大位移鉆井技術(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、1西西 南南 石石 油油 大大 學(xué)學(xué)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題題 目目 ：大位移鉆井技術(shù)大位移鉆井技術(shù)學(xué)學(xué) 生生 ： 學(xué)學(xué) 號(hào)號(hào) ： 專業(yè)班級(jí)專業(yè)班級(jí) ：石油鉆井技術(shù)石油鉆井技術(shù) 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 ： 輔導(dǎo)老師輔導(dǎo)老師 ：宋宋 勝勝 軍軍 完成日期完成日期 ：20122012 年年 1212 月月 20122012 年年 1212 月月 1212 日日2摘 要大位移鉆井技術(shù)是目前世界上最先進(jìn)的鉆井技術(shù)之一,它已成為海上和灘海油田勘探開發(fā)最有效的手段。它能夠大范圍地控制含油面積和提高油氣采收率,降低油田開發(fā)成本,具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。文章介紹了國(guó)內(nèi)外大位移鉆井技術(shù)的現(xiàn)狀

2、,大位移井的關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì),分析對(duì)比了國(guó)內(nèi)大位移鉆井技術(shù)存在的差距和應(yīng)努力的方向。隨著定向井、水平井鉆井技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了大位移井，大位移井一般是指井的水平位移與井的垂深之比等于或大于 2 的定向井。大位移鉆井技術(shù)在邊際油田的開發(fā)，特別是在海洋石油開發(fā)中，具有廣闊的應(yīng)用前景。在我國(guó)海上已發(fā)現(xiàn)油田構(gòu)造和油氣田 112 個(gè)，其中在1000 萬噸以下的邊際小油氣田 67 個(gè)，因此利用已有海上生產(chǎn)裝置，運(yùn)用大位移鉆井技術(shù)，可以有效地對(duì)周邊油田實(shí)施開發(fā)，從而節(jié)省昂貴的海上油田開發(fā)費(fèi)用，為有效益地開發(fā)一些小的斷塊油田、邊際油田開辟了一條嶄新的途徑，并具有極為廣闊的應(yīng)用。所以大位移井實(shí)際上是定向井、水平

3、井、深井、超深井技術(shù)的綜合體現(xiàn)，因此大位移井鉆井技術(shù)實(shí)際上體現(xiàn)了目前世界上各個(gè)方面的最先進(jìn)鉆井技術(shù)。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞:大位移井；井眼剖面；扭矩；摩阻；旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向3目目 錄錄摘摘 要要.IIII前前 言言.4 41 1 大位移井的概況分析大位移井的概況分析.5 51.11.1 大位移井的基本概念大位移井的基本概念 .5 51.21.2 大位移井的特點(diǎn)大位移井的特點(diǎn), ,難點(diǎn)及用途難點(diǎn)及用途 .5 51.2.11.2.1 大位移井的特點(diǎn)大位移井的特點(diǎn) .5 51.2.21.2.2 大位移近水平井的鉆井難點(diǎn)大位移近水平井的鉆井難點(diǎn) .5 51.2.31.2.3 大位移井的用途大位移井的用途 .6 62 2

4、 大位移井的發(fā)展?fàn)顩r大位移井的發(fā)展?fàn)顩r7 72.12.1 世界上鉆大位移井成熟的配套技術(shù)主要表現(xiàn)在世界上鉆大位移井成熟的配套技術(shù)主要表現(xiàn)在 .7 72.22.2 國(guó)內(nèi)大位移井發(fā)展現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)大位移井發(fā)展現(xiàn)狀 .7 73 3 大位移井的關(guān)鍵技術(shù)大位移井的關(guān)鍵技術(shù).9 93.13.1 管柱的摩阻和扭矩管柱的摩阻和扭矩 .9 93.1.13.1.1 鉆柱扭矩和摩阻力的計(jì)算鉆柱扭矩和摩阻力的計(jì)算 .9 93.1.23.1.2 減小管柱扭矩和摩阻的措施減小管柱扭矩和摩阻的措施 .11113.23.2 井壁穩(wěn)定井壁穩(wěn)定 .11113.2.13.2.1 影響大位移井井壁不穩(wěn)定的因素影響大位移井井壁不穩(wěn)定的因素

5、.11113.2.23.2.2 井壁穩(wěn)定性機(jī)理井壁穩(wěn)定性機(jī)理 .12123.33.3 井眼清洗井眼清洗 .13133.43.4 軌跡控制軌跡控制 .14143.53.5 裝備配套要求裝備配套要求 .14144 4 大位移井鉆井工具與儀器大位移井鉆井工具與儀器.16164.14.1 變徑穩(wěn)定器變徑穩(wěn)定器 .16164.24.2 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng) .16164.34.3 加長(zhǎng)加長(zhǎng)/ /串聯(lián)馬達(dá)串聯(lián)馬達(dá) .17174.44.4 地質(zhì)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)地質(zhì)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng) .17174.54.5 減摩接頭減摩接頭 .18184.64.6 鉆壓推加器鉆壓推加器 .18184.74.7 頂部驅(qū)動(dòng)裝置頂部驅(qū)動(dòng)

