顶驱钻井技术.pdf

酶 i f ． 1五 油 锚弃 工 程 第4 卷第4 胡1 9 9 7 年1 2 ／ I 、 顶驱钻井技术 张巧交译 胡涛校 _ l- ’ ～ 新疆 克拉玛依市电视 太学 新嵇克拉玛俄市外事办甚室 接要 7 五 白8 0 年 代初 I 用 项驱 以来 ．顶驱钻 井 系统 己明显地提 高了钻 井效 率。 直 到1 9 9 2 年 ，随着 界上 首 邓轻便 顶驱 的 闷世 ．面驻 的应 甩 己主要 集 中于水 允性 哥装 的海上钻 井。 1 9 9 2 年 以后 ． 陆地 钻札使 用 顶 驱 己成 倍增 长 本文论 述 了通过提 高拈 _牛最车 顶驱 拈 井的开拓应 用 如何为 作业者 和 承 包商产 生竞 争性 的 益皇 L 。并 试 图建 立一 小基难 ， 阻确 定顶驱 在哪 些万 面能 完全证 明具有 经济 效 益 文 中举 了两则 实例 。 主题 词顶驱钻札修 井} 几钻 井优 点 引 言 纵观油田钻井历史，显而易见的是所用的 一些钻井工具 自发明8 0一l 0 u 年 以来没有发生 但夫改变，但 是，在石油工业的其它领域新技术在驱使我们 快步伐前进，虽然基本钻井 机械变化不大 浏 览其它钻井工业，如果矿建筑 和水井钻井工业，也表明，从经济角度 出 发．用转 盘钻井的钻井效率不佳，而应该采用顶驱钻井。许多 “ 下 一代”油 田钻机正处于 设计和建造 期．如加拿大西部就有5 O 部，其中三分之一接受轻便 顶驱系统，或在其钻机设 计中考虑安装项驱，也有的就是顶驱钻机设计。 顶驱钻井的最早尝试 可追溯到约3 O 年前，直到8 u 年代提供 工业性顶驱 系统。早期顶驱 仅在海上钻井作业时较为实用，海上 平台的较高安装使用 成本通过 长期合 同就可降低 那 时陆地钻机很少用 顶驱，因为陆上钻机本身的尺寸限制 了顶驱的安装．只有特大型陆地钻 机才可选择安装顶驱 。 1 9 9 2 年，轻便 顶驱 l 入加拿大西部，这些顶驱 系统可在大多数陆地 钻机上安装，甚 至 仅一天就安装完毕，且不用改造井架结构，这样，轻便顶驱系统从 一 台钻机 安装使用到另 一 台钻机的使用提高效益就可满足承包短期台同的要求， 自带液压动力系统就 意味着轻便 顶驱既可安装在机械钻机上，也可在电动钻机上使用。随着顶驱 以租赁方式 提供给 市场， 作业者就可在一口井上使用，或在某一井段使用，经济效益 可观。 1 9 9 2 年 来，项驱钻井的应用成倍增长。1 9 9 7 年2 月，在加拿 大西部就有约4 0 套 顶驱 系 统在作业 随着更为轻便 顶驱的引入，单个或双钻机配顶驱钻井 的应用将进一步增 多． 也 可使修井钻机成为有效的、可用整个立柱钻进的钻机 顶驱作业的益处 维普资讯 茚q 卷第{ 胡1 9 9 7 F I 2 ,,-fi} 由钻 井 工 程 5 7 顶驱的优点可归结为高嫂、安全 风险低和可有效地井控。 顶驱能使司钻尽可能多的提高纯钻时 间，从而减少诸如起下钻、扩眼、定向参数 测量、 打捞 侧钻等辅助作业 时间． 1 ． 顶驱钻井的益妊 1 提 高钻井效率 ①从钻井到起下钻或起下钻恢复钻进状态下 ，顶驱不存在常规钻机的上、卸扣水龙头 和方钻杆所造成 的时间损失。 ②不存在常规钻机转盘 方补心蹦出所造成的停 工． ⑦不 用钻 鼠洞 ． ④定 向钻井时，以整个立柱底端连接 上扣，从 而减少 了常规钻井接单根上提钻柱需重 新定工具面角的时间。 ⑤在井下纯钻作业时 间更多，上扣 起下钻、测量和其它非纯钻作业时间减少 ． 【 2整 立柱钻 进 ①减少了坍塌页岩层扩眼或清洗井底 的时间． ⑦在扩眼和套管下扩眼作业，减少了钻进时间 井眼尺寸需改变时，不 需要把钻柱 甩下坡道或将立柱卸成单根。 ⑦在井径不足需扩眼或首次下足尺寸稳定 器进行 } 『眼时，减少 了钻井时 问。 ④在 同一平台钻丛式井，不用甩钻 具或卸立柱． ④不需换单根就 能回收最大长度的岩心． ⑥定 向钻井时，每次连接立柱后减少了定 向时间． 3连续旋 转 和循 环 ①顶驱钻井最重要的特征就是能够整立柱划眼或倒划眼，连续旋转和开泵循环。 ⑦连续旋转意味着能大太降低定向井或水平井中起出或下钻柱时的摩阻。 ④顶驱允许使用较少、也许较便宜的润滑 剂、钻井液或添加剂． ④由于减少使用牯土，使其颗粒较少进入产层而降低对地层的损害． 减少了钻柱或昂贵的井下工具卡钻 的机率． 4在钻 台任 何位 置 可换 立柱 ①由于可在井架任何位置把泥浆节约器 阎／ 方钻杆旋 塞接上，司钻 在任何时候都 可进行 有效的井控． ⑦当井眼遇到问题时，可立刻实施钻柱旋转和井 内循环。 0钻柱被卡时，可消除钻 台卸方钻杆 的危险性 作业程亭。 5安全 钻 井作 业 ①绝大多数顶驱实施上扣和卸扣，这样，减少了使用大钳和链钳的危险性． ⑦有些项驱具有 “ 伸长”机理 ，管子处理机 采用液压活 塞和遥控启动提 升机将钻机和 钻铤 吊往于V型门和二层 台，这就减少了笨重的工作 ，提高丁管子装卸的安全性。 司钻操作 自动吊卡，从而消除了钻井队人 工操作吊卡常出现的事故 ④在欠平衡作业期间，顶驱通过降低B OP 磨 损，允许B OP ／ 旋转头封闭圆型管柱 而不 是 六角方钻杆 ．从而提高了作业的安全性。 在井架任何高度位置都可把井控设备安 装在钻柱 上，以循环钻井液，这样就大大提 维普资讯 娟 张巧变 】 驱钻井技术 高 了井控能力。 有些顶驱上可遥控操作泥浆防溅盒 阎／ 方钻杆旋塞， 防止 了泥浆溅落到钻 台上。 ⑦顶驱钻机 系统允许井队 “ 自动作业”，因为多数管子装卸机 功能可在 司钻 台遥控操 作． 经济性考虑 图1 和图2 把钻机活动分成三大部分，说明使用顶驱和不使用顶驱时的时间分配．图中 说明在典型的钻井作业中并下钻井作业占用约3 0％的总时间。其它时间用于起下钻 或非 生产时间，它包括钻机搬迁、维修、测量、测井、固井、候凝、安装B OP 、 回堵 等。 图1 典型的钻井作韭时问分配 图2 硬驱钻井时闫分配 如图2 所 示，起下钻和非生产时间可 以减少。 在绝大多数情况下，纯钻时间能提高到4 0 ％ 或更多．这样，机 械钻速相应提高，成 本节约就 可计算。 现在 一口典 型的水平井为例进行考虑，地层是1 0 0 ％的胶结性差砂岩，可预测到 某些 井眼问题。总垂深为6 0 0 m，总测深为2 0 0 0 m，钻速为3 0 m／ h ，钻井成本为 1 7 0 0 ／ h 。 下面来确定使用项驱钻井系统的盈亏点．通过提高采油率而测定的节约费用 如表l 所 示 。 表1 硬驱钻井系统与转盘恃 钻杆在水平井上的费甩比较 转 盘， 方 牯 扦 顶 驱 盯成 本r{ 1 4 0 s o o 4 3 o o o l 槔 m 1 2o o o 20 0 0 ROP r m 1 3 0 3 0 根据图l 和固2 所计算的 日进尺 { 钻2 0 0 0 m所 需天 数 d 8 3 6 9 单井成本 s 3 3 8 6 4 0 2 9 6 7 0 0 单井用顶驱节约衙 {{ 8 口井用璜轻节约额 C 3 3 5【 2 0 第二个考虑的是一口直井．地层 为典型的中部阿尔伯达层，没有预测到井 眼问题。井 深为1 5 0 0 m 预计钻速为3 0 m ／ h ，钻井成本为 s】 0 5 0 ／ h ，分析结果见表2 ． 