復雜結構井概念及其它

1、復雜結構井概念及其它第一頁，共55頁。 在多年的石油開發(fā)實踐中，人們一直在探秘高效開發(fā)油氣藏的有效途徑。于是，定向井、水平井等復雜結構井及旋轉導向、地質導向等先進鉆井技術相繼得到開發(fā)應用，并在生產(chǎn)實踐中發(fā)揮了巨大的作用，為進一步豐富油氣藏開發(fā)手段、提高油氣藏開發(fā)利用率和采收率創(chuàng)造了條件。 前言第二頁，共55頁。前言第三頁，共55頁。 定向井、水平井、大位移井等復雜結構井的實施除涵蓋直井的項目外，還要進行以下專項設計及控制技術總體優(yōu)化技術 實現(xiàn)軌道的相關工藝技術完井技術前言軌道優(yōu)化設計控制技術第四頁，共55頁。內(nèi)容一、復雜結構井的概念及特點二、攜巖機理及影響因素分析三、優(yōu)快鉆井的思路及關鍵環(huán)節(jié)四

2、、關鍵項目的設計方法第五頁，共55頁。一、復雜結構井的概念及特點 定向井：按照預先設計的井斜角、方位角和井眼軸線形狀進行鉆井的井。水平井屬于定向井家族的分支，它的最基本特點是設計的井眼軌跡同油層的走向基本一致。其最大井斜度達到85以上、且在目的層內(nèi)維持一定長度的水平或近水平井段。 大位移井主要是指位垂比大于2的定向井或水平井。常規(guī)水平井目前已經(jīng)形成配套的工藝技術，為油田的勘探、開發(fā)提供了技術支持。水平井特別是長水平段水平井、大位移定向井與常規(guī)的直井、普通定向井無論在設計技術還是施工工藝上都有很大的差異?；靖拍畹诹?，共55頁。1.鉆柱起鉆負荷大，下鉆阻力大2.滑動鉆進時加不上鉆壓，軌跡控制難

3、度大，鉆井施工困難，鉆速低；3.旋轉鉆進時扭矩大，導致鉆柱強度破壞；4.鉆柱與套管摩擦，套管磨損嚴重，甚至被磨穿；5.完井管柱下入困難，甚至下不到底，完井工藝復雜。特點管柱在井內(nèi)的摩阻、扭矩問題一、復雜結構井的概念及特點第七頁，共55頁。原因：井眼不易清潔 造成井眼清潔問題的因素主要包括：1.水平井井斜角大，巖屑在自重作用下下沉，很容易形成巖屑床；2.長水平段水平井巖屑上返過程中，路程長。直井及普通定向井相關的工藝措施對水平井及大斜度定向井不適用，為什么？需從攜巖機理予以探討！營31-3一、復雜結構井的概念及特點第八頁，共55頁。內(nèi)容一、復雜結構井的概念及特點二、攜巖機理及影響因素分析三、優(yōu)快

4、鉆井的思路及關鍵環(huán)節(jié)四、關鍵項目的設計方法第九頁，共55頁。巖屑運移分析巖屑運動045045 井筒中巖屑抵消鉆屑滑移速度帶到地表，此時鉆屑需要降落上千米才能到達井底。井眼清潔通過鉆井液的流變性和流速來維持。當泥漿泵關閉時，巖屑通過粘性鉆井液懸浮，同時一些巖屑會沉淀。攜巖機理及影響因素分析第十頁，共55頁。45 65在45到65的井斜角范圍內(nèi)，巖屑開始形成一個巖屑床，鉆屑降落數(shù)英寸到井筒截面底部，巖屑大多通過井筒低端運移出井，但是巖屑可以較容易地被攪起來到流動區(qū)內(nèi)。這個井斜范圍內(nèi)最顯著的特點是，當停泵時這些巖屑床會滑移至井底。與直井相比，這明顯改變了井眼清潔措施。巖屑運移分析巖屑運動攜巖機理及影

5、響因素分析第十一頁，共55頁。65 90出現(xiàn)了一個完全不同的作業(yè)環(huán)境。此時鉆屑落到井眼低端形成了一個長的連續(xù)的巖屑床，鉆井液在鉆柱上部運移，此時需要通過人工攪動來移動鉆屑（不管泥漿的粘度和流速）。盡管巖屑床崩塌的難題消失了，這個環(huán)境下井眼清潔更困難（即時間的消耗）。巖屑運移分析巖屑運動攜巖機理及影響因素分析第十二頁，共55頁。井眼清洗AREA OFHIGHEST FLOWDEADZONEDEADZONEDRILLPIPEHole Cross Section in High Angle Hole - No RotationCuttings BedAREA OFHIGHEST FLOWDRILLP