6、裝置 .1919結(jié)結(jié) 論論 2020參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).2 21 1大位移鉆井技術(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）4前 言大位移井始于上世紀(jì) 20 年代，由于當(dāng)時(shí)的技術(shù)限制大位移井鉆井技術(shù)發(fā)展緩慢。進(jìn)入 80 年代后半期，隨著相應(yīng)的科學(xué)技術(shù)和其它鉆井技術(shù)的發(fā)展，如水平井、超深井鉆井技術(shù)等，大位移井鉆井技術(shù)才迅速發(fā)展起來。國(guó)內(nèi)先后在勝利、中原、大港等油田鉆成數(shù)口位移超千米的定向井。進(jìn)入 20 世紀(jì)九十年代后，隨著鉆井技術(shù)的提高，大位移井發(fā)展的更為迅速。大位移井最早應(yīng)用是出于經(jīng)濟(jì)上的考慮，主要思想是利用現(xiàn)有平臺(tái)或陸地開發(fā)邊際油田，使原先不具備商業(yè)開采價(jià)值的小油田通過大位移技術(shù)能夠達(dá)到有效地開發(fā)和利用。推動(dòng)大位移井向

7、前發(fā)展的主要?jiǎng)恿碜杂诟咝ч_發(fā)邊際油田?？梢园l(fā)現(xiàn)采用大位移鉆井技術(shù)可以大大降低開發(fā)成本.中國(guó)海洋石油總公司在其所屬的勘探開發(fā)范圍內(nèi)，已發(fā)現(xiàn) 109 個(gè)油氣田，其中大油田 4 個(gè)，中型油田 40 個(gè)，小型油田 65 個(gè)。局部構(gòu)造是成群成帶分布:渤西、渤南、南海的涸西南。這些局部的小構(gòu)造有望通過大位移井鉆井技術(shù)得到開發(fā)。勝利油田和大港油田在淺海區(qū)域己經(jīng)發(fā)現(xiàn)了多個(gè)有利的含油氣圈閉，并且也已經(jīng)成功鉆成水平位移為 2km 左右的定向井、水平井.由此可見，在我國(guó)海灘、淺海及中深海域，采用大位移井進(jìn)行勘探和開發(fā)具有十分廣闊的應(yīng)用前景。大位移鉆井技術(shù)是定向井水平井技術(shù)的延續(xù)，但又在很多方面對(duì)鉆井完井技術(shù)提出了

8、更高的要求。其關(guān)鍵技術(shù)包括井壁穩(wěn)定技術(shù)、軌跡及鉆柱的優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)、摩阻扭矩預(yù)測(cè)與監(jiān)測(cè)技術(shù)、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)、數(shù)據(jù)的測(cè)量及采集技術(shù)、完井工藝技術(shù)。一些技術(shù)代表了當(dāng)今世界上最先進(jìn)的鉆井技術(shù)水平。跟蹤和研究這些技術(shù)對(duì)提高我國(guó)鉆井技術(shù)的整體水平具有極其重要的意義。大位移鉆井技術(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）5第 1 章 大位移井的概況分析1.11.1 大位移井的基本概念大位移井的基本概念大位移井是在定向井、水平井技術(shù)之后又出現(xiàn)的一種特殊工藝井，英文 名 稱為ERw(ExtendedReachwell)，大 位 移 鉆 井技 術(shù) 稱 ERD(ExtendedReachDrilling)。顧名思義，大位移井具有很大的水

9、平位移和很長(zhǎng)的高井斜穩(wěn)斜井段。正是由于這一特征，即大井斜、長(zhǎng)井段下的突出的重力效應(yīng)，帶來了大位移井的一系列技術(shù)難點(diǎn)和特點(diǎn)，具體表現(xiàn)在鉆井工藝、固井工藝、井下工具和儀器等諸多方面。大位移井的定義一般是指井的水平位移與井的垂深之比等于或大于 2 的定向井。水平位移與垂深之比的定義美國(guó)公司和英國(guó)公司用得較多，這種定義從垂直剖面上看較直觀，也比較確定1。大位移井具有很長(zhǎng)的大斜度穩(wěn)斜段，大斜度穩(wěn)斜角稱穩(wěn)航角(sailAngle)，穩(wěn)航角大于 60。由于多種類型油氣藏的需要，從不變方位角的大位移井，又發(fā)展了變方位角的大位移井，這種井稱為多目標(biāo)三維大位移井(DesignerWel)。1.21.2 大位移井的

