ok3大位移井鉆井技術(shù)課件

大位移井鉆井技術(shù)2提綱一、大位移井概念及其應(yīng)領(lǐng)域二、大位移井鉆井技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀三、大位移井鉆井關(guān)鍵技術(shù)四、大位移井鉆井系統(tǒng)五、特大位移井鉆井實(shí)例分析

大位移井是指測量深度等于或大于真垂直深度兩倍的井，特大位移井是指測量深度大于真垂直深度三倍的井。另外的定義：水平位移等于3000米或大于3000米的井。

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)一、大位移井概念及其應(yīng)領(lǐng)域4

大位移鉆井就是將鉆井能力推進(jìn)到極限，這無論是從現(xiàn)有的井場設(shè)施鉆探遠(yuǎn)處的油藏，還是為了生產(chǎn)和油藏管理便利而暴露大量的油藏井段。

簡言之，大位移鉆井技術(shù)不僅要看成是延伸位移的鉆井，還應(yīng)看成延伸油藏的鉆井，或者是既延伸位移又延伸油藏的鉆井。

在這方面，大位移鉆井在現(xiàn)代鉆井業(yè)中起作關(guān)鍵性的作用，它已在世界許多工程上產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。一、大位移井概念及其應(yīng)領(lǐng)域520年代美國開始運(yùn)用，90年代迅速發(fā)展.主要用于以比較少的平臺開發(fā)海上油氣田和從陸上開發(fā)近海油氣田。英國BP公司1999年7月在英國WytchFarm油田鉆的M16SPZ井，水平位移達(dá)10728.4米，創(chuàng)下了水平位移世界紀(jì)錄。M16SPZ井，TD11278米，TVD1637米，鉆井和下套管123天。1997年6月中國南海西江24－3－A14井的水平位移是8060.7米。運(yùn)用大位移井技術(shù)開發(fā)海上油氣和從陸上開發(fā)近海油氣田，可以大大降低開發(fā)成本。例如：二、大位移鉆井技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀1、國外大位移鉆井技術(shù)發(fā)展6挪威北海Statfjord油田北部，用大位移井技術(shù)取代原計(jì)劃的海底技術(shù)開發(fā)方案可使開發(fā)成本至少節(jié)約1.2億美元。在加利福尼亞州南部近海的Pt.Pedernales油田，1989年，Unocal公司提出運(yùn)用大位移井技術(shù)開發(fā)該油田的方案，5年間共鉆大位移井9口，與原計(jì)劃建造第二座平臺相比，新方案的開發(fā)成本節(jié)約1億美元。在英國WytchFarm油田，運(yùn)用大位移井技術(shù)（已鉆14口）代替原計(jì)劃的人工島開發(fā)方案，開發(fā)成本可節(jié)約1.5億美元，且提前3年生產(chǎn)。二、大位移鉆井技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀7

大位移井記錄真垂深，ft水平位移，ft8大位移井世界記錄變化情況垂深最大的海上大位移井——應(yīng)用M-I公司的Novaplus合成鉆井液，殼牌公司在墨西哥灣的Mars平臺鉆成一口大位移井，該井水深898m，測量深度8407m，真垂直深度達(dá)到6039m，水平移位4331m。二、大位移鉆井技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀9二、大位移鉆井技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀10二、大位移鉆井技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀11二、大位移鉆井技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀12二、大位移鉆井技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀13二、大位移鉆井技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀14二、大位移鉆井技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀15CNPC最大水平位移:3118m

