鉆進工藝技術

第七章鉆進工藝技術速度快慢、質(zhì)量和成本的高低的影響因素：鉆進是通過選擇和使用合適的工具，根據(jù)所鉆地層的特點，選擇合理的工藝技術，使鉆頭在地層中沿預定的軌道前進的過程，是一口井建井過程的最主要的環(huán)節(jié)。：破碎巖石（1）地層的物理機械性能（2）鉆進設備、工具的性能（3）鉆進工藝技術1第一節(jié)影響鉆進的主要因素已經(jīng)客觀存在、無法改變的因素，如所要鉆進地層的巖石物理機械性質(zhì)、地質(zhì)構造、地下壓力分布及地層中的流體性質(zhì)等。不可變因素可變因素可以人為選擇和改變的因素，如鉆井方法、鉆頭、鉆具和鉆壓、轉(zhuǎn)速、水力參數(shù)、洗井液性能及洗井技術等。利用其有利方面，并調(diào)節(jié)可變因素適應之優(yōu)選、設計2一、鉆壓機械鉆速鉆頭的磨損速度和工作壽命鉆壓的大小圖7－1鉆壓與鉆速的關系曲線鉆壓(W)與鉆速(Vm)：W。稱為門限鉆壓。它是ab線在鉆壓鈾上的截距，相當于牙齒開始壓入巖石時的鉆壓，其數(shù)值主要與巖石性質(zhì)有關。3鉆壓對鉆頭牙齒磨損速度的影響關系式為：h為牙齒的磨損量；Dl和D2為鉆壓影響系數(shù),與鉆頭尺寸有關；鉆壓與軸承磨損速度的關系式為：B為軸承的磨損量；y是鉆壓指數(shù),對于普通水基洗井液y=1.5；鉆頭牙齒的磨損量對鉆速的影響關系式：C2為牙齒磨損系數(shù),與牙齒結(jié)構及地層巖性有關。4二、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速與鉆速的關系曲線1－軟地層，井底清潔；2－軟地層，井底不凈；3－硬地層，凈化不充分。鉆速與轉(zhuǎn)速的關系：λ為轉(zhuǎn)速指數(shù)，一般小于1，其值與巖性有關。在鉆壓一定時，如果增加轉(zhuǎn)速，牙齒和軸承的磨損速度也將加快，它反過來又會影響到機械鉆速和鉆頭壽命等。5三、水力因素洗井液(射流)的作用：清潔、凈化井底，避免重復切削；保持和擴大預破碎帶裂縫；直接水力破巖。最主要的作用6保持井底清潔要經(jīng)過三個過程：首先是使破碎的巖屑離開巖石母體；然后是巖屑在井底被移動；最后由上返的洗井液將其從環(huán)空舉升到地面。對鉆速的影響最大壓持效應：由于井內(nèi)洗井液柱所形成的靜液壓力大于地層壓力，使得巖屑被壓持在井底不易脫離的現(xiàn)象。三、水力因素7鉆頭水功率克服壓持效應依靠射流的沖擊壓力和漫流的橫向推力。射流噴速和流量(洗井液的水力能量)三、水力因素

鉆速與水力參數(shù)的關系曲線8四、洗井液性能洗井液密度、粘度、固相含量及其分散性等性能指標對鉆速都有明顯的影響。(1)洗井液密度對鉆速的影響洗井液密度↗，壓持效應↗，鉆頭的破碎效率↘，鉆速↘。9四、洗井液性能(2)洗井液粘度對鉆速的影響洗井液粘度↘，循環(huán)系統(tǒng)的壓耗↘，鉆頭噴嘴的壓降↘，射流對井底的沖擊作用↗，改善清巖效果，鉆進速度↗。10四、洗井液性能(3)洗井液固相含量及其分散性對鉆速的影響固相含量增加會降低鉆進速度和鉆頭、泥漿泵壽命；小于lμm的膠體顆粒越多，對鉆速的影響越大。為了提高鉆速，應盡可能采用低固相不分散體系洗井液。11第二節(jié)鉆進參數(shù)選擇鉆進是鉆壓、鉆速、水力參數(shù)、洗井液性能等共同作用的過程。要達到高效率、低成本鉆井的目的，必須合理確定出鉆進施工中的各參數(shù)值及其相互的配合關系，采用先進技術，提高鉆進效益。12一、平衡壓力鉆井技術基本原理

