定向鉆井技術(shù)論文
定向鉆井技術(shù)論文
定向鉆井技術(shù)是當(dāng)今世界石油勘探開發(fā)領(lǐng)域最先進(jìn)的鉆井技術(shù)之一，學(xué)習(xí)啦小編整理了定向鉆井技術(shù)論文，有興趣的親可以來閱讀一下!
定向鉆井技術(shù)論文篇一
定向井軌跡控制技術(shù)
[摘 要]本文就我國定向井鉆井技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了分析探討，并重點對定向井軌道控制技術(shù)和定向井軌道控制的影響因素進(jìn)行了介紹，對促進(jìn)定向井鉆井技術(shù)的發(fā)展具有一定的參考作用。
[關(guān)鍵詞]定向井 ;鉆具組合 ;地質(zhì)因素 ;軌跡控制; 螺桿 ;軌跡調(diào)整
中圖分類號：TE243.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X(2016)14-0105-01
1 前言
定向鉆井就是使井身沿著預(yù)先設(shè)計的井斜和方位鉆達(dá)目的層的鉆井方法。定向鉆井技術(shù)是當(dāng)今世界石油勘探開發(fā)領(lǐng)域最先進(jìn)的鉆井技術(shù)之一，它是由特殊井下工具、測量儀器和工藝技術(shù)有效控制井眼軌跡，使鉆頭沿著特定方向鉆達(dá)地下預(yù)定目標(biāo)的鉆井工藝技術(shù)，目前在油田開發(fā)中廣泛使用。采用定向鉆井技術(shù)可以使地面和地下條件受到限制的油氣資源得到經(jīng)濟(jì)、有效的開發(fā)，能夠大幅度提高油氣產(chǎn)量和降低鉆井成本，有利于保護(hù)自然環(huán)境，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
2 井底鉆具組合的選擇和調(diào)整
2.1.1 井底鉆具組合的類型
根據(jù)井底鉆具組合的設(shè)計目的或作用效果的不同，可分為以下三類：即增斜、降斜和穩(wěn)斜。而增斜鉆具又可分為馬達(dá)增斜(或造斜)和轉(zhuǎn)盤增斜。所以，實際上常規(guī)定向井的最基本鉆具組合有四個，即馬達(dá)造斜鉆具、轉(zhuǎn)盤增斜、轉(zhuǎn)盤降斜和穩(wěn)斜。
下面是12-1/4”井眼中，四套基本鉆具組合：
?、?造斜，12-1/4”Bit+9-1/2”馬達(dá)+1.5°彎接頭+8”NM・DC(1)+5”HWDP(14)預(yù)計 BOR=3°/30m
?、?轉(zhuǎn)盤增斜12-1/4”Bit+12-1/4”STB+8”NMDC(1)+8”DC(2)+12-1/4”STB
+8”DC(1)+12-1/4”STB+8”DC(5)+5”HWDP(20)
預(yù)計 BOR=2～4°/30m
?、?降斜，12-1/4”Bit+8”NMDC(1)+12-1/4”STB+8”DC(1)+12-1/4”STB+8”DC(5)+5”HWDP(20)
預(yù)計BOR=-(2～3)°/30m
?、?穩(wěn)斜，12-1/4”Bit+12-1/4”STB+8”S・DC(2)+12-1/4”STB+8”DC(1)+12-1/4”STB+8”DC(5)+5”HWDP(20)
在上述組合中，如需要可加一些配合接頭，擾性接頭、震擊器、鍵槽破壞器等。
前面已說過，從鉆具組合的效果上看，可分為四種基本類型。但是實際井眼軌跡控制時，對鉆具組合性能的要求遠(yuǎn)非如此簡單。它還要求鉆具組合產(chǎn)生的效果，在幅度上能夠控制，這就是所謂的微增、微降鉆具組合，這也是較難掌握的一點。比如說，BOR=±0.3°/30m的增斜率或降斜率。
