Prudhoe海湾地区的连续油管钻井.pdf

8 国弭钻井技 术 第十 二卷1 9 9 7年 第 2期 的导向工具 下井仪。这些导 向工具是分段的 ， 或与铰接井下马达相似， 是铰接的。这种工具 与分段 电系统一起 下入 ， 这样 ， 在每欠测斜时 就不必将导向工具下井仪起 出井底 ， 在接着进 行旋转钻进前， 将其起出井眼。 在钻 井作业过程中 ， 作分段式改进后导 向 工具 下井含义就可以镁紧在某一固定的位置。 测井 电缆从 下井仪穿过钻柱 目的到弯曲段 上 部某一点 ， 通常在地面以下 1 0 0 0 1 5 0 0英尺 。 在那一点的钻柱上装有一联顶接头。然后 ， 电 缆接在公 电触头上 ， 向上看电触头在联顶接头 中心 。需要测斜时 ， 一个密封的带有运转齿轮 的母 电触头通过电缆从井 口下入与公 电触头 相接 。 这样 电路接通就可以完成测斜了。 该系 统的优点在于能节省时间， 因为每次测斜没有 必要从井底起下工具 ， 仅需将测井电从联顶接 头处作短的起下 。 侧 向钻进作业 在钻头处达到所需要 的最终井斜角时， 就 必须将弯曲段造斜占具组合起 出井眼， 安装具 有不同反应能力的某种侧 向铰接井下马达。 重 要的是要考虑多种因素， 如地层特性 ， 井身设 计 以硬不确定的地质因素， 这些因素会影响井 斜角或方位角改变值的大小。 将侧 向钻具组合 下 入井底后 ， 继续 采用 滑动方式钻进 直到侧 向组合全部“ 埋” 在水平 井段 ， 这时就可以旋转钻柱了。根据靶区的考 虑和钻进状况 ， 通常测距为 5 ～l 0 英尺就足够 了， 而不用 2英尺 铰接井下马达独特的设计使其能在 井眼 内的侧向井段旋转。 重要的是要认识到钻柱的 旋转是相当慢的。在大多数井 中， 不要将轻轻 地“ 滚动工具面” 与仅在滑动钻进的采用的“ 摆 工具面” 混为一谈 。这时通常每 5 ～1 0英尺转 3 ～5转。在半径超过 6 5英尺的井中 ， 每分钟 可以转 5 ～1 5转。 显然 ， 钻柱在短半径井中旋转是一个要着 重考虑 的问题。 目前常用的是 2 一1 0 5或 p --1 1 0钻杆及 P H一6 接头 。 用这种钻柱 已钻 了 5 0多口井 ， 在设计标准内作业时 ， 从未发生 过由于旋转而使钻柱破坏。 下转 第 9页 上接 第 2 0页 3 ． 0 7 2磅／ 英尺、 壁厚 0 ． 1 5 6 英 寸 、 屈服强度 为 8 0 0 0 0 p s i 的 C T来说 ， 一般 可 以测量到 2 ～4英尺 的伸长量。此伸长可能与 它在 C T鹅颈管处的变形有关 ， C T首先发生 弯曲接着被注入器链条拉长。 到目前为止油管 “ 拉长” 机理还役有完全搞清楚 。 结 束 语 对 于 P T u d h o e海湾 地区的过油管侧钻油 井来说 ， 上述设备和钻井实践证 明 C TD是 一 种可靠、 经济的作业方式 1 9 9 5 年， P r u d h o e 海 湾 地区使用 C T D侧钻 与传 统的钻机侧钻相 比， 成本平均降低了 4 o 。 但因最终的生产结 果 不同， C TD和旋转钻机侧钻之间不能直接 进行比较 。 因为要进行油管和完井设备的拆卸 作 业， 旋转钻机侧 钻的可见成本大 ， 而且通常 钻进进尺也较长。 许多使用钻机侧钻 的 目标需 要 在生产封隔器以上进行侧钻才能达到理想 的 井底 位 置 ， 因此 需 要起 出 生 产 油 管 。在 P r u d h oe 海湾地 区使用 C TD的优 越性 ， 在于 节省了起出、 购买和重下生产油管和完井设备 所需的成本 。P r u d h oe 地区具有高强主油管 的 侧钻候选井 ， 以及可以在油管尾端 以下开始侧 钻的 目标油藏 ， 特别适合于 CT D钻进 。 在 P r u d h oe 海湾 地 区， C T D 技术有 希 望 得到继续发展 。 目前 ， 使用 C T D过油管侧钻还 只限于 4 英寸和更大的生产油管 中。