在井內(nèi)洗井液壓力與地層壓力相平衡的條件下進行鉆進，以便有效地保護油、氣層不受洗井液的侵污，保證油氣井的生產(chǎn)能力，同時保證較高的鉆進速度，縮短建井周期，降低鉆井成本。13一、平衡壓力鉆井技術科學依據(jù)式中，pp、Gp——分別為地層壓力和壓力梯度，MPa和kPa/m；H——地層埋藏的深度，m;ρm——洗井液密度，g/m3;根據(jù)地層的壓力來確定所用洗井液的密度。14二、高壓噴射鉆井技術噴射鉆井的理論依據(jù)強大的水力能量不僅可以使井底保持清潔，而且還可以與鉆頭牙齒的機械破巖作用相結(jié)合，促進巖石的破碎，也可以直接進行水力破巖，提高鉆進速度。15二、高壓噴射鉆井技術噴射鉆井的實質(zhì)在一定的機泵條件和井身結(jié)構、鉆具結(jié)構等條件下，按照不同的鉆井理論和工作方式，按井段優(yōu)選排量和噴嘴直徑，使鉆井的水力作用在井底產(chǎn)生最好的效果。16二、高壓噴射鉆井技術噴射鉆井的實現(xiàn)

使用新型噴射式鉆頭，改善井底流場，提高水力清巖效率，并使水力作用與機械破巖相結(jié)合，以提高鉆進速度與進尺。17二、高壓噴射鉆井技術噴射鉆井的基本標準泵壓>10MPa射流速度>80m/s鉆頭水功率>泵功率的1/2環(huán)空洗井液返升速度<1m/s18二、高壓噴射鉆井技術循環(huán)系統(tǒng)壓降和水力功率的損耗：水流動壓耗與排量的二次方成正比，損耗水功率與排量的三次方成正比，并均與洗井液性能有關。噴射鉆井強調(diào)使用小排量、小噴嘴和優(yōu)質(zhì)洗井液，以提高鉆頭的壓力降和水功率，從而提高作用在井底的水功率。19二、高壓噴射鉆井技術高壓水射流鉆井的工作方式：最大水功率理論及其工作方式最大沖擊力理論及其工作方式最大噴射速度理論優(yōu)選排量和噴嘴直徑，保證鉆頭獲得的壓力降和水功率達到泵許用壓力及輸出功率的2/3。優(yōu)選排量和噴嘴直徑，保證鉆頭噴嘴的壓力降和水功率達到泵許用壓力及輸出功率的1/2以上。20三、優(yōu)選參數(shù)鉆井技術1．鉆速模式楊格(YoungF．S)修正公式使用最廣泛2．鉆頭牙齒磨損速度模式213．鉆頭軸承磨損速度模式三、優(yōu)選參數(shù)鉆井技術4．鉆進成本模式22第三節(jié)井斜及控制井斜：井眼軸線和鉛垂線之間的偏離。23第三節(jié)井斜及控制井斜角α：井眼軸線的切線與鉛垂線之間的夾角。井身軸線的垂直投影和水平投影圖方位角θ：井眼軸線在水平面上投影的切線與正北方向的夾角(順時針方向)。井底水平位移S：指井眼軌道上某點至井口的距離在水平面上的投影。井斜變化率：指單位井眼長度井斜角變化值。指單位井眼長度方位角變化值。指單位井眼長度內(nèi)井眼全角的變化值，通常也叫狗腿度。方位變化率：井眼曲率：24第三節(jié)井斜及控制井斜的危害:井深會被歪曲，地質(zhì)資料不真實，甚至會漏掉油、氣層；由于實際鉆開點和設計點偏離較遠，可能會打亂油、氣田的開發(fā)方案，降低原油采收率。起下鉆困難，鉆柱工作條件惡化，還會造成粘附卡鉆、鍵槽卡鉆等復雜情況。固井時，下套管遇阻，套管不能居中，固井質(zhì)量難以保證。會對以后的采油、修井等作業(yè)帶來困難。25井斜的標準:表7－1勝利油田生產(chǎn)井的井斜標準我國已規(guī)定了井斜變化率要小于3°／100米的標準。第三節(jié)井斜及控制26井斜的原因:1．地質(zhì)條件對井斜的影響沉積巖大都是非均質(zhì)的，具有典型的各向異性。