大港油田鉆成各類位移井60余口大于1500m13口,大于2000m5口國際最大H/TVD>5國際最大水平位移:11km國內(nèi)陸上最大水平位移:3168m國內(nèi)海上最大位移:8086m二、大位移鉆井技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀2、國內(nèi)大位移鉆井技術(shù)發(fā)展16中海洋鉆大位移井14口，H/V>2有7口井，最大2.75位移大于3000m的有11口大于7000m的有4口中石油H/V最大紅9×1井為1.46位移大于3000m的有2口二、大位移鉆井技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀17井號測深m垂深m水平位移m位移/垂深完成時間大港油田張17－1井3934299922790.761991年大港油田趙東F－1井4420332926150.791996年大港油田紅9－1井2218115016681.461997年大港油田港深69x1井5464431831180.722000年勝利油田埕北21-平1井4837263431671.22000年北堡西3X1井4189245230491.242002年

在我國陸上油田中，最具代表意義的高指標(biāo)定向井，是大港油田在20世紀(jì)90年代以來完成的一些較大位移定向井，表中是我國陸上油田完成的較高指標(biāo)定向井主要參數(shù)表。

二、大位移鉆井技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀18

北堡西3X1井為預(yù)探井。2002年4月21日一開，2002年6月20日鉆進(jìn)至4189m完鉆，鉆井周期60天。水平位移為3056.9m。機(jī)械鉆速：14.08m/h。全井施工未發(fā)生任何事故、復(fù)雜，井身質(zhì)量、固井質(zhì)量合格，圓滿的完成了該井的鉆探任務(wù)。大位移鉆井技術(shù)的應(yīng)用二、大位移鉆井技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀19北堡西3x1井鉆柱扭矩預(yù)測與實(shí)測對比表井深m設(shè)計(jì)預(yù)測扭矩kN·m實(shí)鉆計(jì)算扭矩kN·m實(shí)鉆監(jiān)測扭矩kN·m232623.523.724276028.627.128305332.433.334418938.540.838二、大位移鉆井技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀20北堡西3X1完井管柱防磨減扭接頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)防磨減扭接頭自己研制的下套管減摩阻工具防磨減扭接頭，下井一次成功，滿足工況要求滾輪扶正器垂深2400米滾輪扶正器雙弓扶正器位移3096米二、大位移鉆井技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀21水平位移4000m

水平位移

10000m剖面設(shè)計(jì)軟件摩阻/扭矩計(jì)算軟件水力參數(shù)計(jì)算軟件固井計(jì)算軟件導(dǎo)向馬達(dá)MWDLWD可控變徑穩(wěn)定器漂浮下套管工具非旋轉(zhuǎn)鉆桿保護(hù)器水力加壓器大位移井的水平位移不斷增加中國大位移鉆井完井配套技術(shù)二、大位移鉆井技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀22二、大位移鉆井技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀1、扭矩/阻力（1）定向剖面最優(yōu)化準(zhǔn)懸鏈線剖面，下入懸重提高25%（2）泥漿潤滑性石蠟/酯混合物（3）降低扭矩的工具非旋轉(zhuǎn)鉆桿保護(hù)器，扭矩降低25%（4）摩阻預(yù)測計(jì)算機(jī)模擬三、大位移井鉆井關(guān)鍵技術(shù)2、鉆柱設(shè)計(jì)提供與頂部驅(qū)動系統(tǒng)扭矩容量相適應(yīng)的鉆柱設(shè)計(jì)（1）接頭應(yīng)力平衡增加上緊扭矩會降低公接頭頸部的抗拉能力，需要選擇一種接頭來在需要緊扣扭矩的水平下抗拉能力與本體相當(dāng)。（2）高扭矩絲扣化合物一個高摩擦力的絲扣連接允許在接頭內(nèi)產(chǎn)生相同的應(yīng)力下，采用較高的上緊扭矩。（3）高抗扭接頭增加接頭扭矩容量的一個直接方法是制成多扭矩臺階。（4）高強(qiáng)度鉆桿材料選擇

