高含硫氣井鉆井

1、1、高含硫氣藏高效鉆井技術(shù)研究、高含硫氣藏高效鉆井技術(shù)研究u研究內(nèi)容的合理性及可行性研究內(nèi)容的合理性及可行性u能做出什么成果？是否有所創(chuàng)新？能做出什么成果？是否有所創(chuàng)新？u（1）高含硫氣藏井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計）高含硫氣藏井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計涉及到安全、效率涉及到安全、效率井身結(jié)構(gòu)井身結(jié)構(gòu)l層數(shù)、下深、鉆頭尺寸與套管尺寸的配合層數(shù)、下深、鉆頭尺寸與套管尺寸的配合l套管管材選擇及強度設(shè)計套管管材選擇及強度設(shè)計工程地質(zhì)研究（巖性、壓力預(yù)測）工程地質(zhì)研究（巖性、壓力預(yù)測）l陸相地層坍塌壓力：空氣鉆井陸相地層坍塌壓力：空氣鉆井l海相地層孔隙壓力、破裂壓力預(yù)測是一個世界性的難題海相地層孔隙壓力、破裂壓力預(yù)測是一個

2、世界性的難題l海相地層漏失壓力：提高地層承壓能力、承壓試驗驗證海相地層漏失壓力：提高地層承壓能力、承壓試驗驗證硫化氫氣井的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計方法硫化氫氣井的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計方法降低應(yīng)力水平的設(shè)計降低應(yīng)力水平的設(shè)計 應(yīng)力水平概念應(yīng)力水平概念u應(yīng)力水平也可用無量剛數(shù)表示，即應(yīng)力水平也可用無量剛數(shù)表示，即VME（VON MISES EQUIVALENT） 應(yīng)力與鋼材單向拉伸最小屈服強度（應(yīng)力與鋼材單向拉伸最小屈服強度（MYS）的百分比。在硫化氫、氯化）的百分比。在硫化氫、氯化物及二氧化碳環(huán)境中，降低應(yīng)力水平是最重要的設(shè)計原則之一。物及二氧化碳環(huán)境中，降低應(yīng)力水平是最重要的設(shè)計原則之一。高壓氣高壓氣井會有較大內(nèi)

3、壓力，井眼上部油套管承受較大拉伸應(yīng)力。井會有較大內(nèi)壓力，井眼上部油套管承受較大拉伸應(yīng)力。 應(yīng)力水平應(yīng)包括下述三類：應(yīng)力水平應(yīng)包括下述三類：u結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)VME（VON MISES EQUIVALENT）應(yīng)力，即當量復(fù)合應(yīng)力。例）應(yīng)力，即當量復(fù)合應(yīng)力。例如按如按ISO10400計算的油管或套管管體在拉壓彎和內(nèi)外壓外載下的當量復(fù)計算的油管或套管管體在拉壓彎和內(nèi)外壓外載下的當量復(fù)合應(yīng)力。合應(yīng)力。u局部局部VME（VON MISES EQUIVALENT）應(yīng)力，主要指應(yīng)力集中。油）應(yīng)力，主要指應(yīng)力集中。油管連接螺紋和加厚消失點會產(chǎn)生較大應(yīng)力水平或應(yīng)力集中。管連接螺紋和加厚消失點會產(chǎn)生較大應(yīng)力水平或應(yīng)力集中

4、。u拉伸殘余應(yīng)力（拉伸殘余應(yīng)力（residual tensile stresses），殘余應(yīng)力與制造方法有關(guān)。），殘余應(yīng)力與制造方法有關(guān)。ISO15156已規(guī)定了不同制造方法消除殘余應(yīng)力的要求。已規(guī)定了不同制造方法消除殘余應(yīng)力的要求。硫化氫氣井的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計方法硫化氫氣井的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計方法（4）降低應(yīng)力水平的設(shè)計）降低應(yīng)力水平的設(shè)計 降低結(jié)構(gòu)的應(yīng)力水平可提高酸性環(huán)境材料的抗開裂能力，或延降低結(jié)構(gòu)的應(yīng)力水平可提高酸性環(huán)境材料的抗開裂能力，或延長服役壽命。長服役壽命。 在低應(yīng)力水平下，裂紋擴展速度降低或發(fā)生斷裂的時間延長。在在低應(yīng)力水平下，裂紋擴展速度降低或發(fā)生斷裂的時間延長。在低應(yīng)力水平下，材料

