鉆井工程培訓(xùn)2

鉆井工程 中國石油大學(xué) 北京 石油工程學(xué)院楊進(jìn) 目錄 一 鉆井概念與基本過程二 井身結(jié)構(gòu)三 鉆井井型四 鉆井工具與設(shè)備五 鉆井液六 鉆井參數(shù)七 錄井技術(shù)八 固井和完井九 中途測試十 油氣井投產(chǎn) 一 鉆井概念與基本過程TheConceptandBasicProcessofDrilling 鉆井的概念 定義利用機(jī)械設(shè)備 將地層鉆成具有一定深度的園柱形孔眼的工程 鉆井目的確切地了解地下地質(zhì)情況 正確判斷儲油構(gòu)造 為油田開發(fā)方案提供第一手資料 鉆井過程中 可以通過巖屑錄井 取心 電測得到地層分層 巖性 巖石的物理化學(xué)性質(zhì) 含油氣情況 開采油氣 提高油氣采收率形成油氣到地面通道 油田開采后期鉆注水或注氣井 鉆井的概念 油氣井類型 地質(zhì)基準(zhǔn)井 參考井 referencewellorstratigraphicwell 為了了解地層的沉積年代 巖性 厚度 生儲蓋層組合 并為地球物理勘探提供各種參數(shù)所鉆的井 預(yù)探井 wildcatwell 主要上為探明油田面積 油水邊界線 為油田計(jì)算可靠工業(yè)儲量提供資料 詳探井 appraisalwell 在已證實(shí)有工業(yè)開采價值的油田上 為確定油層參數(shù) 查明油田地質(zhì)特性 為油田開發(fā)做好準(zhǔn)備的井 這種井在油層部位要求全取心 油氣井類型 生產(chǎn) 或開發(fā) 井 producingwell 在已探明儲量 有開采工業(yè)價值的油田構(gòu)造上鉆產(chǎn)油產(chǎn)氣井 注水 氣 井 water steam injectionwell 為了提高采收率 達(dá)到穩(wěn)產(chǎn)所鉆的井 注水注氣的主要目的是為了給地層提供生產(chǎn)油氣所必須的能量 鉆井的基本過程 二 井身結(jié)構(gòu)WellStructure 井身結(jié)構(gòu)的定義 定義套管層次 套管下入深度以及井眼尺寸 鉆頭尺寸 與套管尺寸的配合 目的保證安全 優(yōu)質(zhì) 快速和經(jīng)濟(jì)地鉆達(dá)目的層 內(nèi)容下入套管層數(shù)各層套管的下入深度選擇合適的套管尺寸與鉆頭尺寸組合影響因素地層壓力 孔隙壓力 破裂壓力 坍塌壓力 工程參數(shù)地層必封點(diǎn) 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要原則 能有效保護(hù)油氣層 能避免產(chǎn)生井漏 井噴 井塌 卡鉆等井下復(fù)雜情況 為全井安全 優(yōu)質(zhì) 快速和經(jīng)濟(jì)地鉆進(jìn)創(chuàng)造條件 當(dāng)實(shí)際地層壓力超過預(yù)測值使井出現(xiàn)溢流時 在一定范圍內(nèi) 具有壓井處理溢流的能力 套管類型 導(dǎo)管鉆表層井眼時 將鉆井液從地表引導(dǎo)到鉆臺平面上來 表層套管防止淺層水受污染 封閉淺層流砂 礫石層及淺層氣 支撐井口設(shè)備裝置 懸掛依次下入的各層套管的載荷 技術(shù)套管 中間套管 封隔坍塌地層及高壓水層封隔不同的壓力體系繼續(xù)鉆井的需要油層套管 生產(chǎn)套管 為油氣生產(chǎn)提供流通通道保護(hù)產(chǎn)層 分層測試 分層采油 分層改造尾管技術(shù)尾管 生產(chǎn)尾管 尾管回接 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要影響因素 地層壓力 FormationPressure PP地層壓力是指作用在巖石孔隙流體 油氣水 上的壓力 也叫地層孔隙壓力 骨架應(yīng)力 matrixpressure 由巖石顆粒之間來支撐的那部分上覆巖層壓力 上覆巖層壓力PO某處地層的上覆巖層壓力是指覆蓋在該地層以上的地層基質(zhì) 巖石 和孔隙中流體 油氣水 的總重力造成的壓由力 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要影響因素 地層破裂壓力Pf Fracturepressure 當(dāng)井內(nèi)液柱壓力達(dá)到某一值時會使地層破裂 這個壓力稱為地層破裂壓力 地層坍塌壓力 Cavingpressure 當(dāng)井內(nèi)液柱壓力低于某一值時 地層出現(xiàn)坍塌 稱這個壓力為地層坍塌壓力 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要影響因素 工程參數(shù)抽吸壓力系數(shù)Sb 上提鉆柱時 由于抽吸作用使井內(nèi)液柱壓力降低的值 激動壓力系數(shù)Sg 下放鉆柱時 由于鉆柱向下運(yùn)動產(chǎn)生的激動壓力使井內(nèi)液柱壓力的增加值 安全系數(shù)Sf 為避免上部套管鞋處 裸露地層被壓裂的地層破裂壓力安全增值 井涌允量Sk 由于地層壓力預(yù)測的誤差所產(chǎn)生的井涌量的允值 壓差允值 P 不產(chǎn)生壓差卡套管所允許的最大壓力差值 它的大小與鉆井工藝技術(shù)和鉆井液性能有關(guān) 