10、特點(diǎn)大位移井的特點(diǎn), ,難點(diǎn)及用途難點(diǎn)及用途1.2.11.2.1 大位移井的特點(diǎn)大位移井的特點(diǎn)大位移井用于優(yōu)化海上和淺海油田的開發(fā)，對(duì)于淺海油田，可以從海邊或修建堤壩鉆大位移井來開采油藏，這樣可以減少開發(fā)這些油藏所需的平臺(tái)數(shù)量及油井?dāng)?shù)量，增加儲(chǔ)層裸露面積，從而增加油井的產(chǎn)量和采收率，主要有以下特點(diǎn)3:1）水平位移大。因此能較大范圍地控制含油面積，開發(fā)相同面積的油田可以大量減少陸地及海上鉆井的平臺(tái)數(shù)量。2)鉆穿油層的井段長(zhǎng)。可以使油藏的泄油面積增大，大幅度提高單井產(chǎn)量?；谶@種巨大的經(jīng)濟(jì)利益，大位移井技術(shù)才得以迅速發(fā)展。3)摩阻和扭矩大。由于大位移井位移較大，導(dǎo)致鉆進(jìn)過程中摩阻和扭矩較大，因此很

11、有必要對(duì)大位移井進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。大位移鉆井技術(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）61.2.21.2.2 大位移近水平井的鉆井難點(diǎn)大位移近水平井的鉆井難點(diǎn)1)區(qū)塊復(fù)雜，著陸控制、穩(wěn)斜段長(zhǎng)控制難度大；2)對(duì)鉆井裝備、鉆井液設(shè)備要求高；3)鉆具、監(jiān)測(cè)工具、儀器等針對(duì)性強(qiáng)，技術(shù)含量高；4)要求鉆井液有很強(qiáng)的潤(rùn)滑性、懸浮能力和攜砂能力，并能保持井眼穩(wěn)定；5)對(duì)防噴、防漏和保護(hù)油氣層、固井質(zhì)量、完井技術(shù)的要求高；6)井下惡劣條件與隨鉆測(cè)量?jī)x器和動(dòng)力鉆具使用的矛盾十分突出；7)井眼軌道的預(yù)測(cè)、控制難度大，需要有高質(zhì)量的應(yīng)用軟件和高素質(zhì)的工程技術(shù)人員。1.2.31.2.3 大位移井的用途大位移井的用途大位移井應(yīng)用是出于經(jīng)濟(jì)的考慮

12、，如美國(guó)在加州享廷海灘，是從陸上鉆大位移井開發(fā)海上油田。挪威北海西 sleiPner 油田，用大位移井代替原來的開發(fā)方案，節(jié)約了 10 億美元。美國(guó) Pedemales 油田，用大位移井代替原來建鉆井平臺(tái)的方案，節(jié)約 1 億美元。英國(guó)的 wytchFaIm 油田，在岸上鉆大位移井，代替原來的建人工島方案，節(jié)約費(fèi)用 1.5 億美元。鉆大位移井的主要優(yōu)點(diǎn)為:(1)用大位移井開發(fā)海上油氣田，大量節(jié)省費(fèi)用。開發(fā)海上油氣田，用常規(guī)定向井、水平井鉆井，需要建的人工島或固定平臺(tái)的數(shù)量多，打井也多，花錢多，如果鉆大位移井，就可少建人工島或固定平臺(tái)，少打井，可節(jié)省大量投資。(2)靠近海岸的油田，可鉆大位移井進(jìn)行

13、勘探、開發(fā)。過去開發(fā)這類油田，需要建造人工島、固定鉆井平臺(tái)，或用活動(dòng)鉆井平臺(tái)鉆井?，F(xiàn)在凡距海岸 IOkm 左右的近海油田，均可使用大位移井進(jìn)行勘探、開發(fā)。這樣，可以不建人工島或固定平臺(tái)，也可以不用活動(dòng)鉆井平臺(tái)設(shè)備，完全可以從陸上向海上鉆大位移井勘探、開發(fā)油田，從而節(jié)省大量投資。(3)不同類型油氣田鉆大位移井可提高經(jīng)濟(jì)效益.小斷塊的油氣田，或幾個(gè)不相連的小斷塊油氣田，可鉆 1 口或 2 口大位移井開發(fā)，少鉆不少井，節(jié)省投資，便于管理;對(duì)于幾個(gè)油田，油氣層不在同一深度，方位也不一樣，這時(shí)可鉆多目標(biāo)三維大位移井，節(jié)省投資。(4)使用大位移井可以代替復(fù)雜的海底井口開發(fā)油田，節(jié)省海底設(shè)備，節(jié)省大量投資。

