石油工程導(dǎo)論

石油工程導(dǎo)論第1頁(yè)/共42頁(yè)23.1.1定向鉆井的用途地面環(huán)境條件的限制3.1定向鉆井第2頁(yè)/共42頁(yè)33.1.1定向鉆井的用途地下地質(zhì)條件的限制3.1定向鉆井第3頁(yè)/共42頁(yè)43.1.1定向鉆井的用途鉆井工藝的需要3.1定向鉆井第4頁(yè)/共42頁(yè)53.1.2定向井井身剖面井身剖面設(shè)計(jì)原則應(yīng)能實(shí)現(xiàn)鉆定向井的目的；盡可能利用地層自然造斜規(guī)律；應(yīng)有利于安全、優(yōu)質(zhì)、快速鉆井；滿足采油工藝的要求。3.1定向鉆井第5頁(yè)/共42頁(yè)63.1.2定向井井身剖面井身剖面類型三段式、多靶三段式、五段式和雙增式。3.1定向鉆井第6頁(yè)/共42頁(yè)73.1.3定向井造斜方法井下動(dòng)力鉆具造斜彎接頭、彎外殼、偏心墊塊3.1定向鉆井第7頁(yè)/共42頁(yè)83.2.1水平井的概念

水平井是指井眼軌跡達(dá)到水平（900左右）以后，再繼續(xù)延伸一定長(zhǎng)度的井。

靶前位移水平段水平井的靶：垂深水平位移3.2水平井鉆井第8頁(yè)/共42頁(yè)93.2.2水平井的分類常規(guī)水平井可分為：

長(zhǎng)半徑水平井中半徑水平井短半徑水平井3.2水平井鉆井第9頁(yè)/共42頁(yè)103.2.3水平井適應(yīng)的油氣藏*

天然垂直裂縫性油氣藏

天然垂直裂縫性油氣藏為水平井提供了理想的應(yīng)用條件，一井穿多個(gè)產(chǎn)層裂縫，產(chǎn)量比直井可大幅度提高。*多層系油氣藏

一井穿多層，一口水平井相當(dāng)于若干口直井的作用，大幅度提高生產(chǎn)效益。*低滲油氣藏

水平井可改善油氣流動(dòng)狀態(tài)，減小滲流阻力，提高低滲油氣藏的產(chǎn)能。同時(shí)水平井遠(yuǎn)比壓裂增產(chǎn)的效果要好。*薄油氣層

水平井可大大增加泄油面積，和同一地層的直井相比，開(kāi)采指數(shù)可提高4~10倍。*不規(guī)則油氣藏

（如互不連通的砂體）用水平井可以連通互不關(guān)聯(lián)的、或具有一定高低差的油氣藏。*重油或稠油油藏

水平井可發(fā)揮重力泄油的優(yōu)勢(shì)，提高產(chǎn)量。*水錐和氣錐的油藏

發(fā)生水錐或氣錐的油藏可在油層的中上部造斜，然后在產(chǎn)層鉆一定長(zhǎng)度的水平井。3.2水平井鉆井第10頁(yè)/共42頁(yè)11水平井開(kāi)發(fā)多層系油氣藏3.2水平井鉆井第11頁(yè)/共42頁(yè)12側(cè)鉆水平井可有效的解決生產(chǎn)井的水錐問(wèn)題3.2水平井鉆井第12頁(yè)/共42頁(yè)13用水平井連通有高低差的兩孤立油藏3.2水平井鉆井第13頁(yè)/共42頁(yè)143.2.4水平井的關(guān)鍵技術(shù)合適的油氣藏選擇井眼軌跡控制井壁穩(wěn)定井眼清洗油氣層保護(hù)固井完井3.2水平井鉆井第14頁(yè)/共42頁(yè)153.3.1大位移井的基本概念