5、可抗較高分壓的硫化氫含量；低應(yīng)力水平下，材料可抗較高分壓的硫化氫含量； 在較高應(yīng)力水平下，材料不發(fā)生環(huán)境斷裂的硫化氫分壓就會很低。在較高應(yīng)力水平下，材料不發(fā)生環(huán)境斷裂的硫化氫分壓就會很低。在硫化氫環(huán)境中，如果構(gòu)件有裂紋存在，即使外部應(yīng)力低于材料的在硫化氫環(huán)境中，如果構(gòu)件有裂紋存在，即使外部應(yīng)力低于材料的屈服強度，斷裂也會發(fā)生。描述以上概念的材料和力學(xué)方法是環(huán)境屈服強度，斷裂也會發(fā)生。描述以上概念的材料和力學(xué)方法是環(huán)境斷裂力學(xué)。斷裂力學(xué)。 降低應(yīng)力水平的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計降低應(yīng)力水平的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計 改進井身結(jié)構(gòu)設(shè)計是降低應(yīng)力水平最有效的方法，改進井身結(jié)構(gòu)設(shè)計是降低應(yīng)力水平最有效的方法， 降低應(yīng)力水平有

6、三種方案：降低應(yīng)力水平有三種方案：第一種：套管回接。第一種：套管回接。 在深井中一次性地下入套管柱，特別是油層套管，必然會遇到井口部在深井中一次性地下入套管柱，特別是油層套管，必然會遇到井口部分軸向拉力大，需要用高鋼級套管。分軸向拉力大，需要用高鋼級套管。 但在酸性環(huán)境，又不允許使用高鋼級套管，而應(yīng)采用較低屈服強度但在酸性環(huán)境，又不允許使用高鋼級套管，而應(yīng)采用較低屈服強度的鋼種。采用套管回接技術(shù)，尾管部分用鉆桿下入，下入回接套管就的鋼種。采用套管回接技術(shù)，尾管部分用鉆桿下入，下入回接套管就可減少一部分井段的重量，因此可用厚壁低鋼級套管以提高應(yīng)力腐蝕可減少一部分井段的重量，因此可用厚壁低鋼級套管

7、以提高應(yīng)力腐蝕開裂抗力。開裂抗力。 例如：有的油層套管為了提高應(yīng)力腐蝕開裂，設(shè)計需要使用例如：有的油層套管為了提高應(yīng)力腐蝕開裂，設(shè)計需要使用C125以以上的鋼種，采用回接技術(shù)后，不用上的鋼種，采用回接技術(shù)后，不用C125，更低的，更低的T95、C95、80就可就可使用。因此使用尾管長度應(yīng)綜合考慮全套管柱的應(yīng)力分配。使用。因此使用尾管長度應(yīng)綜合考慮全套管柱的應(yīng)力分配。降低應(yīng)力水平的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計降低應(yīng)力水平的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計第二種：在上部采用特厚壁套管同時降低鋼級第二種：在上部采用特厚壁套管同時降低鋼級 在上部采用特厚壁套管同時降低鋼級在上部采用特厚壁套管同時降低鋼級以提高硫化物開裂抗力，一以提高硫化

8、物開裂抗力，一些含硫化氫的氣井應(yīng)優(yōu)先采用這些方法。例如，美國些含硫化氫的氣井應(yīng)優(yōu)先采用這些方法。例如，美國1972年在派尼年在派尼伍茲西南氣田氣井下伍茲西南氣田氣井下6 5/8（ 168mm）油層套管，由于含硫化氫，）油層套管，由于含硫化氫，不宜用高強度套管。因此采用了鋼材屈服強度僅不宜用高強度套管。因此采用了鋼材屈服強度僅586Mpa（屈服強度（屈服強度85Ksi）的特厚壁套管，壁厚）的特厚壁套管，壁厚28.6mm。第三種：上大下小的復(fù)合套管柱和油管柱第三種：上大下小的復(fù)合套管柱和油管柱 這不僅有利于降低應(yīng)力水平，以便采用較低鋼級的套管，而且有這不僅有利于降低應(yīng)力水平，以便采用較低鋼級的套管