但是 ， 在 P r u d h oe 海湾地 区， 许多井使用 3 英寸 的 油管 完成 ， 使用 C T D对这些油井进行过 油管 侧钻 所需的钻井系统和完井技术正在探索之 中。随著 C T D实际应用的不断应用的不断革 新和发展 ， P r u d h o e海湾油 田的活 力将不断增 加 。 译 自 I ADC／ S P E 3 5 1 2 8 维普资讯 1 4 0 国外钻井技术 第十二卷1 9 9 7 年第 2期 砥 田 ， Pr u d h o e海 湾 地 区 的 连 续 油 管 钻 井 D． D Gl e e ma n等 Q 引言 ， 连 续油管 钻井 C o i l e d Tu b i n g Dr i l l i n g ， 简 称 C TD C T D在 P r u d h o e海湾油 田的东部作 业 区 简称 E OA ， 已成为一种常规作业 。在 P r u d h o e海湾 C T D技术发 展的过 程 中， 有许 许 多多的里程碑 ， 其中， 最 主要的成就包括 成 功 地构造了 C TD底部钻具组合 B HA ， 开发 了从水泥槽式定向器上磨铣侧钻的新技术， 发 展了C T D裸眼钻井和完井作业。本文集中讨 论 C T D钻井设备和 P r u d h o e海湾 E 0A地区 的裸眼钻井实践。图 1 是典型的 C TD过油管 侧钻示意 图。 C T D钻井地面设备 C TD标准设备 的安装作业 ， 需要拆除油 井保护外罩和采油树 不包括控制阀 。 然后把 修井机的主拖架对准井 口， 升起井架 。该拖架 提供了一个封闭取暖工作平台， 并给防喷器组 和 Ko o me y装置提供保护罩。泥浆泵系统、 节 流阀及柴油发 电机也安装在主拖架上 。 泥浆罐 系统与主拖架相 邻 ， 配有蒸汽加热器 、 3 0 0 b b 1 储存能力的泥浆罐 ， 泥浆混合和除气设备以及 一 定的固控能力。钻机系统就位后， 连续油管 作业机 C T U 与主拖架毗邻垂直安放。注入 头放置在 钻机 平台防风壁中 ， 位 于井 眼正上 方 。由于包围在钻机取暖区域内， 注入头可 以 避免恶劣天气的影响， 在所有的作业中都能连 续操作 。钻进及起下钻的控制在 C T U 操作室 中进行 ， 井下动力钻具 的组装、 衬管单根的连 接 ． 使用液压大钳在钻机平台上完成 。泥浆泵 和防喷器设备 ， 可以在 C TU操作室中或在修 例红 冯 光 通 高德 利 语 校 井机平台上进行控制。C T U 是一个独立的极 地作业机 ， 带有备用泥浆泵和发电机以防修井 机系统失效 。 为了维护关键钻井液的性能 ， 一个 固相处 理设备与泥浆罐系统联合使用。 此轻便设备安 装完 毕后 ， 只在 裸眼钻进时才 使用 以降低成 本 ， 它包括一个线性振动泥浆筛和一个 用来清 除钻屑的高速离心机 。 防喷器组 由两个双闸板 防喷器和 一个 环 空防喷器组成， 还包括一个传统的 C T油管润 滑器和一个封井头。 较低处的 7 、 5 0 0 0 p s i 双闸 板防喷器 和环空防喷器， 在 B HA联接期间和 下衬管时使用。上部的 5 、 1 0 0 0 0 p s i 双闸板 防喷器带有全封闸板和半封闸板 ， 剪断或卡紧 C T工作管柱。 液压封井头可在 1 0 0 0 0 p s i 额定 压力下使用， 确保安全。 其它的地面设备 ， 包括一个控 制和维护定 向工具的 MWD拖车、 一个司钻和地质师专用 拖车及一个钻井工具修复拖车。 用立式罐来储 存 8 0 0 0桶清洁辅助液和 8 0 0桶旧泥浆 。 连续油管钻柱设计 在 P r u d h o e海湾 地 区 的 C T D侧 钻 项 目 中， 典型的底部钻具组合约 5 0英尺长， 由几个 标准元件组成 。这 些空心 元件 ， 在 大多数 的 C T D底部钻具组合中得到 了应用 图 2 。 1 ． 钻柱元件 下面对组成 C T D B HA 的元件及其各 自 的作 用和 设计 中的考 虑进 行 综述 。