國(guó)際上普遍采用的定義：井的水平位移與垂深之比等于2或大于2的井，稱為大位移井。

大位移井的英文名稱

ExtendedReachWell

水平位移

水平位移/垂深≥2垂深造斜點(diǎn)3.3大位移井鉆井第15頁(yè)/共42頁(yè)163.3.2大位移井的特點(diǎn)及用途

（1）大位移井的主要特點(diǎn)

一是水平位移大，能較大范圍地控制含油面積，開(kāi)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；

二是鉆穿油層的井段長(zhǎng)，可以使油藏的泄油面積增大，可以大幅度提高單井產(chǎn)量。

（2）大位移井的用途A、用大位移井開(kāi)發(fā)海上油氣田從鉆井平臺(tái)上鉆大位移井，可減少布井?dāng)?shù)量，減少井投資。

3.3大位移井鉆井第16頁(yè)/共42頁(yè)17B、用大位移井開(kāi)發(fā)近海油氣田以前開(kāi)發(fā)近海油氣田要求建人工島或固定式鉆井平臺(tái)，現(xiàn)在凡距海岸10公里左右油氣田均可從陸地鉆大位移井進(jìn)行開(kāi)發(fā)。灘涂油氣田海油陸探海油陸采不需要復(fù)雜的海底井不需要海底集輸管線3.3大位移井鉆井第17頁(yè)/共42頁(yè)18鉆井船和陸上鉆機(jī)都不能到達(dá)的潮汐和灘涂地帶3.3大位移井鉆井第18頁(yè)/共42頁(yè)19C、開(kāi)發(fā)不同類型的油氣田*幾個(gè)互不連通的小斷塊油氣田；*幾個(gè)油氣田不在同一深度，方位也不一樣，可采用多目標(biāo)三維大位移井開(kāi)發(fā)。D、保護(hù)環(huán)境

可在環(huán)境保護(hù)要求低的地區(qū)用大位移井開(kāi)發(fā)環(huán)境保護(hù)要求高的地區(qū)的油氣田。

3.3大位移井鉆井第19頁(yè)/共42頁(yè)203.3.3大位移井的發(fā)展?fàn)顩r

大位移井始于本世紀(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(lái)。C-30M-11國(guó)外情況（98年的記錄）

1）垂深與水平位移之比最大的是C-30定向井，水平位移為1485米，總垂深為294米，垂深與水平位移之比達(dá)1：5.05。

2）水平位移最大的井M-11井，水平位移10114米。3.3大位移井鉆井第20頁(yè)/共42頁(yè)21

1999年英國(guó)北海的M-16SPZ井，其水平位移達(dá)到10728米,平垂比大6.7.

全井井深世界第二(世界最深油氣井)，11278米；旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)，8-1/2”鉆頭打到底。鉆井及固井，共123天。澳大利亞正在計(jì)劃鉆水平位移15000米的大位移井；英國(guó)正在計(jì)劃鉆水平位移16000米的大位移井。3.3大位移井鉆井第21頁(yè)/共42頁(yè)22國(guó)內(nèi)情況西江24-3海上平臺(tái)西江24-1邊際油田一次性投資2300萬(wàn)美元，節(jié)約了1400萬(wàn)美元。

97年在我國(guó)的南海東部，菲利浦斯公司完成的西江24-3-A14井完鉆井深達(dá)9238米，垂深2985米，水平位移8062.7米，垂深與位移比1:2.7。由我國(guó)自己的全套技術(shù)進(jìn)行大位移井鉆井較晚，到98年底超過(guò)2000米水平位移的井有6口?，F(xiàn)在已經(jīng)打出了水平位移超過(guò)3000米的大位移井，但平垂比還小于2。3.3大位移井鉆井第22頁(yè)/共42頁(yè)233.3.4大位移井的

