套管结构,，把大尺寸套管下深些，保证套管层次满足要求并留有余地。

使用高质量的钻井液体系,，保证井眼稳定，试少井下复杂情况，提高作业的安全性和进度作业准备充分,地质早提出资料，工程认真设计与准备，制定评价技术方案，材料及材料检验含有害物质的井使用合金钢,，如CY-95，C-276套管，有效防止套管的损坏严把施工设备、工具、材料的质量关,对所有施工产品严格检验，在使用前应进行室内充分试验高温高压井作业需要解决的问题,,,使用最先进的设备采用作业能力强和自动化程度高的钻井设备高,31,超高强度套管,高抗挤套管,耐腐蚀套管,,5 深井套管柱,,,超高强度套管5 深井套管柱,32,套管腐蚀类型及材料选择,,,套管腐蚀类型及材料选择,33,1．正确使用非API标准套管,2．避免使用超高强度套管,原因是：,1）高强度套管对表面缺陷较敏感；,2）高强度钢对应力腐蚀的敏感性较大套管的合理选择,,,1．正确使用非API标准套管套管的合理选择,34,通过增大外径规格来解决,但受目前钻井设备和钻井工具配套问题，目前短期难以实现；,采用无接箍式套管,直连型套管，平齐式接头套管，整体连接套管，,特点:不采用接箍，管子两端加工内外螺纹连接一类是螺纹连接与管体内外经完全相同，即完全平齐型，一类是螺纹连续管体内外微加厚，即加厚型。

采用双心钻头,在裸眼段扩眼，增大裸眼段井径，提高固井（下入、固井质量）效果深井小间隙固井问题,,,通过增大外径规格来解决但受目前钻井设备和钻井工具配套问题，,35,6.1 深井钻井装备技术,,1．钻机：满足钻深需要，性能可靠的先进钻机2．井控装备,3．固控设备,4．井下动力钻具,5．井下测井、测试、随钻测量工具的仪器仪表,,6 深井钻井的技术,,,6.1 深井钻井装备技术6 深井钻井的技术,36,1．合理的钻井工程设计,2．井身结构的选择,1）比较准确的各个压力剖面数据,2）套管与钻头尺寸的合理选择与配合,3．防斜打直技术,1）探索该地区的井斜规律,2）确定合适的钻具组合和技术措施,4．提高机械钻速技术,1）研究地层岩石的力学特性参数,2）优选合理的钻头类型和钻井参数,3）选配合适的井下动力钻具与PDC、BDC钻头,5．近平衡压力钻井与井控技术,6．取心技术,1）适用于不同取心用途的系列取心工具和取心钻头2）提高取心钻进速度和取心收获率6.2 深井钻井的钻井工艺技术,,,1．合理的钻井工程设计6.2 深井钻井的钻井工艺技术,37,,6.3 深井钻井液技术,,,6.3 深井钻井液技术,38,1．深井套管柱设计,2．水泥浆设计,3．固井工艺,1）高压油气藏井固井技术,2）深部油藏井固井技术,3）低压易漏失油气藏固井技术,4）含盐岩层油气藏固井技术,5）碳酸盐岩裂缝油气藏固井技术,4．油井水泥,5．油井水泥外加剂,6．固井装备及仪表,,,6.4 深井固井技术,,,1．深井套管柱设计6.4 深井固井技术,39,,汇报结束,,,,40,。