文96-储5井钻井取心工艺技术
[摘要] 本文作者根据自己多年的实际工作经验，结合文96-
储5井具体工程实例，对钻井取心工艺技术相关问题进行分析探讨，同事提出了自己的看法和意见，仅供参考。
[关键词] 钻井取心技术
一、前言
文96-储5井是中石化在中原油田文96块部署建设的国家天然气能源储备井，共部署储气井14口，预计储气量7亿立方米。为更准确详实的了解储层岩性、物性特征，为后期储气选层、储气施工工艺优化提供客观的、真实的第一手地质资料，该井设计取心112米，也是该储气库唯一一口具有取心任务的井。
取心作业中克服了地层埋藏浅，岩性松软，胶结性差，水敏性强，剥蚀掉块严重，易造成堵心、磨心、掉心、出心困难，欠平衡钻进井壁支撑作用力小，易坍塌掉块作业风险大等诸多不利因素，总结出一套行之有效的钻井取心工艺技术措施，效果显著，取心进尺120.71米，心长120.00米，取心收获率：99.41%。
二、钻井取心技术难点
1、为保证取心收获率，要求不许长筒取心，不需井口出心，且取心井段不连续分三段，从而成倍增加了起下钻次数。取心起下钻14趟，层间层下钻进起下钻3趟。任一趟钻任一环节出现纰漏，将影响整体取心结果，对钻井操作要求高。
2、地层埋藏浅，岩性松软，胶结性差，水敏性强，剥蚀掉块严
第一章定向井（水平井）钻井技术概述 第一节定向井、水平井的基本概念 1．定向井丛式井发展简史 定向井钻井被（英）T．A．英格利期定义为：“使井筒按特定方向偏斜，钻遇地下预定目标的一门科学和艺术。”我国学者则定义为，定向井是按照预先设计的井斜角、方位角和井眼轴线形状进行钻进的井。定向井相对与直井而言它具有井斜方位角度而直井是井斜角为零的井，虽然实际所钻的直井它都有一定斜度但它仍然 石油管理局的河50丛式井组，该丛式井组长384米，宽115米，该丛式井平台共有钻定向井42口。 2．定向井的分类 按定向井的用途分类可以分为以下几种类型： 普通定向井 多目标定向井 定向井丛式定向井 救援定向井 水平井 多分枝井（多底井） 国外定向井发展简况
（表一）
10．井眼尺寸不受限制 11．可以测井及取芯 12．从一口直井可以钻多口水平分枝井 13．可实现有选择的完井方案 （4）．短曲率半径水平井的优缺点 优点缺点 1．井眼曲线段最短1．非常规的井下工具 2．侧钻容易２．非常规的完井方法 3．能够准确击中油层目标３．穿透油层段短（120—180米）4．从一口直井可以钻多口水平分枝井４．井眼尺寸受到限制
5．直井段与油层距离最小５．起下钻次数多 6．可用于浅油层６．要求使用顶部驱动系或动力水龙头 7．全井斜深最小７．井眼方位控制受到限制 8．不受地表条件的影响８．目前还不能进行电测 第三节定向井的基本术语解释 1）井深：指井口（转盘面）至测点的井 眼实际长度，人们常称为斜深。国外 称为测量深度（MeasureDepth）。 2）测深：测点的井深，是以测量装置 率是井斜角度（α）对井深（L?）的一阶导数。 dα Kα＝─── dL 井斜变化率的单位常以每100米度表示。 8）井深方位变化率：实际应用中简称方位变化率，?是指井斜方位角随井深变化的快慢程度，常用KΦ表示。计算公式如下： dΦ ＫΦ＝─── dL
水平井钻井技术及其在石油开发中的应用 经济的快速发展使人们对石油的需求急剧增加以及对环境保护意识的日益增强，如何高效，清洁，经济地开采地下能源已经成为目前继续解决的问题。在此情况下，水平井钻井技术应运而生。它是起源于20世纪80年代并在石油，天然气开发中得到广泛应用的一项综合技术。水平井钻井技术的发展对油井产量提高已经油田采收率提高都起到了只管重要的作用，水平井钻井技术的出现是石油钻井技术方面重大的突破。 水平井技术作为油气田开发的一项成熟，适用技术，在油气田开发中日益得到推广应用，近几年来，随着水平井工艺技术的突破性进展，综合钻井成本逐年下降，经济效益的显著提高，水平井在许多不同油气藏开发中逐步得到广泛应用。本文介绍了水平井的优点及应用范围，论述了水平井的施工技术，并结合钻井工程实例，详细说明了水平井钻井技术在石油开发中的应用，最后点出了水平井钻井技术的应用效果和存在的问题。并得出了相应的结论。 关键词：水平井，钻进工艺，攻关目标水平井钻井技术存在的问题，井眼轨迹控制，随钻测量。
第1章绪论 现在，随着经济的发展，人们对石油的需求越来越大，水平井钻井技术成为最重要的钻井技术之一。在此情况下，水平井钻进技术应运而生。它是起源于20世纪80年代并在石油、天然气开发中得到广泛应用的一项综合性技术。其目的主要是提高石油的产量，降低采油成本。并且随着MWD (随钻测量仪)、PDC (聚晶金刚石复合片钻头)和高效导向螺杆钻具的应用，水平井技术已日趋完善。 总的来说。21世纪水平井钻井技术发展的趋势是向自动化，智能化，轻便化和经济化的方向发展。 传统的公关领域，主要是为钻井施工提供实用心情的工艺技术和装备，目的是提高钻井速度，降低钻井成本。水平井是未来钻井队的主要作业方式，对水品经的研究和发展将成为我们今后的最重要的课题之一，一定要重视和完善。
