大位移井鉆井技術(shù)

1、大位移井鉆井技術(shù)所謂大位移井鉆井技術(shù)，是一種高精尖的鉆井工藝，是當(dāng)今定向井、水平井技術(shù)的綜合系統(tǒng)工程， 可廣泛地應(yīng)用于灘海油田、 海上油田和地面條件極其復(fù)雜的油氣藏的勘探開發(fā)。 尤其位 于我國南海西江和渤海灣的近海地區(qū)的淺海區(qū)域有許多油田， 可以利用大位移井鉆井技術(shù)進(jìn)行海 油陸采，可節(jié)約大量的修建海堤或人工造島等投資費(fèi)用。我國引進(jìn)應(yīng)用和研究大位移井鉆井技術(shù)，是從 1997 年開始的。應(yīng)用大位移井，不僅使西江24-1 邊際油田得以成功開發(fā)， 而且極大地推動(dòng)了國外先進(jìn)的大位移井技術(shù)在國內(nèi)的研究與應(yīng)用。 近年來，專家針對(duì)大位移井的六大技術(shù)難點(diǎn)， 對(duì)大位移井鉆井的優(yōu)化設(shè)計(jì)理論、 國產(chǎn)化配套技術(shù)、 計(jì)算

2、機(jī)應(yīng)用軟件技術(shù)等進(jìn)行研究摸索，形成了正確的理論研究方法。在先導(dǎo)性實(shí)驗(yàn)井埕北21-平1 井的施工中，首次在我國使用變曲率懸鏈線井身軌跡剖面設(shè)計(jì)方法，首次引進(jìn)具有世界先進(jìn)水平的調(diào)式AGS穩(wěn)定器和FEWD無線隨鉆測(cè)量儀等組成帶地質(zhì)導(dǎo)向的先進(jìn)鉆井技術(shù)，并配合使用 新型黑色正電膠硅聚鉆井液， 有效地解決了摩阻、 扭矩等技術(shù)難題， 這口井創(chuàng)出目前國內(nèi)陸上大 位移延伸井水平位移最長全國新紀(jì)錄， 并在大位移井優(yōu)化設(shè)計(jì)、 井眼軌跡控制、 井下工具應(yīng)用和 研制以及鉆井液、完井液等方面，取得了7 項(xiàng)突破性的研究成果，形成了鉆 3000m 以上大位移井的配套技術(shù)，開展了水平位移 4000m 以上大位移井的鉆井工程設(shè)計(jì)

3、及井眼軌跡控制技術(shù)模擬 實(shí)驗(yàn)，具備了 5000m 以內(nèi)大位移的施工能力。與此同時(shí)，在塔里木酸鹽巖地層中，打出一口超深水平井解放 128 井，填補(bǔ)了國內(nèi)鉆井施工運(yùn)用 6in 鉆頭水平段和采用世界先進(jìn)的換壓鉆進(jìn)技術(shù)邊噴、 邊鉆兩項(xiàng)鉆井技術(shù)空白， 創(chuàng)出 了水平井施工垂深最深的亞洲記錄； 并在渤海灣附近的樁西古潛山地層中， 鉆出一口水平位移超2000m 的高難度海油陸探大位移延伸定向井-樁斜 314 井，均見到良好油氣顯示。大位移井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則：1. 能夠有效地保護(hù)儲(chǔ)油氣層； 2.避免產(chǎn)生井漏、井塌、卡鉆等井下復(fù)雜事故，為安全、優(yōu)質(zhì)、快速和經(jīng)濟(jì)鉆井創(chuàng)造條件；3.當(dāng)實(shí)際地層壓力超過預(yù)測(cè)地層壓力

4、值 ,發(fā)生溢流時(shí) ,在一定的范圍內(nèi)， 具有處理溢流的能力。 在裸眼井段中， 存在著地層壓力、 地層破裂壓力、 井筒內(nèi)鉆井液液柱的有效壓力， 由于井壁的不穩(wěn)定性， 還需要考慮巖層的坍塌壓 力梯度。為預(yù)防井噴、井漏以及地層坍塌而引起的埋鉆、卡鉆等井下復(fù)雜情況， 地層井筒內(nèi)的 壓力系統(tǒng)還必須滿足Pf （地層破裂壓力）> Pm（鉆井液液柱的有效壓力）> P（巖層的坍塌壓力）> P（地層的孔隙壓力）等條件。大位移井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)主要考慮的因素包括： 地質(zhì)數(shù)據(jù)： 地層壓力梯度剖面、 地層破裂壓 力梯度剖面、巖性剖面及故障提示；鉆井工程數(shù)據(jù)：扭矩、摩阻分析、鉆機(jī)負(fù)荷、鉆桿尺寸及鉆 具組合、