也與裸眼井段的地層孔隙壓力有關(guān) 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟 求中間套管最大下入深度假定點(diǎn)根據(jù)可能鉆遇的最大地層壓力求設(shè)計(jì)破裂壓力梯度驗(yàn)證中間套管是否有卡套管的危險如有 則應(yīng)減小下深求尾管下入深度的假定點(diǎn)驗(yàn)證尾管是否有卡套管的危險計(jì)算表層套管下入深度 套管尺寸與井眼尺寸選擇及配合 設(shè)計(jì)中考慮的因素生產(chǎn)套管尺寸應(yīng)滿足采油方面要求 根據(jù)生產(chǎn)層的產(chǎn)能 油管大小 增產(chǎn)措施及井下作業(yè)等要求來確定 對于探井 要考慮原設(shè)計(jì)井深是否要加深 地質(zhì)上的變化會使原來的預(yù)告難于準(zhǔn)確 是否要求井眼尺寸上留有余量以便增下中間套管 以及對巖心尺寸要求等 要考慮到工藝水平 如井眼情況 曲率大小 井斜角以及地質(zhì)復(fù)雜情況帶來的問題 并應(yīng)考慮管材 鉆頭庫存規(guī)格等的限制 套管尺寸與井眼尺寸選擇及配合 套管和井眼尺寸的選擇和確定方法確定井身結(jié)構(gòu)尺寸一般由內(nèi)向外依次進(jìn)行 首先確定生產(chǎn)套管尺寸 再確定下入生產(chǎn)套管的井眼尺寸 然后確定中層套管尺寸等 依此類推 直到表層套管的井眼尺寸 最后確定導(dǎo)管尺寸 生產(chǎn)套管根據(jù)采油方面要求來定 勘探井則按照勘探方要求來定 套管與井眼之間有一定間隙 間隙過大則不經(jīng)濟(jì) 過小會導(dǎo)致下套管困難及注水泥后水泥過早脫水形成水泥橋 間隙值一般最小在9 5 12 7mm 3 8 1 2in 范圍 最好為19mm 3 4in 套管尺寸與井眼尺寸選擇及配合 套管及井眼尺寸標(biāo)準(zhǔn)組合 三 鉆井井型TypeofDrillingWell 井型分類 直井用途 油田開發(fā)和勘探 有井斜限制要求 定向井用途 地面環(huán)境條件的限制高山 湖泊 沼澤 河流 溝壑 海洋 農(nóng)田或重要的建筑物等 地下地質(zhì)條件的要求斷層遮擋油藏 薄油層 傾角較大的地層鉆進(jìn)等 處理井下事故的特殊手段井下落物側(cè)鉆 打救援井等 提高油藏采收率的手段鉆穿多套油氣層 老井側(cè)鉆等 直井 定向井的用途 地面環(huán)境條件的限制 定向井的用途 地下地質(zhì)條件的要求 定向井的用途 處理井下事故的特殊手段 定向井的用途 提高油藏采收率的手段 大位移井 井眼軌跡的基本概念 井眼軌跡的基本參數(shù) 井深 或稱為斜深 測深 井口 通常以轉(zhuǎn)盤面為基準(zhǔn) 至測點(diǎn)的井眼長度 井深增量 井段 下測點(diǎn)井深與上測點(diǎn)井深之差 井斜角指井眼方向線與重力線之間的夾角 井眼方向線 過井眼軸線上某測點(diǎn)作井眼軸線的切線 該切線向井眼前進(jìn)方向延伸的部分稱為井眼方向線 井斜角增量 下測點(diǎn)井斜角與上測點(diǎn)井斜角之差 井眼軌跡的基本參數(shù) 井斜方位角 井眼方位角 方位角 在水平投影圖上 以正北方位線為始邊 順時針方向旋轉(zhuǎn)到井眼方位線上所轉(zhuǎn)過的角度 井眼方位線 井斜方位線 某測點(diǎn)處的井眼方向線在水平面上的投影 井斜方位角增量 上下測點(diǎn)的井斜方位角之差 井眼軌跡的計(jì)算參數(shù) 垂直深度D 垂深 軌跡上某點(diǎn)至井口所在水平面的距離 垂深增量稱為垂增 水平投影長度Lp 水平長度 平長 井眼軌跡上某點(diǎn)至井口的長度在水平面上的投影 即井深在水平面上的投影長度 水平長度的增量稱為平增 水平位移S 平移 軌跡上某點(diǎn)至井口所在的鉛垂線的距離 或 在水平投影面上 軌跡上某點(diǎn)至井口的距離 平移方位線 在水平投影面上 井口至軌跡上某點(diǎn)的連線 平移方位角平移方位線所在的方位角 井眼軌跡的計(jì)算參數(shù) 井眼軌跡的計(jì)算參數(shù) N坐標(biāo)和E坐標(biāo)南北坐標(biāo)軸 以正北方向?yàn)檎?東西坐標(biāo)軸 以東北方向?yàn)檎?視平移V水平位移在設(shè)計(jì)方位線上的投影長度 井眼曲率K指井眼軌跡曲線的曲率 狗腿角 或 全角變化 上下二測點(diǎn)的兩條方向線之間的夾角 空間夾角 定向井軌跡控制的基本方法 垂直井段利用防斜打直技術(shù) 滿眼鉆具 鐘擺鉆具 定向造斜段使用動力鉆具造斜工具造斜 套管開窗側(cè)鉆用變向器 造斜段長度一般以井斜角達(dá)到8 10度為準(zhǔn) 增斜井段一般用動力鉆具定向造斜到一定角度 8 10度 后 換用轉(zhuǎn)盤鉆利用增斜鉆具組合繼續(xù)增斜 穩(wěn)斜井段盡可能使用轉(zhuǎn)盤鉆扶正器鉆具組合進(jìn)行控制 扭方位井段轉(zhuǎn)盤鉆扶正器組合不能控制井斜方位 必須利用動力鉆具造斜工具扭方位 水平井鉆井技術(shù)簡介 定義水平井是指井眼軌跡達(dá)到水平以后 井眼繼續(xù)延伸一定長度的定向井 延伸長度要大于油層厚度的六倍 水平井的分類根據(jù)從垂直井段向水平井段轉(zhuǎn)彎時的曲率半徑大小進(jìn)行分類 