S-135級以下鉆桿通常認(rèn)為是常規(guī)鉆桿三、大位移井鉆井關(guān)鍵技術(shù)25三、大位移井鉆井關(guān)鍵技術(shù)26三、大位移井鉆井關(guān)鍵技術(shù)27三、大位移井鉆井關(guān)鍵技術(shù)28三、大位移井鉆井關(guān)鍵技術(shù)29三、大位移井鉆井關(guān)鍵技術(shù)30三、大位移井鉆井關(guān)鍵技術(shù)31三、大位移井鉆井關(guān)鍵技術(shù)32三、大位移井鉆井關(guān)鍵技術(shù)33三、大位移井鉆井關(guān)鍵技術(shù)34三、大位移井鉆井關(guān)鍵技術(shù)3、井眼穩(wěn)定性機(jī)械穩(wěn)定性分析的目的在于優(yōu)化泥漿密度，以保證不僅能順利地進(jìn)行鉆井和完井還能保證生產(chǎn)過程中井眼的完整性。

（1）巖體性能描述和參數(shù)輸入地層應(yīng)力：使用擴(kuò)展的壓裂漏失實(shí)驗(yàn)、小型壓裂、井下電視、巖心應(yīng)變松弛實(shí)驗(yàn)、測井曲線求解地層應(yīng)力頁巖取芯：沒有侵害和干擾的巖性巖芯力學(xué)性質(zhì)測定：改型指數(shù)試驗(yàn)、膨脹試驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)室模擬裝置試驗(yàn)

三、大位移井鉆井關(guān)鍵技術(shù)

（2）計(jì)算與模擬應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系（本構(gòu)方程）：包括隨維壓、時間的變化關(guān)系、泥漿頁巖的相互作用應(yīng)變硬化、應(yīng)變軟化模擬：邊界元和有限元編碼計(jì)算：集成數(shù)據(jù)庫與計(jì)算分析軟件

（3）井眼的監(jiān)測及驗(yàn)證測井儀：MWD和LWD、聲波儀和井徑儀的使用井下超聲波成象。井眼診斷：實(shí)時圖象顯示、現(xiàn)場巖屑指數(shù)實(shí)驗(yàn)、井底鉆具組合動載。

三、大位移井鉆井關(guān)鍵技術(shù)4、井眼凈化（1）流量用井眼凈化模型來計(jì)算井眼清潔所需的最底流量和最佳流變性，[SPE27486]（2）流變性（3）鉆桿旋轉(zhuǎn)（4）起鉆前充分循環(huán)（5）井眼凈化監(jiān)測使用鉆壓鉆頭扭矩測量短節(jié)（6）固相控制雙層線性運(yùn)動振動篩、清潔器和離心機(jī)

三、大位移井鉆井關(guān)鍵技術(shù)5、套管考慮（1）避免套管磨損表面硬化材料（主要為絡(luò)合金）（2）下套管的選擇

1）基礎(chǔ)問題主要三個問題需要評價允許下入的最大重量下套管的摩擦損失下套管的機(jī)械損失（由鉆屑、凹穴、井壁突起、壓差卡鉆、扶正器嵌入地層引起）

三、大位移井鉆井關(guān)鍵技術(shù)

2）部分漂浮關(guān)鍵問題：下套管過程中不能循環(huán)

3）頂驅(qū)操作循環(huán)、上下活動、旋轉(zhuǎn)和壓套管

4）旋轉(zhuǎn)尾管剛性套管扶正器（采用鋅鋁合金）

6、注水泥問題長裸眼注水泥引起井漏問題注水泥量大三、大位移井鉆井關(guān)鍵技術(shù)40

MWD——measurewhiledrillingEM.MWD——eleetronicmeasureMWDFE.MWD——formtionEvaluationMWDLWD——loggingwhiledrillingSWD——seismicwhiledrillingGST——GeosteeringTool1、隨鉆測量與地質(zhì)導(dǎo)向（1）MWD（LWD）四、大位移井鉆井系統(tǒng)41