大 多数 C T D工 程使 用 3 钻头通过 4 油管 完成 。 B HA 的外径为 3 或者更 小 ， MWD流管处 的 钻铤加厚端最大直径为 3 ． 4 2 ” 。 维普资讯 国外 钻井技术 l 5 图 1 典型的 C TD完井结构 1一 l 3 壤 屡套管 ； 2 9 簸 中间套管 ； 3 4 啪 管{ 4 7 ” 尾管I 5 一气举心轴 6 一生产封隔器I 7 一带不 过端槽的P B R I 8 一磨铣到 3 8 0 ” ； 9 3 ． 8 0 套管出口 1 0 1 7 P P G斟向器纤维水泥塞 】 1 3 簸 锞艉} 1 2 一水泥 和射孔尾管 ； 1 3 一浮箍 { 1 4 一报废射孔眼 ； 1 5一砂岩 1 C T油管 联接器C T油管联接器是 一 个外凹型联接件 通过螺旋丝扣与 C T油管 相联。 之所 以选择凹型联接器是因为它具有极 高的抗扭、 抗超拉、 抗钻进振动能力 。 凹型联接 器的可靠性 已经在现场的几次高振动、 高冲击 应用中得到 了验证 。 2 回压阀为了防止不希望出现的井眼 液流倒流进入 C T钻柱的情况发生 ， 需要使用 一 个复式止回节流阀。这些节流阀安装在 C T 联接器 的正下方。 3 水力摘脱器在节流 阀下方是一个投 球作用水力摘脱 器， 以便一旦在 井眼中发 生 B HA粘卡事故时 ， 放脱 B H A。 4 循环接头循环接头位于水力摘脱器 的下方 ， 投球循环至球座后发挥作用。在其打 开时 ， 液体在 MWD和泥浆马达上方通过侧空 呈放射状分流。循环接头减少了通过 B HA的 压力损失和流速限制 ， 从而允许增大流速。在 套管 固封 的井眼中起钻时 ， 接 头一般是打开 的 较高的流速改善了清岩效果， 因为当打开 接头循环时钻头不旋转 ， 所 以在循环返 出地面 时可以不考虑钻头和生产油管的损坏 。 5 非旋转型接头 由于 B HA 的长度过 大 ， 常常要在井中将工具分成二至三段 。当下 部 B HA进入井眼以后 ， 由防喷器卡瓦夹持定 位 ， 此时管柱不可能再进行旋转， 也不能再进 行传统的丝扣联接。为了进行联接 ， 需要使用 一 个花键 非旋转型接头 。 两个联接滑卡在一起 并通过内花键互锁防止旋转 。 为 了保护 B HA， 在花键段以上接一丝扣钻铤 。 6 定 向工具B H A 的下部 由一个定 向 器旋转或分度 ， 将工具面调整到所需的方 向。 此工具 由通过其内的循环液流驱动。 内腔和环 空间的压差推动一个活塞 ， 活塞使定 向器依次 发生旋转。 定向器的顺时针 定量旋转 由一个离 台器和一个凸轮完成， 一般为 2 o 度。 就现有构 型的定 向器来 说， 可 以产生 5 0 0 f T l b f的扭 矩 。在定向器的底部装有一喷射接头， 用来增 加通过定向器管柱的压降， 提高输出扭矩 。在 这个接头上还有一排放孔， 可以在泥浆到达泥 浆马达前将 1 o 的泥浆提前放入环空 。排放 孔的作用是在定向器以下进行压力平衡 ， 否则 关泵时马达将产生圈闭压力。 由高粘度泥浆在 定 向器管柱中产生的圈闭压 力可防止定 向器 循环转动 。 2 ． MWD系统 现在使用的 MWD是一涡轮驱萄泥浆脉 冲正压力系统。测量信号包括伽马射线、 工具 装置角、 倾 角和方位角， 以二进制码形式进行 多道传输。 脉冲发射器和滑轮系统安装在一园 管中。 位于泥浆马达和园管之间的方向探测器 和 伽 马探 测 器 安装 在 无 磁 蒙 乃 尔钻 铤 内。 MWD信息不停地传递到地面并在 C T U操作 室中的显示屏上显示 。 记录 的井斜角一般位于 钻头以上 1 1 ～l 2英尺 ， 而伽马射线传感器 的 位置约在钻头以上 2 l ～2 4英尺处 此工具已 在高达 3 8度的狗腿中成功应用 。尽管这种工 具的最大恒流速度只为 1 6 0加仑／ 分钟 ， 但 目 前仍需将其改进成最大流速 1 2 0加仑／ 分钟 ， 以适应 C T D作业的要求 。 