平行于層理方向的巖石強度大，破碎比較困難。由于巖性的變化、軟硬交錯而引起井斜。2．下部鉆柱彎曲對井斜的影響3．鉆井設備安裝不合適，鉆具本體彎曲，絲扣歪曲等也會引起井斜第三節(jié)井斜及控制27井斜的控制:井斜出現(xiàn)后采取相應的糾斜鉆具和措施進行糾斜。通過使用防斜鉆具和措施防止井斜的出現(xiàn)；1．防斜鉆具及原理防斜原理：使鉆頭上面的一段鉆鋌具有盡可能大的剛度和大的直徑，與井眼保持較小的間隙，以便在鉆進過程中受鉆壓作用時不易彎曲，并保持鉆柱始終居于井眼中心，使鉆頭軸線與井眼軸線基本一致，迫使鉆頭沿著原來的井眼方向鉆進。防斜鉆具：一般是采用剛性強的大尺寸鉆具，常用的有扶正器組合剛性滿眼鉆具、塔式防斜鉆具、方鉆鋌防斜鉆具等。第三節(jié)井斜及控制28第三節(jié)井斜及控制2．糾斜鉆具及原理(1)鐘擺鉆具糾斜利用斜井內(nèi)切點以下鉆鋌重量所產(chǎn)生的橫向力將鉆頭推向井眼下側(cè)，以達到減小井斜的目的。鐘擺力29第三節(jié)井斜及控制(2)偏重鉆鋌糾斜偏重鉆鋌即是沿普通鉆鋌的一根母線鉆一排均勻分布的孔，從而使鉆鋌一邊重，一邊輕。鉆具在旋轉(zhuǎn)時，產(chǎn)生一個朝向重邊的離心力，且轉(zhuǎn)速越高，離心力越大。這樣就對斜井眼的下側(cè)井壁產(chǎn)生一個較大的沖擊力，而使井斜減小。(3)渦輪鉆具糾斜渦輪鉆具與造斜工具相結(jié)合，向原井斜的反方向造斜，以達糾斜之目的。30第四節(jié)洗井與洗井液洗井:清洗井底、運移巖屑出井的工藝過程。洗井的循環(huán)流程：洗井循環(huán)流程洗井的主要任務：循環(huán)過程中能夠?qū)r屑沖離井底，從環(huán)空中攜帶巖屑上返到地面。循環(huán)中斷時將巖屑懸浮在洗井液中不讓其下沉。保證井眼清潔;31洗井液功能及類型:洗井液：在鉆井過程中，能夠完成洗井循環(huán)而達到清洗井眼目的的流體。包括泥漿、清水、空氣和天然氣。第四節(jié)洗井與洗井液類型:水基體系、油基體系和空氣一天然氣體系用的最多用的最少固相顆粒懸浮在水或油中所形成的一種分散體系32第四節(jié)洗井與洗井液(1)清洗井底攜帶巖屑(2)懸浮巖屑(3)阻止地層中油、氣、水流入井內(nèi)(4)保護井壁，防止井壁坍塌(5)冷卻、潤滑鉆頭和鉆柱(6)向井底傳遞水功率(7)了解地層(8)減輕鉆柱或套管柱的懸重洗井液功能33第四節(jié)洗井與洗井液1、密度2、粘度3、切力4、失水量和泥餅厚度5、含砂量6、pH值(酸堿度)洗井液性能34第四節(jié)洗井與洗井液主要損害機理：（1）外來流體與儲層巖石礦物不配伍造成的損害；（2）外來流體與儲層流體不配伍造成的損害；（3）毛細現(xiàn)象造成的損害；（4）固相顆粒堵塞引起的損害。洗井液對地層的損害35一、取芯鉆井取芯工具組成取出巖芯取芯過程三個環(huán)節(jié)：鉆出巖芯保護巖芯取芯工具：取芯鉆頭、巖芯筒及懸掛裝置、巖芯爪等第五節(jié)特殊鉆井工藝技術36取芯工藝：做好準備工作開泵循環(huán)緩慢下放到井底取芯鉆進割芯操作起鉆到地面取出巖芯測量、記錄距井底10m到達預定進尺慢轉(zhuǎn)一段時間第五節(jié)特殊鉆井工藝技術37第五節(jié)特殊鉆井工藝技術二、定向鉆井定義：使井身沿著預先設計的方向和軌跡鉆達目的層的鉆井工藝方法。38第五節(jié)特殊鉆井工藝技術1．定向井井身剖面(1)井身剖面設計原則必須保證實現(xiàn)定向鉆井的目的；盡可能利用地層自然造斜規(guī)律；有利于安全、快速鉆進；有利于以后的采油和修井作業(yè)。