拿某一套穩(wěn)斜鉆具(如上述④號)來說，通過調(diào)整鉆鋌、短鉆鋌的根數(shù)和位置、扶正器的位置和尺寸、或者調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)，④號鉆具能變成具有任何性能的鉆具，即增斜、穩(wěn)斜、降斜、微增、微降。
下面是兩套微增、微降鉆具組合。
⑤ 微降，12-1/4”Bit+S・DC(1)(3m)+12-1/4”STB+8”DC(1)+12-1/4”STB+8”DC(5)+5”HWDP(20)
通過鉆壓和轉(zhuǎn)速的調(diào)整，降斜率范圍可達(dá)：0.3～0.6°/30m。
?、?微增，12-1/4”Bit+12-1/4”STB+8”DC(1)(9m)+12-1/4”STB+8”DC(1)12-1/4”STB+8”DC(5)
通過鉆壓的調(diào)整，增斜范圍可達(dá)：0.3～0.8°/30m。
另外，通過調(diào)整扶正器尺寸，也可得到多種微增、微降鉆具組合。
2.1.2 調(diào)整鉆具組合的原則與方式
如果鉆頭不是按照預(yù)定的井眼軌跡前進(jìn)，就需要在適當(dāng)?shù)臅r候，起鉆調(diào)整鉆具組合。調(diào)整鉆具的原因有三個：一是井斜不合適;二是方位不合適;三是井斜、方位都不合適。
?、?鉆具組合調(diào)整一般在穩(wěn)斜段進(jìn)行，調(diào)整鉆具組合時應(yīng)考慮如下幾點：
A：確認(rèn)調(diào)整后的鉆具入井后，具有預(yù)料的性能;
B：一般情況下，采用微調(diào)的形式，以避免大幅度增斜/降斜導(dǎo)致穩(wěn)斜段狗腿太大;
C：盡量爭取調(diào)整后的鉆具能鉆較長的井段，以避免反復(fù)起下鉆調(diào)整鉆具。一是保證快速鉆進(jìn)，二是避免波浪形井眼軌跡;
D：如果要進(jìn)行調(diào)方位作業(yè)(糾方位)，應(yīng)考慮使用較小度數(shù)的彎接頭，避免大狗腿;如果裸眼井段太長，還應(yīng)考慮馬達(dá)糾斜時的安全性，考慮是否可以在下完套管后進(jìn)行糾方位或者提前在較淺井段進(jìn)行。總之，調(diào)整鉆具組合要準(zhǔn)確、及時并且全面考慮井身質(zhì)量和整個鉆井作業(yè)。
② 從調(diào)整鉆具的目的看，調(diào)整鉆具組合的方式有兩種：一是調(diào)方位，這需要下動力鉆具或組裝方位變向器;二是調(diào)整井斜。
用井下馬達(dá)調(diào)方位即下入造斜鉆具組合(彎接頭+井下馬達(dá))。所謂變向器調(diào)方位，是在轉(zhuǎn)盤鉆組合中，加方位變向器，通過方位變向器的作用在鉆頭處產(chǎn)生一個橫向側(cè)向力，鉆頭橫向漂移，從而達(dá)到增減方位的目的。
井斜的調(diào)整則較簡單。通過對轉(zhuǎn)盤鉆具的鉆鋌根數(shù)和位置、扶正器的位置與尺寸的調(diào)整來改變鉆具的性能，達(dá)到軌跡控制目的。
3 地層因素對井眼軌跡的影響
目前，對地層力的定量分析，還很不理想。對地層因素對井眼軌跡影響的認(rèn)識，還只是定性階段或半定量階段。由于地下情況異常復(fù)雜，地層力的分析目前暫局限于具有一定規(guī)律性的地層，其目的在于確定出地層反作用在鉆頭上的側(cè)向力。在定量分析中至少應(yīng)考慮以下一些影響因素：
?、?地層傾角;
?、?地層各向異性;
?、?井眼方位與地層上傾方位之間的夾角;
④ 鉆壓;
?、?井斜角。
此外，轉(zhuǎn)速、鉆頭類型等也對地層力發(fā)生影響。
結(jié)合地層力分析和鉆具三維力學(xué)分析，通過側(cè)向切削模型和軸向鉆速模型，確定三維分位移，從而預(yù)測井眼軌跡。這是理論上軌跡預(yù)測的總體思路。勘探院的蘇義腦博士在這方面做了一些研究，但預(yù)測結(jié)果只是動力鉆具造斜部分。而最關(guān)鍵的轉(zhuǎn)盤鉆具組合的軌跡預(yù)測以及如何利用和控制地層因素影響等方面的工作還有待下一步進(jìn)行。下面就地層因素的幾個方面說明它們對井眼軌跡的影響。