鉆井技術(shù)的發(fā)展歷程 四 鉆井工具與設(shè)備DrillingToolsandEquipments 鉆頭 鉆頭類型按結(jié)構(gòu)及工作原理分類 刮刀鉆頭 牙輪鉆頭 PDC鉆頭 金剛石鉆頭按功用分類 全面鉆進(jìn)鉆頭 取心鉆頭 擴(kuò)眼鉆頭鉆頭尺寸系列3 3 4 36 工作指標(biāo)鉆頭進(jìn)尺 米 鉆頭工作壽命 小時 機(jī)械鉆速 米 小時 單位進(jìn)尺成本 元 米 刮刀鉆頭 刮刀鉆頭的結(jié)構(gòu)上鉆頭體 下鉆頭體 分水帽 刀翼 水眼三刀翼的稱作三刮刀鉆頭兩刀翼的稱作兩刮刀鉆頭或魚尾刮刀鉆頭四刀翼的稱作四刮刀鉆頭 牙輪鉆頭 牙輪鉆頭結(jié)構(gòu)牙輪鉆頭由鉆頭體 牙抓 巴掌 及牙輪軸 牙輪及牙齒 軸承 儲油潤滑密封系統(tǒng) 噴嘴等部分組成 牙輪鉆頭 型號表示方法 IADC分類法 金剛石鉆頭 金剛石鉆頭的結(jié)構(gòu)金剛石鉆頭為無活動部件的整體式鉆頭 由鋼體 胎體 冠部和保徑部分 水眼及水槽 金剛石切削刃等部分組成 PDC鉆頭 鋼體PDC鉆頭 胎體PDC鉆頭 兩類PDC切削元件 PDC鉆頭 工作剖面形狀 PDC鉆頭 第一位字碼第二位字碼第三位字碼第四位字碼 金剛石材料鉆頭的IADC分類法 鉆柱 鉆柱的組成鉆柱 DrillingString 是鉆頭以上 水龍頭以下部分的鋼管柱的總稱 它包括方鉆桿 SquareKelly 鉆桿 DrillPipe 鉆挺 DrillCollar 各種接頭 Joint 及穩(wěn)定器 Stabilizer 等井下工具 鉆柱的作用 提供鉆井液流動通道 給鉆頭提供鉆壓 傳遞扭距 起下鉆頭 計(jì)量井深 觀察和了解井下情況 鉆頭工作情況 井眼狀況 地層情況 進(jìn)行其它特殊作業(yè) 取芯 擠水泥 打撈等 鉆桿測試 Drill StemTesting 又稱中途測試 鉆桿 作用 傳遞扭矩和輸送鉆井液 延長鉆柱結(jié)構(gòu) 管體 接頭 常用的加厚形式有內(nèi)加厚 a 外加厚 b 內(nèi)外加厚 c 三種 a b c 鉆鋌 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)管體兩端直接車制絲扣 無專門接頭 壁厚大 38 53毫米 重量大 剛度大 主要作用給鉆頭施加鉆壓 保證壓縮應(yīng)力條件下的必要強(qiáng)度 減輕鉆頭的振動 擺動和跳動等 使鉆頭工作平穩(wěn) 控制井斜 類型 光鉆鋌 螺旋鉆鋌 扁鉆鋌 常用尺寸 6 1 4 7 8 9 方鉆桿 類型 四方形 六方形特點(diǎn) 壁厚較大 強(qiáng)度較高主要作用 傳遞扭矩和承受鉆柱的全部重量 常用尺寸 89mm 3 5英寸 108mm 4 5英寸 133 4mm 5 5英寸 穩(wěn)定器 類型 剛性穩(wěn)定器 不轉(zhuǎn)動橡膠套穩(wěn)定器 滾輪穩(wěn)定器 作用 防斜 控制井眼軌跡 井下動力鉆具 馬達(dá)組合造斜 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向組合 井下動力鉆具 陸地鉆機(jī) 自升式鉆井平臺 半潛式鉆井平臺 深水鉆井船 地面旋轉(zhuǎn)送進(jìn)設(shè)備 轉(zhuǎn)盤 水龍頭 循環(huán)系統(tǒng)設(shè)備 鉆井泵 循環(huán)系統(tǒng)設(shè)備 鉆井液凈化設(shè)備 循環(huán)系統(tǒng)設(shè)備 振動篩 循環(huán)系統(tǒng)設(shè)備 水力旋流器 起升系統(tǒng)設(shè)備 井架 起升系統(tǒng)設(shè)備 絞車 起升系統(tǒng)設(shè)備 剎車機(jī)構(gòu) 主剎車 起升系統(tǒng)設(shè)備 剎車機(jī)構(gòu) 輔助剎車 起升系統(tǒng)設(shè)備 剎車機(jī)構(gòu) 水剎車 起升系統(tǒng)設(shè)備 剎車機(jī)構(gòu) 電磁渦流剎車 起升系統(tǒng)設(shè)備 游動系統(tǒng) 動力驅(qū)動和傳動系統(tǒng)設(shè)備 動力驅(qū)動和傳動系統(tǒng)設(shè)備 控制系統(tǒng)和監(jiān)測顯示儀表 鉆機(jī)底座和輔助設(shè)備 鉆機(jī)底座 鉆機(jī)底座和輔助設(shè)備 輔助設(shè)備 五 鉆井液DrillingFluids 鉆井液定義 狹義鉆井液 粘土以小顆粒狀態(tài) 2 分散在水中所形成的溶膠 懸浮體 mud 廣義鉆井液 一切有助于從井眼中產(chǎn)生和清除鉆屑的流體 drillingfluid API定義 用于鉆井的具有各種各樣功用以滿足鉆井工作需要的循環(huán)流體 鉆井液的功用 清除井底鉆屑并將其攜帶至地面穩(wěn)定井壁及控制地層壓力冷卻和潤滑鉆頭 鉆具提供低滲透 韌性好的泥餅保護(hù)井壁停止循環(huán)時懸浮環(huán)空中的鉆屑及加重材料給鉆頭傳遞水力能量 鉆井液的功用 鉆井液的分類 分散鉆井液 dispersedDrillingFluids 定義 用淡水 膨潤土和各種對粘土與鉆屑起分散作用的處理劑配制而成的水基鉆井液特點(diǎn)可容納較多的固相 適合于配制較高密度的鉆井液容易在井壁上形成較致密的泥餅 