5、鉆井液的性能參數(shù)和流變性、 套管鋼級(jí)和尺寸及聯(lián)接扣型、套管磨損、 套管程序的備用 方案、水泥漿在環(huán)空內(nèi)的返高、水泥漿的可泵送時(shí)間和稠化時(shí)間及終凝強(qiáng)度等；完井工程數(shù)據(jù)： 主要考慮完井方案、防砂措施、分層開采要求、人工舉升方案、生產(chǎn)管柱。國內(nèi)常規(guī)定向井鉆井技術(shù)已經(jīng)成熟， 目前已初步具備鉆位移為 3000m 大位移定向井的技術(shù)能 力。近幾年，國內(nèi)也開始研制開發(fā)大位移井專用工具， 如降扭工具、 下套管工具等。 海洋石油鉆井公 司的大位移井鉆井技術(shù)走在最前列，其大位移井工具主要以引進(jìn)為主。由于地面條件復(fù)雜及油 藏構(gòu)造的要求，大港油田鉆定向井的數(shù)量居全國各油田之首，定向井技術(shù)水平亦居國內(nèi)領(lǐng)先地 位（ 見表

6、 2-2） ，并創(chuàng)造了多項(xiàng)國內(nèi)領(lǐng)先指標(biāo)。通過多年不斷的實(shí)踐和相應(yīng)的技術(shù)攻關(guān)，在定向 井設(shè)計(jì)、井眼軌跡控制和測(cè)量方面，具有較強(qiáng)的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)和先進(jìn)的工具儀器，1991 年完鉆了當(dāng)時(shí)國內(nèi)水平位移最大的定向井張 17-1 井，井深 3933.88m ，井底位移 2279.38m 。 1997 年完 成的紅 9-1 井測(cè)量井深 2300.58m ，垂直井深 1180.6m ，水平位移 1727.57m ，最大井斜角 76°位移與垂深之比達(dá)到1.463:1，是國內(nèi)典型的淺層大位移定向井。2000年年初大港油田完成的港深69X1井，井深5464.43m，完鉆垂深4315.15m，水平位移3118.2

7、4m，是目前中油集團(tuán)公司水平位移最大的一口深層大位移定向井。目前勝利油田埕北21-平1井水平位移達(dá)到了 3167.33m圖2-1M16井井眼軌跡圖井號(hào)油田完井日期測(cè)深/m垂深/m井底位移/m位移/垂深最大井斜角鉆井周期/d張張1991.23933.882999.192279.380.765014617-1巨河張張1992.114076.53382.642167.890.664726518-1巨河F1歧1996.1244203329.022624.70.7952.4879口紅泄1997.112300.581180.61727.571.4676.2216.69-1洪區(qū)歧歧1997.11460439

8、61.112133.0237.4102.7173-1口港深馬2000.35464.434315.153118.040.7246.4111.8869X1東東港歧2000.72380180013980.782528.2198X1口表2-2大港油田典型大位移井技術(shù)指標(biāo)表未來大位移井鉆井技術(shù)將進(jìn)一步圍繞降低成本、減少風(fēng)險(xiǎn)和提高成功率的目標(biāo)而發(fā)展，將 更廣泛地用于海上油田、灘海油田和其他地面條件受到限制的油田。1 國外主要技術(shù)發(fā)展應(yīng)用情況(1) 井身剖面設(shè)計(jì)選擇摩阻小的井身剖面是鉆大位移井的首要問題。國外大位移井井身剖面主要有三種:造斜剖面)和懸鏈線剖面?，F(xiàn)在懸鏈線剖面已成為大位移常用設(shè)計(jì)剖面。在 Wy

9、tchFarm油田，準(zhǔn)懸鏈線剖面，初造斜率為丨° /30m1.5° /30m逐漸增加到2.5 ° /30m。實(shí)踐證明,準(zhǔn)懸鏈線井身剖面可減少鉆井扭矩，增加套管下入重量20%25%，增加鉆具的滑動(dòng)能力。(2) 鉆柱設(shè)計(jì)在大位移井鉆井中，鉆柱設(shè)計(jì)考慮了鉆柱的拉壓載荷和扭轉(zhuǎn)載荷，建立了鉆柱設(shè)計(jì)模型(如圖2-2)，以滿足鉆大位移井要求，BP公司除了采用高強(qiáng)度鉆桿外，還采用了工具接頭應(yīng)力平衡、高扭矩絲扣油以及高扭矩接頭、高扭矩聯(lián)結(jié)等方法以保證鉆柱具有足夠高的扭轉(zhuǎn)能力。 在井底鉆具組合方面，國外公司目前采用的方法主要有：采用螺旋鉆鋌和可調(diào)穩(wěn)定器；選擇好頂部及下部鉆具組合的中合