?、?通過軟、硬交錯的地層，通常鉆頭傾向于垂直地層層面鉆進(jìn);
?、?如果層狀地層傾角大于45°，通常鉆頭傾向與地層層面鉆進(jìn);
③ 如果預(yù)計鉆進(jìn)方向同于地層上傾方向，方位將按鉆頭自然漂移趨勢漂移，而井斜將增加很快;如果預(yù)計鉆進(jìn)方向在地層上傾方向的左邊，鉆頭將向右漂移;如果預(yù)計鉆進(jìn)方向在地層上傾方向的右邊，鉆頭將向左漂移。
④ 一般來說，上部地層傾角不大，比較疏松，方位漂移不大;而下部地層有一定傾角，且結(jié)構(gòu)致密，方位漂移較大。鉆頭鉆遇礫石層，方位漂移較嚴(yán)重。
總而言之，對地層因素對鉆頭漂移的影響的認(rèn)識，還很不充分。一般來說，對某一地區(qū)地層自然漂移影響的認(rèn)識有一個摸索的過程，只有多實踐、勤思考、善總結(jié)，才能做到較好地利用地層因素為軌跡控制服務(wù)。
4、總結(jié)
隨著全球油氣資源的可持續(xù)利用問題的日益突出，定向井技術(shù)發(fā)展和創(chuàng)新已迫在眉睫，我們應(yīng)該依靠現(xiàn)有的條件，充分利用其它學(xué)科先進(jìn)的技術(shù)，改善目前的鉆具，合理的使用地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)，加快新技術(shù)如自動化、智能化技術(shù)的應(yīng)用水平與程度，為定向井技術(shù)的發(fā)展開拓更為廣闊的空間。
參考文獻(xiàn)
[1]王岳.石油鉆井技術(shù)智能化發(fā)展研究[J].知識經(jīng)濟(jì)，2011(08).
[2]岳小騏. 定向井軌道設(shè)計與控制技術(shù)研究[J].技術(shù)研究，2006(12).
定向鉆井技術(shù)論文篇二
定向井軌跡控制關(guān)鍵技術(shù)
摘 要 定向井鉆井技術(shù)被應(yīng)用到石油鉆井中是在19世紀(jì)中后期，在定向井鉆井過程中，井眼軌跡控制技術(shù)是施工的關(guān)鍵。文章介紹了定向井井眼軌跡剖面優(yōu)化設(shè)計技術(shù)，對井眼軌跡施工中的直井段、造斜段和穩(wěn)斜井段控制技術(shù)進(jìn)行了闡述。只有全面掌握這些關(guān)鍵施工環(huán)節(jié)，才能施工定向井游刃有余，保證定向井施工順利進(jìn)行。
關(guān)鍵詞 軌跡控制;剖面優(yōu)化;關(guān)鍵技術(shù);定向鉆井
中圖分類號：TE243 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597(2014)05-0060-01
從19世紀(jì)后期起定向井被逐漸應(yīng)該到石油鉆井領(lǐng)域，1955年在玉門油田鉆成C2-1井，是我國第一口定向井。定向井主要應(yīng)用在因地面障礙物遮擋而無法進(jìn)行開發(fā)的油藏、地下地質(zhì)條件復(fù)雜，有斷層遮擋的油藏、處理事故復(fù)雜而進(jìn)行的側(cè)鉆等方面。定向井，尤其是叢式平臺定向井可以極大限度增加油氣藏的裸露面積，提高油氣采收率，節(jié)約井場用地，降低鉆井綜合成本，已經(jīng)成為石油勘探開發(fā)領(lǐng)域的不可或缺的實用鉆井技術(shù)之一。定向井井眼軌跡控制技術(shù)是定向井施工的關(guān)鍵技術(shù)，它是決定一口定向井能否順利施工，實現(xiàn)地質(zhì)要求目標(biāo)的關(guān)鍵。
1 井眼軌跡剖面優(yōu)化設(shè)計技術(shù)
定向井井眼軌跡剖面優(yōu)化設(shè)計技術(shù)是施工一口定向井的基礎(chǔ)，只有井眼軌跡設(shè)計的準(zhǔn)確、合理，才能保證定向井順利施工，實現(xiàn)地質(zhì)目標(biāo)。