失水較低某些分散鉆井液具有較強(qiáng)的抗溫能力 適合于深井和超深井使用 鉆井液的分類 鈣處理鉆井液 Calciumtreateddrillingfluids 定義 體系中同時含有一定濃度的Ca2 和分散劑 特點(diǎn)抗鹽 鈣污染的能力強(qiáng)抑制粘土的水化分散作用 控制頁巖坍塌和井徑擴(kuò)大 減少對油氣層的損害鹽水鉆井液 saltwaterdrillingfluid 定義 用鹽水或海水配制而成 含鹽量從1 Cl 為6000mg l 直至飽和 Cl 為189 000mg l 之前 特點(diǎn)對粘土水化有較強(qiáng)的抑制作用 鉆井液的分類 飽和鹽水鉆井液 Saturatedsaltwatermuds 定義 鉆井液中NaCl的含量達(dá)到飽和的鉆井液體系 特點(diǎn) 用于鉆進(jìn)大段鹽層和和復(fù)雜的鹽膏層 鉆井液的分類 聚合物鉆井液 Polymerdrillingfluid 定義 以某些具有絮凝和包被作用的高分子聚合物作為主處理劑的水基鉆井液體系 特點(diǎn)各種固相顆?？梢员３衷谳^粗的范圍內(nèi)鉆屑不易分散成細(xì)微顆粒優(yōu)點(diǎn)鉆井液密度和固相含量低 鉆速高 地層損害小剪切稀釋特性強(qiáng)聚合物處理劑有較強(qiáng)的包被和抑制分散的作用 有利于抑制地層造漿和保持井壁穩(wěn)定 鉆井液的分類 鉀基聚合物鉆井液 potassium basepolymerDF 定義 以各種聚合物的鉀 或銨 鈣 鹽和KCl為主處理劑的防塌鉆井液體系特點(diǎn)在各種無機(jī)鹽中 以KCl抑制粘土水化的效果最好 聚合物處理劑的存在使該鉆井液體系具有聚合物鉆井液的各種優(yōu)良特性 在鉆遇泥頁巖地層時 具有理想的防塌效果 鉆井液的分類 油基鉆井液 oilbasedmuds 定義 以油作為連續(xù)相的鉆井液為油基鉆井液 油水比在 50 80 50 20 油包水乳化鉆井液最為常用 特點(diǎn)抗高溫有很強(qiáng)的抑制性有很強(qiáng)的抗鹽 鈣的污染能力潤滑性好能有效地減輕對油氣層的傷害成本較高 配制工藝復(fù)雜 污染環(huán)境 鉆井液的分類 合成基鉆井液 syntheticbasemuds 定義 以合成的有機(jī)化合物作為連續(xù)相 鹽水作為分散相 并含有乳化劑 降濾失劑 流型改進(jìn)劑的一類新型鉆井液 特點(diǎn) 使用無毒并且能夠生物降解的非水溶性的有機(jī)物取代了油基鉆井液中柴油 該鉆井液不僅保持了油基鉆井液的優(yōu)良特性 而且大大減輕了鉆井液排放時對環(huán)境造成的不良影響 尤其適合于海上鉆井 氣體型鉆井流體空氣或天然氣鉆井流體霧狀鉆井流體泡沫鉆井流體充氣鉆井液保護(hù)儲層的鉆井液 鉆井液的組成 水基泥漿 固相顆粒懸浮在水中或鹽水中 油可以乳化到水中 此時 水是連續(xù)相 膨潤土 水 化學(xué)處理劑 加重材料 鉆屑 油基泥漿 固相顆粒懸浮在油中 水或鹽水乳化在油中 即油是連續(xù)相 柴油 瀝青 有機(jī)土 處理劑 氣體 用高速氣體或天然氣清除鉆屑 鉆井液的組成 鉆井液技術(shù)發(fā)展概況 發(fā)展水基鉆井液清水分散鉆井液抑制性鉆井液不分散聚合物鉆井液油基鉆井液原油柴油為連續(xù)相鉆井液油包水乳化鉆井液預(yù)測鉆井液強(qiáng)化井壁技術(shù)復(fù)雜地質(zhì)條件下深井 超深井 大位移井鉆井液技術(shù)新型鉆井液體系及其處理劑的研制與應(yīng)用廢棄鉆井液的處理技術(shù)保護(hù)油氣層的鉆井液技術(shù) 鉆井液工作的基本任務(wù) 根據(jù)所鉆井類型 地層特性 孔隙壓力及破裂壓力 井溫 測井及環(huán)保要求正確選擇鉆井液類型 自始至終維護(hù) 保持良好的鉆井液性能 預(yù)防 處理各種井下復(fù)雜情況和事故 保證安全順利鉆井前提下 盡可能降低鉆井液成本 鉆井液的流變性 鉆井液流變性 rheologicalpropertiesofDF 在外力作用下 鉆井液流動和變形的特性 如鉆井液的塑性粘度 動切力 表觀粘度 有效粘度 靜切力和觸變性等性能都屬流變性參數(shù) 泥漿的流變性對鉆井的影響攜帶巖屑 保證井底清潔 懸浮巖屑與重晶石影響機(jī)械鉆速影響井眼規(guī)則和井下安全 粘度 viscosity 定義 鉆井液流動時 固體顆粒之間 固體顆粒與液體之間 以及液體分子之間的內(nèi)摩擦的總反映 影響泥漿粘度的基本因素粘土含量 含量大 粘度大 土粒的分散度 增加塑性粘度 土粒的聚結(jié)穩(wěn)定狀況或絮凝強(qiáng)度 結(jié)構(gòu)粘度 高分子處理劑的性質(zhì) 分子量和濃度 鉆井液的流變性 常用流變參數(shù) 漏斗粘度定義 用漏斗粘度計(jì)測得的一定體積流體 700ml 流出500ml所經(jīng)歷的時間 單位為秒 漏斗粘度與泥漿的塑性粘度 屈服值 以及儀器的尺寸和形狀有關(guān) 鉆井液的流變性 常用流變參數(shù) 現(xiàn)用馬氏漏斗 1500ml流出946ml 鉆井液流變性與鉆井的關(guān)系 影響鉆井速度影響環(huán)空攜巖能力影響井壁穩(wěn)定影響巖屑與加重物的懸浮影響井內(nèi)壓力激動影響鉆井泵壓和排量影響固井質(zhì)量 鉆井液的其它性能 鉆井液的密度 