水平井完井主要有三种方式：裸眼完井、固井射孔完井和割缝衬管完井。在3种完井方式中，割缝衬管水平井堵水难度最大，因为割缝衬管与岩石壁面之间无隔挡,底水或边水进入井筒有径向流和横向流2种方式，机械封隔方法仅能实现割缝衬管内部空间的封隔，不能实现割缝衬管与岩石壁面之间环形空间的封隔。 国外主要针对割缝衬管水平井进行。早期主要采用化学剂笼统注入法[6-8]。90年代中期环空封隔技术(ACP)的提出为割缝衬管水平井堵水技术提供了新的 思路。 环空封隔(ACP)定位注入技术是借助连续油管(CT)和跨式封隔器(IBP)，在割缝套管与井壁之间的环空放置可形成化学封隔层的可固化液，形成不渗透的高强度段塞，达到隔离环空区域的目的。然后配合管内封隔器，实现堵剂的定向注入(图2)。如果出水部位在水平井段上部或下部，需要1个ACP，如果出水部位在水平井段中部，则需要设置2个ACP。当过量水(气)的产出不是由于断层或裂缝引起时，可考虑采用ACP直接封隔水(气)部位。 4 水平井堵水研究的难点、重点 l)难点水平井堵水具有共性的瓶颈技术难点有3个：一是出水层位判定技术，二是堵水工艺技术，三是堵水剂技术。出水层位判定技术与水平井测井技术密切相关；堵水工艺技术与井下工具、管柱技术、完井方式、堵水剂特性有关；堵水剂技术与化工技术工艺、材料科学有关，是研究比较活跃的技术难点。 2)重点水平井堵水最大的重点是堵水剂，特别是有较强的油、水选择性，合成生产方便，化学性能稳定，适应性强，施工工艺简单的选择性堵水剂的研究
开发。其次，适合油藏、油井特点的选择性堵水工艺研究也是水平井堵水的重点。两个选择性——堵剂的选择性和工艺的选择性研究的突破是水平井堵水技术能工业化应用的关键。
页岩气水平井钻井技术 摘要当前我国页岩气水平井钻井施工整体表现出成本高、周期长、复杂事故多等问题。针对这些问题，本文对国内页岩气井进行了技术跟踪，归纳了当前我国页岩气水平井钻井过程中所面临的轨迹优化及控制、井壁稳定、摩阻扭矩、井眼清洁以及固井技术等难点问题。 关键词页岩气水平井轨迹控制井壁稳定摩阻 美国页岩气资源的规模化开发和商业化利用，正在改变着世界能源格局，而同为世界能源进口大国的中国，同样拥有丰富的页岩气资源。政策以及相关支持政策的陆续出台，不但表明了我国政府大力发展页岩气资源的决心，而且正在积极推进我国页岩气产业的全面、快速发展。 页岩气是指赋存于富有机质泥页岩及其夹层中，以吸附或游离状态为主要存在方式，在一定地质条件下聚集成藏并具有商业开发价值的非常规天然气。与常规天然气藏相比，页岩气储层孔隙度主体小于10％，储层孔隙为0~500nm，孔喉直径介于5~200nm，渗透率极低，一般多采用水平井并经水力压裂技术改造后进行开发。当前，公认的具备商业开采价值的页岩气藏需具备以下条件：①页岩气储集层厚度大于100ft（30m）；②富有机质页岩有机质丰富，TOC > 3 %；③成熟度Ro在1.1-1.4之间；④气含量>100ft3/t；⑤产水量较少，低氢含量；⑥黏土含量小于40 %，混合层组分含量低；⑦脆性较高，低泊松比、高杨氏弹性模量；⑧围岩条件有利于水力压裂控制。页岩气藏作为典型的连续型油气聚集，往往分布在盆地内厚度大、分布广的集“生-储-聚”为一体的页岩烃源岩地层中。页岩作为粘土岩常见岩石类型之一，是由粘土物质经压实、脱水、重结晶作用后形成的，其成分复杂，除包含高岭石、蒙脱石、水云母、拜来石等粘土矿物外，还含有诸如石英、长石、云母等碎屑矿物和铁、铝、锰的氧化物与氢氧化物等自生矿物，页岩层理构造发育，多呈页状或薄片状（图1左），并沿层理发育有大量裂隙和微裂隙（图1右），脆性高、易碎，外力击打作用下易裂成碎片，且吸水膨胀性强，长时间裸露浸泡后极易引起井壁缩径、垮塌、掉块等复杂事故。例如，四川威远-长宁构造完成的3口页岩气水平井，水平井段钻进过程多次遭遇井壁垮塌、掉块等复杂，引发卡钻、报废进尺等事故，并导致3口水平井储层段40%进尺作业占总作业时间70%以上。同时，页岩气水平井井壁失稳问题频发，不但严重影响到钻井周期、钻井成本等问题，还直接导致井身质量差、固井难度大、储层污染严重等问题，这些问题都给后续开发带来极为不利的影响。据不完全统计，截止2012年初，四川威远、长宁及云南昭通页岩气产业化示范区完钻的4口水平井，平均井深3357米，平均钻井时间118天，而北美地区井深4000~5000米，水平段1500~2000米的页岩气井钻井周期通常在15~20天，水平段钻井时间仅为5~8天。由此可见，我国相对落后的页岩气水平井钻井技术，已经成为制约我国页岩气工业快速发展的重要瓶颈。
绳索取芯钻探在复杂地层矿区施工技术措施 彭步涛 （福建省121 煤田地质勘探队，福建龙岩364021 ） 摘要：该文主要论述了绳钻技术在复杂地层煤田勘探矿区中研究应用情况及取得的效果，即从钻孔结构冲洗液技术、护壁堵漏技术、钻具配套及硬岩钻进等方面进行了有效的探索和应用，对类似矿区施工具有较强的实践性和指导意义。 主题词：绳索取芯钻探技术; 施工措施; 含煤矿区复杂地层 “科学技术是第一生产力”。这是邓小平理论对马克思主义科技理论的重要贡献，在这一理论的指导下，我国的科学技术水平出现蓬勃发展的局面。作为煤田地质勘探专业队伍的福建省121 煤田地质勘探队，从上个世纪八十年代中期为加快勘探步伐，缩短勘探周期，依靠科技进步，积极推广应用绳索取芯金刚石钻进技术（以下简称绳钻技术）；经过二十多年的努力和探索，使绳钻技术不断完善，钻进效率和勘探质量明显提高。二十二年来累计完成钻探进尺48.4 万米，在闽、云、贵、川等省份探明煤炭储量50 余亿吨，为当地的经济建设做出突出贡献。通过多年对该技术的研究和应用，使福建省121 队的钻探技术竞争力不断提高，绳钻技术应用水平达到国内领先。 1 含煤田地层的基本特点 煤田勘探施工的主要区域分布在福建、云南、贵州、四川等省份。