關(guān)鍵技術(shù)管柱的摩阻和扭矩鉆柱設(shè)計(jì)軌道設(shè)計(jì)井壁穩(wěn)定井眼清洗固井完井軌跡控制地面設(shè)備能力3.3大位移井鉆井第23頁(yè)/共42頁(yè)24頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置是當(dāng)今石油鉆井的前沿技術(shù)與裝備，是近代鉆井裝備的三大技術(shù)成果（交直流變頻電驅(qū)系統(tǒng)和井下鉆頭增壓系統(tǒng)）之一。頂部驅(qū)動(dòng)鉆井系統(tǒng)是20世紀(jì)末期，美國(guó)、法國(guó)、挪威等國(guó)家研制應(yīng)用的一種新型的鉆井系統(tǒng)?，F(xiàn)在已成為石油鉆井行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。它適用性極廣，從2000米到9000米的井深都可以使用頂部驅(qū)動(dòng)鉆井系統(tǒng)；從世界鉆井機(jī)械的發(fā)展趨勢(shì)上看，它符合21世紀(jì)鉆井自動(dòng)化的歷史潮流。現(xiàn)在，我國(guó)赴國(guó)外打井的隊(duì)伍，如果沒(méi)有安裝該系統(tǒng)將不允許在投標(biāo)競(jìng)爭(zhēng)中中標(biāo)，由此可見(jiàn)，頂部驅(qū)動(dòng)鉆井系統(tǒng)已經(jīng)到了非用不可的地步。3.4頂部驅(qū)動(dòng)第24頁(yè)/共42頁(yè)253.4.1頂驅(qū)的概念

所謂的頂驅(qū)，就是可以直接從井架空間上部直接旋轉(zhuǎn)鉆柱，并沿井架內(nèi)專用導(dǎo)軌向下送進(jìn)，完成鉆柱旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，循環(huán)鉆井液、接單根、上卸扣和倒劃眼等多種鉆井操作的鉆井機(jī)械設(shè)備。3.4頂部驅(qū)動(dòng)第25頁(yè)/共42頁(yè)26

主要有三個(gè)部分組成：導(dǎo)向滑車總成、水龍頭-鉆井馬達(dá)總成和鉆桿上卸扣裝置總成。該系統(tǒng)是當(dāng)前鉆井設(shè)備自動(dòng)化發(fā)展更新的突出階段成果之一。經(jīng)實(shí)踐證明：這種系統(tǒng)可節(jié)省鉆井時(shí)間20%到30%，并可預(yù)防卡鉆事故，用于鉆高難度的定向井時(shí)經(jīng)濟(jì)效果尤為顯著。3.4.2頂驅(qū)的組成3.4頂部驅(qū)動(dòng)第26頁(yè)/共42頁(yè)273.4.3頂驅(qū)的結(jié)構(gòu)頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置主要有以下部件和附件組成:1、水龍頭－－鉆井馬達(dá)總成（關(guān)鍵部件）；

2、馬達(dá)支架/導(dǎo)向滑車總成（關(guān)鍵部件）；

3、鉆桿上卸扣總成（體現(xiàn)最大優(yōu)點(diǎn)的部件）；

4、平衡系統(tǒng)；

5、冷卻系統(tǒng)；

6、頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置控制系統(tǒng)；

7、可選用的附屬設(shè)備。3.4頂部驅(qū)動(dòng)第27頁(yè)/共42頁(yè)28（一）、頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置的主體部件，主要包括：

1、鉆井馬達(dá)；

2、齒輪箱；

3、整體水龍頭；

4、平衡器。3.4頂部驅(qū)動(dòng)第28頁(yè)/共42頁(yè)29（二）導(dǎo)向滑車總成整個(gè)導(dǎo)向滑車總成沿著導(dǎo)軌與游車導(dǎo)向滑車一起運(yùn)動(dòng)。當(dāng)鉆井馬達(dá)處于排放立根的位置上時(shí)，導(dǎo)向滑車則可作為馬達(dá)的支撐梁。導(dǎo)軌有單軌和雙軌兩種。3.4頂部驅(qū)動(dòng)第29頁(yè)/共42頁(yè)30（三）、鉆桿上卸扣裝置主要組成部件：1、扭矩扳手2、內(nèi)防噴器和啟動(dòng)器3、吊環(huán)連接器和限扭器4、吊環(huán)傾斜裝置5、旋轉(zhuǎn)頭3.4頂部驅(qū)動(dòng)第30頁(yè)/共42頁(yè)31