14、大位移鉆井技術(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）7（5）有些油氣藏在環(huán)保要求高的地區(qū)，鉆井困難。利用大位移井可以在環(huán)保要求不太高的地區(qū)鉆井，以滿足環(huán)保要求。所以說大位移鉆井技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用對(duì)我過石油事業(yè)的發(fā)展有重大意義。第 2 章 大位移井的發(fā)展?fàn)顩r2.12.1 世界上鉆大位移井成熟的配套技術(shù)主要表現(xiàn)在世界上鉆大位移井成熟的配套技術(shù)主要表現(xiàn)在(1)世界上每年鉆成的大位移井?dāng)?shù)量成倍增加,并且鉆井周期越來越短,鉆井成本明顯降低。(2)控制實(shí)鉆軌跡的手段更加先進(jìn),測(cè)量?jī)x器錄取數(shù)據(jù)也由單一的井身參數(shù)向地質(zhì)參數(shù)和油藏特性描述等多方面發(fā)展。(3)研制成鉆大位移井的多種井下工具系列。(4)已形成保持井壁穩(wěn)定和井眼清潔的鉆井液體

15、系。2.22.2 國(guó)內(nèi)大位移井發(fā)展現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)大位移井發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)在大位移井鉆井技術(shù)方面，20 世紀(jì) 80 年代中期開始鉆井探索,20 世紀(jì) 90年代末期有了一定進(jìn)展。中海石油有限公司深圳分公司南海西江邊際油田開發(fā),對(duì)大位移井關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究,形成了大位移井開發(fā)工程計(jì)算和工藝技術(shù)。針對(duì)XJ24-1 油田的開發(fā),已成功地鉆成了 5 口大位移井,其中 A14 井的水平位移達(dá)到了8063m,創(chuàng)造了當(dāng)時(shí)的世界記錄。截至 2002 年 6 月底,XJ24-1 油田實(shí)際利潤(rùn)與政府稅收綜合已超過 20 多億人民幣。勝利油田從 80 年代末對(duì)大位移鉆井進(jìn)行了積極探索,2000 年 3 月完成的埕北 21-平

16、-1 井,完鉆井深 4837.40m,水平位移達(dá)到 3167.34m,是當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)陸上油田完成的水平位移最大的一口井。我國(guó)的大位移井技術(shù)與國(guó)外先進(jìn)水平相比,存在相當(dāng)大的差距,鉆一口水平位移 3000m 左右的大位移井,與國(guó)外鉆一口水平位移 10000m 的鉆井速度相當(dāng)。尤其是在鉆井技術(shù)裝備上:鉆機(jī)、高強(qiáng)度鉆具、專用井下工具、測(cè)量?jī)x器,基本上依賴進(jìn)口,我國(guó)的大位移井技術(shù)還有很長(zhǎng)的路要走2。對(duì)井下工具、儀器和裝備的要求，表現(xiàn)在 10 個(gè)方面:(1)選好鉆機(jī)，克服大摩阻，保證鉆出長(zhǎng)井段。大位移鉆井技術(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）8(2)選好鉆井泵，保證排量，清潔井眼，降低摩阻。(3)選好驅(qū)動(dòng)裝置，保證井眼質(zhì)量。(

17、4)選好鉆井方式，提高鉆速，減小摩阻和井下作業(yè)時(shí)間。(5)選好鉆井工具，保證有足夠扭矩克服摩阻鉆出長(zhǎng)井段。(6)選好測(cè)控系統(tǒng)，保證測(cè)量傳輸導(dǎo)向能力，控制好軌跡。(7)選好井下工具，保證鉆頭加上足夠鉆壓，快速鉆進(jìn)。(8)助選好井下工具，減少摩阻與套管磨損。(9)選好鉆井液，減少摩擦，增大攜屑能力。(10)選好下套管方法，保證順利下入和居中?？偠灾?，這一系列要求的核心在于，用工程手段(工藝、工具、儀器、裝備)，克服大摩阻，提高鉆速，減少作業(yè)時(shí)間，保證成功，兼顧成本。而我國(guó)的技術(shù)與國(guó)外技術(shù)差距很大4。大位移鉆井技術(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）9第 3 章 大位移井的關(guān)鍵技術(shù)3.13.1 管柱的摩阻和扭矩管柱的

18、摩阻和扭矩鉆大位移井時(shí)，由于井斜角和水平位移的增加而摩阻和扭矩增大是非常突出的問題，它是限制位移增加的主要因素。管柱的摩阻和扭矩是指鉆進(jìn)時(shí)鉆柱的摩阻和扭矩，下套管時(shí)套管的摩阻和扭矩。3.1.1 鉆柱扭矩和摩阻力的計(jì)算為簡(jiǎn)化計(jì)算，作如下假設(shè)：在垂直井段，鉆柱和井壁無接觸；鉆柱與鉆井液之間的摩擦力忽略不計(jì)；在斜井段，鉆柱與井壁的接觸點(diǎn)連續(xù)，且不發(fā)生失穩(wěn)彎曲。計(jì)算時(shí)，將鉆柱劃分為若干個(gè)小單元，從鉆柱底部的已知力開始逐步向上計(jì)算。若要知道鉆柱上某點(diǎn)的扭矩或摩阻力，只要把這點(diǎn)以下各單元的扭矩和摩阻力分別疊加，再分別加上鉆柱底部的已知力。鉆柱扭矩的計(jì)算在斜井段中取一鉆柱單元，其受力狀態(tài)單元所處的井斜角和方