井斜、方位、工具面、井下鉆壓、井下扭矩、馬達(dá)轉(zhuǎn)速井下振動、伽馬射線、地層電阻率、密度方位中子密度、中子孔隙度、環(huán)空溫度探測各種異常地層壓力、預(yù)測鉆頭磨損狀況探測井下異常情況及故障分析通過井下存儲可實(shí)現(xiàn)測井的全井圖像分析隨鉆測量參數(shù)四、大位移井鉆井系統(tǒng)42

渦輪發(fā)電機(jī)給系統(tǒng)供電接收系統(tǒng)接收各部分傳感器采集的數(shù)據(jù)連續(xù)脈沖波發(fā)生器由轉(zhuǎn)子和定子組成，轉(zhuǎn)子與定子之間切割泥漿產(chǎn)生不同的泥漿壓力差。隨鉆測量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

利用鉆桿傳播應(yīng)力波（聲波）方法：哈里伯頓（2000）開發(fā)了聲波遙傳系統(tǒng)ATS（AcousticTelemetrySystem）最有潛力的高速傳輸方式電磁波（EM）遙傳系統(tǒng)載波頻率一般在30Hz以下泥漿脈沖遙傳系統(tǒng)載波頻率一般在100Hz以下聲波遙傳系統(tǒng)（ATS）載波頻段在400～2000Hz四、大位移井鉆井系統(tǒng)43四、大位移井鉆井系統(tǒng)44MWD隨鉆測量系統(tǒng)四、大位移井鉆井系統(tǒng)45井下傳感器組裝工具四、大位移井鉆井系統(tǒng)46

A/D轉(zhuǎn)換板溫度校正換算,標(biāo)定鉆壓校正加速度X,Y,Z鉆壓,鉆頭扭矩環(huán)空壓力井眼壓力

溫度磁力儀X、Y1000赫茲

16位

為研究用的儀表面板儲存器1000赫茲

16位1000赫茲

16位0.2赫茲0.2赫茲0.2赫茲格式變換數(shù)字低頻濾波付立葉變換處理集成平均值計(jì)算轉(zhuǎn)換診斷處理

記錄速度200,100,40赫鉆壓扭矩彎矩轉(zhuǎn)速環(huán)定壓力井眼壓力加速度靜態(tài)矩（平方根、立方根）溫度1跳鉆2粘/滑3渦動、反轉(zhuǎn)4扭振5軸向加速度6橫向加速度7彎矩8鉆頭切削效率

傳輸?shù)降孛?.2赫茲診斷標(biāo)志

靜態(tài)的

數(shù)據(jù)檢測

數(shù)字信號處理數(shù)據(jù)監(jiān)測和處理框圖四、大位移井鉆井系統(tǒng)

MWD的未來發(fā)展方向：在鉆頭處進(jìn)行測量把鉆井測量和地質(zhì)測量進(jìn)一步結(jié)合用交互式多學(xué)科進(jìn)行設(shè)計(jì)把地震數(shù)據(jù)/聲波數(shù)據(jù)與技術(shù)設(shè)備結(jié)合進(jìn)行隨鉆井筒掃描，探測地層裂縫和地層傾角四、大位移井鉆井系統(tǒng)48與電纜測井的比較

使測井在地層被破壞或被污染之前完成；部分信息能實(shí)時測量，可使鉆井過程更有效；使測井更完全保險（某些井環(huán)境惡劣、下電纜困難）；避免了儀器落入井中又無法回收等事故；幾乎能完成所有電纜測井工作，且有相同的測量精度；成本高、尺寸大；海上鉆井作業(yè)中，使用LWD的比例高達(dá)95%；每年隨鉆測井服務(wù)產(chǎn)值已占整個測井行業(yè)產(chǎn)值的25％。LWD隨鉆測井系統(tǒng)四、大位移井鉆井系統(tǒng)49CDN——補(bǔ)償中子密度CDR——補(bǔ)償雙電阻率系統(tǒng)組成及性能四、大位移井鉆井系統(tǒng)50四、大位移井鉆井系統(tǒng)51地質(zhì)導(dǎo)向：使用井下動力鉆具近鉆頭測量地質(zhì)和工程參數(shù)并隨鉆傳輸?shù)降孛孢M(jìn)行處理、解釋，指導(dǎo)井下工具姿態(tài)，滿足地質(zhì)要求的鉆井方式。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向：缺少近鉆頭的地質(zhì)參數(shù)測量，并使用閉環(huán)自控執(zhí)行工具（偏心變徑穩(wěn)定器）的鉆井方式。幾何導(dǎo)向：只有工程參數(shù)，保證軌跡控制的鉆井方式。（2）地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)四、大位移井鉆井系統(tǒng)52