10、點(diǎn);減少絲扣連接的數(shù)量；減少在斜井段使用的加重鉆桿的數(shù)量。(3) 鉆機(jī)和裝備的改進(jìn) 鉆井液系統(tǒng)。泥漿泵增加至3臺(tái)或更多，額定功率從1177kW 提高至1471kW或1618kW 地面泥漿系統(tǒng)的額定壓力從35MPa提高至40MPa或50MPaOseberg鉆機(jī)頂驅(qū) 由于長斜井段的扭矩問題，所以頂部驅(qū)動(dòng)裝置的扭矩是關(guān)鍵。S-135 薄壁鉆桿，通過降低 鉆桿。 Wytch Farm 油田鉆大位移井使用的鉆桿鋼級(jí)為鉆桿自身重量，降低扭矩和摩阻。所采取的辦法有：采用高摩擦系數(shù)絲扣油、雙臺(tái)肩或楔形螺 紋提高工具接頭的承扭能力； 使用碳化鉻合金對(duì)鉆桿接頭表面進(jìn)行環(huán)形加硬層處理， 有效預(yù)防接 頭磨損。目前，屈

11、服強(qiáng)度為12654kg/cm 2的鉆桿已獲成功。 絞車。目前已有功率為40005000 hp(29423678kW)的齒輪驅(qū)動(dòng)絞車。 鉆桿和鉆鋌的存放能力。國外采取了增加鉆桿單根的長度至13m(加長4m)，存放能力增加了 12001500m；另外通過調(diào)整鉆桿處理設(shè)備，由4個(gè)單根配成立柱，這樣又增加了25002700m的存放能力。(4) 扭矩摩阻控制技術(shù) 采用油基鉆井液，并提高油水比值，降低摩阻系數(shù)。油基鉆井液的潤滑性和抑制性超過水基鉆井液，國外試驗(yàn)證明：將油水比為90:10 同油水比為 62:38 的鉆井液相比，金屬對(duì)金屬的摩阻降低 50，金屬對(duì)砂巖的摩阻降低40。 Baroid 鉆井液公司開

12、發(fā)出了 Herschel-Bulkley 流變模型，評(píng)估井眼清潔效果，以改 善和解決扭矩、摩阻過大問題。 采用塑料小球潤滑劑。北海試驗(yàn)結(jié)果表明：塑料小球能夠短期降低扭矩15 %。西江 24-3-A14 井在下部井段鉆進(jìn)中，鉆至 7248m 時(shí)，開始加入含塑料小球泥漿，扭矩輸出電流由原來的 800A降低到650A，扭矩降低了 18.75 %，效果明顯。英國Wytch Farm 油田的M16井采用含塑料小球的泥漿添加劑來代替碎杏仁殼體系，當(dāng)含塑料小球的泥漿體系泵入裸 眼井時(shí)，初期扭矩降低了 45% 使用鉆柱降扭短節(jié)及非旋轉(zhuǎn)鉆桿保護(hù)器 (NRDPP)由Security DBS 公司開發(fā)的鉆柱降扭短節(jié)

13、，可與鉆井常用的127mm 139.7mm和168mm鉆桿配合， 使得鉆大位移井時(shí)， 鉆桿接頭離開套管， 可避免套管磨損， 降低扭矩， 降扭幅度達(dá) 40。使用非旋轉(zhuǎn)鉆桿保護(hù)器(NRDPP),國外的試驗(yàn)表明：NRDPP可降低扭矩 25 %30 %,美國Westen Well Tools公司提供的NRDPP在斜井段套管內(nèi)使用，扭矩下降達(dá)23.3 %,在降低扭矩和防止套管磨損方面的作用非常顯著。 使用加長馬達(dá)，減少了鉆頭泥包，降低了鉆頭與地層或井眼之間的扭矩。(5) 井眼軌跡控制技術(shù) 采用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井，精確控制井眼軌跡。在鉆進(jìn)中，盡量采用旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方式，少 采用滑動(dòng)鉆進(jìn)方式來控制井眼軌跡。如， Wyt

14、eh Farm 油田在鉆大位移井時(shí)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)是最主 要的工具。 使用大剛度井眼控制鉆具組合，防止井眼岀現(xiàn)大的狗腿度。 使用水力加壓器，為鉆頭施加足夠的鉆壓，減少了井眼軌跡的變化，使井眼軌跡 得到更有效的控制。 精確控制井眼軌跡，采用先進(jìn)的隨鉆測(cè)量工具和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，如：傳輸速率60m/s的M10型MWD三聯(lián)(電阻、中子、密度及 測(cè)井)或四聯(lián)(三聯(lián)加聲波測(cè)井 )的隨鉆測(cè)井(LWD)。規(guī)則，減少局部狗腿度。 采用大排量循環(huán)洗井，將井眼的巖屑帶岀地面，經(jīng)固控設(shè)備處理，降低鉆井液中的固相含量。(6) 井眼清潔技術(shù)確保井眼清潔的主要因素是排量。國外首先利用井眼清潔模型來計(jì)算可確保井眼清潔所需的最小排量