19、位角分別為 和，單元鉆柱底部的扭矩為 M，拉力 T。該單元的扭矩增量為rRFM （3-1）式中M鉆柱單元的扭矩增量，Nm;R鉆柱的半徑，m;rF鉆柱單元與井壁間的周向摩檫力，N大位移鉆井技術(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）10該單元上端的扭矩為（3-2）式中jM從鉆頭算起，第 j 個(gè)單元的上端的扭矩，Nm;oM鉆頭扭矩（起下鉆時(shí)為零） ，Nm；iM第 i 段的扭矩增量，Nm。鉆柱摩阻力的計(jì)算（轉(zhuǎn)盤鉆）轉(zhuǎn)盤鉆進(jìn)時(shí)，鉆柱既有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，又有沿井眼軸向運(yùn)動(dòng)，因此，鉆柱表面某點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡實(shí)為螺線運(yùn)動(dòng)。在斜井段中取一鉆柱單元，如圖 3-1。圖 3-1 中，V 為鉆柱表面 C 點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度，Vt 和 Vr 分別為 V 沿鉆

20、柱軸向和周向的速度分量；F 為 C 點(diǎn)處鉆柱所受井壁的摩擦力，其方向與 V 相反；Ft，F(xiàn)r 分別為 F 沿鉆柱軸向和周向的摩擦力的分量，即鉆柱的軸向摩擦力和周向摩擦力。FrFFtVrVtV圖 3-1 鉆柱摩阻力由圖 3-1 可知：VVFVFrtstt22/ (3-3)VVFVFrtsrr22/ (3-4)22rtFFF (3-5)jiiojMMM1大位移鉆井技術(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）11fNFS (3-6)式中SF鉆柱單元的靜摩擦力，N；f摩擦系數(shù)；N鉆柱單元對(duì)井壁的擠壓力，N。3.1.23.1.2 減小管柱扭矩和摩阻的措施減小管柱扭矩和摩阻的措施為減小管柱在大位移井中的扭矩和摩阻，在大位移井的設(shè)

21、計(jì)與施工中要采取各種必要的措施。(1)優(yōu)化井身剖面選擇管柱摩阻最小的井身剖面。(2)增強(qiáng)鉆井液的潤(rùn)滑性許多大位移井采用油基鉆井液，油水比越大，鉆井液的潤(rùn)滑性越好。(3)優(yōu)化鉆柱設(shè)計(jì)鉆柱設(shè)計(jì)包括底部鉆具組合設(shè)計(jì)和鉆桿設(shè)計(jì)。在大位移井中一般使用高強(qiáng)度薄壁鉆桿，以減少扭矩和摩阻。對(duì)底部鉆具組合（BHA） ，尺寸越大，鉆柱的扭矩和摩阻也越大，這并不利于大位移井的鉆進(jìn)，所以在保證鉆壓需要的前提下應(yīng)使底部鉆具組合的尺寸盡量減小。(4)使用降扭矩工具使用不轉(zhuǎn)動(dòng)的鉆桿護(hù)箍和減摩接頭可有效地減小扭矩。（5）使用滾輪式套管扶正器使常規(guī)的滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦。（6）漂浮法下套管國(guó)外應(yīng)用漂浮法下套管技術(shù)，可降低套管的

22、摩阻。這種技術(shù)的原理是在套管內(nèi)全部或部分地充滿空氣，通過降低套管在井內(nèi)的重量來降低套管的摩阻。用的較多的是部分充氣，這種方法可使套管的法向力大大降低。（7）提高地面設(shè)備的功率大位移鉆井技術(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）12（8）使用頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)起下鉆時(shí)可適當(dāng)旋轉(zhuǎn)鉆柱，改變摩阻方向(倒劃眼時(shí)要特別謹(jǐn)慎) 10.3.23.2 井壁穩(wěn)定井壁穩(wěn)定3.2.13.2.1 影響大位移井井壁不穩(wěn)定的因素影響大位移井井壁不穩(wěn)定的因素（1）狹窄的鉆井液密度范圍一般來講，當(dāng)井眼傾角增加時(shí)，鉆井液要提供足夠大的壓力來防止井壁坍塌。與此同時(shí)，井壁出現(xiàn)裂縫的可能性也增加了。簡(jiǎn)言之，防止井壁坍塌的鉆井液密度范圍較小。（2）當(dāng)量循環(huán)密度高

