油田钻井防斜打直技术特点及应用
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探讨钻井防斜打直技术特点与应用策略摘要:油田钻井工作中,一旦产生井斜情况会极大地危害油田钻井的正常运转和能源开采等工作。
本文详细分析钻井防斜打直技术概论,结合钻井防斜打直技术特点,进一步总结出钻井防斜打直技术应用策略。
关键词:钻井防斜打直技术;技术特点;被动防斜打直技术;组合模式油田勘探开发过程中,如何保证能源勘探工作的正常开展,始终是油田技术人员探讨的重要课题和研究内容,石油钻井工作开展过程中,如果井斜控制工作不当,必然会对后续能源开发造成不良影响,严重甚至导致钻井安全事故,所以需要根据井下施工现状,引进防斜打直技术,从根本上保证作业安全系数。
一、钻井防斜打直技术概论在社会经济水平以及技术手段不断发展与进步的今天,油田开采得到了技术优化,对于石油钻探的基础需求也随着社会的发展与进步大幅度增加,同时在油田钻探过程中,传统技术所展现的弊端导致开采困难程度提升,为此全新能源开采现状导致钻井技术和速度成为了保证油田才开经济收益的重要形式之一。
由于在特殊地质情况油田能源开采过程中,单纯使用传统开采技术存在着一定技术难度,对于油田能源开采的速度提升也具有不利影响,所以控制井斜时,我国目前主要利用塔式钻头以及结构稳定的防斜钻头等。
但是以上两种设备自身存在的降斜能力对于结构复杂,且高陡构造较高的地质无法保证安全且高效开采。
为了让以上问题得到有效解决,我国首先对主动式井口导向钻孔设备进行技术研究和优化处理,使直井防斜问题能够得到良好解决,但是该技术在实践操作和应用仍然处于初级阶段,此种现状要求技术人员对防斜打直技术进行详细分析和深入讨论,并且可以在相关技术应用空间以及方向的基础条件上,让油田能源开发和使用效率最大幅度提升,展现出该能源开展技术应有价值。
二、钻井防斜打直技术特点(一)被动防斜打直技术该技术使用时,其硬件设备主要包含:钟摆设备、偏重设备以及钻孔设备,以此满足设备能够利用组合模式承担自身运转压力以及形变的迫切需求,达到无需利用外界影响因素就可以实现防斜打直技术应用效果,然而由于该技术需要硬件设备较多,其内部结构复杂,一旦应用在地质条件多变的地区,防斜打直效果较弱。
一、前言直井钻井防斜,是现场经常碰到的难题之一。
在钻直井时,如果井斜过大,会使井眼偏离地下设计目标,打乱油气田开发的布局。
对于勘探工作来说,井斜大了,会使井深发生误差,使所得的地质资料不真实,甚至偏离勘探目标。
井打斜了,也给钻井工程本身增加了困难,甚至造成严重的井下故障。
在斜井内,钻柱易靠在井壁一侧,旋转时发生严重摩擦,在井斜突变井段钻柱发生弯曲,易使钻柱和套管磨损,钻柱折断,套管脱落,也可能造成井壁坍塌及键槽卡钻等故障,有时甚至被迫填井侧钻。
井斜超标,也会影响固井质量,首先是造成下套管困难,同时套管下入后不易居中,这往往是造成固井窜槽、管外冒油冒气的原因之一。
因此,直井防斜打快问题一直是油公司和钻井工作者十分关心的一个重要技术问题。
防斜技术自上世纪五十年代鲁宾斯基发表论述至今,经过数代人几十年的发展,已经有了长足的进步,早期只有光钻挺、塔式组合;钻柱稳定器产生后又形成了钟摆、满眼等钻具结构,在此基础上,发展了柔性、偏轴等特殊防斜钻具组合。
随着定向技术的发展,以螺杆和随钻为主的导向钻井技术应用于防斜纠斜,在很大程度上避免了填井侧撞;近年来,自动垂直钻井技术得到了较好应用,但由于其技术含量、使用成本高,限制了使用的范围。
易斜地区大多仍然采取常规防斜纠斜技术。
在我国东部多个油田推广应用了自然造斜钻井技术,使易斜地区钻井速度得到了较大提高。