维普资讯 1 6 国外钻井技术 第十二卷1 9 9 7年第2期 图 2 C T D钻柱下部结构 1 一油管I 2 一油管联接器| 3 一回压阿， 4 一水力摘聪 器； 5 一循环接头； 6 一上部不转接头{ 7 一下部不转接头； 8 一浮箍 9 一定向器； 1 0 一藏流管； 1 】 一柔性短节 ； 1 2 一 G R工具 ； 1 3一 MWD； 1 4一内外密封 ； 1 5一泄压短节 | 1 6 一 泥浆 马达 ； 1 7一钻 头 3 ．泥浆马达 在 P r u d h o e海湾地区的大多数井中使用 的是 1 ． 5 级、 2 英寸正排量泥浆马达， 渡瓣率 为 7 ； 8 。在生产油管尺寸大于 4 英寸时， 有 时也使用尺寸较大的3 英寸泥浆马达。 已经 开发出了一种无磁转子／ 定子组合， 并在 实钻 时得 到了应用。 无磁材料的应用大大地降低了 磁力的影响， 使导向工具可以安装在距钻头两 英尺的范围内。 传统的导向马达为了藏小磁力 的影响， 需要在方 向探测器 以下使用 1 O ～1 5 英尺长的无磁钻铤， 这就使钻头和传感器间的 距离达到了 2 o ～2 5英尺。 利用无磁驱动段 ， 钻 头一传感器间距减小到了 1 1 英尺以内。由于 钻头传感器间距减小 ， 井眼轨迹预测大大改 善 ， 使得定向控制更 为准确 。 4 ． 钻头选型 在 C T D作业中 ， P D C钻头得到了广泛应 用 。设计中采用五翼结构 ， 镶 嵌粒 径 8 mm 的 圆形和平底切削片。 使用平底切削片做保径齿 减少了由于套管造成的钻头损坏 工作切削片 的刃角为钝角 ， 以便减小马达失速和反扭矩 。 在砂岩中的钻速一般为 3 0 ～7 0英尺／ 小时， 在 泥页岩地 区的钻速一般为 1 o ～2 0英尺／ 小时 。 由切削齿的破碎限制的钻头寿命 ， 一般为可钻 进 1 o o o英尺或者为 大约 6 o ～7 0小 时的旋转 时间。 在穿过套管测窗时， 为了避免对 P D C钻 头的切削齿造成损坏要降低泵速和下钻速度。 表 1 不同马达结构 的遗斜率 马达弯角类型 预冽造斜 率 实际造斜率 有数系数 度／ l O O英尺 度 ， 1 0 o英尺 ％ o 5固定的 3 ． 4 o ～1 3 0 o 7 5 可调的 9 ． 3 3 ～U 3 o ～1 2 0 o 7 5 圈定的 9 3 3 ～1 2 3 0 ～1 3 0 1 o 可调的 1 5 ． 3 7 ～1 o 5 5 ～6 0 1 o固定的 1 5 3 1 2 0 1 ． 5 可调的 2 7 2 1 5 ～1 f 5 5 ～6 0 2 ． O 固定的 3 9 2 3 3 ～3 6 8 5 ～9 O 2 ． 2 5 固定的 4 5 1 弱～4 1 8 5 ～9 0 2 ． 2 5 可调 的 4 5 1 2 9 ～3 1 6 5 ～T o 2 ． 2 5固定 的 5 1 1 4 3 ～4 5 8 5 ～9 o 5 ． C T尺寸选择 对 C T油管的受力和造成螺旋 自锁 的原 因已经进行 了大量的研究 ， 并 发表 了许多文 章 。当钻头上的压载增加时 ， C T油管发生几 何变形， 然后开始屈曲。一开始， C T发生的是 两维正弦屈 曲。当压载超过 临界值 后， C T 将变形成为螺旋形 。 增加地面的下放载荷将会 减小螺旋的节距 ， 并使 C T和井壁之间的正压 力增大 。 此正压力和井壁摩擦力形成了一个净 力阻止 C T进入井眼。 甚至有时此力足以阻止 C T的进一步前进 ， 这种情况 称为螺旋 自锁。 在某点发生螺旋 自锁是 由多个因素共 同作用 造成的 。 U u 1 j 维普资讯 国外 钻井技 术 在油井设计过程中就应建立螺旋屈 曲模 型 ， 预测屈 曲发生前的最大钻压 ， 并绘制 出钻 压与井深曲线。 对于有些特殊 的定向设计井来 说， 可以预测其最大水平延伸距离 。这些预测 结果用 来在钻井作业开始前指导 C T油管尺 寸选择 。 图 3是 P r u d h o e 海湾 地区一 口具有代表 性 的油井的钻压与井探 囝。 