density 鉆井液的含砂量 sandcontentofDF 鉆井液的PH值鉆井液的固相含量和油 水含量鉆井液膨潤土含量 MBT 鉆井液的潤滑性 lubricity 鉆井液濾液的化學(xué)性質(zhì) 堿度 硬度 Cl 含量 鉆井液的其它性能 鉆井液密度平衡地層壓力 防止井噴 井漏和鉆井液受地層流體的污染 平衡地層壓力 保持井壁穩(wěn)定 防止井塌 實(shí)現(xiàn)近平衡鉆井技術(shù) 減少壓持效應(yīng) 提高機(jī)械鉆速 合理選擇打開油氣層的鉆井液密度 減少鉆井液對產(chǎn)層的傷害 鉆井液的其它性能 固相含量和類型固相含量增加 泥漿比重 液柱壓力 層流粘度和紊流粘度 常規(guī)失水和最初瞬時失水等性能都隨之改變 固相類型 砂 惰性固體對鉆速的影響較小 鉆屑 低造漿率的劣土居中 高造漿率的粘土影響最大 鉆井液的其它性能 鉆井液的含砂量定義 鉆井液中不能通過200目篩的固相的體積占鉆井液體積的百分?jǐn)?shù) 一般要求小于0 5 含砂量過高帶來的危害 鉆井液密度升高 降低機(jī)械鉆速 泥餅中含砂量升高 泥餅滲透率增大 失水增大 泥餅表面摩擦系數(shù)增加 鉆頭 鉆柱 泵等機(jī)械設(shè)備磨損嚴(yán)重 有害固相對鉆井所帶來的不利影響 使鉆速降低 鉆頭進(jìn)尺減小鉆井設(shè)備磨損加劇泥餅比重粘度升高泥餅加厚傷害油氣層 清除泥漿固相的方法 加水稀釋化學(xué)方法 使用絮凝劑使鉆屑呈團(tuán)簇絮凝狀 加快固體下沉速度 機(jī)械方法振動篩旋流除砂器旋流除泥器離心機(jī) 清除泥漿固相的方法 清除泥漿固相的方法 鉆井液的其它性能 鉆井液的PH值由于鉆井液中使用的化學(xué)處理劑在堿性條件下才能溶解 而酸性環(huán)境對鉆井設(shè)備上的橡膠部件有嚴(yán)重的腐蝕作用 所以 絕大多數(shù)鉆井液體系的PH值都控制在7以上 不分散型鉆井液體系 PH 7 5 8 5分散型鉆井液體系 PH 10鈣處理鉆井液體系 PH 11 鉆井液的其它性能 鉆井液膨潤土含量 MBT 鉆井液中活性粘土的數(shù)量 水基鉆井液都有一個合適的膨潤土含量 MBT過高 鉆井液的粘度 切力增大 泥餅增厚 容易造成井下事故 MBT過小 鉆井液的粘度 切力急劇下降 失水增大 六 鉆井參數(shù)DrillingParameter 鉆井參數(shù)的定義 鉆井參數(shù) 表征鉆進(jìn)過程中的可控因素所包含的設(shè)備 工具 鉆井液以及操作條件的重要性質(zhì)的量 如鉆頭類型 鉆井液性能參數(shù) 鉆壓 轉(zhuǎn)速 泵壓 排量 鉆頭噴嘴直徑 鉆頭水功率等 鉆井參數(shù)優(yōu)選 指在一定的客觀條件下 根據(jù)不同參數(shù)配合時各因素對鉆進(jìn)速度和鉆頭壽命的影響規(guī)律 采用最優(yōu)化方法 選擇合理的鉆進(jìn)參數(shù)配合 使鉆進(jìn)過程達(dá)到最優(yōu)的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 鉆壓對鉆速的影響 oa段 鉆壓小 鉆速Vpc很小ab段 鉆壓增大 鉆速Vpc隨鉆壓增大呈線性關(guān)系增加bc段 當(dāng)鉆壓增大到一定值Wb時 鉆壓增大 鉆速改進(jìn)效果并不明顯 轉(zhuǎn)速對鉆速的影響 鉆速隨轉(zhuǎn)速的增大而增大 并呈指數(shù)關(guān)系變化 牙齒磨損對鉆速的影響 隨著鉆頭牙齒的磨損 鉆速下降 水力因素對鉆速的影響 水力凈化井底井底比水功率越大 凈化程度越好 鉆速越快水力輔助破巖井底比水功率越大 輔助破巖能力越強(qiáng) 鉆速越快 鉆井液性能對鉆速的影響 鉆井液密度對鉆速的影響鉆井液密度越大 井內(nèi)液柱壓力越大 在井內(nèi)液柱壓力大于地層孔隙壓力的情況下 產(chǎn)生一個正壓差 在正壓差作用下 井底巖屑難以離開井底 造成重復(fù)破碎現(xiàn)象 鉆速降低 此現(xiàn)象稱為壓持效應(yīng) 鉆井液性能對鉆速的影響 鉆井液粘度對鉆速的影響鉆井液粘度增大 將會增大環(huán)空壓降 使井底壓差增大 鉆速降低 鉆井液粘度增大 鉆柱內(nèi)壓耗增大 在泵壓一定時鉆頭壓差減小 鉆頭水功率減小 清巖和破巖能力降低 鉆速下降 鉆井液性能對鉆速的影響 鉆井液固相含量對鉆速的影響鉆井液固相含量增大 機(jī)械鉆速降低 鉆井液分散性對鉆速的影響分散性鉆井液比不分散性鉆井液鉆速低 鉆井液中小的固體顆粒越多 對鉆速的影響越大 鉆速方程 修正楊格模式 水力參數(shù) 七 錄井技術(shù)LoggingTechnology 定義 錄井技術(shù)系列是針對不同的地質(zhì)任務(wù) 勘探目標(biāo) 地質(zhì)條件 鉆井施工工藝等因素建立起來的一整套技術(shù)措施的組合 按照錄取資料的要求 一般分為探井錄井技術(shù)系列和開發(fā)井錄井技術(shù)系列 目前按作業(yè)過程有如下三大錄井技術(shù)系列 地質(zhì)剖面錄井系列 主要包括巖屑錄井 鉆時錄井 巖心錄井 或巖心掃描技術(shù) 井壁取心 碳酸鹽含量分析 巖礦分析 古生物分析 核磁共振分析等 其主要作用是 建立準(zhǔn)確地質(zhì)剖面 為勘探開發(fā)決策和地質(zhì)研究提供基礎(chǔ)資料 