IDEAL地質(zhì)導(dǎo)向工具（斯倫貝謝Anadrill公司）IntegratedDrillingEvaluationandLogging

關(guān)鍵：定向和測井傳感器接近鉆頭（1—2m）通過無線傳輸系統(tǒng)（電磁波）把數(shù)據(jù)從鉆頭處傳到MWD系統(tǒng)?？梢愿玫刂笇?dǎo)鉆井井眼穿過薄層和復(fù)雜地區(qū)，利用測井?dāng)?shù)據(jù)直接進(jìn)行地質(zhì)導(dǎo)向鉆井。能更準(zhǔn)確地預(yù)測井眼軌跡，在兩點(diǎn)測量井斜角，其一是近鉆頭處，其二是保留原MWD處的井斜角測量。四、大位移井鉆井系統(tǒng)53由PowerPak導(dǎo)向馬達(dá)、測量短節(jié)、無線遙感測量系統(tǒng)組成；在地面實(shí)時地質(zhì)導(dǎo)向顯示屏上將鉆頭處實(shí)時測得的油藏信息與油藏模擬模型對比，可確定鉆頭在油藏中的位置。四、大位移井鉆井系統(tǒng)54地質(zhì)導(dǎo)向的特性：電阻率和咖碼測井可確定被鉆巖層的流體和巖石性質(zhì)；方位電阻率提示司鉆鉆遇新的地層（approachingformationboundariesandcontacts)，以便確定最佳工具面角；四、大位移井鉆井系統(tǒng)55四、大位移井鉆井系統(tǒng)

目前地質(zhì)導(dǎo)向鉆井可完成下列工作：驗(yàn)證井眼是否鉆入了目的層避免井眼穿過油水界面防止井眼離開目的層優(yōu)化井眼在產(chǎn)層中的位置增加水平井段長度評估流體的侵入范圍

四、大位移井鉆井系統(tǒng)57

隨鉆測量/隨鉆測井（MWD/LWD）新技術(shù)隨鉆測量/隨鉆測井(MWD/LWD)技術(shù)發(fā)展迅速，已研制了適用于各種井眼尺寸的MWD/LWD工具。其測量參數(shù)已逐步增加到近20種鉆井和地層參數(shù)，目前，傳感器離鉆頭尚有1～2米的距離。新的儀器化鉆頭。地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)成為新的發(fā)展方向。1992年底，斯倫貝謝Anadrill公司推出其綜合鉆井評價和測井系統(tǒng)(IDEAL系統(tǒng))，到1997年已在歐洲和非洲的50口井中成功地應(yīng)用了這種工具。四、大位移井鉆井系統(tǒng)58