钻压在油井进人水 平段 以后迅速减小 ， 这可以通过 图中斜率的增 加得到证明。在 P r u d h o e 海湾 E OA地 区大多 数油井钻进中使用 2 英寸 C T油管， 这是由于 在侧钻 以后的 2 英寸衬管完井作业中， 这种 油管具有较高操作时效 ，然而， 在那些使用较 小 C T不能获得钻进至设计水平段所需钻 压 的情况下 ， 需要使用 2 英寸的 C T油管 。 图 3 钻压与井深关系 曲线 技术参 数 3 ” 摄跟 j 2 瑚 管； o _ l 5 6 ” 壁 8 O k s [ 屈 服 值 ； E3 2 1 0 p s i t 钻 井 液密 度 8 0 8 p p g l 油管抗压强度 3 5 0 0 p s i l 槛驰 系数 0 ． 2 B ； 6 ．专用 B H A结构 按 照各种工作 的专 门需要 ， B HA可以分 为 套管或村管开 窗用 B HA、 增斜段 用 B HA 和 水平 段 用 B HA。 1 套管或衬管开窗用 B HA在套 管或 衬管上磨铣 开窗前 ， 先 由 C T油管 下入一 1 7 加仑／ 升的纤维水泥造斜塞 。从水泥顶部开始 至要进行套管开窗 的点钻一领眼。除了中空 B HA元件以外， 使用钻铤 以增加可利 用的钻 压及工具面的稳定性 。 在浮动接头和非旋转型 接头之 间接有 4 ～6节直径 3 英寸的钻铤。 在钻领眼的过程中使用 1 。 弯 角的弯外壳泥浆 马达和抛物线状 的金刚石速磨钻头。 套管开窗通常使用 3 弯外壳泥浆马达完 成 ， 在马达上方装 1 ． 5 。 弯接头 。在磨铣穿过套 管或衬管壁时使用的是一个短刃 凹面金刚石 速磨钻头 。 因为在磨铣领眼和开窗时不需要地 磁数据 ， 为了节约费用使用传统的导 向泥浆马 达 2 增斜段 B HA在水平段前 需要钻 一 增斜段。随着井斜角的增加钻铤逐渐 不起作 用 ， 所以不再使用 。 造斜渲用无磁马达和 P D C 钻头进行 。泥浆马达的外壳弯角从 1 。 至 2 ． 7 5 。 不等 ， 视整个增斜及方位扭转率而定。不使用 MWD稳定器 ， 而且为了减少钻压传递问题 ， 泥浆马达 的抗磨垫块限制在 1 ／ 8英寸 以内， 3 水平段 B HA水平段中与增斜所用 的B HA结构完全相同，为了维持水平轨迹并 能小范 围定向校正 ， 使 用弯度为 0 ． 6 ～1 ． 0 o 的 弯外壳泥浆马达 泥浆马达的最小弯角应满足 克服直线组合的自然降斜驱势的要求 7 ． 造 斜率 总的造斜率是泥浆马达外壳弯度、 马达抗 磨垫块或者造斜垫块尺寸 、 马达和钻头直径以 及从钻头到垫块之间的壳体长度的函数。 造斜 率可以通过这些参数进行预测 。 其它因素也影响马达的造斜率 。 小直径弯 外壳泥浆马达在承受钻进载荷时将发生挠曲， 挠 曲的大小是钻压、 壳体材料、 弯外壳类型以 及井眼尺寸的函数。 诸如马达承载能力、 岩I生、 钻头的类型和磨损等因素也程度 不同地影响 到造斜率预测特性 。 从来没有对每个 因素的单 独影响进行估计 ， 经验告诉人们可以使用一个 系数对预测结果与实际造斜率之 间进行匹配 校正。 实际造斜率一般是使用现行计算方法所 得的预测结果的 9 0 上下。表 1中对预计造 维普资讯 l 8 国外钻井技术 第十二卷1 9 9 7年第 2期 斜率和马达实际造斜率进行 了比较 这些数据 由使用 2 英寸泥浆马达钻 出的 3 英寸裸眼 井 中获得。 表中数据涉及 2 0口井 ， 反映了预测 的一般特性 。因为每 口井的造斜率互不相同， 所 以这 些数 据一 般用 来 指导 马达 选 型。在 P r u d h o e 海湾地 区已经证明， 使用可调 弯外壳 马达的效率低 于比较固定的弯外壳马达。 利用在使用这些马达中所获得的经验 ， 对 外壳角度进行 了改进 ， 并使泥浆马达的几何尺 寸更为精确。指定使用的外壳弯度精确到了 0 6 2 5 。 对泥浆马达承载能力的进一步改进使 小弯度泥浆马达的造斜变化率得到 了降低 。 