6、IPEHole Cross Section in High Angle Hole with RotationDrill pipe rotationthrows cuttings intohigh flow areaDEADZONE 在大井斜或水平井眼內(nèi)，鉆具不轉動時，鉆屑下落，離開高速液流區(qū)鉆具在轉動時，將下落的鉆屑，拋進高速液流區(qū)攜巖機理及影響因素分析第十三頁，共55頁。井眼尺寸：由于環(huán)空返速更低大的井眼尺寸會更難清潔，這在小尺寸清洗面積中也必須考慮到。大小井眼的定義 PHAR3.25屬大井眼；PHAR3.25屬小井眼鉆柱設計：鉆柱設計直接影響流速，鉆柱設計可以改變而提高井眼清潔，通過改進水

7、力學特性并有效的激起巖屑。井眼軌跡：控制在巖屑運移出井筒的過程中遇到各種流型的類型和位置。影響巖屑運移因素分析攜巖機理及影響因素分析第十四頁，共55頁。Hole SizeDesirable Range (RPM)Minimum to Clean Hole (RPM)171/2”120 180 120121/4”150 - 18012097/8”120 - 15010081/2”70 - 10060推薦的鉆具最低轉動速度鉆具轉速與井眼清洗實驗曲線鉆進時保持井眼清潔，比清洗臟的井眼更安全，容易，有效影響巖屑運移因素分析攜巖機理及影響因素分析第十五頁，共55頁。表觀粘度對巖屑清除的影響攜巖機理及影響

8、因素分析第十六頁，共55頁。塑性粘度對巖屑清除的影響攜巖機理及影響因素分析第十七頁，共55頁。屈服值對巖屑清除的影響攜巖機理及影響因素分析第十八頁，共55頁。動塑比對巖屑清除的影響攜巖機理及影響因素分析第十九頁，共55頁。巖屑尺寸對巖屑清除的影響攜巖機理及影響因素分析第二十頁，共55頁。巖屑濃度對于巖屑清除的影響攜巖機理及影響因素分析第二十一頁，共55頁。環(huán)空返速對于巖屑清除的影響空返速分別是vt=0.6m/s（較低環(huán)空返速）和vt=1.2m/s（較高環(huán)空返速）情況下，巖屑床高度隨時間的變化情況。從圖中可以看出，如果環(huán)空返速較低，只有部分巖屑被除去。隨著鉆井液流速的增加至一定程度，巖屑床可以完

9、全被除去。在高流速時在5000s后，井段的大部分巖屑均被除去。因此，在一定流速條件下，長時間循環(huán)鉆井液可以完全除去巖屑床。攜巖機理及影響因素分析第二十二頁，共55頁。影響巖屑運移因素分析流速：一般的規(guī)律是流速要與需要的一致，與當量循環(huán)密度相關的限制一致，但是要盡量使用最大流速。轉速：管柱旋轉對于井眼清潔十分必要，在實際操作中盡可能旋轉鉆柱。泥漿抑制劑和巖性：泥漿抑制劑和巖性不但影響鉆屑量也影響井眼尺寸和形狀以及巖屑尺寸。泥漿流變性：對大位移井理想的泥漿流變性非常復雜。建議使用6的讀數(shù)。鉆頭和井底鉆具組合選擇：這可能是最重要也最不起眼的要素，通過影響流速、允許轉速，鉆井操作和鉆井參數(shù)，從而影響井

10、眼清潔。井壁穩(wěn)定：井壁不穩(wěn)定會產(chǎn)生井壁掉塊，或者縮徑等問題從而影響清潔。攜巖機理及影響因素分析第二十三頁，共55頁。影響復雜結構井井眼清潔的因素井眼清洗的主要因素： 井身幾何形狀環(huán)空流速鉆具轉速鉆井液性能機械鉆速攜巖機理及影響因素分析關鍵鉆井設計內(nèi)容：井眼軌道設計井身結構設計鉆具組合及參數(shù)設計 完井設計核心是保持井眼清潔和井壁穩(wěn)定第二十四頁，共55頁。內(nèi)容一、復雜結構井的概念及特點二、攜巖機理及影響因素分析三、優(yōu)快鉆井的思路及關鍵環(huán)節(jié)四、關鍵項目的設計方法第二十五頁，共55頁。鉆井工程油藏工程采油工程地面工程油田總體效益最高儲量、產(chǎn)量鉆井成本采油作業(yè)成本地面建設成本若地面建設成本高，或采油操作