1.1 井眼軌跡剖面優(yōu)化設(shè)計原則
俗話說，沒有規(guī)矩，不成方圓，在進(jìn)行定向井井眼軌跡設(shè)計時，同樣需要遵循一些規(guī)矩和原則，定向井設(shè)計原則主要體現(xiàn)在以下3個方面。
1)要以實現(xiàn)地質(zhì)目的為基本原則;鉆定向井的目的有很多種，或是要穿越多個含油地層，實現(xiàn)勘探開發(fā)效果的突破;或是要避開地下斷層，挖潛剩余油;或是要使井眼軌跡在目的層中延伸最大，增加油氣藏泄露面積;或是事故復(fù)雜無法進(jìn)行處理而進(jìn)行的側(cè)鉆;或者為了節(jié)省井場占地而進(jìn)行的叢式平臺定向井;或是要避開地面障礙物而鉆的定向井等。無論是哪種形式的定向井，都要以實現(xiàn)地質(zhì)目的為基本原則。
2)要利于現(xiàn)場施工，能夠?qū)崿F(xiàn)安全、優(yōu)質(zhì)、高效鉆井為目標(biāo);在進(jìn)行一口定向井軌跡剖面設(shè)計時，一定要優(yōu)選造斜點，選擇在地層穩(wěn)定、軟硬適中的位置，一定要避開那些容易坍塌、容易漏失、容易縮頸、壓力異常等層位進(jìn)行造斜。同時根據(jù)地質(zhì)目標(biāo)的不同，會使定向井的井斜角有所不同，在進(jìn)行定向井井斜角選擇時，既不能過大，也不能過小，過大超過45°會使施工難度加大，易發(fā)生井下事故復(fù)雜，過小小于15°又會使方位不穩(wěn)定，增加調(diào)整的頻次，因此在實現(xiàn)地質(zhì)目標(biāo)前提下盡量使井斜角處在15°-45°之間。在選擇造斜率時，要權(quán)衡所鉆地層和工具的實際造斜能力，盡量降低造斜率和造斜井段的長度，以實現(xiàn)快速鉆井。
3)要滿足后期的采油工藝要求，在滿足地質(zhì)目標(biāo)和安全鉆井的情況下，盡量降低井眼曲率，以便改善后期抽油桿和油層套管之間的偏磨，同時也利于后期改造安全采油泵和其它井下作業(yè)。
1.2 井眼軌道類型選擇
按照我國定向井標(biāo)準(zhǔn)來說，在定向井井眼軌跡優(yōu)化設(shè)計時主要有三種井眼軌跡剖面可以選擇，既直-增-穩(wěn)三段制剖面、直-增-穩(wěn)-降四段制剖面和直-增-穩(wěn)-降-直五段制剖面可供選擇，在定向井進(jìn)行井眼軌跡優(yōu)化設(shè)計時，根據(jù)地質(zhì)目標(biāo)的不同而選擇適合的井眼軌跡，但是各種井眼軌跡各有優(yōu)缺點，直-增-穩(wěn)三段制井眼軌跡設(shè)計操作簡單，造斜井段短，利于現(xiàn)場施工操作，在沒有特殊要求的情況下會盡量選擇這種井眼軌跡剖面，直-增-穩(wěn)-降四段制軌跡剖面易形成巖屑床，起下鉆容易捋出鍵槽，造成起下鉆摩阻增大，甚至卡鉆，給井下安全帶來極大隱患，一般不常用。而直-增-穩(wěn)-降-直井眼軌跡剖面類型更適合后期的采油工程作業(yè)，因其在目的層處于垂直狀態(tài)，利于采油泵的安全下入。綜上所述，在定向井井眼軌跡設(shè)計時，應(yīng)該盡量考慮當(dāng)前施工狀態(tài)和后期采油工程的需要，盡量選擇三段制直-增-穩(wěn)剖面類型或者五段制直-增-穩(wěn)-降-直剖面類型，下面著重對三段制井眼軌跡控制技術(shù)進(jìn)行深入探討。
2 井眼軌跡控制技術(shù)