斯倫貝謝已在現(xiàn)場測試了鉆時脈沖中子測井儀。四參數(shù)組合隨鉆測井儀已成為標(biāo)準(zhǔn)隨鉆測井儀器，可以隨鉆測量原狀地層的真電阻率、體積密度、中子孔隙度和自然伽嗎。目前，正在出現(xiàn)的六參數(shù)組合隨鉆測井儀，在四參數(shù)的基礎(chǔ)上增加了聲波速度和光電指數(shù)，提供更加豐富的地層評價信息。可測量的參數(shù)包括井斜、方位、工具面、井下鉆壓、井下扭矩，井下震動、自然伽馬、地層電阻率、密度、中子孔隙度和環(huán)空溫度。與早期的隨鉆測井相比，現(xiàn)在的隨鉆測井儀器可靠性高，穩(wěn)定性強(qiáng)，可更好地評價油、氣、水層。隨鉆測井為用戶實(shí)時提供決策信息，有助于避免井下復(fù)雜情況的發(fā)生，引導(dǎo)井眼沿著最佳軌跡穿過油層。目前從井下往地面?zhèn)鬏旊S鉆測量數(shù)據(jù)的技術(shù)主要是泥漿脈沖，近年來電磁波傳輸技術(shù)應(yīng)用已有很大進(jìn)展。據(jù)2002年油氣雜志報(bào)道，殼牌公司已在北海南部成功的將電磁波MWD用于測量深度4420米（垂深1950米）的井中。四、大位移井鉆井系統(tǒng)2、串接泥漿馬達(dá)和加長泥漿馬達(dá)（1）串接泥漿馬達(dá)在標(biāo)準(zhǔn)泥漿馬達(dá)基礎(chǔ)上，在加上一個動力段，兩個動力段之間采用高強(qiáng)度連接（如鈦扭桿）其特點(diǎn)是有較高的輸出功率（與標(biāo)準(zhǔn)馬達(dá)比）。生產(chǎn)廠家Halliburton公司。

（2）加長泥漿馬達(dá)這種新型泥漿馬達(dá)具有加長的動力段，并按“目標(biāo)一致性”原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，避免了串接泥漿馬達(dá)用常規(guī)部件帶來的負(fù)面影響。特點(diǎn)是顯著增加輸出功率和扭矩，生產(chǎn)廠家BakerHughes四、大位移井鉆井系統(tǒng)60四、大位移井鉆井系統(tǒng)61四、大位移井鉆井系統(tǒng)62四、大位移井鉆井系統(tǒng)3、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)和高性能穩(wěn)定器

（1）旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)

在旋轉(zhuǎn)方式下微調(diào)井眼軌跡在大位移井中十分重要。井下可調(diào)穩(wěn)定器翼片的控制位置通過泥漿脈沖傳送到地面，以便監(jiān)測翼片是否處在所要求的位置。它與隨鉆測量系統(tǒng)組合形成了新一代的鉆井系統(tǒng)——旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)。這種新型井下穩(wěn)定器的翼片直徑可以微調(diào)，有助于大位移井：減少井身扭曲降低鉆柱阻力改善巖屑運(yùn)移允許用最大鉆壓鉆進(jìn)四、大位移井鉆井系統(tǒng)64測量的數(shù)據(jù)傳向地面測出相對于目標(biāo)位置的井眼方位從地面下行傳送控制命令導(dǎo)向裝置接受控制命令進(jìn)行調(diào)整旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)是20世紀(jì)末期發(fā)展起來的一項(xiàng)先進(jìn)的鉆井技術(shù)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)主要特征：在鉆柱旋轉(zhuǎn)時，能夠調(diào)整井斜和方位；能夠通過上傳信號讓地面跟蹤實(shí)鉆井眼軌道；能夠直接下傳指令調(diào)整井眼軌道（地面干預(yù)）。四、大位移井鉆井系統(tǒng)65節(jié)省鉆進(jìn)時間，井眼質(zhì)量好，事故少，降低鉆井綜合成本四、大位移井鉆井系統(tǒng)66旋轉(zhuǎn)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)驅(qū)動非旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向穩(wěn)定滑套旋轉(zhuǎn)驅(qū)動軸水力控制閥導(dǎo)向塊控制電路和井斜傳感器