23、（ECD）大位移井井眼長(zhǎng)，鉆井液循環(huán)時(shí)環(huán)空壓降大，而鉆井液密度工作范圍窄，高的當(dāng)量循環(huán)密度容易達(dá)到井壁的破裂壓力，而使井壁破裂。（3）抽吸壓力和激動(dòng)壓力在大位移井中，由于狹窄的鉆井液密度范圍，井壁對(duì)抽吸壓力和激動(dòng)壓力相當(dāng)敏感，可能導(dǎo)至井壁坍塌或破裂。（4）時(shí)間關(guān)系井壁在低密度泥漿中長(zhǎng)期侵泡，特別是水基鉆井液的情況下，非穩(wěn)定性尤為明顯，常常會(huì)造成許多井下事故（5）化學(xué)反應(yīng)鉆井液和地層間的化學(xué)作用也影響井壁穩(wěn)定性，水基鉆井液和油層上部的泥頁(yè)巖經(jīng)常發(fā)生強(qiáng)化學(xué)反應(yīng)，泥頁(yè)巖膨脹造成縮徑或井壁坍塌7。3.2.23.2.2 井壁穩(wěn)定性機(jī)理井壁穩(wěn)定性機(jī)理（1）井眼（井壁）應(yīng)力原始地應(yīng)力分為三項(xiàng)主應(yīng)力，即上復(fù)應(yīng)

24、力 Sv（亦稱最大主應(yīng)力） 、最大水平應(yīng)力SH 和最小水平應(yīng)力 Sh，打開井眼之后，原始地應(yīng)力消失，而沿井壁重新分布，即平行于井眼軸線的應(yīng)力 SZ、周向應(yīng)力 S 和徑向應(yīng)力 SR,如下圖 3-2。SvSHSZSRSSh大位移鉆井技術(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）13圖 3-2 地應(yīng)力變化圖（2）巖石的破壞1）壓縮破壞當(dāng)作用于巖石上的壓力大于巖石的抗壓強(qiáng)度時(shí)產(chǎn)生壓縮破壞。2）拉伸破壞當(dāng)作用于巖石的拉力大于巖石的抗拉強(qiáng)度時(shí)產(chǎn)生拉伸破壞.(巖石力學(xué)規(guī)定壓應(yīng)力為正，拉伸應(yīng)力為負(fù)。)（3）巖石的破壞在井筒內(nèi)的表現(xiàn)形式1）巖石的壓縮破壞在井筒內(nèi)表現(xiàn)為井壁坍塌。2）巖石的拉伸破壞在井筒內(nèi)表現(xiàn)為井壁破裂。（4）大位移井眼的

25、不穩(wěn)定性。隨著井斜的增加，井壁的不穩(wěn)定性增加。井眼由垂直變?yōu)樗健Ｆ鋺?yīng)力狀態(tài)的變化如下圖 3-3圖 3-3 應(yīng)力變化圖3.33.3 井眼清洗井眼清洗大位移井同其它類型井一樣，好的井眼清洗和凈化，有利于提高鉆速、降低摩阻和扭矩、縮短作業(yè)時(shí)間、節(jié)省鉆井費(fèi)用等。提高井眼清洗效率的措施5大位移鉆井技術(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）14（1）高泵排量和環(huán)空返速都有利于井眼凈化通常要用井眼凈化模型來計(jì)算井眼凈化的最小排量和最優(yōu)鉆井液流變性。大排量可以提高鉆井液的流速，增加攜巖能力。然而，大排量需要高的泵壓，在大位移井中，泵壓可能會(huì)受到限制。為使鉆井液以紊流循環(huán)，可以增大鉆桿尺寸來增加給定泵壓下的環(huán)空返速。（2）鉆井液的

26、流變性良好的鉆井液流變性對(duì)任何類型的井都非常重要，對(duì)大位移井更是如此。要保證鉆井液的流型為層流或紊流，避免過渡流，因?yàn)檫^渡流的攜巖能力差。在砂巖油層井段可能會(huì)發(fā)生漏失，鉆井液流變性應(yīng)保持較低值，以降低當(dāng)量循環(huán)密度。（3）鉆具轉(zhuǎn)動(dòng)由于大位移井的位移不斷增加，井眼的最優(yōu)排量難以達(dá)到，這就需要其它的井眼凈化技術(shù)，如提高轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)速度和倒劃眼。（4）固相控制在大位移井中，鉆屑將在環(huán)空鉆井液中長(zhǎng)期滯留，使鉆屑變的更細(xì)，更難以攜帶，如要鉆井液保持良好狀態(tài)，就必須有良好的固相控制設(shè)備。3.43.4 軌跡控制軌跡控制保鉆井液的凈化效果。(1)大位移井要求旋轉(zhuǎn)模式鉆進(jìn)。在大位移井鉆進(jìn)作業(yè)中,要求滑動(dòng)鉆進(jìn)的層段和次