钻井 液和磨 铣液 系统 对 于 C T钻井 ， 降低泵 压、 减小摩擦力和 保证足够的携岩能力至为重要 在 C TD完井 和钻进作业 中， 使用完井级生物聚合物泥浆 ， 这种泥浆表现出良好的流变特性和经济性 。 1 开窗洗井液 在套管开窗作业 中使用丁一种 We l o n完 井级生物聚合物， 这种聚合物有助于清岩和降 低循环泵压 。 钻出套管的过程一般需要首先在 水泥中钻进 2 o ～3 0英尺 ， 然后磨铣出 5 ～8英 尺长的套管侧窗． 井在地层中钻进 5 英尺。在 钻进领 眼的过程中， 即使在泥浆体系中侵入少 许 水 泥． We l o n完井级生 物聚合物 也不受 影 响 。 磨铣过程中产生的岩屑和金属碎末的尺寸 和体积都非常小， 迅速由聚合物带走。进入磨 铣 液的金属屑会对地面和井下设备 ， 特别是泥 将马达的定子和径 向轴承组台造成损害。 为了 有助于清除在磨铣作业中产生的金属屑， 返回 的泥浆要通过一系列泥浆槽磁铁和一个线性 振动泥浆筛 稳定流体及其产生的稳定压力基线， 对于 控制井下马达的工作 ， 决定开窗作业的进程非 常关键。开窗过程一般需要 1 2 ～1 5小时 。在 磨铣过程 中 We l o n聚合物 非常稳定 。出于先 前完井尺寸和钻具组合几何尺寸方面的原因 ， 非常难以决定钻压的传递 。 为了确定马达的工 作输出必须严格控制泵压。 泵压的变化可能意 味着钻压的改变 。 在 Ka 浓度 2 的基液中， 按照每桶 l ～2 磅的 比例加入干聚合物 ， 可以获得如下的典型 泥浆性能 { 1 0 P V、 4 0 YP 、 4 0 0 0 L S R V。 当加入 聚合物后 ， 泵压一开始的降幅高达 3 0 。由此 造成 的泵速提高改善 了磨 铣作业 中的井下泥 浆马达的工作特性和井眼清洁状况 。 2 泥浆体系 在裸 眼钻井段使用 的是无 固相高级黄原 生物聚合物泥浆。这种体系在 C T D作业中的 应用 已大大增加了可钻水平段长度， 改善了井 底清洁状况和地层稳定性。 即使 C T钻桂不能 旋转 ， 由于泥浆的低剪切速率粘滞特性得到 丁 改善 ， 能够有效地水平携岩 。 更重要的是 ， 在将 固相 含量严格控制在 1 或 1 以下后 ， 减少 丁固相泥饼的形成 ， 降低 丁粘 附卡钻的趋势 泥浆滤失量 由进入地层 的粘性滤液 而不是井 壁上的泥饼进行控制 。 滤液在井壁维持一个 压 差 ， 此过平衡压差在 静止条 件下为 5 0 0 p s i ， 在 循环过程中一般为 1 0 0 0 p s i 。 表 2 优质黄 原生 物聚 合物液体性能 黄原生物 聚台物 试样{ II 』 试值 密度， p p g 8 9 塑性粘度 ， c P 1 0 0 屈 眼点， l b l l 0 0 [ t 4 ． 0 A P I 漏失 ， C C 5 6 固体 古量 0 6 砂含量， n 0 氯化物含量， p p n l 低 剪切章枯度 ， c P 6 0 0 0 0 在许多情况下 ， 即使是在水平段和大斜度 井段 ， 在长达两周的时间内钻遇的砂岩和页岩 层序也一直保持稳定 。由于油藏压力衰竭， 钻 井液 的密度尽可能维持得很低， 一般 为 8 9 ～ 9 0磅／ 加仑 。 但是 由于泥浆密度 减小 ， 静液压 力降低， 造成了一些页岩稳定性问题 。与页岩 稳定性相关 的井眼问题曾导致过井漏和 B HA 仪器脱落事故的发生。在上述情况下 ． 不稳定 性通过将泥浆密度迅速加重至 1 0 ． 0磅／ J m仑 维普资讯 国外钻井技术 进行控制 。在加重过程中不使用 固相 ， 以免使 塑性粘度提高和产生过厚 的泥饼。加入 KC I 和 Na C 1 以获得所要求的泥浆密度 钻进过程中返 回的全部泥浆， 通过两个线 性振动泥浆筛和一个高速离心分 离器进行连 续处理。即使经过如此严格地清岩处理 ， 泥浆 中 的 钻屑仍 可能 不断 增加 。固相含 量超过 1 ． 0 后经常会造成水平段中的粘附卡钻 。