15、和最優(yōu)流變參數(shù)；其次采用頂驅(qū)和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)也有利于攜巖；第三是加強(qiáng)地面固控，在 Wytch Farm 鉆超大位移井時(shí)，一般安裝4臺(tái)雙層直線型振動(dòng)篩，1臺(tái)鉆井液清潔器和2臺(tái)離心分離器，使用特殊的波紋狀篩布。(7) 大位移井用可變徑穩(wěn)定器公司多位變徑穩(wěn)定器(如圖2-3) 多位變徑穩(wěn)定器。Wytch Farm油田大位移鉆井中使用的Halliburton圖2-3多位變徑穩(wěn)定器結(jié)構(gòu)圖Halliburton公司研制的多位變徑穩(wěn)定器HVGS已投入商業(yè)化使用。這種裝置代表了目前旋轉(zhuǎn)鉆井軌道控制系統(tǒng)的水平和國外可變徑穩(wěn)定器的發(fā)展方向HVGS是一套先進(jìn)的機(jī)電液一體化裝置，主要由三個(gè)功能部件組成，即下部的動(dòng)力段

16、、上部的控制段和一個(gè)正脈沖發(fā)生器。下部的動(dòng)力段為可徑向伸出的穩(wěn)定器翼片，由穩(wěn)定器處環(huán)空 內(nèi)外壓差啟動(dòng)，停泵時(shí)翼片縮進(jìn)，開泵后翼片伸出。與傳統(tǒng)的機(jī)液可變徑穩(wěn)定器相比，HVGS具有以下特點(diǎn)：采用鉆井液脈沖遙控技術(shù)、電子及液壓技術(shù)調(diào)節(jié)穩(wěn)定器外徑，穩(wěn)定器直徑的位置數(shù)可根據(jù)需要選擇；擴(kuò)大了穩(wěn)定器的徑向調(diào)整范圍，215.9mm變徑穩(wěn)定器直徑調(diào)節(jié)范圍為184.2215.9mm,鉆井液通過穩(wěn)定器的壓力損失大約為517.1kPa ;通過MWD向地面通報(bào)穩(wěn)定器的工作狀態(tài)，其控制指令是鉆井液排量序列，示位指令是MW發(fā)岀的鉆井液脈沖信號(hào)?，F(xiàn)場試驗(yàn)：據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，由HVGS組成的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)已成功應(yīng)用于英國北海Wytch

17、Fam油田M-2、M-3 和 M-4 大位移井的鉆井施工中，其中在M-2 井創(chuàng)造了 1603m 垂直深度下的水平位移6732m 的世界紀(jì)錄， M-3 井的實(shí)鉆結(jié)果更是打破了 M-2 井水平位移的世界紀(jì)錄， 證明這種系 統(tǒng)在大位移井鉆井作業(yè)中具有廣闊應(yīng)用前景。(7) 大位移井用可變徑穩(wěn)定器 自動(dòng)井斜角控制穩(wěn)定器。自動(dòng)井斜角控制穩(wěn)定器 (AIC) 由信號(hào)發(fā)生機(jī)構(gòu)、信號(hào)接收與傳遞機(jī)構(gòu) ( 油壓傳動(dòng)裝置 ) 和信 號(hào)執(zhí)行機(jī)構(gòu) (液控柱塞伸縮式變徑穩(wěn)定器 )組成短節(jié)，裝在鉆頭上方，其結(jié)構(gòu)見圖 2-4。1-可調(diào)件；2-穩(wěn)定器本體；3-主活塞；4-柱塞；5-彈簧；6-端蓋圖2-4 自動(dòng)井斜角控制器結(jié)構(gòu)簡圖當(dāng)

18、實(shí)鉆井斜角大于或小于設(shè)計(jì)井斜值時(shí)，AIC即發(fā)岀兩種不同信號(hào)，造成密閉油路內(nèi)的油液換向，然后通過特殊設(shè)計(jì)的閥組使油缸活塞桿產(chǎn)生軸向伸縮運(yùn)動(dòng)，由此使主活塞同步運(yùn)動(dòng)，從而導(dǎo)致可變徑穩(wěn)定器的柱塞組作徑向伸縮和鎖位，通過改變鉆具組合的力學(xué)特性來控制井斜角。AIC用于水平井水平段和定向井穩(wěn)斜段的井斜控制。下井前只要把 MC的角度整定機(jī)構(gòu)調(diào)至標(biāo)定井斜值，即可在井下把實(shí)鉆井斜值自動(dòng)控制在標(biāo)定值的鄰域以內(nèi)，而不需要配備測(cè)斜儀器，所鉆的實(shí)鉆軌跡就是一條沿設(shè)計(jì)軌跡上下小幅度變化的波浪線，非常接近設(shè)計(jì)軌跡。AIC實(shí)現(xiàn)了鉆井過程中對(duì)設(shè)定 目標(biāo)(即標(biāo) 定井 斜角)的井下 閉環(huán)自 動(dòng)控 制，可在鉆 進(jìn)中省掉 SST和MWD