直接獲取生儲蓋評價基礎(chǔ)資料 為勘探方案的制定提供決策依據(jù) 進(jìn)行沉積相分析 為編制開發(fā)方案和儲量計(jì)算提供基礎(chǔ)資料 精確地層分層 為準(zhǔn)確標(biāo)定地震剖面提供確切資料 獲取的巖心 巖屑 井壁取心樣品是最準(zhǔn)確 直接識別油氣層的方法 利用古生物資料來確定地層的年代 油氣水識別綜合錄井系列 主要包括實(shí)時連續(xù)烴類及非烴類氣體錄井 定量熒光分析錄井 巖石熱解地化錄井 罐裝氣輕烴分析錄井 鉆井液濾液水分析 其作用是 利用色譜分析技術(shù)分析地層巖石破碎后在鉆井液中分離出的烴類及非烴類氣體成分 C1 C5 CO2 CO H2S O2 H2 He N2 Ar Rn 綜合解釋與評價地層含有油氣的情況 利用地化和熱蒸發(fā)烴色譜分析技術(shù)對巖樣中殘余的油氣進(jìn)行分析 經(jīng)高溫裂解 在不同溫度區(qū)間所產(chǎn)生低分子烴類物質(zhì) 得到原油輕 重組分含量和裂解烴峰頂溫度 可得到地下原始狀態(tài)下巖石中的含油量 結(jié)合儲層的物性參數(shù) 有效厚度以及原油有關(guān)參數(shù) 計(jì)算出儲層的含油飽和度 進(jìn)而應(yīng)用多參數(shù)儲層評價模型判斷儲層含油特征 預(yù)測儲層儲量和產(chǎn)量 并應(yīng)用原油輕 重組分比參數(shù)定性評價儲層中的原油性質(zhì) 油氣水識別綜合錄井系列 利用罐裝氣輕烴氣相色譜分析技術(shù) 對從巖屑中逸散處的油氣成分進(jìn)行色譜分析 對其中輕烴 C1 C7 的單體成分逐一進(jìn)行分離和檢測 進(jìn)而根據(jù)分析出的輕烴組成 豐度 相對含量進(jìn)行油氣層判識 推斷油氣層的活躍程度等 利用定量熒光分析技術(shù)檢測巖石樣品中能發(fā)熒光的芳香族化合物 以檢測出巖石樣品中的原油濃度 原油性質(zhì) 熒光強(qiáng)度高等 尤其是對輕質(zhì)油及凝析油油氣藏的檢測更有效 利用核磁共振分析技術(shù) 實(shí)現(xiàn)快速 無損地獲取巖石孔隙度 滲透率 可動流體百分?jǐn)?shù)及孔徑分布等重要的油層物理參數(shù) 來評價各類復(fù)雜的油氣藏 鉆井工程錄井系列 主要包括鉆時錄井 氣體錄井 鉆井參數(shù)錄井 鉆井液錄井 地層泥巖密度測量與地層壓力監(jiān)測與預(yù)報 其作用是 鉆井參數(shù)的錄取 并對鉆井參數(shù)進(jìn)行實(shí)時分析處理 HookHight 大鉤高度 BitDepth 鉆頭深度 TotalDepth 總深度 VerticalDepth 垂直深度 LagDepth 遲到深度 WeightOnHook 大鉤負(fù)荷WeightOnBit 鉆壓 StandPipePressure 泵壓 WellHeadPressure 套壓 RotaryPerMinute 鉆盤轉(zhuǎn)速 TORQUE 扭矩 PUMP 泵沖數(shù) PUMP 泵沖數(shù) HookSpeed 大鉤運(yùn)行速度 Overpull 遇阻遇卡 TimeSlip 累計(jì)坐卡瓦時間 StandLength 立柱長 StandCounter 累計(jì)下入立柱 ROPm h 機(jī)械鉆速 BitRun 累計(jì)鉆頭進(jìn)尺 BitTime 累計(jì)純鉆進(jìn)時間 FlowOut 出口流量 CompVolume 井內(nèi)鉆柱鋼體體積 PitVolume 鉆井液池體積 TripTank 計(jì)量罐體積 鉆井工程錄井系列 地質(zhì) 氣測錄井參數(shù)TotalGas 氣全量 C1 甲烷 C2 乙烷 C3 丙烷 iC4 異丁烷 nC4 正丁烷 iC5 異戊烷 nC5 正戊烷 QFT 定量熒光儀測值 H2S 硫化氫 CO2 二氧化碳 WH 烴的濕度值 BH 烴的平衡值 CH 烴的特性值 ROP mn m 鉆時 ROPins mn m 瞬時鉆時 ROPins m h 瞬時鉆速 FP 地層壓力 Pfrac 地層破裂壓力 Dexp DC指數(shù) DexpTrd DC指數(shù)趨勢值鉆井液錄井參數(shù)MudWeightIN 鉆井液入口密度 MudWeightOUT 鉆井液出口密度 TemperatureIN 鉆井液入口溫度 TemperatureOUT 鉆井液出口溫度 ResistivityIN 鉆井液入口電阻率 ResisitvityOUT 鉆井液出口電阻率 ConductivityIN 鉆井液入口電導(dǎo)率 ConductivityOUT 鉆井液出口電導(dǎo)率 鉆井工程錄井系列 及時預(yù)報井下地質(zhì)與工程狀況 并作到對鉆井參數(shù)及水馬力的優(yōu)化 地層壓力實(shí)時監(jiān)測與異常預(yù)報 綜合錄井 綜合錄井 綜合錄井 綜合錄井 綜合錄井 綜合錄井 八 固井和完井CementingandCompletion 固井的概念 為了加固井壁 保證繼續(xù)鉆進(jìn) 封隔油 氣和水層 保證勘探期間的分層試油及在整個開采中合理的油氣生產(chǎn) 為此下入優(yōu)質(zhì)鋼管 并在井筒與鋼管環(huán)空充填好水泥的作業(yè) 稱為固井工程 向井內(nèi)下入套管 