1)直井段防斜打直。直井段防斜打直是定向井井眼軌跡控制的基礎(chǔ)井段，直井段產(chǎn)生井斜的原因主要有地質(zhì)因素、工程因素和井眼擴(kuò)大的影響。地質(zhì)因素是我們不可控制的因素，因此要想實現(xiàn)防斜打直我們只能從工程因素和井眼擴(kuò)大方面想辦法。首先在鉆具組合方面我們要進(jìn)行下部鉆具組合的選擇，在現(xiàn)場施工中我們主要選擇滿眼鉆具組合和鐘擺鉆具組合進(jìn)行防斜打直。滿眼鉆具組合只能夠防斜，而不能夠糾斜，在滿眼鉆具組合的使用中關(guān)鍵在一個“滿”字上，就是要扶正器與井壁之間間隙盡可能地小，以保障滿的狀態(tài)，防止井斜的產(chǎn)生。鐘擺鉆具組合的原理是當(dāng)鐘擺擺過一定角度時，會產(chǎn)生一個回復(fù)力，這個回復(fù)力會隨著鐘擺擺過的角度增多而增加。在鐘擺鉆具組合使用過程中，對鉆壓特別敏感，當(dāng)鉆壓加大時，鐘擺鉆具組合鐘擺力減小，而增斜力增大，這樣就起不到防斜和糾斜的目的;當(dāng)鉆壓較小時，鐘擺鉆具組合才呈現(xiàn)防斜和糾斜性能，所以在實際使用中，鐘擺鉆具組合不能使鉆壓完全釋放，會在一定程度上影像機(jī)械鉆速的提高。因此在進(jìn)行防斜打直過程中，我們要根據(jù)不同的情況選擇不同的鉆具組合。
2)造斜段軌跡控制技術(shù)。造斜過程就是從造斜點開始強(qiáng)制鉆頭偏離井口鉛垂線增斜鉆進(jìn)的過程，這一時期的主要任務(wù)就是如何讓鉆頭偏離井口鉛垂線，使造斜過程更順利，施工中首先對直井段的井斜、方位數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)直井段井斜、方位的偏差以靶點目標(biāo)重新進(jìn)行待鉆軌跡修正設(shè)計，重新計算出定向各段的造斜率大小，來指導(dǎo)定向造斜施工。造斜初期連續(xù)定向幾個單根，摸清楚造斜工具和造斜鉆具組合在所施工區(qū)塊的實際造斜率，然后通過調(diào)整滑動鉆進(jìn)和復(fù)合鉆進(jìn)的比例，使實鉆井眼軌跡盡量貼近設(shè)計井眼軌跡，直至造斜完成。造斜過程就是從造斜點開始強(qiáng)制鉆頭偏離井口鉛垂線增斜鉆進(jìn)的過程，這一時期的主要任務(wù)就是如何讓鉆頭偏離井口鉛垂線，使造斜過程更順利。
3)穩(wěn)斜段軌跡控制技術(shù)。在造斜結(jié)束后，對于直-增-穩(wěn)三段制結(jié)構(gòu)的井眼軌跡剖面來說，接下來的任務(wù)就是進(jìn)行穩(wěn)斜井段的施工。穩(wěn)斜井段施工最好選用無線隨鉆測量儀器進(jìn)行跟蹤控制，實現(xiàn)動態(tài)監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)實際井斜角、方位角偏離設(shè)計值及時進(jìn)行調(diào)整，保證中靶。但有時在沒有無線隨鉆測斜儀器時，就需要下入穩(wěn)斜鉆具組合，應(yīng)用單、多點測斜儀定點測斜，使實鉆軌跡離開設(shè)計軌跡“不要太遠(yuǎn)”，既要保證中靶，又要提高機(jī)械鉆速。一方面如果實鉆井眼軌跡與設(shè)計井眼軌跡剖面偏離太遠(yuǎn)，那么就可能造成脫靶，使井身質(zhì)量不合格;另一方面的意思就是如果始終要求實鉆井眼軌跡與設(shè)計井眼軌跡誤差很小，那么勢必要非常頻繁的測斜，頻繁的起下鉆更換鉆具組合，必將影響機(jī)械鉆速，增加鉆井周期。
3 結(jié)論
1)在定向井井眼軌跡剖面設(shè)計時，要以實現(xiàn)地質(zhì)目標(biāo)為目的，盡量選擇簡單、造斜井段短的剖面類型，保證定向井順利施工。
2)進(jìn)行定向井井眼軌跡控制時，直井段防斜打直是基礎(chǔ)，把好定向造斜關(guān)是關(guān)鍵，跟蹤控制到靶點是目標(biāo)。
參考文獻(xiàn)
[1]王清江，毛建華，等.定向鉆井技術(shù)[M].石油工業(yè)出版社，2009.
[2]王清江，等.定向井井眼軌跡預(yù)測與控制技術(shù)[J].鉆采工藝，2008(07).
作者簡介
徐鳳和(1974-)，助理工程師，現(xiàn)在大慶鉆井二公司三項目部30505隊工作。
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