二、川东北典型地层简述与钻井技术川东北钻遇的中上部地层普遍存在着地层倾角大(30°~60°),局部小褶皱多,自然造斜率较强(自然造斜率大于1°/100m)等特点,井身质量难以控制,尤其是井斜控制难度大。
同时,地层古老、岩石坚硬、研磨性强、岩性多变、地层可钻性低(可钻性级值5~8),机械钻速普遍较低,导致钻井生产效率低下。
川东北防斜打快是井身质量控制的难点,而陆相地层是防斜打快的重点。
如沙溪庙地层倾角大,须家河组研磨性强,又处于大井眼井段,防斜打快矛盾比较突出。
防斜打直钻井技术
在高陡构造、大倾角地层防斜打直,是国际钻井技术的前沿课题。
日前,中国石化胜利油田钻井院研发、具有自主知识产权的捷联式自动垂直钻井系统在贵州安顺1井现场应用获得成功,展现了我国在这一技术领域的实力。
2009年,胜利钻井院捷联式自动垂直钻井技术工程样机研制成功立项国家“863”课题。
目前,胜利油田钻井院已研制开发出16套自动垂直钻井井下工具系统样机,开展10余口井的现场试验。
该系统曾在胜利坨181井、宣页1井和高庙4井等进行过现场试验,安顺1井是应用该系统一次成功的工程化应用井。
安顺1井是中国石化在黔南坳陷部署的一口探井,设计垂深5600米。
该井所钻遇地层易斜、研磨性强,防井斜对于确保钻井质量至关重要。
在应用捷联式自动垂直钻井系统之前,井队采用常规打法钻进,井斜呈增长趋势,在井深2436米处井斜上升到6.25度。
为控制井斜,勘探南方分公司决定应用该系统。
垂钻工具自井深2436米下入,2518.37米起出,数据显示垂钻工作井段井斜呈下降趋势,在井深2492.58米处降为2.62度。
为进一步增强纠斜效果,钻井人员在井深2518.37米处,再次下入垂钻工具,井斜由2508.55米井斜2.5度,下降到2595.59米的0.24度。
与没有使用垂钻工具相比,井斜从最
初的6.25度降至0.24度,达到实现纠斜目的。
直井防斜技术一、直井防斜的意义优质、快速、低成本是对钻井工作提出的基本要求,所谓优质是指井身质量、取心质量和固井质量而言,衡量井身质量的最主要标准就是井斜问题。
除了定向井、水平井之外,只要是直井,就希望把井打得笔直,但在实际工作中,这是不可能的,因为影响井斜的因素很多,且十分复杂,目前虽有解决的办法,但成本相当昂贵,难以推广应用。
开发一个油田,要制定开发方案,在地面上按一定的规则布置井位,希望地面与井下能符合一致,但如井身质量不能控制,其结果将超乎人们的预想,达不到合理开发的目的。
如图 1-1 所示。
在小而复杂的断块油田,井斜与方位的偏差,可能导致钻探的完全失败。
所以地质家往往对钻井提出一些近乎苛刻的要求,三、四千米的井,井底位移不准超过 20m 或 30m,这在过去是很难想象的,但现在要求你必须做到,否则你在市场上就站不住脚。
井钻斜了,给钻井工作本身也增加不少困难,甚至造成严重事故。
在斜井内,钻柱易靠井壁,产生磨阻;在弯曲井段,钻柱易产生弯曲,发生疲劳折断;在井斜突变处,易产生键槽,发生卡钻;井斜大了,下套管困难,且不能居中,固井质量,不能保证;更有甚者,井斜超过合同要求,达不到钻井目的,被迫填井重钻,既报废了部分井眼,又拖延了施工时间,造成的直接经济损失是非常大的。
斜井也会给以后的采油作业带来麻烦,如井口偏磨,起下封隔器困难等。
因此,井斜问题就成为目前需要研究并予以解决的热点问题。
图1-1 井斜对开发方案的影响二、产生井斜的原因一.地质因素:1.地层倾角的影响:石油钻井多在沉积岩中进行,沉积岩呈层状结构,开始沉积时是水平状态,以后经过地壳运动,发生了倾斜,最大的倾斜角可能达70~80°。