并向井眼和套管之間的環(huán)形空間注入水泥的施工作業(yè)稱之為固井 包括下套管和注水泥 固井工程的步驟 下套管套管由接箍和本體組成 套管柱由單根套管 浮箍 引鞋注水泥下完套管之后 把水泥漿泵入套管內(nèi) 再用鉆井液把水泥漿頂替到管外環(huán)形空間設(shè)計(jì)位置的作業(yè)稱之為注水泥 水泥頭 安裝在套管柱的最上端 內(nèi)裝有上 下膠塞 下膠塞的作用是與隔離液 一種專門配制的液體 用以隔離鉆井液與水泥漿 一道 將水泥漿與鉆井液隔離開 防止鉆井液接觸水泥漿后影響水泥漿的性能 下膠塞為中空 頂部有一層橡膠膜 該膜在壓力作用下可壓破上膠塞為實(shí)心 其作用是隔離頂替用的鉆井液與水泥漿 破膜 下膠塞坐落在浮箍上后 在壓力作用下破膜 固井工程的步驟 碰壓 當(dāng)其坐落在已坐于浮箍上的下膠塞上之后 地面壓力將很快上升一定值 稱為碰壓 該信號說明水泥漿已頂替到位 施工結(jié)束 侯凝 注入井內(nèi)的水泥漿要凝固并達(dá)到一定強(qiáng)度后才能進(jìn)行后續(xù)的鉆井施工或是其它施工 因此 注水泥施工結(jié)束后 要等待水泥漿在井內(nèi)凝固 該過程稱為候凝 候凝時間通常為24小時或48小時 也有72小時或幾小時的 候凝時間的長短視水泥漿凝固及強(qiáng)度增長的快慢而定 候凝期滿后 測井進(jìn)行固井質(zhì)量檢測和評價 固井工程的步驟 固井目的 封隔易塌 易漏等復(fù)雜地層 保證鉆井順利進(jìn)行封隔油氣水層 建立油氣流出通道 防止產(chǎn)層間互竄進(jìn)行增產(chǎn)措施安裝井口 對固井質(zhì)量的要求 套管有足夠的強(qiáng)度能承受井下各種外力作用 抗腐蝕 不斷 不裂 不變形水泥環(huán)有可靠的密封環(huán)空封固段不竄 不漏 膠結(jié)良好 能經(jīng)受高壓擠注的考驗(yàn) 固井工程的特殊性 是一次性工程 如果質(zhì)量不好 一般情況下難以補(bǔ)救 是隱蔽性工程 主要流程在井下 施工時不能直接觀察 質(zhì)量控制往往決定于設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和準(zhǔn)備工作的好壞 受多種因素的綜合影響 影響后續(xù)工程的進(jìn)行 是一項(xiàng)花錢多的工程 施工時間短 工序內(nèi)容多 作業(yè)量大 是技術(shù)強(qiáng)的工程 套管及套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì) 套管柱的主要功能抗擠抗拉抗內(nèi)壓密封 對套管的要求圓度壁厚均勻性抗腐蝕最小的流動阻力良好的上扣性能及重復(fù)互換性能耐磨 硬度指標(biāo) 油井水泥的性能 為了保證施工安全并提高固井質(zhì)量 水泥漿以及最終所形成的水泥石必須滿足一定的性能要求 性能包括 水泥漿密度水泥漿稠化時間水泥漿流變性水泥漿失水量水泥漿穩(wěn)定性水泥石抗壓強(qiáng)度水泥石滲透率其中常測定的是前六項(xiàng)性能 注水泥質(zhì)量要求 水泥漿返高和套管內(nèi)水泥塞必須符合設(shè)計(jì)要求 注水泥段環(huán)空的泥漿應(yīng)全部被水泥漿頂替干凈 不竄槽 水泥環(huán)有足夠的連接強(qiáng)度和封固性能 不發(fā)生油氣水竄 能經(jīng)受住酸化壓裂 水泥石能抗腐蝕 完井的定義 完井 WellCompletion 油氣井的完成方式 即根據(jù)油氣層的地質(zhì)特性和開發(fā)開采的技術(shù)要求 在井底建立油氣層與油氣井井筒之間的合理連通渠道或連通方式 一口井鉆成之后 主要的工作就是在井底建立油氣層與油氣井井筒之間的合理連通渠道 也就是完井 在井底建立的油氣層與油氣井井筒之間的連通渠道不同 也就構(gòu)成了不同的完井方法 合理的完井方法應(yīng)該滿足的要求 油 氣層和井筒之間應(yīng)保持最佳的連通條件 油 氣層所受的損害最小 油 氣層和井筒之間應(yīng)具有盡可能大的滲流面積 油 氣入井的阻力最小 應(yīng)能有效地封隔油 氣 水層 防止氣竄或水竄 防止層間的相互干擾 應(yīng)能有效地控制油層出砂 防止井壁垮塌 確保油井長期生產(chǎn) 合理的完井方法應(yīng)該滿足的要求 應(yīng)具備進(jìn)行分層注水 注氣 分層壓裂 酸化等分層處理措施 便于人工舉升和井下作業(yè)等條件 對于稠油油藏 則稠油開采能達(dá)到熱采 主要蒸汽吞吐和蒸汽驅(qū) 的要求 油田開發(fā)后期具備側(cè)鉆定向井及水平井的條件施工工藝盡可能簡便 成本盡可能低 常規(guī)完井方法 常規(guī)完井方法主要有4種 射孔完井方法 perforating 裸眼完井方法 Open hole 割縫襯管完井方法 SlottedLiner 礫石充填完井 GravelPacked 射孔完井 射孔完井是國內(nèi)外使用最為廣泛的一種完井方法 在直井 定向井 水平井中都可采用 射孔完井包括套管射孔完井和尾管射孔完井 在射孔完井的油氣井中 射孔孔眼是溝通產(chǎn)層和井筒的唯一通道 射孔過程一方面是為油氣流建立若干溝通油氣層和井筒的流動通道 另一方面又對油氣層造成一定的損害 射孔完井適用的地質(zhì)條件 