11、成本高，應采用叢式井組。優(yōu)快鉆井的思路及關鍵環(huán)節(jié)第二十六頁，共55頁。叢式井整體優(yōu)化優(yōu)化叢式井組數(shù)量井場位置井場面積、井排數(shù)量，優(yōu)化排距、井距單臺控制井數(shù)、井距，優(yōu)化單臺鉆井順序。優(yōu)快鉆井的思路及關鍵環(huán)節(jié)第二十七頁，共55頁。老168塊位于勝利老河口油田北部，其南與樁106塊相鄰，東部為老163塊。該地區(qū)水深2m左右，距海岸線約24 km。例優(yōu)快鉆井的思路及關鍵環(huán)節(jié)第二十八頁，共55頁。老168區(qū)塊，計劃采用2個平臺，優(yōu)化后使用一個平臺。節(jié)省了一個人工島及進海路建設，僅鉆前成本就節(jié)約8000余萬元；叢式井組鉆井平臺位置數(shù)、量優(yōu)選例優(yōu)快鉆井的思路及關鍵環(huán)節(jié)第二十九頁，共55頁。（1）井眼軌跡相碰

12、趨勢研究（2）井眼軌道類型優(yōu)選（3）建立大位移井井眼軌跡誤差模型（4）叢式井組防碰掃描設計技術井場面積優(yōu)化分四扇區(qū)鉆井，提高運行效率優(yōu)化井槽位置，利于鉆機整拖優(yōu)化鉆井順序，滿足防碰要求例優(yōu)快鉆井的思路及關鍵環(huán)節(jié)第三十頁，共55頁。 非常規(guī)油藏的儲層特征、低產(chǎn)量和長生產(chǎn)周期的特點，決定了非常規(guī)油藏開發(fā)鉆井、壓裂工程技術集成與發(fā)展應用必須遵循“低成本、高質量”原則。例優(yōu)快鉆井的思路及關鍵環(huán)節(jié)第三十一頁，共55頁。例長水平段水平井：施工困難，速度慢分段壓裂：井眼質量要求高優(yōu)快鉆井的思路及關鍵環(huán)節(jié)第三十二頁，共55頁?！熬S”的概念加拿大能源公司（EnCana）最先提出“井工廠”開發(fā)的理念?！熬S

13、”的核心是在一個井場鉆多口水平井，實現(xiàn)頁巖氣批量化作業(yè)的工廠化生產(chǎn)模式。井工廠作業(yè)屬于生產(chǎn)組織管理運行范疇叢式井、叢式水平井組鉆井、壓裂屬于技術范疇例優(yōu)快鉆井的思路及關鍵環(huán)節(jié)第三十三頁，共55頁。“井工廠”的特點流水線式作業(yè)批量化：一個井場、一臺（多臺）鉆機、一套泥漿循環(huán)系統(tǒng)、一套排污系統(tǒng)、一套固井設備、一套測井設備、一套供水系統(tǒng)，無縫隙、無怠工對數(shù)十口井同時進行連續(xù)作業(yè)，工序與工序之間無縫銜接作業(yè)流程與設備標準化：鉆井、完井、壓裂作業(yè)流程與設備地面工程和生產(chǎn)管理系統(tǒng)化（基礎設施集中在“中心區(qū)”，天然氣自發(fā)電，生產(chǎn)工廠化管理）例優(yōu)快鉆井的思路及關鍵環(huán)節(jié)第三十四頁，共55頁。“井工廠”的鉆井模式

14、采用底部滑動懸臂梁井架鉆叢式井組利用單套設備對數(shù)十口井依次進行一開、下套管、測井、固井、二開等作業(yè)優(yōu)快鉆井的思路及關鍵環(huán)節(jié)例第三十五頁，共55頁。“井工廠”的壓裂模式采用單套壓裂車組、供水系統(tǒng)、配液系統(tǒng)、供砂系統(tǒng)、返排設備對數(shù)十口井依次進行壓裂作業(yè)。壓裂液在線連續(xù)混配、循環(huán)利用。平均一天壓數(shù)段。例優(yōu)快鉆井的思路及關鍵環(huán)節(jié)第三十六頁，共55頁?！熬S”的優(yōu)勢設備及基礎設施利用率高、工作效率高材料、工作液體重復利用最大化場地占用面積及地面工程量大幅度縮小有效降低了施工設備動遷頻次及費用 建井周期大幅度縮短，建井成本大幅度降低，生產(chǎn)管理成本大幅度降低，大幅度降低了對環(huán)境的影響。例優(yōu)快鉆井的思路及關