19、等測(cè)斜儀器，節(jié)省測(cè)量時(shí)間和大量費(fèi)用。作為機(jī)液裝置，AIC未采用任何電子元件，而且其液壓系統(tǒng)油路與鉆井液完全隔離，從而可保證該控制工具在井下工作的可靠性。(7)大位移井用可變徑穩(wěn)定器 排量控制式變徑穩(wěn)定器。這是一種遙控變徑穩(wěn)定器。通過改變鉆井泵排量，遙控改變井下變徑穩(wěn)定器的外徑尺寸，從而實(shí)現(xiàn)造斜、降斜、穩(wěn)斜等作業(yè)。其原理與結(jié)構(gòu)特征為：主軸沿軸向開有數(shù)道環(huán)槽，上部連接凸輪軸，當(dāng)排量為正常排量時(shí)，主軸處于上位，通過斜面與之接觸的柱塞組復(fù)位內(nèi)縮；當(dāng)需要擴(kuò)徑時(shí)，調(diào)整鉆井泵排量，由于節(jié)流嘴的作用產(chǎn)生壓降， 迫使主軸下行， 在行程終了時(shí)鎖定位置， 主軸同時(shí)推動(dòng)柱塞組外伸， 達(dá)到穩(wěn)定器擴(kuò)徑的目的。 Ander

20、gauge 公司旋轉(zhuǎn)式可變徑穩(wěn)定器 （ 已經(jīng)過 4000 次以上的試驗(yàn)，見圖 2-5） 。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：可控制從517in的各種井徑；鎖定裝置能有效的固定位置：指示器能清楚地顯示井底設(shè)備壓力；旋轉(zhuǎn)方向修正能減少狗腿，降低扭矩與拉力；持續(xù)旋轉(zhuǎn)有助于清潔井眼，消除巖屑堵塞；鉆頭可在切向與水平方向旋轉(zhuǎn)。 遙控式可調(diào)直徑的井下穩(wěn)定器。為了更好地控制井斜， 減少更換井下鉆具組合的起下鉆次數(shù)， 提高鉆井效率， 以及減少鉆井成本，Anadrill 、Halliburton等公司研制岀了遙控式可調(diào)直徑的井下穩(wěn)定器（DownholeAdjustable Stabilizers） ，即智能式穩(wěn)定器。 它由其翼片可以收

21、縮和擴(kuò)張的翼片穩(wěn)定器、控制系統(tǒng)、正脈沖發(fā)生器三大部分組成。穩(wěn)定器翼片在壓差的作用下可以徑向擴(kuò)張，在鉆井泵 停泵時(shí)收縮。穩(wěn)定器的直徑或翼片徑向擴(kuò)張程度，由控制系統(tǒng)中的微處理機(jī)按地面所給指 令進(jìn)行控制。216mm穩(wěn)定器，正?？勺?級(jí)直徑調(diào)節(jié)，每次調(diào)節(jié)增量為 6.35mm目前，這類遙控式 可變直徑穩(wěn)定器已在水平鉆井和大位移鉆井中成功地應(yīng)用，特別是在北海地區(qū)。（8）其他專用工具、儀器 串聯(lián)馬達(dá) （ 圖 2-6） 。 幾種減扭工具 （ 圖 2-7 2-12）圖 2-6 高強(qiáng)度扭轉(zhuǎn)桿連接的串聯(lián)馬達(dá)圖 2-7 鉆桿軸承短節(jié) (DPBS) 圖 2-8 低扭矩短節(jié)圖 2-9不旋轉(zhuǎn)鉆桿 / 套管護(hù)箍 (DNPP)

22、圖 2-10 低扭矩鉆桿設(shè)計(jì)鉆柱圖 2-11新型 DSTR圖2-12 DSTR短節(jié)的減扭短節(jié) (DSTR)安裝示意圖(9) 完井技術(shù)國外大位移井完井方式有：套管射孔完井、尾管射孔完井、尾管加繞絲篩管完井、割縫尾管完井，一般采用尾管完井方式。套管柱的下入、尾管懸掛、注水泥技術(shù)等都是完井工程的(SFD) 能將完井管柱關(guān)鍵技術(shù)。在套管下入技術(shù)方面，國外多家公司研制成的選擇性漂浮裝置 下人 7000m 以上井深。對(duì)于尾管下入采用加重鉆桿輔助措施、 下推接頭、 尾管漂浮輔助措施等 尾管懸掛系統(tǒng)可在大斜度井段成功座放，且允許尾管在固井作業(yè)時(shí)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，提高注水泥頂替 效率。 Wytch Farm 油田采用潤