有氣頂 或有底水 或有含水夾層 易塌夾層等復(fù)雜地質(zhì)條件 因而要求實(shí)施分隔層段的儲層各分層之間存在壓力 巖性等差異 因而要求實(shí)施分層測試 分層采油 分層注水 分層處理的儲層 要求實(shí)施大規(guī)模水力壓裂作業(yè)的低滲透儲層 砂巖儲層 碳酸鹽巖裂縫性儲層 裸眼完井 裸眼完井就是井眼完全裸露 井內(nèi)不下任何管柱 分先期裸眼完井和后期裸眼完井 適用條件為 巖性堅(jiān)硬致密 井壁穩(wěn)定不坍塌的碳酸鹽巖或砂巖儲層 無氣頂 無底水 無含水夾層及易塌夾層的儲層 單一厚儲層 或壓力 巖性基本一致的多儲層 不準(zhǔn)備實(shí)施分隔層段 選擇性處理的儲層 先期裸眼完井 是鉆頭鉆至油層頂界附近后 下技術(shù)套管注水泥固井 水泥漿上返至預(yù)定的設(shè)計(jì)高度后 再從技術(shù)套管中下入直徑較小的鉆頭 鉆穿水泥塞 鉆開油層至設(shè)計(jì)井深完井 此為先期裸眼完井 后期裸眼完井 不更換鉆頭 直接鉆穿油層至設(shè)計(jì)井深 然后下技術(shù)套管至油層頂界附近 注水泥固井 此為后期裸眼完井 水平井裸眼完井 割縫襯管完井 割縫襯管完井是在裸眼完井的基礎(chǔ)上 在裸眼井內(nèi)下入割縫襯管 在直井 定向井 水平井中都可采用 與裸眼完井相對應(yīng) 割縫襯管完井方法也有兩種完井工序 先期固井和后期固井 割縫襯管完井 先期固井 鉆頭鉆至油層頂界后 先下技術(shù)套管注水泥固井 再從技術(shù)套管中下入直徑小一級的鉆頭鉆穿油層至設(shè)計(jì)井深 最后在油層部位下入預(yù)先割縫的襯管 依靠襯管頂部的襯管懸掛器 卡瓦封隔器 將襯管懸掛在技術(shù)套管上 并密封襯管和套管之間的環(huán)形空間 使油氣通過襯管的割縫流入井筒 割縫襯管完井 后期固井 用同一尺寸鉆頭鉆穿油層后 套管柱下端連接襯管下入油層部位 通過管外封隔器和注水泥接頭固井封隔油層頂界以上的環(huán)形空間 割縫襯管 割縫襯管就是在襯管壁上沿著軸線的平行方向或垂直方向割成多條縫眼 割縫襯管縫眼的功能 允許一定數(shù)量和大小的能被原油攜帶至地面的 細(xì)砂 通過 能把較大顆粒的砂于阻擋在襯管外面 這樣 大砂粒就在襯管外形成 砂橋 或 砂拱 砂橋中沒有小砂粒 因?yàn)樯a(chǎn)時此處流速很高 把小砂粒都帶入井內(nèi)了 砂橋的這種自然分選 使它具有良好的通過能力 同時起到保護(hù)井壁的作用 割縫襯管完井適用的地質(zhì)條件 無氣頂 無底水 無含水夾層及易塌夾層的儲層 單一厚儲層 或壓力 巖性基本一致的多儲層 不準(zhǔn)備實(shí)施分隔層段 選擇性處理的儲層 巖性較為疏松的中 粗砂粒儲層 割縫襯管完井方法是當(dāng)前主要的完井方法之一 它既起到裸眼完井的作用 又防止了裸眼井壁坍塌堵塞井筒的作用 同時在一定程度上起到防砂的作用 由于這種完井方法的工藝簡單 操作方便 成本低 故而在一些出砂不嚴(yán)重的中粗砂粒油層中使用 礫石充填完井 對于膠結(jié)疏松出砂嚴(yán)重的地層 一般應(yīng)采用礫石充填完井方法 它是先將繞絲篩管下入井內(nèi)油層部位 然后用充填液將在地面上預(yù)先選好的礫石 礫石可以是石英砂 玻璃珠 樹脂涂層砂或陶粒 泵送至繞絲篩管與井眼或繞絲篩管與套管之間的環(huán)形空間內(nèi) 構(gòu)成一個礫石充填層 以阻擋油層砂流入井筒 達(dá)到保護(hù)井壁 防砂入井之目的 礫石充填完井在直井 定向井中都可使用 但在水平井中應(yīng)慎重 因?yàn)橐装l(fā)生砂卡 從而使礫石充填失敗 達(dá)不到有效防砂的目的 為了適應(yīng)不同油層特性的需要 裸眼完井和射孔完井都可以充填礫石 分別稱為裸眼礫石充填和套管礫石充填 裸眼礫石充填完井 在地質(zhì)條件允許使用裸眼 而又需要防砂時 就應(yīng)該采用裸眼礫石充填完井方法 其工序是 鉆頭鉆達(dá)油層頂界以上約3m后 下技術(shù)套管注水泥固井 再用小一級的鉆頭鉆穿水泥塞 鉆開油層至設(shè)計(jì)井深 然后更換擴(kuò)張式鉆頭將油層部位的井徑擴(kuò)大到技術(shù)套管外徑的1 5至2倍 以確保充填礫石時有較大的環(huán)形空間 增加防砂層的厚度 提高防砂效果 套管礫石充填完井 套管礫石充填的完井工序是 鉆頭鉆穿油層至設(shè)計(jì)井深后 下油層套管于油層底部 注水泥固井 然后對油層部位射孔 要求采用高孔密 30孔 m左右 大孔徑 20mm左右 射孔 以增大充填流通面積 有時還把套管外的油層砂沖掉 以便于向孔眼外的周圍油層填入礫石 避免礫石和地層砂混和增大滲流阻力 由于高密度充填 高粘充填液 緊實(shí) 充填效率高 防砂效果好 有效期長 故當(dāng)前大多采用高密度充填 礫石充填完井適用的地質(zhì)條件 幾種主要完井方法適用的地質(zhì)條件 垂直井 九 中途測試DST 概念 中途測試技術(shù)是及早發(fā)現(xiàn)工業(yè)油氣層的重要手段 1991年以前由于MFE單封隔器很難實(shí)現(xiàn)分層測試 使中途測試技術(shù)受到了限制 在使用膨脹式測試工具的同時 對選層標(biāo)準(zhǔn) 封隔器座封位置 測試制度和施工參數(shù)設(shè)計(jì)