27、數(shù)要降到最少。如 WF 油田在 445mm 井眼,旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的進(jìn)尺從 60%增加到 70%。(2)井下可變徑穩(wěn)定器。使用可變徑穩(wěn)定器(HVGS)有助于旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。在南海西江24-3-A14 井中用的可變徑穩(wěn)定器,調(diào)節(jié)范圍從 127mm 到 3175mm。它與 MWD 系統(tǒng)配合使用,井下可變徑穩(wěn)定器接到地面指令后啟動(dòng)控制裝置,使翼片外廓直徑在設(shè)計(jì)調(diào)整范圍內(nèi)變動(dòng)。(3)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的應(yīng)用已成為鉆大位移井的關(guān)鍵技術(shù)6。大位移鉆井技術(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）153.53.5 裝備配套要求裝備配套要求根據(jù)國(guó)外成功的經(jīng)驗(yàn),大位移井適合海上和灘海油氣田的勘探與開發(fā),這樣,鉆井設(shè)備應(yīng)選擇負(fù)荷能力較大

28、、操作性能較好的電動(dòng)鉆機(jī),并安裝頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),液力系統(tǒng)要配備大功率鉆井液泵,保證大排量和高泵壓的循環(huán)能力,固控設(shè)備應(yīng)選用高性能設(shè)備,確旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)是多種新技術(shù)新工藝的完美結(jié)合,是一種全新的鉆井系統(tǒng),已在大位移井中廣泛應(yīng)用。國(guó)外大位移井的發(fā)展方向不再以增大位移與垂深比為主要目標(biāo),而是采用先進(jìn)的導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)、優(yōu)質(zhì)鉆井液、先進(jìn)的工具和工藝技術(shù),以提高施工速度和軌跡控制精度,減少事故,降低成本為主要發(fā)展方向。由于我國(guó)在大位移井方面起步較晚,與世界先進(jìn)水平相比還存在很大差距,根據(jù)內(nèi)陸油田現(xiàn)有裝備及技術(shù)水平,大位移井鉆井技術(shù)試驗(yàn)可分為兩個(gè)階段。第一階段利用現(xiàn)有裝備、工具、儀器和技術(shù)增加少量的裝備、工具

29、配套進(jìn)行 4000m-5000m 位移井的試驗(yàn)研究,完成幾口中國(guó)特色的大位移井;第二階段引進(jìn)包括頂驅(qū)在內(nèi)的先進(jìn)設(shè)備、工具、儀器和技術(shù)完成幾口位移垂深比大于等于 2 的大位移井,形成一套自己的大位移井鉆井技術(shù)7。大位移鉆井技術(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）164 大位移井鉆井工具與儀器4.14.1 變徑穩(wěn)定器變徑穩(wěn)定器(1)功能通過遙控(或井下自控)方式，調(diào)整穩(wěn)定器的外徑，從而調(diào)整 BHA 的力學(xué)特性，達(dá)到不起下鉆調(diào)整井斜角的目的，節(jié)約輔助時(shí)間。(2)控制方式遙控：正排量，負(fù)排量，投球式，鉆壓式，時(shí)間排量，閉環(huán)：自動(dòng)調(diào)整(反饋，比較，執(zhí)行)(3)結(jié)構(gòu)舉例1)法國(guó)的 VARISTAB2)我國(guó)自行研制的正排量可變

30、徑穩(wěn)定器3)Halliburton 的 TRACE 閉環(huán)變徑穩(wěn)定器4)Sperry-Sun 的 AGS 可調(diào)變徑穩(wěn)定器4.24.2 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)(1)功能是一個(gè)井下閉環(huán)變徑穩(wěn)定器與測(cè)量傳輸儀器(MWD/LWD)聯(lián)合組成的工具系統(tǒng)，以旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方式，可以自動(dòng)調(diào)節(jié)井斜和方位，造斜能力一般為 8/30m 以下(長(zhǎng)半徑范圍)，特別適合用來鉆大位移井的長(zhǎng)穩(wěn)斜段。(2)典型產(chǎn)品介紹BakerHughes：AutoTrack(RCLS)RotaryClosedLoopDrillingSystemShlumberger：PowerDriveSystem大位移鉆井技術(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）17Sppery-

31、Sun:Geopilot特性和優(yōu)點(diǎn)(以 AutoTrak 為例)以旋轉(zhuǎn)方式鉆進(jìn)，減少滑動(dòng)摩阻，提高鉆深能力井眼光滑，減少事故因素穩(wěn)定器的活塞按程序交替引縮，可較好地控制井眼方向適于鉆大位移井穩(wěn)斜段，鉆速較快不適于鉆中曲率井段及應(yīng)急調(diào)整導(dǎo)向。4.34.3 加長(zhǎng)加長(zhǎng)/ /串聯(lián)馬達(dá)串聯(lián)馬達(dá)(1)串聯(lián)馬達(dá)用萬向軸(鈦連接桿)把兩個(gè)馬達(dá)連接，扭矩可成倍增加馬達(dá)結(jié)構(gòu)尺寸不變，排量不變，轉(zhuǎn)速不變p 增加，立管壓力增加(2)加長(zhǎng)馬達(dá)不用連接軸連接兩個(gè)馬達(dá)，而是把馬達(dá)的定/轉(zhuǎn)子副尺寸加長(zhǎng)，級(jí)數(shù)加多，如由4 級(jí)增大為 6 級(jí)，扭矩即可按比例增加。4.44.4 地質(zhì)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)地質(zhì)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)(1)地質(zhì)導(dǎo)向的定義國(guó)