9、，而且有利于下入大直徑油管以適應(yīng)高產(chǎn)氣井抗沖蝕的要求。利于下入大直徑油管以適應(yīng)高產(chǎn)氣井抗沖蝕的要求。 硫化氫氣井的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計方法硫化氫氣井的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計方法（1）滿足以臨界應(yīng)力百分比為基礎(chǔ)的抗內(nèi)壓設(shè)計安全系數(shù)）滿足以臨界應(yīng)力百分比為基礎(chǔ)的抗內(nèi)壓設(shè)計安全系數(shù) 酸性環(huán)境油氣井套管和油管設(shè)計安全系數(shù)的取值與一般井酸性環(huán)境油氣井套管和油管設(shè)計安全系數(shù)的取值與一般井不不同。同。 ISO10400和和API 5C3中的套管和油管強度是按材料名義屈服中的套管和油管強度是按材料名義屈服強度計算的，抗內(nèi)壓設(shè)計安全系數(shù)可取為強度計算的，抗內(nèi)壓設(shè)計安全系數(shù)可取為1.0。 抗硫管材的性能要求只保證在一定硫化氫酸性水

10、溶液環(huán)境抗硫管材的性能要求只保證在一定硫化氫酸性水溶液環(huán)境中中不會發(fā)生開裂的拉伸應(yīng)力值，這個應(yīng)力值稱為不會發(fā)生開裂的拉伸應(yīng)力值，這個應(yīng)力值稱為環(huán)境斷裂臨界應(yīng)環(huán)境斷裂臨界應(yīng)力力，它與材料屈服強度的百分比稱為臨界應(yīng)力百分比。不同套，它與材料屈服強度的百分比稱為臨界應(yīng)力百分比。不同套管的臨界應(yīng)力百分比不同管的臨界應(yīng)力百分比不同硫化氫氣井的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計方法硫化氫氣井的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計方法（1）滿足以臨界應(yīng)力百分比為基礎(chǔ)的抗內(nèi)壓設(shè)計安全系數(shù)）滿足以臨界應(yīng)力百分比為基礎(chǔ)的抗內(nèi)壓設(shè)計安全系數(shù) J55和和K55套管管體和接箍：臨界應(yīng)力百分比大于或等于套管管體和接箍：臨界應(yīng)力百分比大于或等于80%，安全，安全系數(shù)大

11、于或等于系數(shù)大于或等于1/0.8=1.25； L80，C90和和T95，臨界應(yīng)力百分比大于或等于，臨界應(yīng)力百分比大于或等于90%，安全系數(shù)大于，安全系數(shù)大于或等于或等于1/0.9=1.11。 C110ksi級別的抗硫鋼種未列入標準，其臨界應(yīng)力百分比由廠家提級別的抗硫鋼種未列入標準，其臨界應(yīng)力百分比由廠家提供，設(shè)計者認可。設(shè)計者可按上述方法計算設(shè)計安全系數(shù)。安全系數(shù)大供，設(shè)計者認可。設(shè)計者可按上述方法計算設(shè)計安全系數(shù)。安全系數(shù)大于或等于于或等于1/0.85=1.17 GB aq2102石油天然氣安全規(guī)程：抗擠石油天然氣安全規(guī)程：抗擠11.125，抗內(nèi)壓，抗內(nèi)壓1-1.25硫化氫氣井的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計

12、方法硫化氫氣井的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計方法（2）按三維按三維MISES應(yīng)力核算安全系數(shù)應(yīng)力核算安全系數(shù) 若前述（若前述（1）不符合要求，）不符合要求，按三維按三維MISES應(yīng)力核算安全系數(shù)，應(yīng)力核算安全系數(shù)，MISES三軸應(yīng)力計算安全系數(shù)應(yīng)大于三軸應(yīng)力計算安全系數(shù)應(yīng)大于1.25，參照，參照NORSOK STANDARD D-010 Rev.3， August 2004 Well integrity in drilling and well operations標標準，準，MISES三軸應(yīng)力計算安全系數(shù)應(yīng)大于三軸應(yīng)力計算安全系數(shù)應(yīng)大于1.25。 生產(chǎn)套管和技術(shù)套管、油管均應(yīng)按上述方法取抗內(nèi)壓設(shè)計安全系數(shù)，

13、并生產(chǎn)套管和技術(shù)套管、油管均應(yīng)按上述方法取抗內(nèi)壓設(shè)計安全系數(shù)，并且不考慮外擠壓力和水泥環(huán)的補償作用。且不考慮外擠壓力和水泥環(huán)的補償作用。 酸性環(huán)境管柱設(shè)計的安全系數(shù)：酸性環(huán)境管柱設(shè)計的安全系數(shù)：MISES應(yīng)力核算安全系數(shù)應(yīng)力核算安全系數(shù)? ISO10400和和API 5C3中已規(guī)定了中已規(guī)定了MISES應(yīng)力的計算方法。應(yīng)力的計算方法。建議的井身結(jié)構(gòu)規(guī)劃建議的井身結(jié)構(gòu)規(guī)劃第三類第三類 超深井，含硫氣井、過膏超深井，含硫氣井、過膏/鹽層井鹽層井五層套管 鉆頭：2617 1/2 12 ”或13 1/89 1/26 1/24 套管：2014 3/810 ” 7 5/8 5 (11”、 11 1/8)六