在 开始钻进水平段 的时候一般会 引入一种新型 黄原生物泥浆体系， 不再使用在增斜段中使用 的泥浆 。在水平段完成以后 ， 储存起用过的泥 浆在 下一 13井的造斜段 中使用 ， 可以节约成 本 。 在套管开窗时之所以不使用黄原生物泥浆 体系是 因为怀疑它易受水泥污染 为了改善钻压的传递， 与黄原生物聚合物 泥浆同时使用一种醇基润滑剂 。加入 1 ． 5 的 润滑剂可消除 9 ％ 套管中侧窗上方造成螺旋 屈曲的摩擦力。 润滑剂显著降低了金属与金属 之间的摩擦 ， 改善了钻压的传递。在这种情况 下钻进速度增加了四倍 。 与传 统泥浆体 系相 比， 黄原泥浆体 系与 We l o n泥浆体系一样可以减小循环压力 ， 从而 延长了 C T油管的缠绕寿命 ， 并改善了泥浆马 达的水力特性和井底清洁状况。 但是随着钻井 的进行 、 循环时间的增长 ， 泵压不断增加。 据信 循环 压力升高是因为聚合物剪切降解和 固相 含量升高两方面原因造成 的。 这种体系的配方是在淡水 中混入黄原生 物聚合物 ， 然后加入 N a C 1 和 K C 1 。 泥浆性能如 表 2所示 。 C T油管钻进技术 因为 C T钻柱不旋转， 所以在钻进过程中 不具有因管柱旋转 带来的在井眼清洁和钻压 传递方面的有利因素 但是在套管井和裸眼井 中， 有效的井眼清洁和钻压传递技术都业已形 成。 许多在早期油井中出现的钻进机制和井眼 清洁 问题 ， 已经使用低 固相聚合物泥浆得到了 减轻或者消除。 随着经验的不断丰富和新型或 改进的井下工具的不断出现 ， C T D技术将不 断发展。 1 井眼清洁和钻压传递 要想使用 C T 油管或旋 转钻进 获得足够 的钻速 ， 就需要在钻头上传递 足够的钻压。传 统上旋转钻进主要依靠 的是 B HA的重量 。使 用旋转钻钻进水平段时， 为 了将钻柱的下端有 效地推入水平段 ， 经常需要在增斜段钻柱的上 方接一段大重量钻杆 和 或 钻铤 来给钻头 传 递钻压 。通过减小或消除有效 井壁接触摩擦 力， 钻柱的旋转改善了钻压的传递 。 C TD中的 钻压传递主要是通过作用在水平段 中的弹性 C T钻柱上的推力完成 。与传统钻杆相比 C T 的刚度小 ， 当其不断受压时会 出现屈曲， 最终 会发生 自镄。具有残余弯曲的小尺寸薄壁 C T 更易发生螺旋 自锁 。经验表 明， 即使在井眼规 则的情况 下经 常也 只有很小部分 的钻柱重量 传递到钻头上。 岩屑床减小了传递的钻压 ， 并可能导致压 差卡钻 为了清除斜井段和水平井段 中 C T油 管周 围积聚 的岩屑， 要经常进行 短距 离起 下 钻 每钻进 5 0 ～1 0 0英尺以后都要进行一次起 至造斜段始点或套管侧窗的短距 离起 下钻 借 助于钻头 的机械搅挥和喷嘴的冲射作用 以及 短起下过程中泥浆的不断循环 ， 使岩屑床的积 聚问题得到减轻 。在起钻过程中， 起钻速度为 1 5 ～2 o英 尺／ d , 时， 以便彻底 搅动 和清 除岩 屑 。 在下钻过程 中， 速 度一般为 4 0 ～5 0英尺以 防侧钻的发生。 因为使用改善型低剪切速率聚 合物泥浆完全可 清除岩屑 ， 所以不使用泥浆 增粘剂。在松软 的砂岩层 ， ． 为了防止快速生成 岩屑床 、 彻底清 除井 中岩屑， 钻速 一般 限制在 7 5 英尺／ 小时。 经验表 明， 钻井液会影 响钻压 的传递 ， 特 别是在水平井段钻进时 。为了降低成本 ， 每一 次钻进增斜段时使用的都是 上一 12 1 井 中水平 段 中使用的泥浆。但是 ， 随着水平段的延伸钻 井液变成 了“ 废液” ， 传递 到钻头上 的钻压减 小 。 在泥浆“ 废液” 中正常的钻速下也会发生粘 附卡钻。一旦发生粘 附 ， 试图增加钻压的进一 步尝试可能会引起 C T油管的螺旋屈 曲， 并导 维普资讯 国外钻井技求 第十 二卷1 9 9 7年第 2期 致出现第二个粘附机制螺旋楔入。 在裸眼 井中一般使用废弃原油处理因压差粘附和螺 旋楔入造成的卡钻 。 