32、際上目前對(duì)此尚無權(quán)威性定義國(guó)外一種定義:用地質(zhì)準(zhǔn)則來設(shè)計(jì)井眼的位置。我們的定義:用近鉆頭地質(zhì)、工程參數(shù)測(cè)量和隨鉆控制手段來保證實(shí)際井眼穿過儲(chǔ)層并取得最佳位置。(2)地質(zhì)導(dǎo)向系統(tǒng)的組成(以 IDEAL 為例)用戶圖像顯示屏、司鉆屏、安全屏、遠(yuǎn)距離通訊、Anadrill 鉆井制圖中心制作的詳細(xì)鉆井圖、深度和其它地面?zhèn)鞲衅?排量、泵壓)、碎屑和泥漿氣測(cè)值分析、補(bǔ)償密度、中子、脈沖 10 字節(jié)/秒隨鉆遙測(cè)、DWOB 鉆壓、扭矩、CDR 補(bǔ)償雙電阻率、PowerPak 導(dǎo)向馬達(dá)、GST 地質(zhì)導(dǎo)向、GEOdrilling 地質(zhì)鉆井、近鉆頭電阻率.(3)地質(zhì)導(dǎo)向系統(tǒng)在國(guó)外的應(yīng)用效益有資料表明，地質(zhì)導(dǎo)向鉆井系

33、統(tǒng)問世后，在 19931995 年的 3 年中，已被 13 家公司用于歐洲和非洲 6 個(gè)國(guó)家的近 50 口井，累計(jì)進(jìn)尺超過 20 英里(32187m)，取得了顯著技術(shù)效果和重大經(jīng)濟(jì)效益。IDEAL 系統(tǒng)已在北海獲得了成功應(yīng)用，鉆成幾口復(fù)大位移鉆井技術(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）18雜的水平井.在墨西哥灣的某一油田，先前所鉆 8 口井的總產(chǎn)量?jī)H為 923 桶/天；后來，Anadrill 公司應(yīng)用地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)在該油田鉆成一口高質(zhì)量的水平井，日產(chǎn)原油達(dá)1793 桶，使這一枯竭的油田得以重新復(fù)活。在英國(guó) BP 公司 WytchFam 油田，地質(zhì)導(dǎo)向系統(tǒng)(測(cè)傳馬達(dá))與變徑穩(wěn)定器(位于測(cè)傳馬達(dá)上部)配合使用鉆大位移井

34、，幾乎全部實(shí)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，提高鉆速和井身質(zhì)量，大大減少了井下事故和風(fēng)險(xiǎn)。在英國(guó)北海 Texaco 的一口開發(fā)井中使用地質(zhì)導(dǎo)向工具(測(cè)傳馬達(dá))，至少避免了兩次側(cè)鉆：井場(chǎng)地質(zhì)師用近鉆頭方位伽瑪射線確定井眼上下是否遇到泥巖，通過正確的導(dǎo)向控制將井眼扭回砂巖儲(chǔ)層。KerrMcGee 所鉆的一口井表明，由于地質(zhì)導(dǎo)向系統(tǒng)的近鉆頭電阻率的作用，比原有技術(shù)(電阻率傳感器在馬達(dá)上部)多獲得 14%的產(chǎn)層進(jìn)尺7。4.54.5 減摩接頭減摩接頭(1)功能接入鉆柱串中，使鉆柱在其中旋轉(zhuǎn)，而接頭與套管無相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，避免了鉆柱對(duì)套管的直接磨損，保護(hù)了套管和鉆柱。由于大位移井摩阻大，井段長(zhǎng)，作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，磨損問題十分突出。(2)典型產(chǎn)品非旋轉(zhuǎn)鉆桿護(hù)箍(NRDPP)鉆桿軸承短節(jié)(DPBS)低扭矩短節(jié)低扭矩鉆桿DSTR 短節(jié)ROTOTECFRICTIONREDUCERS(3)應(yīng)用效果(以 NRDPP 為例要安裝在彎曲井段的側(cè)向接觸點(diǎn)處，形成新支點(diǎn)，合理選型，工具接頭外徑要大于鉆桿接頭外徑。如 5DP(接頭 6-5/8)，應(yīng)選 7-1/4(NRDPP)套裝在距鉆桿公扣 0.61m 處實(shí)際溫度限制350F(