维普资讯 第 卷第4 期 1 9 9 7 ,,2 1 且 J 云油 钻 井 工 程 表2 j 页 驱钻 井系燕 与转盘， 方钻 扦在 直井上的 费甩 比较 转 盘， 方牯杆 瑷 驱 【 日成 本 、 2 5 0 0 0 2 7 4 0 0 剐撵 1 11 t 5 0 O l 5 0 0 ROP h 3 0 3 0 根 据 髑 1 和 图2 N 计 茸的 日进尺 m 2 4 0 2 8 8 钻2 0 0 0 m所 需 无 数 d 6 2 5 5 2 单井 成 _丰 [ t 5 6 2 5 0 t 4 2 4 8 0 单井用疆驱节约糖 cl】 1 3 7 7 0 要获取采用顶驱的实际价值，应该不 单单看到 一12 1 井采泊率的提高，而且 应考虑其它， 诸如风险降低、安全性提高等，如果在 同⋯平台用 顶驱钻附加的井，额外的基础设施费用 还要节约 下面是两组研究实例，它们说 明顶驱系统如何用于降低费用 实例 1 ，如何把一台修 钻机快速投入竞争并成为可靠的钻井机械 实例2 实饲研 究1 加拿大阿莫克公司所钻 狼湖井与P R I MR OS E 井 1 ． 硬 耳描述 这是一项正在进行的注蒸汽稠油开发项 目．从 l 9 9 4 年9 月到 目前， 已钻井2 4 9 12 1 ．其中 7 4口井没有采用顶驱，1 7 5 12 1 井采用了顶驱系统 每一平台最多钻1 0 口井。地层 为胶结性羞 的稠油砂岩水泥封固层段 2 ．披潮井 1 钻井程序 总垂深4 9 0 m 平均 造 斜点 1 4 0 m 平均 测深2 0 0 0 m 平均 水平段长1 2 0 0 m 平均 造斜率6 0 。／ 3 0 m； 表层井 眼 q 3 3 9 m m导管下深2 0 m，没有表层套管 中间井眼 3 mm到水平段， q 2 4 4 mm套管； 主井I 1 1 2 1 6 ram，下 】 7 8 mm尾管。 顶驱最初安 装在S e d c o 9 9 钻机上， 一台2 4 0 0 m折叠式井架钻技术挑战井MWS DD 混台井 蒸汽驱油 ，精确的造斜与扭方位对于避开原井眼是关键 2问题 分折机 理 胶结性差的砂岩层中硬方解石、石英 夹层是造成卡钻事故的主要 因素。在7 4 12 1 井中 未使用顶驱井的卡钴事故处理费用为 l 1 2 7 0 8 6 ． 3结 果 ①与以前不用顶驱所钻井 比较，第一个平 台所钻每12 1 井节约成本 l 2 0 0 0 。钻 井天数从 维普资讯 6 0 张巧 变 顶驱 钻井 技术 7 ． 9 d 减少到6 _ 2 d ．每口井减少4 0 h 。 与前面不用 顶驱所钻井比较 ， 第二个平 台所钻井节约成本 3 5 0 0 ／ 井， 钻井天数从7 ． 1 d 减少到4 ． 7 d ，每口井减少5 8 h ． 卡钻费用从 l 】 2 7 0 8 6 1 ～7 4 号井 减少到 2 9 0 5 7 5 一】 5 4 号井 ， ④由于能够在一 一 个平 台钻更多的井， 因而基础设施费用明显降低。 3 。P r i mr o s e 井 1 钻 井程 序 总垂深4 9 0 m 平均 遣斜点 1 4 0 m 平均 测深 l 4 0 0 m 平均 水平段长6 2 5 m 平均 造 斜率 6 0 。／ 3 0 m； 表层井眼 3 3 9 mm导管下深2 0 m，没有表层套 管； 中层井眼 3 】 1 mm到水平段，下 2 4 4 mm套管 主井跟 4 , 2 l 6 mm、下 1 7 8 ram尾管。 遵循狼湖油田程序，钻机安装顶驱， 以分析在较短的水平段上节约费用情 况． 2结 果 ①第 一平台节约费用 】 0 0 0 0 ／ 井，与无顶驱所钻井比较，钻井天数从4 ． 