23、滑性好的油基鉆井液，使西 311.1mm 井眼中摩擦系數(shù)為 O.21 ，相 應(yīng)臨界角為78° ( 一般在7072 °之間)，明顯提高了套管下入能力。浮式套管。Mobile 公司的浮式套管有兩種：一是將氣體、水或泥漿充入套管各段中，用密封裝置將 各段分隔開，填充的輕質(zhì)液體產(chǎn)生的浮力沿套管均勻分布，保證套管在井眼內(nèi)均勻分布，如圖2-13 。二是利用在套管內(nèi)放置輕質(zhì)襯套來降低密度，襯套材料可用聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫、木材或軟木，如圖2-14。Dismuskes公司建議采用塑料、鋁或其他輕金屬材料作為套管材料。在套管壁上增加一些浮力材料或是一段密封圓柱體， 使套管在鉆井液中產(chǎn)生浮

24、力， 如圖 2-15圖 2-13 Mobile 公司的浮 圖 2-14 放入輕質(zhì)襯套式套管浮式套管選擇性漂浮裝置。這是一種新型專利工具，這種工具可借助減小套管的法向力來降低摩阻力，借助這種方法可把套管的法向力減小20%,如圖2-16。這種工具在 Pt. Pedernales油田大位移中下入 244.5mm套管時(shí)得到了廣泛應(yīng)用。圖2-15 Dismuskes公司帶有密封圖2-16 SFD安放位置示意圖體的浮式套管(9) 完井技術(shù) 套管漂浮接箍。該工具由內(nèi)外筒兩部分組成 ( 如圖 2-17) ，這套裝置接在套管柱上， 作為套管柱的一個(gè)臨時(shí) 堵塞物，它的整個(gè)內(nèi)筒可在鉆水泥塞和浮箍浮鞋時(shí)一起被鉆掉。圖

25、 2-17 套管漂浮接箍工作原理示意圖該套裝置在我國南海石油公司的西24-3-A14大位移井下244.5mm套管時(shí)得到應(yīng)用。西24-3-A14井有2146m飄浮套管段，利用該工具在套管內(nèi)沒有鉆井液的情況下使套管對(duì)井眼低邊 正壓重量減少 93t 左右。 下套管專用工具。挪威技術(shù)研究所研制的下套管工具可使水平井段下套管的長度比采用普通方法增加50 %100，如圖 2-18 。圖 2-18 挪威技術(shù)研究所研制的下套管專業(yè)工具(9) 完井技術(shù) 套管鉆進(jìn)下套管方式。Dismukes 公司利用一個(gè)可回收井下鉆井馬達(dá)來清除套管前面的障礙。利用電纜將電動(dòng)、 螺桿鉆具或渦輪鉆具等可回收式馬達(dá)下到井底， 這些馬達(dá)

26、在井底通過驅(qū)動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)推進(jìn)器或鉆頭， 清除套管 前方的障礙或鉆屑沉積， 套管下到井底后， 馬達(dá)取出，鉆頭和驅(qū)動(dòng)軸留在井中。 TAM公司研制的套管循環(huán)頭不但適合于頂部驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)系統(tǒng)，也適合于轉(zhuǎn)盤鉆進(jìn)鉆機(jī)，它是利用下套管同時(shí)循環(huán)鉆井 液減小摩擦力的方法來提高管柱下入能力，并降低卡鉆的可能性。美國，安裝在套管內(nèi)的幾個(gè) 位置上， 幫助將套管下到井底， 該技術(shù)已申請(qǐng)了專利。 還有就是利用游車或大鉤的自重往井下 推動(dòng)套管或尾管 尾管下入工具。國外研制的水力尾管釋放工具 (HRT)( 圖 2-19) 能將尾管旋轉(zhuǎn)并送到設(shè)計(jì)井深， 而且能處理 因旋轉(zhuǎn)尾管導(dǎo)致的高扭矩(136. 5kN m)o它可以在尾管的注水泥作

27、業(yè)中邊旋轉(zhuǎn)邊上下活動(dòng)。在尾管旋轉(zhuǎn)下送至總井深并固井后，經(jīng)鉆桿投入膠塞，可使尾管在水力作用下與鉆桿卸開。該工具 已應(yīng)用于 Unocal 公司的大位移完井中。 滾子扶正器?？蓸O大地減小摩擦系數(shù)，在泥漿中的旋轉(zhuǎn)摩擦系數(shù)低達(dá)0.04(圖2-20) o(10) 應(yīng)用實(shí)例 1998年初，BP公司在 Wytch Farm 油 田鉆的 M-11井水平位移 達(dá)10114m。該 井是該油田完成的第 14 口大位移井， 該井所用的 Dentag 鉆機(jī)是歐洲最大的鉆機(jī)， 配有一 臺(tái) 3000hp 的絞車， 3 臺(tái) 1600hp 的泥漿 泵和一套頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；為避免井眼損傷和泥漿漏失采用了 Anadrill 公 司的泥

