小井眼水平井钻井系统.pdf

H 眼 干 对 ， 、 石 油钻井 工程 捌眷 易 l 9 9 5年 g月 一 小 井 眼 水 平 井 钻 井 系 统 孙 志 剐 译 许 树 谦 审 核 石 油 管 理 局 锚 艺 一 室 译 着 筒 舟 l 9 0 B年 毕 业 于 西 南 石 油 学 院 机 械 工 程 幕 ． 工 程 师 ， 现 盟 事 估 井 工 艺 拄 术 研 究 ． p 、 ／ J摘 要 对 现 有 生 产 井 进 行 水 平 井 二 次 完 井 。可 以 增 加 产 量 和 降 低 钻 井 成 本 ． 并 带 来 巨 大 的 经 济 效 益 。 由 S l i mD r i l玛 际 厦 静 有 限 公 司 研 制 的 专 用 水 平 井 鹿 郜 钻 县 总 直 B HA ． 可 以 在 1 1{．3～ 1 7 7．8删套 蕾 中 作 业 并 使 用 普 通 钻 轩 和 常 规 钻 机 ．捌 撰 稿 日 为 止 ， 使 用 这 套 系 统 已 经 成 功 地 完 成 了 { 0 多 次 作 韭 ． 1 ； 1 言 1 9 8 5年 ， S l i mD r i l提 供 工 具 在A u s t i n C h a l k 油 田 套 管 尺 寸 为 1 3 9 ．7mm 的 井 中 钻 出 第 一 口 中 半 径 水 平 井 。 在 Au s t i n C a a l k 有{0 0 0余 口 1 3 9、7 1 T l m 套 管 或 更 小 尺 寸 套 管 的 井 。 在 此 篇 论 丈 所 描 述 的 系 统 应 用 之 前 ， 在 A u s t i n C h a l k还 不 能 在 这 些 直 井 中 进 行 水 平 井 侧 钻 ． 在 A u s t i n C h a l k这 种 小 井 眼 技 术 已 经 显 示 出 了 广 同 的 应 用 前 景 ． 井 带 来 钻 井 业 的 兴 旺 。 由 S l l m Dr i l系 统 所 钻 的 典 型 的 中 半 径 井 如 图 1所 示 。 凄 】 典 型 的 中 半 柱 水 平 井 这 种 小 井 眼 水 平 井 钻 井 系 统 在 模 拟A u s t i n C h a l k油 田 水 锥 和 气 锥 问 题 严 重 的 裂 缝 性 油 藏 显 露 出 广 泛 的 用 途 。 在 许 多 地 区 水 平 井 油 或 气 的 产 量 是 垂 直 井 的 3～ 8倍 。 传 统 的 水 平 井 钻 进 技 术 使 用 高 度 专 业 化 的 、昂 贵 的 底 部 钻 具 总 成 B H AS 。使 用 这 一 专 用 装 备 花 费 在 井 内 的 高 额 费 用 常 常 使 得 水 平 井 二 次 完 井 在 经 济 方 面 不 吸 引 人 。 在 这 种 小 井 眼 系 统 开 发 之 前 ， 水 平 井 技 术 主 要 用 于 钻 新 的 、 大 直 径 的 井 眼 ， 但 是 这 种 装 备 在 A u s t i n C h a l k大 多 数 井 中 不 能 通 过 小 直 径 套 管 ． S H r n DT L系 统 是 现 有 技 术 革 新 的 结 晶 。 油 田 用 的 S l i mD r fl 系 统 是 小 井 径 h mD r l l可 转 向 钻 井 系 统 的 改 进 装 置 ， 后 者 通 常 由 建 筑 行 业 用 于 河 底 和 其 它 障 碍 物 底 下 钻 进 ，以铺 设 管 线 ．由 这 些 小 直 径 系 统 改 进 成 为 Au s t i n C h a l k和 其 它 油 田 垂 直 井 进 行 水 平 井 二 次 完 井 的 ～ 种 可 靠 、低 廉 的 钻 井 系 统 2 钻 井 系 统 的 描 述 、 6 1 维普资讯 第 2卷第 3期 孙春 捌等 t 小井 曩水平井钻 井 采缱 7 9 S l i mD r l l油 田 小 井 疆 水 平 钻 井 系 统 的 简 圈 如 圈 2所 示 ． 