钻柱一般在显著降低静液 压力所需的足量原油泵入之前就 已解卡。 钻柱 在静液压力没有显著降低的情况下解卡的事 实表明， 原油可以明显地增加润滑并 或 能破 坏钻屑形成的泥饼 。 由于钻压的传递 问题越发 显著 ， 需要在井中替入新泥浆 。清洁的无 固相 泥浆减小了压差卡钻 ， 使钻进重新进行 。 2 ．定向技术 定向钻进工具的工具面使用一个分度水 力驱动定向器进行变位 。通过降低和恢复 C T 油管压力， 定向器开始运转 。每一个循环可以 完成预置的 2 o度工具面角改变量。小角度改 变工具面经常通过减小或增加钻压进行 ， 钻压 改变导致马达反扭矩改变 ， 从而引起工具面的 改变 为丁尽量减小狗腿发生， 方向的改变在 可行条件下以 2 0 4 0 。 的增量进行。如果发现 狗腿或缩径井段 ， 就要在这些事故 井段使用倒 划眼扩大井径。 划眼进行三次 ， 速度一般为 6 0 ～ 1 2 o英尺／ h , 时 ， 每次之 间工具面做 1 2 0度 的改变 。在下钻划 眼过程中避免低速 ， 以减小 发生侧钻的可能 ， 使用传 统钻机进行 的定向钻进 ， 通 常在 “ 旋转” 和“ 滑动 的联合作用下完成。 旋转作用 产生 的是直 井眼， 而滑动作用将 产生一个转 变。 利用这种机理 ， 可 以通过既钻进弯曲段 或 称增斜段 又钻进直井段 或称切线井段 ， 对 专门的弯泥浆马达 B HA 的扭转率进行控制。 这 种措 动和旋转的联合作 用在给定井段 内产 生一个平均方向改变 。 当使用 C T进行钻进时 因为钻 柱不旋转 ， 所以方向的改变 只能通过措 动来完成。 增斜段钻进中泥浆马达弯度的选择 非常重要 。如果钻进增斜率 比目标增斜率大 ， 可 使用 一系列连 续的“ S ” 形转弯来减小有 效增斜率 。 如果通过这种增斜控制措拖所得的 狗腿足 以引起钻压传递 出现问题 ， 那么就起出 泥浆马达进行更换 。在水平段中 ， 泥浆马达弯 度选择 的重 要性 相对较小 ， 一般使 用小角度 0 ． 6 ～1 ． 0 。 弯外壳泥浆马达进行水平段所需 ／ 的较小方向校正 。 使用小角度弯外壳泥浆马达 扭方位时产生的狗腿极 小， 一般不会导致钻压 传递问题 的发生 。 在 P r u d h c e海湾地区多数 C TD井增斜段 较短而水平段较长 。在大斜度井和水平井 中， 安装在 C T钻桂底 部的钻铤 的重力作用得不 到体 现 ， 因此 在 P r u d h o e海 湾地 区 的大多 数 C TD裸 眼钻进 作业中， 钻铤的应 用无 忧越性 可言 。 但是 ， 在磨铣套管开窗的作业中， 为 了增 加传递到钻头上的钻压和工具面 的稳定性， 钻 铤也在底部钻具组合 中使用 ． 因为在那儿初始 井斜角 一般小于 6 o度 。在 3 ． 7 5英寸的并眼 中 ， 公称直径为 3 ． 0英寸的 B HA组合上若有 0 ． 2 ～0 ． 4英寸的加厚端 ， 经常会挂卡在 页岩 夹层或由于工具面改变造成的小狗腿上。 为了 解除这些挂卡 ， 需要倒划 眼或消除加厚端 3 ． 深度控制 精确的课 度控制在大增斜 率定向计算 中 非常重要 ， 并且是决定开窗作业是否能够成功 的关键 。因此需要使用井下 G R连接 。C T深 度的控制措施如下 首先对 已知深度处 的生产 油管元件进行精确定位 ， 然后 在地面 的 C T管 柱上标记所需的 B HA深度 。通 过这种方法 ， 可以将接下来的 C T起下钻过程中的 B HA深 度校 正为与地面机械深 度记录设 无关 的标志 深度 。 为丁进行精确的深度控制 ， 在 C TD作业 中应用 MWD实时伽马射线数据 ， 这些数据在 井中的每次起下钻过程中测取。 钻头的深度 对 应着一个测井基线， 然后在地面的 C T管上进 行标记。 使用伽马射线铡井可 以证实管柱存在“ 拉 长” 现象 C T的伸长量根据标记 在管体上的 标 志的位移决定 。对于起下行程为 1 0 0 0 0英 尺、 直径两英寸、 单位重量 下转第 8万 维普资讯