又由于各个时期的沉积环境不同,物料来源不同,压实程度不同,充填性质不同,油气水的饱和度和压力系数不同,就构成了千差万别的地层特性,有的地层硬,有的地层软,这就为钻直井带来了一系列的困难。
在诸多因素中,起主要作用的是地层倾角。
油田钻井防斜打直技术特点及应用
发表时间:2020-03-18T06:50:55.323Z 来源:《建设者》2019年22期作者:郭志桥[导读] 从防斜打直技术的被动性,防斜打直技术的主动性等方面进行深入探讨。
大港油田第三采油厂河北沧州 061035摘要:本文以油田钻井防斜打直技术特点及科学应用为重点进行阐述,结合油田钻井过程中井斜的原因,油田钻井防斜打直技术的相关特性,防斜打直技术在油田钻进工作现场的应用为依据。
从防斜打直技术的被动性,防斜打直技术的主动性等方面进行深入探讨。
关键词:油田钻井;防斜打直技术;科学应用
1油田钻井过程中井斜的原因 1.1地面原因
在油田钻井处理的时候,其地面原因主要是指下部钻具组合和钻井参数等对井斜的具体影响和作用,通常情况下,下部钻柱组合本身会由于钻压的影响而出现弯曲的情况,其中也容易造成下部钻柱组合变形,在这一情况下就会比较容易造成钻井的钻头出现和原来井眼轴线相偏离的情况,而钻头的位置由于钻压的影响,也会比较容易出现横向方向上的偏斜力的影响,而钻头在这一压力的影响下,就会出现经验偏斜的情况。
1.2地下原因
地下原因与地址因素之间有着必要的联系,开展油田钻井工作时,因为钻井处理项目的地质差异性,对井钻效果也具有一定差异性。
此项工作在进行的过程中,一旦对深厚地层做出相应的处理,就会因为其软硬融合、地层斜角、更大断层的现象,导致钻头在钻进过程中,因为不和谐的钻进情况,甚至会出现钻压与原始井眼轴线无法达到一致的情形。
并且在接近钻头位置的出现导向钻无法发挥作用的现象也是比较常见的,而且这一现象的出现会影响后续油田钻井井眼出现偏离的情况,因此相关工作人员必须加强对此种局面的重视。
2油田钻井防斜打直技术特点 2.1被动防斜打直技术
包括钟摆钻具、刚性满眼钻具、偏重 ( 心 ) 钻具等组合。
特点是利用钻具组合 (BHA) 自身的受力和变形特性,不借助其它外部因素 (如井下测量和控制系统等) 防斜,因而也称为 BHA 防斜打直技术。
①钟摆钻具组合。
包括塔式钻具、普通钟摆钻具、柔性钟摆钻具等。
在众多防斜、纠斜打直技术中,它可以适合各种地层倾角的地层。
钟摆钻具主要用于纠斜,其纠斜原理是利用BHA 自重产生的“钟摆力”,使钻头处产生与井斜方向相反的侧向切削作用。
缺点是无法避免钻头倾角的增斜因素,同时为提高纠斜效果,只能尽量降低钻压,影响了钻井速度和钻井效益。
②刚性满眼组合。
包括满眼钻具、方钻铤、椭圆钻铤等。
满眼打直技术是国内外被动防斜打直技术中使用较多的一项打直技术,其出发点是通过提高底部钻具组合的刚性、减少钻具与井眼的间隙,提高底部钻具组合的抗弯曲能力,来有效减少由于钻具组合弯曲造成的井斜。
这种方法可以使用较大钻压,缺点是只适合地层倾角较小的地层。
没有纠斜能力,井斜后不能用来纠斜。
③动力学防斜方法。
鉴于解放钻压和防斜打快目的,提出了偏心防斜打直技术和大钻压防斜打直技术,并在某些地区取得了成功。
这两种方法的最大特点是突破了对底部钻具组合变形的限制,并利用底部钻具组合的变形和在井眼中的动力学行为来达到平衡地层造斜力的目的。
实现了解放钻压的目的,使钻井速度得到了提高。
但由于在现场较难对钻具组合的动力学行为进行仿真研究,在现场推广中效果受到了影响。
④偏心钻铤钻具组合。
偏重钻具是在普通钻铤的一侧钻一排孔眼,造成一边轻一边重,旋转时产生离心力,钻具每转动一周就有一次离心力和钟摆力的重合,这种合力对井眼井壁产生冲击削力,从而抑制井斜的产生。
⑤ FG 型防斜工具。