福建煤田地质主要勘探对象见三叠纪童子岩组，童子岩组之上由翠屏山组所覆盖，为非煤系地层，主要岩层见泥岩、粉沙岩、细粉砂岩和中粒沙岩。云、贵、川主要含煤地层为二叠系上统龙潭组，主要岩性以粉砂岩、细砂岩、泥质砂岩、粉质泥岩为主，而覆盖其上部的三叠系个旧、永宁镇组以灰岩为主。 福建省121 队煤田勘探矿区按钻探施工技术要求，有如下几个特点： （1 ）钻孔漏失严重为主要特点。特别是永宁镇组、个旧组中的石灰岩溶洞发育，溶洞最大达20 米。童子岩组的风化带和断层破碎带也是主要漏失区，属裂隙裂缝性，有时也出现小溶洞，并有地下水活动。另外，由于绳钻工艺环空间隙小，泵压损失大，常使地层失去平衡以致诱发漏失。 （2 ）孔壁坍塌也是绳钻工艺施工中常见现象，坍塌常出现在断层破碎带中。另外，在厚煤层中（特别见粉煤层）钻进，由于钻孔护壁不稳定，上下钻具操作不当也易引起煤层坍塌，这种现象在各勘探区都经常遇到。 （3 ）硬岩“打滑”地层，在翠屏山底部约40m ，属硅质胶结的石英砂岩。同时，含有少量的隧石，岩石硬度在X 级以上。采用一般金刚石钻头钻进其效果差，钻效低，新钻头投入使用后很快被磨钝而打滑不进尺。 （4 ）煤系中煤层多，一般钻孔都可见煤层十几层，煤层有块煤、粉煤两种。粉煤取芯难度大，若操作不当往往造成采取率达不到要求致使钻孔质量降级。 （5 ）岩层倾角变化大，软硬互层频繁，属易斜地层。
水平井钻井专用工具 水平井钻井技术是指在一定钻井工艺的控制下使井眼由垂直状态变为水平状态或近似水平状态，这种钻井原理同定向钻井极为类似，也可以说，水平井钻井即是一种难度较大的特殊定向钻井。水平井要求在产层或某一指定的地层钻成有一定长度延伸的水平段，这就决定了其工艺上固有的特殊性。而工具的选择与使用必须能够保证钻头（或钻柱）按照设计的井眼轨迹准确运行。 水平井、特别是中半径水平井井身轨迹的特殊性，需要造斜工具必须具有较高的造斜能力，这是钻成水平井的基本保障；其次，在满足高造斜率要求的基础上还必须使工具有较好的稳定性。要想使井眼有一定的偏斜并不困难，以往的定向钻井工艺早已解决了这方面的问题，但当井斜角大到一定程度后，继续增斜、至使井斜角接近或超过90°，这就存在着很大的难度，这是常规的定向钻井工具所不能完成的。另外，水平井段的钻进也是我们前未遇的新问题，钻柱在这种特殊状态下的延伸必须有特殊的工具辅以维持。 为了满足水平井钻井施工的需要，设计制造出钻各种大、中曲率半径水平井的井下专用工具，通过现场试验使用进一步改进完善，总结出适合水平井钻井的工具模式。一般说来，水平井钻井的生产工序环节，大致上分为造斜，增斜、稳斜或稳平，有时根据地质要求需另附加水平取芯段。水平井井身轨迹的控制要求严格，各阶段使用的工具不尽相同，各种工具的研究技术难点也各不相同。 水平井钻井工具主要包括水平井钻井常用井下工具和地面工具两部分，该章主要介绍的井下工具是稳定器、无磁钻铤、螺旋钻铤、加重钻杆、定向接头、弯接头、定向弯接头、定向造斜专用PDC钻头、井底动力钻具(螺杆动力钻具、涡轮钻具)?和水平井取心工具等。地面工具主要包括转盘量角器、钻杆量角器、钻铤量角器、方钻杆标定尺、钻杆划线规、定向键调节扳手。 稳定器 一、概述 稳定器用途最为广泛，不论是增斜降斜段，还是稳斜稳平段，都是不可缺少的工具之一。根据不同生产段的需要和水平井自身的特点，有着不同稳定器的形状及几何尺寸。综合考虑各种客观因素，确定稳定器在钻具组合中的最佳位置。 1.稳定器的种类： 按稳定器的结构可将稳定器分为以下几种类型：螺旋稳定器、直条稳定器、无磁稳定器、可换片稳定器、滚子稳定器、偏心稳定器、近钻头稳定器(双母稳定器)等。 2.各种稳定器的特点： (1)?直条稳定器有结构简单起钻较容易的特点，对井壁切削最严重，稳定器效果不如螺旋稳定器好。 (2) 螺旋稳定器稳定器效果好，但起钻困难，易泥包。 (3)?滚子稳定器扭矩最小，稳定效果好，方位不易右漂，但存在结构复杂、价格高、更换滚子困难等缺点。 (4) 无磁稳定器用于无磁钻铤之间需要使用稳定器的情况下。 (5)?近钻头稳定器(双母稳定器)直接接钻头，不需要配合接头，缩小了钻头到稳定器中点的距离。 3.稳定器的用途特点
绳索取芯钻探施工技术 武孟元 （河北省水利工程局河北石家庄 050021） [摘要]介绍了绳索取芯钻探工艺钻具的结构，并对钻进规程的各种具体参数及报信机构的使用进行了分析，总结了绳索取芯钻探技术的主要优越性及在堆渣层中的应用。 [关键词] 绳索取芯；钻进参数；优越性；堆渣层灌浆 绳索取芯钻进是一种先进的岩芯钻探工艺。它采用大直径的钻杆，在钻具里面套装一根取芯管，在钻进过程中，岩芯缓慢地装在取芯管内。当回次进尺终了，岩芯装满取芯管时，采用带绳索的打捞器，从钻杆中把取芯管提出，提取岩芯后，又从钻杆中把取芯管放到孔底，继续钻进。绳索取芯与普通钻进取芯相比，具有控制钻孔偏斜度、提高钻进效率、降低工程成本、提高岩芯采取率、减少孔内事故等优点；尤其在钻穿复杂地层方面，有着其它施工技术无可比拟的优点，因而被广泛应用。 1 绳索取芯钻具简介 绳索取芯整套钻具分为双管部分和打捞器两大部分。 1.1 双管部分 双管部分包括外管总成和内管总成。 1.1.1 打捞机构 当捞取岩芯时，打捞器上的打捞钩抓住捞矛头，将取芯管提出孔外。 1.1.2 弹卡机构 内管总成进入外管总成后，实现弹卡自锁，防止由于振动等原因使弹卡并拢而导致内管总成上窜。 1.1.3 悬挂机构 当内管总成到位后，悬挂环座落在座环上，保证卡簧座与钻头内台阶之间有一定间隙，以便外管单动灵活。 1.1.4 到位报信机构 内管总成到达预定位置时，地面上水泵压力表的读数突然变化，可以调整水量开始钻进。 1.1.5 岩芯满管或堵塞报信机构 岩芯满管或堵塞时，导致地面上水泵压力表读数升高，起到报警作用。 1.1.6 调节机构