4 d 减少到3 6 d ， 节约 2 0 h P r i mr o s e 井的费用节约来 自效率的提高，没有考虑来 自防止意外事故的节约， 4 。结论 1 加拿大阿莫克公司采用顶驱实现 了在此 工程项 目上的远大目标 ，钻成了该公司历 史上技术套管鞋 以下l 4 4 0 m的最长水平段。最近该公 司在Wa b a s c a 地区又超过 了这一纪录， 始终采用顶驱 ，钻 出斜直 比 MD与T VD之 比 为6 ． 6 07 ． 4 8 的水平井，有些井水平段长超 过3 O 0 0 m 2 该工程项 目成为可预剥的常规作业 3 通过提高钻井效率节约费用 3 3 2 ． 5 万 ， 4卡钻处理 费用降低 1 1 2 ． 】 万 5从每一平 台钻8 口井增加到1 0 口井，基础设施节约费用 S 1 】 0 万。 6以上 目标的每一项不采用 顶驱就无法实现。 实例研 究2 _ 一 SH 能源有限公司作业区D e s a n 油田 1 项 目描述 I s H能源有限公司是活跃的小型油气公 司，控制 着前海湾AE C De s a n { lt t 田。在探井和开 发井中，共钻9 口直井，8 口常规水平井，8 口老井 水平重钻井， De s a n } lh 田在英国哥伦比亚东北的较 远位置，在该 区冬天作业时，温度低于 一3 0 “ C，一 般从I 2 月到来年4 月，重型设备到达钻井现场都是在冰面路上运输。 扩大冬季钻 井作业 的决定 是指 由C e n a l t a 服 务公 司提议所 钻8[2 1 老 井重钻水平井 采用 维普资讯 第4 卷 赫4 捐 1 9 9 7 【 2 月 后铀 钻 井 工 程 6 1 b 0 0 0 m修井钻机来钻 C e n a l t a 公司建议提供新开发顶驱钻井系统，它 比常规转 盘钻井有利，舍弃 了动力亦龙 头 I S l e l 能源公司以前没有使用 顶驱钻井的经验 ，最初认为这种 “ h y b r i d ”钻机可能效果差， 且成本高 根据C e n a l t a 老井重钻 的经验和顶驱供货商的信誉． 最终决定使用h y b r d 钻机玎l 驱． 整套装置必须于l 9 9 7 年 1 月初到达现场，发货至为关键， 因为所有重型设备必须 春季 前达到井场 如果雪融化之前不能搬迁完重型设备，就必颁等到下一年冬季． Ce n a l t a 推荐的4 6 钻机是一种Kr e mc o K6 0 0 车 载钻机，桅杆为3 4 ． 1 m，最大大毫 勾 载荷为 04 300N ，4 6 钻 机 当时 正在 用 作 山脚下 井 服 务， 修 井 机 ，若 用 于老 井重钻 时 需改 进 顶驱系统选用T e s c o 钻井技术公司新开发的1 5 0 t 轻便 顶驱，因为这种顶驱 可很快 安装在 井架上，不需对井架改造，有 自动装卸管机在快速钻进时产生高扭矩 顶驱发货计划于1 2 月初开始，在运到现场之前要先确认配制，即与钻机相 连接的情况， 顶驱系统 租赁形式提供 2 钻井程序 总 垂深 6 1 5 m 平 均 造斜点5 0 0 m 平均 j 总 测深 1 6 0 01 8 0 0 m； 水平段 长8 0 0～】 1 0 0 m； 遗斜率1 6 ～1 8 。／ 3 0 m； 套管尺寸 1 7 8 mm； 套管 出口5 0 65 2 l m磨铣开窗 1 7 8 mm套管； 造斜段 1 5 9 mm； 、 油层尾管 7 3 ram 井眼轨迹允许每口井 以1 2～1 4 d 钻完 通过造 斜段时出现 问题，地层为燧石和膨胀页岩 过 去，在这一地层需4 ～6 h 来划眼和倒划 眼。