28、漿壓力隨鉆監(jiān)測(cè)儀 (PWD)；定向控制采用了井下旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆 井 系統(tǒng)，與傳統(tǒng)導(dǎo)向工具的區(qū)別是它在井下可旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向，是該系統(tǒng)第一次在 Wytch Farm油田應(yīng)用。 Oseberg油田大位移井完井采用177.8mm、重量為38kg/m的管 柱進(jìn)行完井， 考慮到完井管柱過長、 過重， 如果一次下入完井管柱， 根據(jù)計(jì)算其抗拉伸和抗擊毀安全系數(shù)不夠，為解決這一問題，采取了尾管回接固井技術(shù)。2. 國內(nèi)主要技術(shù)發(fā)展應(yīng)用情況油機(jī)械廠都已開我國在鉆大位移井的設(shè)備配套上，目前蘭州石油機(jī)械廠和寶雞石發(fā)研制出 ZJ60D 和 DQ-60D 頂部驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)，為鉆水平位移在4000m 左右大位移井提供了設(shè)備上的保證。在井眼

29、軌跡控制及測(cè)量方面，我國陸上油田已引進(jìn)多臺(tái)套MWD測(cè)量設(shè)備。西安石油學(xué)院已在進(jìn)行降摩阻短節(jié)的試驗(yàn)研究，通過在中硬石灰?guī)r地層試驗(yàn)水平鉆進(jìn)，機(jī)械鉆 速提高 43；在致密硬白云巖和石灰?guī)r進(jìn)行26°井斜鉆進(jìn)，機(jī)械鉆速提高19 。目前國內(nèi)的幾家主要石油設(shè)備生產(chǎn)廠家都已基本具備加工制造各類井下動(dòng)力鉆具、鉆頭 及特殊工具的能力。 1991 年，石油勘探開發(fā)科學(xué)研究院機(jī)械所開始研制遙控變徑穩(wěn)定器，開 發(fā)了提壓鉆柱式、投球式和排量控制式三種遙控變徑穩(wěn)定器，為油田大位移井、水平井鉆井作 業(yè)提供了先進(jìn)的工具。(1) 提壓鉆柱式變徑穩(wěn)定器圖 2-21 為提壓鉆柱式遙控變徑穩(wěn)定器的結(jié)構(gòu)原理圖。由圖2-2l 可

30、知，當(dāng)驅(qū)動(dòng)軸向上或向下發(fā)生位移時(shí)，驅(qū)動(dòng)軸上的楔形面將推動(dòng)支撐塊伸出或縮進(jìn)，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定器工作面直徑 的變化。驅(qū)動(dòng)軸的位移通過提壓鉆柱實(shí)現(xiàn)。穩(wěn)定器直徑變大的操作過程是停泵終止循環(huán)，驅(qū)動(dòng) 軸上的液力鎖被打開，驅(qū)動(dòng)軸處于自由活動(dòng)狀態(tài)，只要鉆頭與井底有一定的接觸力，驅(qū)動(dòng)軸就 向上移動(dòng)，支撐塊被頂出，穩(wěn)定器處于大尺寸狀態(tài)，此時(shí)馬上啟動(dòng)泵，在泵壓作用下，液力鎖 活塞被推入其下端的彈性爪中撐開彈性爪，上殼體的內(nèi)臺(tái)階擋住彈性爪，鎖住驅(qū)動(dòng)軸，穩(wěn)定器 就可在大尺寸狀態(tài)下工作。 穩(wěn)定器直徑變小的操作過程是停泵終止循環(huán)，驅(qū)動(dòng)軸上的液 力鎖被打開，將鉆頭提離井底，利用鉆頭與鉆鋌的重力使驅(qū)動(dòng)軸向下移動(dòng)，支撐塊與楔形面脫離

31、， 處于浮動(dòng)狀態(tài)， 穩(wěn)定器旋轉(zhuǎn)時(shí)， 支撐塊與井壁碰撞， 使支撐塊縮回， 穩(wěn)定器就處于小尺寸狀態(tài)， 啟動(dòng)泵后，液力鎖鎖定驅(qū)動(dòng)軸，穩(wěn)定器就處于小尺寸狀態(tài)工作。1- 上殼體； 2- 液力鎖； 3- 支撐塊； 4-下殼體； 5- 驅(qū)動(dòng)軸圖 2-21 提壓鉆柱式變徑穩(wěn)定器試驗(yàn)情況：1993年4月在大港油田6-23-1井，對(duì)YW-178提壓鉆柱式遙控變徑穩(wěn)定器進(jìn)行了第 一次工業(yè)性應(yīng)用， 整個(gè)應(yīng)用過程中， YW- 1 78遙控變徑穩(wěn)定器變徑自如可靠。 在此基礎(chǔ)上， 又先后開發(fā) 了 YW-12I，丫W(wǎng)-203提壓鉆柱式遙控變徑穩(wěn)定器，形成了系列產(chǎn)品，并先后在四川、大港和青海等油田得到應(yīng)用。(2) 投球式變徑穩(wěn)