该 系 统 详 细 部 件 结 构 见 圈 3～ 6 示 意 圈 ． 圈 2 小 井 t 姑 井 囊 境 圈 3 水 平 佣 切 搠 姑 头 2．1钻 头 该 小 井 鼍 系 统 使 用 了 两 种 类 疆 的 钻 头 ． 带 有 姐 像 径 齿 和 天 热 金 刚 石 的 簧 怙 丑 白体 钻 头 专 仃 用 于 从 垂 直 井 中 造 斜 ． 这 种 簧 怙 钻 头 特 设 计 为 从 水 泥 塞 或 造 斜 嚣 处 造 斜 据 供 坚 同 耐 磨 的 切 削 面 ． H T一 1疆 丑 白 俺 钻 头 既 使 用 天 然 金 斟 石 ， 又 使 用 热 稳 定 聚 晶 金 喇 石 圈 3 ． 该 钻 头 常 用 来 怙 已 经 造 斜 后 的 水 平 井 段 ． 大 量 的 金 喇 石 甩 在 H T一 1钻 头 的 像 径 齿 上 ． 以 据 供 ① 良 好 的 簧 切 削 ． ② 高 机 械 怙 速 ． 在 水 平 井 的 夸 曲 井 段 保 持 长 寿 命 ． 这 些 钻 头 被 特 殊 设 计 以 配 合 使 用 高 转 速 泥 浆 马 达 ．实 际 上 他 们 悄 除 了 早 期 使 用 P DC 钻 头 配 高 转 速 马 达 时 出 现 的 攥 动 同 题 ．1 9 8 5年 ． A u s t i n C h a l k的 井 使 用 常 规 直 井 墨 盒 刚 石 钻 头 。 机 械 怙 速 为 2．1 3～ 3．0 5m／ h． 相 比之 下 ，目前 使 用 特 殊 的 簧 钻 H T一 1 T S D 钻 头 机 械 怙 速 达 到6．0 9 6～ 9．1 4 4m／h． 】 j - 寮f 总鹰 B 】 囊辩总威 ． 维普资讯 石油钻 井工程 的 输 出 功 率 ， 从 而 产 生 高 机 械 钻 速 和 保 持 长 寿 命 。 马 达 的 三 个 部 件 能 提 供 造 斜 增 斜 能 力 在 0～ 2 度 范 盈 变 化 的 弯 外 壳 用 来 改 变 增 斜 率 ．变 位 垫 块 常 安 置 在 马 达 的 低 边 以 增 大 钻 头 上 的 侧 向 力 并 有 助 抵 销 重 力 影 响 。 垫 块 的 厚 度 可 嵌 需 要 而 变 ．背 接 头 0～ 2度 在 需 要 高 增 斜 率 的 情 况 下 被 加 置 于 马 达 之 上 。虽 然 在 通 常 的 水 平 并 中 使 用 的 增 斜 率 为0 ．3 2～ 0．6 6。 ／ T n， 但 它 可 以 达 到 超 过 0．6 6。 ／m 的 设 计 要 求 。 圈5 小井 荜 正 排 量 螺 轩马 达 2．3 钻 柱 S ] i mD t i l水 平 钻 井 系 统 使 用 高 转 速 马 达 4 0 0～ 8 0 0 R P M 。 这 一 高 转 速 非 常 适 合 T S D 钻 头 ．困 为 该 钻 头 在 低 钻 压 下 能 产 生 高 机 械 钻 速 。 低 钻 压 使 马 达 上 瞻 使 用 光 钻 杆 ． 也 可 避 免 使 用 昂 贵 的 抗 压 钻 杆 ． 这 一 点 是 其 主 要 优 点 ， 因 为 高 钻 压 需 要 相 应 的 高 扭 矩 、 低 转 速 马 达 系 统 ． 这 势 必 要 使 用 加 重 钻 杆 或 抗 压 钻 杆 以 防 止 钻 杆 的 弯 曲 失 稳 。 2 ．d定 向 ／循 环 接 头 包 含 有 一 个 方 键 系 统 匿 4 c的 定 向 ／ 循 环 接 头 与 马 达 组 合 成 一 体 - 链 条 的 方 向 与 马 达 弯 曲 的 方 向 一 致 ． 该 键 为 羽 斟 工 具 的 合 理 定 向 提 供 丁 手 段 ． 