14、層套管(11”或11 1/8) 鉆頭：2617 1/213 1/89 1/27 1/25 套管：2014 3/810 3/48（8 1/8”）6 1/44 1/2六層套管 鉆頭：2617 1/212 ”或13 1/89 1/27 1/25 1/2 套管：2014 3/8 (11”或11 1/8) 8（8 1/8”）6 1/4 4 1/21、高含硫氣藏高效鉆井技術(shù)研究、高含硫氣藏高效鉆井技術(shù)研究u（2）高陡構(gòu)造防斜打快技術(shù)）高陡構(gòu)造防斜打快技術(shù)多穩(wěn)定器下部鉆具組合多穩(wěn)定器下部鉆具組合偏軸鉆具偏軸鉆具小角度單彎螺桿鉆具小角度單彎螺桿鉆具VDSu（3）高效破巖方式方法研究高效破巖方式方法研究氣體鉆井

15、氣體鉆井可鉆性和鉆頭優(yōu)選、個性化鉆頭設(shè)計可鉆性和鉆頭優(yōu)選、個性化鉆頭設(shè)計復(fù)合鉆井復(fù)合鉆井2、高含硫氣藏安全鉆井工藝技術(shù)、高含硫氣藏安全鉆井工藝技術(shù)u高含硫氣井井控技術(shù)高含硫氣井井控技術(shù)井控工具裝備及工具研制井控工具裝備及工具研制l防硫橡膠件的研制防硫橡膠件的研制處于超臨界的二氧化碳對橡膠件的危害極大處于超臨界的二氧化碳對橡膠件的危害極大井控工藝技術(shù)井控工藝技術(shù)氣侵早期監(jiān)測氣侵早期監(jiān)測高壓超高產(chǎn)氣井井控技術(shù)研究高壓超高產(chǎn)氣井井控技術(shù)研究u高含硫氣藏防漏堵漏技術(shù)高含硫氣藏防漏堵漏技術(shù)u高含硫環(huán)境下高含硫環(huán)境下入井管材（套管、鉆桿、油管）、井口裝置的選擇入井管材（套管、鉆桿、油管）、井口裝置的選擇（

16、H2S主要是導(dǎo)致環(huán)境斷裂、主要是導(dǎo)致環(huán)境斷裂、CO2導(dǎo)致腐蝕、二者同時存在時導(dǎo)致導(dǎo)致腐蝕、二者同時存在時導(dǎo)致腐蝕及環(huán)境斷裂）腐蝕及環(huán)境斷裂）u高含硫氣井鉆井液技術(shù)高含硫氣井鉆井液技術(shù)除硫劑類型及用量及其對鉆井液性能的影響除硫劑類型及用量及其對鉆井液性能的影響v高壓超高產(chǎn)氣井井控技術(shù)高壓超高產(chǎn)氣井井控技術(shù)v 常規(guī)壓井是指發(fā)生溢流后關(guān)井控制了井口，井內(nèi)有鉆常規(guī)壓井是指發(fā)生溢流后關(guān)井控制了井口，井內(nèi)有鉆柱，能進行循環(huán)作業(yè)，節(jié)流管匯的節(jié)流閥能操作并能柱，能進行循環(huán)作業(yè)，節(jié)流管匯的節(jié)流閥能操作并能控制井口回壓的條件下的壓井作業(yè)過程。其主要特點控制井口回壓的條件下的壓井作業(yè)過程。其主要特點是：鉆頭在井底或者在噴層，地面高壓系統(tǒng)能滿足壓是：鉆頭在井底或者在噴層，地面高壓系統(tǒng)能滿足壓井過程控制回壓。井過程控制回壓。v 現(xiàn)有井控理論、軟件是基于常規(guī)井控，常規(guī)井控技術(shù)現(xiàn)有井控理論、軟件是基于常規(guī)井控，常規(guī)井控技術(shù)較為成熟。較為成熟。工程師法、司鉆法、邊循環(huán)邊加重法、超重密度壓井工程師法、司鉆法、邊循環(huán)邊加重法、超重密度壓井法。法。 2、高含硫氣藏安全鉆井工藝技術(shù)研究、