调节内管总成中卡簧座与钻头内台阶之间的间隙，保证其间隙量为2-3mm。 1.1.7 缓冲机构 卡取岩芯时，起缓冲作用来保护内管和卡簧座。 1.1.8 单动机构 分离内管和外管，实现钻具外管单动，内管相对外管静止。 1.1.9 容纳与卡取岩芯机构 容纳和卡取岩芯。 1.1.10 扶正机构 扶正内管，使卡簧座对正钻头内孔，以便岩芯顺利地进入内管，减少岩芯磨损，提高岩芯采取率。 1.2 打捞器部分 打捞器是绳索取芯钻具中必不可少的专用配套工具。 1.2.1 打捞机构 打捞钩抓住捞矛头，带动双管部分的打捞机构，将内管总成提升到地面。 1.2.2 绳卡机构 连接打捞器和绳索取芯绞车。 1.2.3 送入机构 将脱卡管套在重锺上，用打捞器将内管总成送入孔底。 1.2.4 安全脱卡机构 使打捞钩松开捞矛头或使安全销折断而实现安全脱卡。 2 绳索取芯钻进参数及报信机构 在正确选择钻头的情况下，金刚石绳索取芯钻进效率取决于钻进参数的选择，即钻压、钻头转速和冲洗液量三个参数。 2.1 钻压 实践表明，当加在钻头上的压力高于所钻岩石的压力硬度时，岩石就由表面破碎转到体积破碎；但当压力接近或超过金刚石本身抗压强度时，金刚石开始破损。另外，随着钻压的增加，金刚石的磨损量也增加，因此钻压有一个最优值。绳索取芯钻进规程和普通标准金刚石钻进有所不同，因绳索取芯钻头胎体壁要比标准钻头胎体壁厚2mm，底面积相对较大，而钻杆与孔壁的间隙小，所以钻压应增大。表1列出了两种不同直径绳索取芯钻头所需钻压值。 钻压(kN) 7-12 12-15 2.2 转速 转速是影响金刚石钻进速度的重要因素。钻头在某一转速下，金刚石磨损量最小，转
水平井采油工艺技术的研究与应用 摘要：80 年代后期进行的水平井科研攻关, 促进了水平井开采技术的发展, 取得可喜的成果。初步形成了不同类型油气藏水平井适应性筛选方法、深层特稠油油藏水平井开采技术、砂砾岩稠油油藏水平井开采技术、浅层超稠油水平井开采技术、低渗透油藏水平井开采技术、火山岩裂缝性油藏水平井开采技术和水平井物理模拟与数值模拟技术等7 套技术, 包括油藏地质研究、完井、射孔、测井、举升、防砂增产等主要技术。同时, 在侧钻水平井中进行分段酸化,调剖堵水、冲砂技术也在现场试验成功。对水平井成功地进行了限流法压裂和暂堵法分段压裂, 取得了施工技术的成功, 也取得了油田应用的好效果。 关键词：水平井；采油；工艺
目录 1前言 (3) 2国内外水平井应用概况 (1) 2.1国外 (1) 2.2国内 (1) 3水平井采油工艺技术 (4) 3.1人工举升方式 (4) 3.2水平井采油技术 (4) 3.3水平井采油相关配套技术 (5) 3.3.1 高含水油田控水稳油工艺技术 (5) 3.3.2 低渗透油田高效开采工艺技术 (5) 3.3.3压裂技术 (6) 3.3.4酸化技术 (7) 3.3.5防砂技术 (7) 3.3.6找水与堵水 (7) 4．水平井采油工艺研究与应用 (8) 4.1水平井流入动态及合理生产压差确定 (8) 4.2水平井生产参数的优化 (8) 4.2.1水平井举升方式优选 (8) 4.2.2举升工艺参数的确定 (8) 4.3水平井储层解堵与改造探索研究 (10) 4.3.1措施优选 (10) 4.3.2酸洗方案选择 (10) 4.4水平井采油工艺的应用 (11) 结论 (12) 参考文献 (13) 致谢 (14)
水平井完井方式及其选择 水平井完井方式可采用裸眼完井、割缝衬管、割缝衬管加管外封隔器、下套管注水泥 一、完井方式 1、裸眼完井 裸眼完井费用不高,但局限于致密岩石地层,此外,裸眼井难以进行增产措施,以及沿井段难以控制注入量与产量,早期水平井完井用裸眼完成,但现在已趋步放弃此方法。当今只有在具有天然裂缝的碳酸盐岩油气藏与油气井的泄油半径很小时才使用裸眼完井的方法。 2、割缝衬管完井 该方法就是在水平段下入割缝衬管,主要目的就是防止井眼坍塌。此外,衬管提供一个通道,在水平井中下入各种工具诸如连续油管。有三种类型的衬管可采用: 1)穿孔衬管。衬管已预先预制好。 2)割缝衬管。衬管已预先铣好各种宽度、深度、长度的缝。 3)砾石预充填衬管。割缝衬管要选择孔或缝的尺寸,可以起到有限的防砂作用。在不胶结地层,则采用绕丝割缝筛能有效地防砂,另外在水平井采用砾石充填,也能有效防砂。 割缝衬管完井的主要缺点就是难以进行有效的增产措施,因为衬管与井眼之环形空间就是裸眼,彼此连通,同样,也不能进行进行分采。 3、割缝衬管加管外封隔器 该方法就是将割缝衬管与管外封隔器一起下入水平段,将水平段分隔成若干段,可达到沿井段进行增产措施与生产控制的目的。由于水平井并非绝对水平,一口井一般都有多个弯曲处,这样,有时难以下入衬管带几个封隔器