綜合錄井技術(shù)是一項(xiàng)集應(yīng)用電子、傳感器、氣相及液相色譜分析、計(jì)算機(jī)數(shù)字采集處理、地質(zhì)、鉆井工程專家系統(tǒng)評(píng)價(jià)軟件技術(shù)于一體，并進(jìn)行連續(xù)隨鉆錄井和鉆井過(guò)程監(jiān)控的綜合應(yīng)用技術(shù)。該技術(shù)在國(guó)外一般稱為泥漿錄井(Mudlogging)。

主要功能：隨鉆發(fā)現(xiàn)并評(píng)價(jià)油氣層、實(shí)時(shí)鉆井過(guò)程監(jiān)控、地層壓力監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)、特殊工藝施工井的數(shù)據(jù)錄取及評(píng)價(jià)。

突出特點(diǎn)：采集數(shù)據(jù)多、精度高、數(shù)據(jù)連續(xù)、資料實(shí)時(shí)性強(qiáng)、評(píng)價(jià)速度快、應(yīng)用靈活及受地層干擾小等。3.5綜合錄井第31頁(yè)/共42頁(yè)32當(dāng)鉆至沙四段地層2714至2717米時(shí)，發(fā)現(xiàn)油氣顯示，全烴1.49↑60.92%

、組分以及其他鉆井液參數(shù)等都有較大變化，槽面棕褐色油花占20%，氣泡占10%。而鄰井萊29井及辛19井該段均沒(méi)有油氣顯示。經(jīng)分析，由于該段的氣測(cè)參數(shù)及鉆井液參數(shù)出現(xiàn)的異常值均符合油層特征，解釋為泥巖裂縫含油。出口密度隨鉆檢測(cè)和

發(fā)現(xiàn)油氣藏體積全烴立壓永116井實(shí)時(shí)錄井圖3.5綜合錄井第32頁(yè)/共42頁(yè)33

鉆井事故是影響人身和設(shè)備安全以及鉆井速度和井質(zhì)量的重要因素，綜合錄井儀通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各項(xiàng)鉆井參數(shù)，及時(shí)捕捉參數(shù)異常信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和預(yù)報(bào)鉆井工程事故，從而避免事故的發(fā)生和進(jìn)一步擴(kuò)大，最大限度減少事故損失。

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)和預(yù)報(bào)工程復(fù)雜情況鉆頭事故：鉆頭壽命終結(jié)、水眼掉、水眼堵、鉆頭泥包。鉆具事故：鉆具刺、鉆具斷、鉆具阻卡。地層事故：井漏、垮塌、溢流、溜鉆、放空。其它事故：泵刺及機(jī)械故障導(dǎo)致事故。

鉆井工程復(fù)雜3.5綜合錄井第33頁(yè)/共42頁(yè)34鉆臺(tái)防爆顯示器

基地辦公室

儀器信息中心

鉆井監(jiān)督

地質(zhì)監(jiān)督

遠(yuǎn)程傳輸全方位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)3.5綜合錄井第34頁(yè)/共42頁(yè)35錄井新技術(shù)定量熒光錄井技術(shù)高頻核磁共振XRF(X射線熒光)巖屑錄井技術(shù)XRD(X射線衍射)巖屑錄井技術(shù)鉆柱振動(dòng)檢測(cè)技術(shù)非常規(guī)油氣藏錄井技術(shù)地質(zhì)導(dǎo)向3.5綜合錄井第35頁(yè)/共42頁(yè)363.6.1導(dǎo)向鉆井