AutoTrak系統(tǒng)把增斜鉆井的目的與導(dǎo)向能力集成在一個單一系統(tǒng)中，可以用連續(xù)旋轉(zhuǎn)鉆井的方式鉆成理想的井斜和方位。1）AutoTrak旋轉(zhuǎn)閉環(huán)鉆井系統(tǒng)四、大位移井鉆井系統(tǒng)67四、大位移井鉆井系統(tǒng)68詳細(xì)構(gòu)造圖非旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向穩(wěn)定滑套近鉆頭啟動器模塊交流發(fā)電機(jī)脈沖啟動器油泵交流發(fā)電機(jī)井下聯(lián)接記憶模塊振動模塊電池組轉(zhuǎn)向控制組子交流發(fā)電機(jī)子脈沖啟動器穩(wěn)定器多相流阻止器短N(yùn)MCSDP可選三級接頭可選井下計(jì)量計(jì)巖性密度測量模塊中子孔隙度測量模塊四、大位移井鉆井系統(tǒng)69AutoTrak系統(tǒng)先進(jìn)的設(shè)計(jì)包括：非旋轉(zhuǎn)定向套筒上裝有能夠獨(dú)立操作的、可調(diào)的導(dǎo)向筋，導(dǎo)向筋可以在鉆頭上形成側(cè)向力，以便進(jìn)行造斜或保持現(xiàn)在的井眼軌跡。當(dāng)鉆柱旋轉(zhuǎn)時，非旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向套筒控制井斜和方位。方位由三個可調(diào)導(dǎo)向肋的合力確定。通過電子控制和液力脈沖技術(shù)的結(jié)合來調(diào)節(jié)導(dǎo)向力的方向和大小。井下計(jì)算機(jī)和傳感器可以連續(xù)監(jiān)測和控制相對于下步目標(biāo)的當(dāng)前井眼軌跡。地面與地下的實(shí)時通信聯(lián)系。即使在工具進(jìn)行連續(xù)鉆井時，它允許作業(yè)者給井下計(jì)算機(jī)發(fā)送新的井眼軌跡。

AutoTrak可以以旋轉(zhuǎn)方式鉆定向井、可以自動控制鉆井過程、可以在不中斷鉆井的情況下接收來自地面的信號，它可以帶來下列優(yōu)點(diǎn)：顯著增加機(jī)械鉆速；大大改進(jìn)井眼質(zhì)量；滿足鉆大位移井和三維復(fù)雜井的需要。四、大位移井鉆井系統(tǒng)70

AutoTrak系統(tǒng)共有三種尺寸：6?

"OD,8?

"OD,9?

"OD,可以鉆83/8"~18?

"井眼。AutoTrak系統(tǒng)自1997年投入市場，至2001年5月在575口井應(yīng)用，累計(jì)工作了72500小時，進(jìn)尺達(dá)83萬米，節(jié)約了3.2億美元，至2002年11月累計(jì)進(jìn)尺已達(dá)183萬米。2002年推出AutoTrak系統(tǒng)第三代，速度、可靠性和精度更好。新LWD完全與之配套，有近鉆頭LWD/MWD測量，獨(dú)立的雙向傳輸系統(tǒng)和電源。四、大位移井鉆井系統(tǒng)71四、大位移井鉆井系統(tǒng)72四、大位移井鉆井系統(tǒng)73四、大位移井鉆井系統(tǒng)74四、大位移井鉆井系統(tǒng)75（2）旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向-PowerDrive旋轉(zhuǎn)時進(jìn)行導(dǎo)向(100%旋轉(zhuǎn))進(jìn)一步提高鉆速,降低卡鉆風(fēng)險井眼更平滑,優(yōu)化井眼沖洗,優(yōu)化鉆井參數(shù)可用于定向井,大斜度井,大位移井和水平井全自動化防斜打快

–

封密系統(tǒng)-PowerV可以進(jìn)行裸眼井段側(cè)鉆–

狗腿度8deg/30m近鉆頭井斜方位測量可用于6“

–18”