15、鍵環(huán)節(jié)第三十七頁，共55頁。影響因素井距壓裂半徑泄油半徑井網(wǎng)布局應力方向巖石強度鉆井難度609060例優(yōu)快鉆井的思路及關鍵環(huán)節(jié)第三十八頁，共55頁。2022/10/1239六口井井場面積：204*120=24480m2一口常規(guī)井面積：100*120=12000m2 六口井征用了兩口井的井場。單個泥漿池容積：（1200+800+800）m3；同排兩井口距離：70m縱排兩井口距離：4.5m實 際 情 況例優(yōu)快鉆井的思路及關鍵環(huán)節(jié)第三十九頁，共55頁。優(yōu)快鉆井的思路及關鍵環(huán)節(jié)鉆井工程油藏工程采油工程地面工程儲量、產(chǎn)量鉆井成本采油作業(yè)成本地面建設成本第四十頁，共55頁。單項技術綜合應用的目標打的成安全

16、鉆井保護環(huán)境打的快打的好滿足質量要求滿足采油工藝的要求油井壽命長打的便宜建立通道提高油氣動用率、采收率工序優(yōu)化設備優(yōu)化資源優(yōu)化優(yōu)快鉆井的思路及關鍵環(huán)節(jié)滿足壓力、巖性、環(huán)境保護要求的井身結構；滿足壓力體系、井壁穩(wěn)定的鉆井液密度；與流體性質、采油工藝相匹配的管柱設計。第四十一頁，共55頁。漏涌同層例優(yōu)快鉆井的思路及關鍵環(huán)節(jié)第四十二頁，共55頁。優(yōu)快鉆井的思路及關鍵環(huán)節(jié) 在相同條件下天然氣比油發(fā)生溢流、井涌、井噴的幾率高，處理難度大。 （1）氣體滑脫快； （2）井口壓力高，會導致井漏； （3）難以確定井涌時的地層壓力； （4）難以建立合適的壓力平衡； （5）易失去壓力平衡，導致井噴； （6）容易造成

17、井噴失控和人員傷亡、著火等。氣井的特點e.g. 如果儲層流體是天然氣，且含硫化氫、二氧化碳第四十三頁，共55頁。從井場布置到井身結構、井控、鉆井液體系、套管選材、水泥漿體系、健康安全環(huán)保等一系列環(huán)節(jié)都需要針對 “硫化氫”、“氣井” 展開。例膠乳防氣竄水泥漿體系抗硫金屬密封硫化氫易引起鋼材氫脆和腐蝕，危害人員的生命和健康優(yōu)快鉆井的思路及關鍵環(huán)節(jié)第四十四頁，共55頁。溫度低于93，重點考慮硫化氫氫脆；溫度較高時，腐蝕加重，重點考慮氫脆之外的化學腐蝕。溫度高于93后斷裂時間接近600h試驗結果表明：溫度增加，均勻腐蝕速率增加例硫化氫的腐蝕特點優(yōu)快鉆井的思路及關鍵環(huán)節(jié)第四十五頁，共55頁。例優(yōu)快鉆井的

18、思路及關鍵環(huán)節(jié)第四十六頁，共55頁。單項技術綜合應用的目標打的成安全鉆井保護環(huán)境打的快打的好滿足質量要求滿足采油工藝的要求油井壽命長打的便宜建立通道提高油氣動用率、采收率工序優(yōu)化設備優(yōu)化資源優(yōu)化優(yōu)快鉆井的思路及關鍵環(huán)節(jié)油氣層保護；滿足壓力體系、井壁穩(wěn)定的鉆井液密度及體系；與儲層性質相匹配的完井設計。第四十七頁，共55頁。優(yōu)快鉆井的思路及關鍵環(huán)節(jié)例稠油熱采井熱采對鋼材的影響固井質量的要求強水敏性儲層。老區(qū)加密調(diào)整井。常規(guī)水平井完井。非常規(guī)油氣藏井。第四十八頁，共55頁。優(yōu)快鉆井的思路及關鍵環(huán)節(jié)例完井形式裸眼分段壓裂套管內(nèi)滑套分段壓裂質量要求下得去封得住非常規(guī)油氣藏井井眼曲率造斜段水平段井眼規(guī)則度井眼光滑度鉆井方式巖性（鉆井液體系）第四十九頁，共55頁。單項技術綜合應用的目標打的成安全鉆井保護環(huán)境打的快打的好滿足質量要求滿足采油工藝的要求油井壽命長打的便宜建立通道提高油氣動用率、采收率工序優(yōu)化設備優(yōu)化資源優(yōu)化優(yōu)快鉆井的思路及關鍵環(huán)節(jié)常規(guī)地層：鉆頭、鉆具組合、水利參數(shù)；復雜地層：特殊工具、工藝。例例如：南方陸相地層常規(guī)鉆井方式鉆速慢，采用氣體鉆井方式第五十頁，共55頁。優(yōu)快