導(dǎo)向鉆井實(shí)際就是井眼軌跡控制問(wèn)題，無(wú)論是常規(guī)直井或特殊工藝井，都需要井眼軌跡控制。直井需要防斜打直，定向井需要按設(shè)計(jì)井眼軌道控制鉆頭鉆進(jìn)的軌跡。傳統(tǒng)的導(dǎo)向鉆井（即井眼軌跡控制）是由井下導(dǎo)向工具配以適當(dāng)?shù)你@井參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，自動(dòng)導(dǎo)向鉆井是由井下計(jì)算機(jī)根據(jù)隨鉆采集的參數(shù)自動(dòng)控制導(dǎo)向工具來(lái)實(shí)現(xiàn)的。3.6導(dǎo)向鉆井第36頁(yè)/共42頁(yè)37

自動(dòng)導(dǎo)向鉆井技術(shù)是鉆井工程領(lǐng)域的高新技術(shù)，代表著世界先進(jìn)的鉆井技術(shù)發(fā)展方向。目前，在世界范圍內(nèi)水平井、大位移井、分支井等高難度的復(fù)雜井正蓬勃發(fā)展，常規(guī)鉆井技術(shù)難以適應(yīng)需要，必須依靠先進(jìn)的導(dǎo)向技術(shù)才能保證井眼軌跡的準(zhǔn)確無(wú)誤。3.6導(dǎo)向鉆井第37頁(yè)/共42頁(yè)383.6.2導(dǎo)向鉆井的方式

導(dǎo)向鉆井按照導(dǎo)向的依據(jù)可分為幾何導(dǎo)向鉆井和地質(zhì)導(dǎo)向鉆井。1、幾何導(dǎo)向鉆井根據(jù)井下測(cè)量工具（MWD）測(cè)量的井眼幾何參數(shù)（井斜角、方位角和工具面角）來(lái)控制井眼軌跡的導(dǎo)向鉆井方式稱為幾何導(dǎo)向鉆井。如果井下參數(shù)測(cè)量和導(dǎo)向工具的控制由井下計(jì)算機(jī)完成，則為自動(dòng)幾何導(dǎo)向鉆井。2、地質(zhì)導(dǎo)向鉆井地質(zhì)導(dǎo)向是在擁有幾何導(dǎo)向的能力的同時(shí)，又能根據(jù)隨鉆測(cè)井（LWD）得出的地質(zhì)參數(shù)（地層巖性、地層層面、油層特點(diǎn)等），實(shí)時(shí)控制井眼軌跡，使鉆頭沿著地層的最優(yōu)位置鉆進(jìn)。這樣可在預(yù)先不掌握地層特性的情況下實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制。地質(zhì)導(dǎo)向本身就是自動(dòng)導(dǎo)向鉆井，井眼軌跡控制的依據(jù)是地質(zhì)地層參數(shù)，這樣一來(lái)實(shí)鉆井眼的軌跡很有可能脫離鉆井設(shè)計(jì)的井眼軌道。3.6導(dǎo)向鉆井第38頁(yè)/共42頁(yè)393.6.3導(dǎo)向工具導(dǎo)向鉆井的實(shí)現(xiàn)主要靠導(dǎo)向工具，導(dǎo)向工具按其工作方式分為

滑動(dòng)式導(dǎo)向工具旋轉(zhuǎn)式導(dǎo)向工具1、滑動(dòng)導(dǎo)向工具滑動(dòng)式導(dǎo)向工具的特征是導(dǎo)向鉆井作業(yè)時(shí)鉆柱不旋轉(zhuǎn)，鉆柱隨鉆頭向前推進(jìn)，沿井壁滑動(dòng)?；瑒?dòng)導(dǎo)向鉆井有諸多缺點(diǎn)，例如鉆柱摩阻大，對(duì)井眼清洗不利和機(jī)械鉆速慢，鉆頭選擇受限等。盡管如此，由于導(dǎo)向