钟摆钻具、满眼钻具、偏心钻具等防斜钻具组合在特定的条件下起到了一定的防斜作用,但其防斜效果受钻井操作参数的影响较大,有时不得不降低钻进速度以求得到较小的井斜率。
为了解决上述问题,胜利等设计了FG 新型复合式高效防斜工具。
FG 型防斜工具能够在任何钻压下正常钻进,同时具有良好的防斜能力。
由于其外筒是不受压的圆筒,不存在受压失稳的问题。
同时,由于其具有较大的刚度和特殊的结构,所以钻压引起的弯曲变形很小,钻头旋转一周的侧向力平均值与钻压大小基本无关。
FG 型防斜工具是基于钻头公转防
斜原理设计的,而这种公转运动是靠其自身结构实现的,与离心力无关,能够以任何转速正常钻进。
使用FG 型防斜工具,可以通过调整钻压及弹簧刚度设定钻柱传给钻头的最大扭矩,避免钻头牙齿承受超过其负荷能力的扭矩,可有效地保护钻头并延长其工作寿命。
2.2主动防斜打直技术
通过在油田钻井工作开展中应用主打防斜打直技术,主要包括VDS(垂直钻井系统)、SDD(直井钻井系统),这两种系统在运用中均具备了井下测量仪器设备,以及自动化控制系统。
通过在钻井工作运用中,可以自动化的实现对直井井斜的测量及控制连续性,表示防斜打直的关键水平。
主动防斜打直技术在运用中,其出发点就是能够实现自动化控制或者人为控制,实现对钻井井眼的轨迹控制。
此种技术可以行之有效的解决高陡的构造地区,直井打直问题加以解决,但是同样存在一定的不足之处,就是其工具本身具备了较高的成本,影响了此种技术的普及推广。
3防斜打直技术在油田钻进工作现场的应用
根据相关实践数据显示,相关工作人员可以总结出,有些钻头小钟摆钻具经常出现在井斜之后,也就是说无法正确调整井斜,相反强化钻具结构。
但是将此技术应用在井斜地区的钻井工作开展过程中,要想取得良好的效果,必选合理的运用被动防斜打直技术。
如果必须用到柔性较大的钟摆钻具,就要调整其钻压的防斜钻进,保证设备之间因为与井壁接触的稳定性,因此在这种情况中应用大钻压打直井段才是主要方式。
相关工作人员在选用钻头时,可以利用拥有外切削能力与自我保护能了钻头,要想完成钻井工作,每个钻进环节完成过程中都应该进行详细的报备与划眼,划眼工作在实施的过程中必须控制一定的速度实现慢划并且根据对测斜仪器的使用进行勘测,从中找出井斜出现超标形式的原因。
在使用刚性大钟摆钻具时,应该按照大钻压标准纠斜钻进,具体操作如下:使用此种设备工具时,首先根据钻压强度调整钻进斜度,如果钻井背景稳定,钟摆断就比较长,但是要想稳定设备之间的刚度,就要防治与井壁之间的接触,所以在应用钻压较大的设备时,必须考虑钻压的打段斜度,还应该考虑在使用钻头时,是否为了防斜打直的现象来采用钟摆钻具工具。
比如牙轮钻头设备与满眼钻具之间可以替换,最终利用使用塔式钻具与钟摆钻具相结合形式降低曲率,同时保证套管基能够发挥作用。
在油田中使用偏轴类组合技术,能够有效的实现大钻压的钻进,这种油田钻井形式存在着很高的仿斜特征。
在相同油田钻井环境下,可以使用该种技术,最大限度的防止打斜现象的发生。
而且,还可以借助 PDC 技术进行开采,也能够在钻井中取得良好的效果。
不过这种石油钻井方式自身存在固定的局限,很多石油钻井中无法使用该种技术,而且整体造价需要相对较高,不能长期使用,并且使用寿命较短。
结语
目前我国大多数油田钻井工作在进行的过程中最常见应用的防斜打直技术就是采用钟摆防斜降斜技术,有效保证钻井工作的开展速度,进而有效应用控制钻具组合变形的应用原理。
很多外国工程在进行的过程中,都应用合理的先进性技术,可以更有效的实现防斜打直技术的应用效率,从而降低了应用成本。
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