4、下套管注水泥射孔 该方法只能在中、长曲率半径井中实施。在水平井中采用水泥固井时,自由水成分较直井降低得更多,这就是因为水平井中由于密度关系,自由水在油井顶部即分离,密度较高的水泥就沉在底部,其结果水泥固井的质量不好。为避免这种现象发生,应做一些相应的试验。 注:1、超短曲率水平井:半径1～2ft,造斜角(45°～60°)/ft; 2、短曲率水平井:半径20～40ft,造斜角(2°～5°)/ft; 3、中曲率水平井:半径300～800ft,造斜角(6°～20°)/(100ft); 4、长曲率水平井:半径1000～3000ft,造斜角(2°～6°)/(100ft)。 二、完井方式选择 在选择完井方式时,必须重点考虑以下几个方面的问题: 1、岩石地层 若考虑裸眼完井,重要的就是保证岩石就是致密的,同时钻井过程就是稳定的。经验报告与文献指出,若水平井方向就是沿着水平最小应力钻井,则井筒显示极好的稳定性。 2、钻井方法 短曲率半径仅用裸眼或可能用割缝衬管完井。对于中、长曲率半径水平井,既可用裸眼,又可用裸眼下割缝衬管或水泥固井射孔完井。 3、钻井液 由于水平井钻井的特殊性,钻井液所造成的地层伤害较直井更大,特别就是低渗透层与负压地层。为了减少这种伤害,除了应考虑泥浆的密度与性能外,还应考虑水泥固井射孔完井这种情况,以便通过压裂酸化解除这种伤害。 4、增产措施 若考虑酸化压裂,对水泥固井射孔完井来说,易于控制,可利用桥塞分段酸化;对裸眼井或割缝衬管完井则比较困难,因为沿井段滤失量太大,必要时应利用连续油管减少均匀布酸的困难,利用化学转换剂实现分段酸化(化学转换剂过一段时间后可自行解堵)。 5、生产机理 对凝析气层或气水同产层,完井时应尽量避免水平段的轨迹上下浮动,以免凝析液或水积累在井筒的低部位,难以排出或将天然气气锁在弓形高部位。 6、井下作业及修井 应根据油气层的具体情况,分析今后的气液分布动态,预见今后的井下作业及修井,以确定采用哪种完井方式。 7、水平井报废的技术经济要求 作为完井设计人,必须预先知道水平井报废的具体技术要求与有关特殊规定,以便作出评估。 8、投资风险 使用水泥固井不仅增加了完井费用,延长了作业时间,还必须射孔完井。尽管完井费用的增加似乎还很难判断就是否合算,但如果考虑在过早的水淹与井壁产生坍塌的井中侧钻新的井眼这一问题,则注水泥固井这一做法还就是意义深远的。 与直井相比,水平井必须有一个更加完善的完井计划。完井计划的制订主要受三个因素的制约。 1、对地层的认识 1)均质地层 这类地层常见于重油砂岩。在正常情况下,它们不需要分段隔离,其完井设计相对简单而容易,水平段大多采取全井裸眼完成,依靠连续油管作业或射孔技术来解除井筒附近的伤
水平井技术措施 1. 侧钻 1) 直井段要保证钻直，钻进至造斜点测ESS，及时计算出井身轨迹数据，以此为依据计算设计下部施工的井眼轨道； 2) 侧钻井段要选择在井径规则、钻时较快的井段，最好是砂岩段； 3) 水泥塞要保证打实，候凝48小时以上，检查水泥塞质量。检查方法：修水泥面，试钻钻压50~80千牛，钻时不高于5~8分/单根，水泥塞质量达到上述要求后钻至侧钻点井深； 4) 侧钻用直马达加弯接头，使用MWD监测井身轨迹的变化情况，判断是否侧钻成功； 5) 严格按照推荐上扣扭矩紧扣； 6) 控制起下钻速度在15柱/小时以下； 7) 开泵前要确保已安放了钻杆泥浆滤清器； 8) 钻井参数服从马达参数，轻压，根据钻进直井段时的钻时选择控制好侧钻钻时； 9) 随时注意钻进时的返砂情况，根据返砂情况及时调整钻井参数，确认新井眼与老井眼偏离2米，新砂样达90%，可确定出新井眼，方可起钻； 10) 起钻前，充分循环至振动筛上无砂子返出； 11) 起钻后采用导向系统钻进。 2. 导向钻进 1) 严格按照推荐上扣扭矩紧扣； 2) 控制起下钻速度在15柱/小时以下； 3) 若下钻遇阻，划眼时应保证工具面是钻进该井段时使用的工具面； 4) 开泵前要确保已安放了钻杆泥浆滤清器； 5) 钻井参数参考马达使用参数； 6) 如果造斜率偏高，马达角度在2度以下可考虑采用10－30转/分以下的转速启动转盘导向钻进; 7) 如果造斜率偏低，起钻换高角度马达； 8) 工具造斜率应稍高于设计造斜率，避免因造斜率不足而起钻； 9) 实际施工过程中，应使实钻轨道尽量靠近设计轨道； 10) 根据现场实际情况，分段循环，及时短起下，保证井眼清洁； 11) 钻具倒装，原则是井斜30度以深井段采用18锥度钻杆，加重钻杆
收稿日期:2006-01-06 基金项目:中国地质调查局2003年地质调查实施项目“西部复杂条件下综合钻探技术研究与示范” (编号:20023000066) 作者简介:孙建华(1962-),男(汉族),山东人,中国地质科学院勘探技术研究所教授级高级工程师,探矿工程专业,从事勘探技术研究工作,河北省廊坊市金光道77号,(0316)2096185,sunjianhua@cniet .com 。 复杂地层中深孔绳索取心钻探技术研究 孙建华,张永勤,赵海涛,刘秀美 (中国地质科学院勘探技术研究所,河北廊坊065000) 摘 要:研究开发成功的S Q 系列高强度绳索取心钻杆首次采用了薄壁钻杆内镦粗技术。同时,通过优化接头螺纹参数,改进钻杆接头热处理和表面处理工艺,简化钻具结构等措施,使绳索取心钻杆强度提高40%以上,使用寿命明显增加,钻具冲洗液过流阻力大幅降低。钻杆可以采用垫叉和扳叉拧卸。在地质条件复杂的勘探区试验示范,取得了良好的应用效果。 