循 环 头 被 设 计 用 来 在 马 达 之 上 旁 通 导 流 以 避 免 空 转 磨 损 马 达 。 循 环 头 在 钻 进 作 业 时 是 关 闭 的 ． 当 作 业 完 成 时 ， 通 过 钻 柱 投 球 ． 使 其 开 启 工 作 ． 2．5地 面 记 录 陀 螺 地 面 记 景 陀 螺 用 于 造 斜 前 给 工 具 面 定 向 。这 一 有 线 测 量 工 具 掘 够 在 套 管 中 读 出 工 具 面 方 位 角 和 并 斜 角 ． 因 为 它 的 读 数 不 受 磁 场 干 扰 的 影 响 ． 一 旦 造 斜 总 成 定 向 完 成 陀 螺 仪 必 须 在 开 钻 前 提 出 ， 困 为 它 不 能 承 受 马 达 钻 进 时 的 振 动 ． 2．6测 斜 或 MWD 工 具 测 斜 工 具 通 常 被 用 来 随 钻 测 量 小 井 眼 的 弯 曲 及 水 平 并 段 - 这 些 有 线 工 具 能 够 连 续 读 出 工 具 面 方 位 角 和 井 斜 角 。 方 位 角 读 数 是 由 三 个 破 力 计 测 量 的 ， 并 斜 角 舅 J 是 由 三 个 加 速 度 计 测 量 的 ．MwD 工 具 有 时 在 大 于 1 2 7m m 直 径 的 并 眼 中用 来 代 替 有 线 测 斜 工 具 ， 用 于 小 直 径 并 眼 的 小 型 MwD 工 具 正 在 研 铜 中 ． 2 ．7蒙 乃 尔 钻 铤 钻 铤 由 高 强 度 、 无 磁 性 的 黎 乃 尔 合 盒 铜 造 ． 能 够 使 测 斜 工 具 与 位 于 其 之 上 的 锕 钻 杆 的 破 干 扰 相 隔 高 。 2 ．8侧 入 接 头 侧 入 接 头 图 4 D 为 钻 进 中 使 用 有 线 测 量 工 具 提 供 丁 一 种 方 法 。钻 进 中 无 需 铰 接 电 缆 ． 也 无 需 在 钻 柱 上 接 单 根 时 每 次 都 提 出 测 量 工 具 ．电缆 穿 过 侧 入 接 头 与 测 量 工 具 相 联 接 ． 测 量 工 具 则 置 于 钻 柱 内 并 坐 入 定 向 接 头 ， 钻 进 开 始 后 ， 从 惘 入 接 头 到 地 面 - 维普资讯 第 2卷第 3期 孙 意嘲等 t 小 井眼水平 井帖井 系 统 8 】 电 缆 位 于 钻 柱 外 。 在 钻 进 中 ， 单 根 钻 杆 加 接 到 钻 柱 上 无 需 提 出 测 量 工 具 ． 3 操 作 方 法 水 平 钻 井 作 业 通 常 有 三 十 酚 段 造 斜 井 段 ， 增 斜 井 段 和 水 平 井 段 ． 3．1 造 斜 造 斜 中 使 用 的 工 具 和 程 序 如 图 7 所 示 。造 斜 在 作 业 中 最 为 关 键 ．在 这 一 酚 段 由 于 造 斜 的 起 始 方 向 要 被 建 立 ， 所 以 任 何 一 十 错 误 都 将 导 致 严 重 的 问 题 ． 一 旦 造 斜 点 选 定 。 两 种 不 同 的 技 术 可 用 于 造 斜 。优 先 考 虑 的 方 法 是 磨 铣 掉 一 段 套 管 图7 A ，在 造 斜 点 打 一 十 水 泥 塞 ， 然 后 从 水 泥 塞 侧 钻 出 去 图 7 B． 用 S l i m D r l l系 统 所 钻 的 大 部 分 井 是 使 用 这 一 程 序 ． 第 二 种 造 斜 方 法 是 在 造 斜 点 处 ，套 管 内 安 置 一 十 斜 向 器 ， 在 套 蕾 上 磨 虢 出 一 十 窗 口 图 7 C ， 然 后 从 这 十 窗 口 倒 钻 出 去 图7 D ． 尽 管 这 一 技 术 费 用 较 低 ，但 它 包 括 有 以 下 几 十 缺 点 ① 斜 向 器 不 舍 适 的 定 向 能 导 致 错 误 的 起 始 方 向 ． 