39第五節(jié)特殊鉆井工藝技術(2)井身剖面類型定向井剖面的基本類型類型I造斜深度較淺，在達到所要求的井斜角后，保持這個角度鉆達目的層。適用于不需要下中間套管和具有單一油層的中深井中，或水平位移較大的深井中。40第五節(jié)特殊鉆井工藝技術類型Ⅱ在接近下表層套管的井深開始造斜，造斜完后下表層套管，然后穩(wěn)斜鉆進到預定的水平位移后，降斜鉆進，最后使井眼垂直進入目的層。適用于多油氣層，有鹽水層等復雜情況的，需要下中間套管的深井。定向井剖面的基本類型41第五節(jié)特殊鉆井工藝技術圖7－7定向井剖面的基本類型類型Ⅲ具有較長的垂直井段，便于在上部實行快速鉆進。適用于地層傾角較大，要求閉合距不太大的多油氣層深井。所有的井身剖面都是垂直段、增斜段、穩(wěn)斜段、降斜段的組合。42第五節(jié)特殊鉆井工藝技術2．定向井造斜方法及原理(1)轉(zhuǎn)盤鉆造斜①槽式斜向器圖7－8槽式斜向器②水力噴射造斜鉆頭圖7－9噴射造斜鉆頭③扶正器造斜鉆具43第五節(jié)特殊鉆井工藝技術2．定向井造斜方法及原理(2)井下動力鉆具造斜常用的井下動力鉆具主要是渦輪鉆具和螺桿鉆具。常用的造斜工具有彎鉆桿和彎鉆鋌。44第五節(jié)特殊鉆井工藝技術2．定向井造斜方法及原理(2)井下動力鉆具造斜45第五節(jié)特殊鉆井工藝技術3．定向井的方位控制通常用來糾正井眼方位的方法是：調(diào)整造斜工具在井底的作用方位。及時測量，及時糾正46第五節(jié)特殊鉆井工藝技術三、水平鉆井水平鉆井：指在地下某一深度的地層中沿水平方向鉆出一段水平井眼的工藝過程。47第五節(jié)特殊鉆井工藝技術三、水平鉆井1．水平井剖面類型表7—1水平井分類及特點48第五節(jié)特殊鉆井工藝技術2．水平井鉆井系統(tǒng)水平鉆井系統(tǒng)：能夠完成水平井鉆井工藝過程的配套設備和工具。(1)超短曲率半徑水平鉆井系統(tǒng)靠作用在射流噴嘴內(nèi)腔的靜液壓力自動送鉆。特點：用高壓水射流破巖鉆進而不用鉆頭機械鉆進；鉆柱不旋轉(zhuǎn)；49第五節(jié)特殊鉆井工藝技術功能：可以鉆出直徑50～100mm，長30～60m的水平井眼，其由垂直到水平的轉(zhuǎn)彎半徑為0.3m左右。只需要功率較小的車裝鉆機作為起升設備。設備：超短曲率半徑水平井的應用：對于開發(fā)薄油層、稠油層、低滲油層、垂直裂縫油層具有良好的效果。主要用來恢復老井的產(chǎn)能，當然也可用于新井的增產(chǎn)。50第五節(jié)特殊鉆井工藝技術(2)短曲率半徑水平鉆井系統(tǒng)設備：地面設備與常規(guī)的鉆井設備相同。按動力來源的不同可分為兩種：地面動力鉆井系統(tǒng)和井下動力鉆井系統(tǒng)?，F(xiàn)常用的是井下動力鉆井系統(tǒng)。功能：可以鉆出300～500m長水平井眼。51第五節(jié)特殊鉆井工藝技術(3)中曲率半徑鉆井系統(tǒng)a－造斜馬達b－穩(wěn)斜馬達圖7－11中曲率半徑井眼的造斜和穩(wěn)斜鉆具組合52第五節(jié)特殊鉆井工藝技術水平段用導向馬達或帶雙斜式萬向節(jié)的馬達進行鉆進。大直徑中曲率半徑井眼(140～318mm)：造斜段一般用有彎接頭、彎外殼穩(wěn)定器的馬達進行鉆進；水平段一般用導向馬達或旋轉(zhuǎn)鉆具組合鉆進。小直徑中曲率半徑井眼(89～140mm)：造斜段一般用光滑鉆具組合進行鉆進，這種鉆具組合使用帶