关键词:绳索取心;钻杆镦粗;螺纹优化;复杂地层;示范推广中图分类号:P634.5 文献标识码:A 文章编号:1672-7428(2006)05-0046-05 Research on D eep Hole W i re L i n e Core dr illi n g Tech .i n Co m pli ca ted Stra tu m /SUN J ian 2hua,ZHAN G Yong 2qin,ZHAO Hai 2tao,L I U X iu 2m ei (The I nstitute of Exp l orati on Techniques,C AGS,Langfang Hebei 065000,China ) Abstract:I nner up setting technol ogy for thin wall drilling p i pes was used in Series S Q high strength wire line drilling p i pes .The strength of drilling p i pes was increased 40%by op ti m izing j oint thread parameters,i m p r oving heat treat m ent and surface treat m ent techniques and si m p lifying structure .The life of the drilling p i pes was obvi ously increased .The p res 2sure dr op thr ough the drilling p i pes was decreased .A good result was gained in comp licated geol ogy conditi ons . Key words:wire line coring;drilling pi pe up setting;tread op ti m izati on;co mplicated stratu m;de monstrati on and popularizati on 1 概述 我国西部地区地质调查钻探工程钻遇地层复杂,钻探工作量分散,施工区域偏远,钻探施工技术难度很大。同时,先进的钻探技术推广应用发展较缓。目前在同类的地质条件和施工条件下,复杂地层中深孔地质调查钻探施工的质量、效率和进度等综合水平明显落后于历史最好水平。 随着国家经济建设重心逐步向西部转移和国内战略矿产资源供需矛盾日益突出,西部地区成为我国目前地质调查工作的重点区域,该区域的地质调查钻探工程增加。但是在国土资源大调查工作实施以来,西部地区钻探效率低下,质量难以保证,施工费用大幅度增加等问题,直接影响了地质调查效果,增加了工作成本,延长了地质调查工作周期,给国家地质调查工作造成巨大损失。因此,通过复杂地层中深孔绳索取心技术的研究示范,力求在技术上取得一定创新和发展,并以创新的钻探技术的集成为突破口,提高我国西部地区地质调查复杂地层中深孔岩心钻探技术水平是非常必要和十分迫切的。 2 复杂地层中深孔绳索取心钻探研究2.1 金刚石绳索取心钻探标准现状研究 项目组收集了M I CON 公司绳索取心钻具、A tlas Copco 公司绳索取心钻具、Boart -Longyear 公司绳索取心钻具、M I TS U I &CO.,LT D 公司绳索取心钻具等技术资料,通过科技信息检索、对外交流等方式对国外金刚石绳索取心管材标准的最新进展进行跟踪,并对国外金刚石绳索取心管材和螺纹设计加工采用标准的情况进行了调研。 国家技术监督局1998年发布实施了《金刚石岩心钻探钻具设备》、《金刚石绳索取心钻探钻具设 备》,取代《金刚石钻探用无缝钢管》(G B 3423-82)中尺寸系列部分内容。同时原地质矿产部标准 DZ211、DZ212等废止执行。迄今正式和非正式发布金刚石岩心钻探国际标准有8项,但获多数成员国或组织通过的国际标准仅有4项:I S O 3551《金刚石岩心钻探设备 A 系列》、I S O 3552《金刚石岩心钻探设备 B 系列》、I S O 8866《金刚石岩心钻探设备 C 系列》、I S O 10098《金刚石岩心钻探绳索取心设备 CSSK 系列》,而应用较广的绳索取心钻具标准草案———I S O /DSI 10097《金刚石岩心钻探绳索取心设备 A 系列》未获得国际标准化组织TC82/SC6小组多数成员通过。 印度在许多方面的国情与中国相似,因此项目
水平井完井方式及其选择
水平井完井方式及其选择 水平井完井方式可采用裸眼完井、割缝衬管、割缝衬管加管外封隔器、下套管注水泥射孔 （1）裸眼 （2）割缝衬管完井 （3）衬管管外分段封隔完井 （4）水泥固井射孔完井 的实际经验。完井方式对于水平井今后能否进行正常生产或者进行多种作业是非常重要的。某种钻井方式只能适应于某种完井方式。 一、完井方式 1、裸眼完井 裸眼完井费用不高，但局限于致密岩石地层，此外，裸眼井难以进行增产措施，以及沿井
段难以控制注入量和产量，早期水平井完井用裸眼完成，但现在已趋步放弃此方法。当今只有在具有天然裂缝的碳酸盐岩油气藏和油气井的泄油半径很小时才使用裸眼完井的方法。 2、割缝衬管完井 该方法是在水平段下入割缝衬管，主要目的是防止井眼坍塌。此外，衬管提供一个通道，在水平井中下入各种工具诸如连续油管。有三种类型的衬管可采用： 1)穿孔衬管。衬管已预先预制好。 2)割缝衬管。衬管已预先铣好各种宽 度、深度、长度的缝。 3)砾石预充填衬管。割缝衬管要选择 孔或缝的尺寸，可以起到有限的防砂作用。 在不胶结地层，则采用绕丝割缝筛能有效 地防砂，另外在水平井采用砾石充填，也 能有效防砂。 割缝衬管完井的主要缺点是难以进行有效的增产措施，因为衬管与井眼之环形空间是裸眼，彼此连通，同样，也不能进行进行分采。 3、割缝衬管加管外封隔器 该方法是将割缝衬管与管外封隔器一起下