主井 眼钻穿致密的灰岩，面临挑战较少 3 结果 】 8 口老井重钻井中有6 口是按时按预算钻完，第7 和第8 号井 由于冻雪融化太早而推 迟 ． 2j钻井队 陕遮适应 了顶驱 高功率、快速和省时的特 点，经过一阶段 初期学习之后， 作 业 进入 正常。 3 1 钻遮相当于同一工程工作 的2 0 0 0 m双折叠钻机 的钻速。 I S H公司人员认为“ h y b r i d ” 修 井钻机配顶驱系统7 ．2 作更安全，性能稳定，起下钻时间也减少。 4h y b r i d 钻机在现场创 了一项2 4 h ] 钻3 0 8 m水平段的纪录 5h y b r i d 修井机／ 顶驱系统可与双折叠钻机 竞争 6检验工程成本时．h y n r l d 修井机可与常姚 矗竞争 4 结论 该 工程项 目表 明 ④修井机使用项驱钻井 系统时，在性能、 呵靠 l训成本 面可与常规钻机相媲 美。 ,h y b r i d 修井机既能用于钻井又能用于完荇 维普资讯 6 2 张 巧变 顶驱 钻井 技术 0顶驱钻机样机性 能相当可靠，没有明显 的停机 时间 ④可靠、低成本 的顶驱钻井系统可广泛用 于钻机和修井机 上 结 论 1 ．在以上每个实侧 中．顶驱钻井系统为各种作业作 出了很有价值的贡献。它有助于降 低和控制成本，使得作业者在充足信心下进一步扩大工作极限． 2 ． 当顶驱钻井系统用于实旋较 困难 的造斜 和扭方位钻进时．通过提高井 间距密度就能 取得基础设施费用的节约． 3 小型和经济型顶驱 的 【 入， 使修井钻机 具备老井重钻井和新井钻井服务的竞争能力 责任编辑孙志雕 0口 ◆ 口 口◆ 口 0 ◆ 0口 ． 亡口 ◆ 口 口◆ 口口 ◆ 0O ◆ O o ◆ 口口◆ OO ◆ 口口 ● 口 口 ◆ DO ◆ O D◆ 0D ◆ 口0◆ 口0 ◆ 口 0 ◆ 口0 ◆ 口D ◆ OD ◆ b口 ● D 口◆ 口口◆ 口b ◆ o口 ◆ 口o ◆ 增加挠性管钻井的水平段长度 挠性管 C T钻井是水平井钻井的一项可行技术，但C T 钻井的水平段长度 比旋转钻井 短．随着6 】 0 m侧钻井的广泛开展，最大限度地增加泄油井眼的长度成为需要解决 的主要问 题 现有技术中最简单的方法是使用大cT ， 小尾 管组 台．将水平段 的C T 管壁 由4 ． 4 5 ram减至 2 -7 7 ram ．由于减轻 TC T的重量，可使水平段 长度最大增加5 0 ％．该技术的缺点是需要焊接、 并降低C T 抗拉强度和抗挤压力 使用直管器可增, b r a C T测井作业 的水平段长度。直管器能减轻 由c T 残余 弯曲力所 I 起的 摩擦．但由于直管器减少钻具的疲劳寿 命，因此很少用于钻井作业。 优化井眼也可增加水平段长度 在威奇法 姆油 田使用旋转钻井方式钻成 的位移并中，切 线段以8 0～8 3 。 的角度钻进． 欠平衡钻井本身并不是一项位移钻井技术．但 可以增加泄油段长度及油井产量， 并增加 3 ％ ～】 0 ％的钻速 欠平衡钻井可减少岩 屑沉积，但所用的低密度钻井液及由高环空排量产 生的阻力可能会削弱传至钻头的钻压 钻压平衡器专门用于C T 钻井，可提供稳定 的钻压，不受滑动钻井卡阻／ 滑动及马达压力 波动的影响 钻压平衡器本身不会增加水平距离 ，但 它可最大限度地提高钻进速度． 正在研究的研磨性水喷流钻井可使钻压为零 由于钻井过程中没有机械问题，底部钻具 组合更加灵活方便。该系统可用于套管开窗，然后钻出极短半径 的侧向段而不需更换钻头。 该技术可使泄油井眼长度增 j 11 9 0 ％。 摘 自 石 油消 息 维普资讯