32、定器圖 2-22 為投球式遙控變徑穩(wěn)定器的結(jié)構(gòu)原理圖。1 殼體； 2 驅(qū)動(dòng)軸； 3 驅(qū)動(dòng)銷； 4 支撐塊； 5 球爪； 6 鋼球圖 2-22 投球式變徑穩(wěn)定器工作原理：驅(qū)動(dòng)軸在中部設(shè)有凹凸輪，下部有特殊形狀的滑道，上殼體上的驅(qū)動(dòng)銷可沿驅(qū)動(dòng)軸上部滑道運(yùn)動(dòng)。當(dāng)要改變穩(wěn)定器尺寸時(shí)，向鉆具內(nèi)投一鋼球，鋼球落至球爪處停止。啟動(dòng)泵后，鋼球在球爪處形成節(jié)流，使驅(qū)動(dòng)軸向下運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)軸向下運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，又被上殼體上驅(qū)動(dòng)銷驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，因驅(qū)動(dòng)軸中部的凹凸輪不同角度有不同的徑向尺寸，所以支撐塊被 頂出的尺寸不同，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定器工作面尺寸的控制應(yīng)用： 1997 年 6 月在大港油田西 1-5-1 井，對(duì) QYW-7

33、8 投球式遙控變徑穩(wěn)定器進(jìn)行了 第一次應(yīng)用，經(jīng)整改后 1998 年 11 月在大港油田板 62-32 井進(jìn)行了可靠性試驗(yàn)，工作正?？煽?。在此基礎(chǔ)上，又開發(fā)了QYW-178投球式遙控變徑穩(wěn)定器，并在四川地區(qū)成功應(yīng)用。(3) 變排量式變徑穩(wěn)定器變排量式遙控變徑穩(wěn)定器的結(jié)構(gòu)與投球式遙控變徑穩(wěn)定器基本相同，只是在驅(qū)動(dòng)軸下部設(shè)有節(jié)流噴嘴和節(jié)流桿，當(dāng)排量超過正常排量的40時(shí)，驅(qū)動(dòng)軸就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，從而改變穩(wěn)定器外徑尺寸。(4) 國家863計(jì)劃科研攻關(guān)項(xiàng)目“海底大位移井井眼軌跡控制技術(shù)可變徑穩(wěn)定器研制”項(xiàng)目研制的可變徑穩(wěn)定器。 由三部分組成： 變徑部分、液壓系統(tǒng)及測(cè)量控制部分， 如圖 2-23 。I- 保護(hù)

34、接頭； 2- 擋圈； 3- 主動(dòng)活塞； 4- 主動(dòng)桿； 5- 滑槽； 6- 翼肋； 7- 滑塊； 8- 本體； 9- 從動(dòng)桿；10- 液錠；II- 復(fù)位彈簧； 12-中心管； 1 3-限位擋板； 14-鉆井液通孔； 15-測(cè)控元件部分； 16-扶正塊；17-測(cè)量及控制電路部分如圖 2-23 可變徑穩(wěn)定器結(jié)構(gòu)示意圖大港油田大位移井鉆井技術(shù)近幾年成果顯著， 處于國內(nèi)領(lǐng)先地位。 圍繞該項(xiàng)技術(shù)， 形成的主要 配套技術(shù)包括： 井眼軌跡控制技術(shù)。 利用該技術(shù)已為國內(nèi)外客戶提供了上千井次的各類定向鉆 井服務(wù)； 降磨減扭技術(shù)。 開發(fā)研制了減磨減扭接箍等配套工具， 開發(fā)了大位移井鉆柱受力分TNY動(dòng)力鉗監(jiān)析和摩阻

35、扭矩檢測(cè)軟件等；下套管技術(shù)。研究開發(fā)了漂浮下套管工具和 測(cè)儀；固井技術(shù)。成功完成了多口大位移井的固井施工；鉆井液技術(shù)。研究了低扭矩、防粘卡鉆井液體系；軸向加壓技術(shù)。研制開發(fā)了配套工具一大位移井水力加壓工具，節(jié)約鉆鋌30%40%，提高機(jī)械鉆速 15%35%。圖 2-24 哈里伯頓漂 圖 2-25 戴維斯漂浮浮接箍接箍應(yīng)用實(shí)例1997 年中國海洋石油南海東部公司、 Phillips 石油中國有限公司、派克頓東方公司聯(lián)合 在南中國海西江油田鉆成的西江 24-3-A14井將水平位移的紀(jì)錄刷新至8061葉該井上部大井眼使用了哈里伯頓公司的MWD!鉆測(cè)量系統(tǒng)，下部井段使用了Anadrill公司新型MWD/LW隨鉆測(cè)量系統(tǒng)，其中MW為最新的M10型，LWD為CDR雙補(bǔ)償電阻率工具)和CRN雙補(bǔ)償中子密度工具 ) 兩種測(cè)量系統(tǒng)，具有測(cè)量精度高、性能穩(wěn)定、傳輸速度快的優(yōu)點(diǎn)，其LWD勺測(cè)井資料完全能替代電纜測(cè)井。目前國內(nèi)海洋鉆井主要使用戴維斯 (Da