入水平段，将水平段分隔成若干段，可达到沿井段进行增产措施和生产控制的目的。由于水平井并非绝对水平，一口井一般都有多个弯曲处，这样，有时难以下入衬管带几个封隔器 4、下套管注水泥射孔 该方法只能在中、长曲率半径井中实施。在水平井中采用水泥固井时，自由水成分较直井降低得更多，这是因为水平井中由于密度关系，自由水在油井顶部即分离，密度较高的水泥就沉在底部，其结果水泥固井的质量不好。为避免这种现象发生，应做一些相应的试验。 注：1、超短曲率水平井：半径1～2ft，造斜角（45°～60°）/ft； 2、短曲率水平井：半径20～40ft，造斜角（2°～5°）/ft； 3、中曲率水平井：半径300～800ft，造斜角（6°～20°）/（100ft）； 4、长曲率水平井：半径1000～3000ft，造斜角（2°～6°）/（100ft）。 二、完井方式选择 在选择完井方式时，必须重点考虑以下几个方面的问题： 1、岩石地层 若考虑裸眼完井，重要的是保证岩石是致密的，同时钻井过程是稳定的。经验报告和文献指出，若水平井方向是沿着水平最小应力钻井，则井筒显示极好的稳定性。 2、钻井方法
水平井完井方式 完井工程是衔接钻井和采油工程而又相对独立的工程。目前，常用的水平井完井方式有裸眼完井、射孔完井、割缝衬管完井，带套管外封隔器（ECP）的割缝衬管完井、带套管外封隔器（ECP）的滑套开关完井、预充填砾石筛管完井、阶梯水平井完井、多分支水平井完井等。 1、裸眼完井 适用于碳酸盐岩及其它不坍塌硬地层，特别是一些垂直裂缝地层，如美国奥斯汀白垩系地层。该完井方式工艺简单，钻水平井费用相对较低，但容易引起气、水窜流，修井测井困难，无法进行油层改造，目前使用较少。 2、割缝衬管完井 完井工序是将割缝衬管悬挂在技术套管上，依靠悬挂封隔器封隔管外个环形空间。割缝衬管要加扶正器，以保证衬管在水平井眼中居中，适用于有气顶、无底水、疏松砂岩地层。国外油田采用该种完井方式完井时，都在衬管下井前用油溶树脂或石蜡将割缝涂死，生产时靠地温自动化开，免除割缝被钻井液堵死。塔中四油田402高点CIII油组主力部位5口水平井，其中4口都用割缝衬管完井，初产都在千吨以上，临界产量也都在700t/d以上。 图1 割缝衬管完井示意图
3、带管外封隔器（ECP）割缝衬管完井 用割缝或钻孔尾管带多级管外封隔器下入水平井段后，从末端开始逐级将管外封隔器用水泥挤膨胀后固定，可分段进行小型作业措施。 这种完井方式是依靠管外封隔器实施分段的分隔，下一根盲管，以便实现管内封隔。可以分段进行作业和生产控制，这对于注水开发的油田尤为重要。管外封隔器的完井方法可以分为三种形式：套管外封隔器间连接割缝衬管、套管外封隔器间连接可开关的滑套和套管外封隔器间进行射孔完成。管外封隔器逐级通过定位槽定位，用油管或连续油管待双封隔器对准管外封隔器的定压单流阀将水泥浆挤入皮囊内凝固封隔器后分段隔开。 图2 套管外封隔器及割缝衬管完井示意图 这种完井方法适用于各类油层，目前用的较广，可进行分段压裂改造、可酸化解除油层污染、便于测井和修井，尤其对多条垂直裂缝油藏用多级管外封隔器完井，将十分理想。新疆油田分公司，在一口水平井下6只管外封隔器，其中5只检封密封良好。 4、带ECP管外封隔器的滑套开关完井 这种完井方式与前种基本相同，只是将割缝衬管换成多级滑套，用连续油管逐级开关，其关键技术是内径保持一致的滑套开关工具。某油田三叠系长6到长8低渗透层打水平井未取得预期效果，分段压裂一直是困扰低渗透油藏水平井开发的关键技术，曾用液体胶塞加填砂的方法分段压裂，但封隔的有效性难以保证，并可能对油层造成伤害。如果采用滑套完井方式实现低渗透油层分段压裂，可有
Y-8100型常规取心工具 使用说明书 中石化胜利石油管理局钻井工艺研究院
目录 1、用途 2、主要规范 3、结构概述 4、使用方法 5、检查、维修、保养 6、验收内容 1 用途
Y-8100型常规取心工具是石油、地质勘探钻井中常规取心作业最理想的取心工具。该型常规取心工具配套完善、规格齐全、技术先进，适用于软、中、硬及破碎地层取心。 2 主要规范 3 结构概述 Y-8100型常规取心工具主要由安全接头、旋转总成、差值短节（或稳定器）、外筒、内 筒、岩心爪组合件、取心钻头和辅助工具等部分组成。 3.1 采用高强度厚壁无缝钢管作外筒，强度高、稳定性好，有利于提高岩心收获率、单筒进 尺和延长取心钻头使用寿命。 3.2 内筒：除钢质内筒外，还设计了可供用户选购的具有轻质、耐温、耐腐蚀、内壁光洁等优点的铝合金管作内筒。对于这些特殊内筒，岩心进入阻力小，有利于提高单筒进尺和取心收获率，还可将装有岩心的这些特殊内筒分段切割，两端加盖帽封堵，便于运输，简化岩心处理工序，更好地保护岩心。 3.3差值短节表面堆焊有耐磨层（硬质合金），耐磨性好，扭矩较小，减少了对外筒的表面磨损。 3.4选用稳定器能增加取心工具的稳定性。稳定器采用三螺旋，螺旋筋表面有贴焊硬质合金块或耐磨面，并磨削成光洁面，表面无气孔，耐磨性好，耗损扭矩较小。 3.5在旋转总成上调整间隙:利用调节螺帽的正反旋,实现增长或减短内筒组件长度,以满足间隙值。可调范围为0-60mm,可微调值为1.5mm,调整间隙操作方便、可靠。 3.6 若取心工具在井下被卡住时，很容易地从安全接头螺纹处倒开，起出内筒和岩心，再根据井下情况处理外筒。 3.7 轴承无弹夹，两端无密封，允许少量泥浆流过起冷却和润滑轴承的作用，结构简单、转动灵活、寿命长。