辩 向 器 可 能 在 造 斜 点 产 生 严 重 的 j 旬熙 度 而 引 起 磨 损 钻 杆 的 问 题 ． 斜 向 器 可 能 会 变 栓 并 把 钻 具 总 成 卡 死 在 井 眼 内 ． 地 面 记 录 陀 螺 通 常 用 来 给 造 斜 总 成 定 向 ， 而 其 它 议 器 则 受 钢 套 管 磁 性 的 影 响 。 陀 螺 仪 从 钻 柱 下 入 并 插 入 定 向 接 头 内 ， 用 来 定 向 工 具 面 ，然 后 提 出 ．因 为 其 不 能 承 受 钻 进 时 的 振 动 ． 捌 斜 工 具 然 后 下 到 钻 柱 内 ， 插 入 定 向 接 头 内 。并 且 利 用 巳 知 的 工 具 面 方 向 莜 正 ． 开 始 钻 进 并 连 续 使 用 B 卧， 直 到 所 有 的 障 碍 暂 被 清 除 ， 测 斜 工 具 巳 足 够 远 离 套 管 能 防 止 磁 干 扰 约1 5．2●～ 3 0 ．|8m 时 为 止 ．然 后 提 出 造 辩 总 成 并 换 上 增 斜 钻 具 总 成 。 为 井 眼 的 增 斜 井 段 或 曲 线 井 段 钻 进 做 好 准 备 ． 圈 6 小 井 曜 水 平 帖 井 束 统 维普资讯 石油钻 井工 程 f ，瘩甓配 套管 一 斟向器 一 封 酷器 一 c 磨键窗口 B j 徽 } D 蜡斜 圈 7 小 井 眼 适 钎 程 序 3．2增 斜 井 段 增 斜 井 段 钻 具 总 成 图 4A 和 图 6正 常 情 况 下 与 造 斜 钻 具 总 成 是 相 屙 的 ， 特 殊 的 一 点 就 是 ， 后 者 的 _ 9 碍钻 钻 头 由 一 种 强 力 的 T S D 边 切 削 HT一 】钻 头 代 替 ， 在 特 别 坚 硬 的 地 层 ．用 边 削 天 然 金 刚 石 钻 头 代 之 。 当 钻 井 时 ， 工 具 面 方 向 继 续 通 过 测 斜 工 具 或 MWD 监 测 ． 如 果 B HA 增 斜 太 快 ． 工 具 面 往 往 反 复 政 变 方 向 ， 从 而 降 低 了 增 斜 率 ， 象 帆 船 抡 风 政 变 航 向 那 样 ． 如 果 由 于 地 层 变 化 B H A 的 增 斜 速 度 变 得 不 可 接 受 ．这 时 要 提 出 钻 具 总 成 并 政 变 增 斜 部 件 ．一 旦 所 希 望 的 井 斜 角 已 达 到 水 平 井 眼是 9 0度 ， 就 提 出 增 斜 钻 具 总 成 ． 3 3水 平 井 段 ． 用 于 钻 水 平 段 的 稳 斜 钻 具 总 成 运 用 了 一 十 弯 外 壳 马 达 ． 该 马 达 外 壳 有 一 小 角 度 弯 曲 1 ／4 ～ 1 ／2度 ．当 钻 水 平 段 时 允 许 对 井 眼 做 较 小 的 修 正 ． 在 水 平 段 钻 具 总 成 中 投 有 其 它 增 斜 部 件 被 使 用 。 除 非 遇 到 问 题 ．这 一 钻 具 总 成 将 用 来 钻 达 目 的 层 探 度 ． 4 应 用 S l l n Dr fl水 平 钻 井 菜 统 已 经 被 成 功 地 使 用 了 0多 倒 作 业 。 太 量 的 水 平 井 应 用 于 类 维普资讯 第 2卷第 3期 孙 志刚等 ， 小井眼 术平井钻井 系统 8 3 似 的 A u s t i n C h a l k 和 S p r a y b e t r y 油 田 裂 缝 性 油 藏 圈 8A． 在 裂 缝 性 油 藏 ， 水 平 井 比 垂 直 井 更 成 功 ， 因 为 垂 直 井 很 难 与 主 垂 直 裂 缝 相 交 ， 而 水 平 井 通 常 都 能 穿 遇 两 十 或 三 十 垂 直 裂 缝 组 ， 囊鍪薹 f B 永瞻 c 】重油 D 不可接近自 啦 置 E 砾石岛 F 救疑井 圈 8 水 平 井 应 用 圈 9A 所 示 一 口典 型 的 A u s t i C h a l k侧 钻 井 ． 水 平 井 穿 遇 丁 一 十 掌 近 井 眼 的 衰 竭 裂 麓 组 且 在 离 井 眼 更 远 处 与 增 压 裂 麓 相 交 ．这 些 井 典 型 地 用 箭 麓 村 管 完 井 圈 9B． 图 9c 所 示 为 一 口 中 半 径 悄 钻 井 的 削 面 测 线 ， 诙 井 于 1 9 8 7年 在 A u s t i n C l m l k用 S l l m- D r i l小 井 眼 系 统 钻 成 ， 谀 井 是 从 垂 直 井 倒 钻 出 的 中 半 径 水 平 井 中 最 撵 井 之 一 ． 1 imD r i l系 统 也 用 来 在 存 在 气 锥 或 水 锥 问 题 的 油 藏 钻 水 平 井 圈 8 B．水 平 井 比 垂 直 的 生 产 压 降 低 ， 因 此 允 许 水 平 井 以 较 高 的 速 度 开 采 而 不 舍 把 气 或 水 抽 汲 到 井 筒 ． 如 果 仅 有 水 惟 存 在 ， 水 平 井 就 布 置 在 靠 近 油 藏 顶 部 位 置 ． 如 果 倪 有 气 锥 存 在 ， 则 布 置 在 靠 近 油 藏 底 部 位 置 一 如 果 两 者 都 存 在 ， 就 布置 在 靠 近 中 心 位 置 ． S l i mD r i l马 达 巳 被 用 来 钻 致 密 性 地 层 和 重 油 油 藏 圈 8C． 在 这 些 油 田 ， 水 平 井 充 当 了 穿 过 生 产 屡 的 管 线 或 导 管 ， 并 大 大 提 高 了 产 量 ， 增 大 了 油 层 裸 露 面 ． S l i m Dr i l工 具 也 被 用 来 在 不 易 座 井 位 的 地 点 钻 井 ， 睾 山 区 、 河 底 或 湖 底 下 及 城 市 地 区 下 面 圈 8 D ． 未 来 可 能 的 应 用 包 括 用 在 砾 石 岛 或 珠 岛 上 圈 8E及 钻 救 援 井 以 扑 灭 井 喷 圈 8F ． 截 至 今 日 撰 稿 日 ， 使 用 谀 系 统 巳成 功 地 完 成 了 ●0多 起 作 业 ． 下 面 的 数 据 展 示 丁 在 Au s t m C h a l k井 中 谈 系 统 的 典 型 性 能 ． 底 部 钻 其 总 成 4套 钻 井 天 数 8 d 机 械 钻 速 7．6 2～ l 0．6 7m／hf 水 平 『 可距 位 移 4 5 7．2m． 维普资讯 孙 志刚等 t 小井 眼水平井钻井系统 第 2 眷第 3 期 增 斜 速 度 0 ．{9。 ～ 0．6 6。 ／m f 油 产 量 增 加 3～ 8倍 开 发 成 本 ； 2．5 0美 元 ／桶 B B L B 碧奇 岫l 咖 l 蝌． t c A u z l i n C h k 井 圈9 A u s t i n C h a l k 井 ． 5 结 论 油 田 应 用 结 果 表 明 ， 这 套 小 井 眼 水 平 钻 井 系 统 在 A u s n C h a l k和 其 它 地 区 是 经 济 可 靠 的 ． 在 大 多 数 地 区 ， 水 平 井 比 垂 直 井 多 产 出 a～ 8倍 的 油 和 气 ．无 疑 这 一 方 法 的 经 济 效 益 是 高 的 ， 因 为 平 均 每 桶 油 的 开 发 费 用 比 垂 直 井 的 一 半 还 步 ． 另 外 ， 增 加 丁 产 量 ， 减 少 丁 钻 井 费 用 ．同 时 ， 在 税 上 具 有 激 威 性 ． 因 为 在 许 多 地 区 ． 现 有 生 产 井 进 行 水 平 井 二 次 完 井 划 为 提 高 采 收 率 的 一 种 方 法 ． f 本篇责任编辑杨 自霞] I l 9 9 5 0 7 2 0 J 一 7 增 一 一 { l } *删 维普资讯