第一章定向井（水平井)钻井技术概述 定向井、水平井的基本概念 定向井丛式井发展简史 定向井钻井被（英）Ｔ．A．英格利期定义为:“使井筒按特定方向偏斜,钻遇地下预定目标的一门科学和艺术。”我国学者则定义为，定向井是按照预先设计的井斜角、方位角和井眼轴线形状进行钻进的井。定向井相对与直井而言它具有井斜方位角度而直井是井斜角为零的井,虽然实际所钻的直井它都有一定斜度但它仍然是直井。 定向井首先是从美国发展起来的，在十九世纪后期,美国的旋转钻井代替了顿钻钻井。当时没有考虑控制井身轨迹的问题，认为钻出来的井必定是铅垂的,但通过后来的井筒测试发现，那些垂直井远非是垂直的。并由于井斜原因造成了侵犯别人租界而造成被起诉的案例。最早采用定向井钻井技术是在井下落物无法处理后的侧钻。早在1895年美国就使用了特殊的工具和技术达到了这一目的。有记录定向井实例是美国在二十世纪三十年代初在加利福尼亚享廷滩油田钻成的。 第一口救援井是1９34年在东德克萨斯康罗油田钻成的。救援井是指定向井与失控井具有一定距离，在设计和实际钻进让救援井和失控井井眼相交,然后自救援井内注入重泥浆压死失控井。 目前最深的定向井由ＢP勘探公司钻成,井深达10,65４米； 水平位移最大的定向井是BP勘探公司于己于１99７年在英国北海的ＲyｔｃｈＦarm 油田钻成的M11井,水平位移高达1，0１１4米。 垂深水平位移比最高的是Statoｉl公司钻成的的33/９—C２达到了１:3．14； 丛式井口数最多，海上平台:９6口；人工岛:17０口; 我国定向井钻井技术发展情况 我国定向井钻井技术的发展可以分为三个阶段，50—60年代开始起步,首先在玉门和四川油田钻成定向井及水平井:玉门油田的C2—１5井和磨三井,其中磨三井总井深1685米,垂直井深表遗憾３5０米，水平位移444.2米,最大井斜92°，水平段长160米；70年代扩大实验，推广定向井钻井技术;80年代通过进行集团化联合技术攻关，使得我国从定向井软件到定向井硬件都有了一个大的发展。 我国目前最深的水平井是胜利定向井公司完成的JF１28井，井深达到7000米，垂深位移比最大的大位移井是胜利定向井公司完成的郭斜井，水平
定向羽状水平井钻井工艺 定向羽状水平井技术适合于开采低渗透储层的煤层气,集钻井、完井与增产措施于一体。其主要机理在于多分支井眼在煤层中形成网状通道,促进微裂隙的扩展,又能连通微裂隙和裂缝系统,提高单位面积内的气液两相流的导流能力,大幅度提高了井眼波及面积,降低煤层气和游离水的渗流阻力,提高气液两相流的流动速度,进而提高煤层气产量和采出程度。 一、钻井设备： 1.钻机、钻塔、钻铤和钻具。 2.造斜工具 中、长半径造斜工具（包括P5LZ165、PSLZ197、P5LZ120三种尺寸系列、多种结构规格的固定弯壳体造斜马达）和短半径造斜工具。 3.水平井测井仪器。包括钻杆输送式、泵送式两种测井仪器和下井工具,以及湿式接头和锁紧装置等。 4.射孔工具。包括旋转弹架和旋转枪身等2种高强度定向射孔枪和传爆接头。 5.完井工具。包括金属棉筛管、新型套管扶正器及其它9种完井工具 6.铰接式钻具 羽状分支水平井的井眼轨迹是空间弯曲线,既有井斜的变化又有方位的变化,通常需要在钻铤或钻杆连接处加装一个具有柔性连接的铰接式接头。这种接头具有万向节的功能,在一定角锥度范围内可以任意方向转动,同时具有密封功能。此外,采用铰接式钻具组合,最大限度降低扭矩、摩阻和弯曲应力。 7.可回收式裸眼封隔器/斜向器
斜向器是分支井钻井的关键技术工具,对分支井的钻井起着至关重要的作用,它在分支点处引导钻头偏离原井眼按预定方向进行分支井眼的钻进。煤层气钻进中的斜向器是可回收式带裸眼封隔器的,它由斜向器和封隔器两部分组成,斜向器的斜面上开有送入和回收的孔眼,用于施工作业中送入和回收斜向器,可膨胀式封隔器用于固定和支撑斜向器。 8.井眼轨道控制 由于煤层可钻性好,钻速快,单层厚度薄(3～6m),井眼轨迹控制难度大。为将井眼轨迹控制在煤层内,可采用“LWD+泥浆动力马达”或地质导向钻井技术。实现连续控制,滑动钻进,提高轨迹控制精度,加快钻进速度。同时要避免井眼轨迹出现较大的曲率波动。钻进中尽量避免大幅度变动下部钻具组合结构、尺寸和钻进参数,并控制机械钻速在一定范围内变化,防止井眼出现小台肩现象。 9.其它工具和装备。例如专用取心工具、无磁钻挺、纺锤形稳定器等多种工具和装备。 二、材料： 钻井液：油基钻井液、水基钻井液、无土相钻井液和气基钻井液。 套管等。 三、工艺流程： 1.煤层气羽状水平井完井方法 分支井作为水平井与定向井的集成与发展，其技术难点不再是钻井工艺技术而是完井技术。同水平井及直井相比，分支井完井要复杂的多，主要是分支井根部的连接密封以及分支井眼能否再次进入的问题。目前，国外分支水平井的完井方法主要有三种：裸眼完井、割缝衬管完井和侧向回接系统完井。裸眼完井较为常见，但易出现井壁坍塌等问题。割缝衬管完井虽然能克服这一缺陷，但安装比较困难。如果水平段的岩性比较硬可用裸眼完井或割缝衬管完井，一般较软岩石可用水平井回接系统完井。实际操作中，可根据具体情况进行设计对于煤层气定向羽状分支水平井的完井方式，工艺较简单。如要采用裸眼完井，直接投产。2.钻出工艺 目前国外主要采用以下四种方法钻出分支井： 1）开窗侧钻