井眼最高壓力和溫度–20000psi135C可利用馬達(dá)推動PowerDrive,加大扭矩,加大轉(zhuǎn)速,更進(jìn)一步提高鉆速四、大位移井鉆井系統(tǒng)76旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向-PowerDrivePad開Pad關(guān)四、大位移井鉆井系統(tǒng)77四、大位移井鉆井系統(tǒng)78四、大位移井鉆井系統(tǒng)79旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向-PowerDriveControlShaftDiskValve四、大位移井鉆井系統(tǒng)80旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向-PowerDrive

PowerDrive1100 PowerDrive900 PowerDrive825 PowerDrive675 PowerDrive475四、大位移井鉆井系統(tǒng)81旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向-PowerDrive四、大位移井鉆井系統(tǒng)82旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向-PowerDriveJuly2002PowerDrive1100&PowerDrive475servicescommercialized2001WorldRecord#1PowerDrive675drills17,283ftof8.5”holein1run2000PowerDrivebecomesfastestexpandingandmostsuccessfulrotarysteerableserviceintheworld2001WorldRecord#2PowerDrive900drills13.789ftof12.25”holein1run1999PowerDriveparticipatesindrillingworldslongestERDwellatWytchFarmNov2001PowerDrivedrillsmorethan1.3mftin12months2002World’sFirst6”RSSRunPowerDrive475drills4712ftof61/8”holein1run1999200020012002四、大位移井鉆井系統(tǒng)83旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向-PowerDriveWorldRecord12-1/4”Run–13,799ft四、大位移井鉆井系統(tǒng)（3）高性能穩(wěn)定器鉆柱在井內(nèi)有效滑動對獲得設(shè)計(jì)的井眼軌跡至關(guān)重要。這種高性能穩(wěn)定器放在鉆頭和泥漿馬達(dá)之間。其在滑動鉆進(jìn)中隨鉆頭一起旋轉(zhuǎn)，在大位移井中有助于：最大限度地減少地部鉆具組合在大斜度井筒內(nèi)的現(xiàn)象，維持工具面角可重新分布鉆頭載荷，改善鉆頭穩(wěn)定狀況延長鉆頭壽命，最大限度地減少鉆頭重鉆現(xiàn)象如果在旋轉(zhuǎn)鉆井底部鉆具組合中使用動態(tài)穩(wěn)定器，則必須稍微調(diào)整他的外徑和安裝位置，已對付輕度降斜趨勢。四、大位移井鉆井系統(tǒng)85四、大位移井鉆井系統(tǒng)4、水力加壓器（水力推進(jìn)器）水力加壓器結(jié)構(gòu)與原理水力加壓器是靠鉆頭噴嘴壓降或井底動力鉆具加噴嘴的壓降來推動活塞，通過活塞將此壓降轉(zhuǎn)變?yōu)殂@壓。水力加壓器用于加鉆壓大位移井由于鉆柱摩阻大，鉆進(jìn)時鉆頭究竟得到多少鉆壓是一個難于解決的問題，用水力加壓器時，鉆壓是恒定的。

四、大位移井鉆井系統(tǒng)87四、大位移井鉆井系統(tǒng)88四、大位移井鉆井系統(tǒng)89四、大位移井鉆井系統(tǒng)90四、大位移井鉆井系統(tǒng)4、集成鉆井軟件和三維可視化技術(shù)建立一個應(yīng)用程序共享的數(shù)據(jù)庫將鉆井軟件集成軌跡設(shè)計(jì)采用三維可視技術(shù)與地質(zhì)構(gòu)造立體圖相結(jié)合進(jìn)行設(shè)計(jì)5、制動化（閉環(huán)）鉆井

全部鉆井過程依靠傳感器測量各種參數(shù)，依靠計(jì)算機(jī)獲取數(shù)據(jù)，并解釋和發(fā)出指令，最后由設(shè)備自動去執(zhí)行，使整個鉆井系統(tǒng)變成無人操作的自動控制系統(tǒng)，其主要優(yōu)點(diǎn)是：

四、大位移井鉆井系統(tǒng)節(jié)約鉆井時間提高控制精度減少人為誤差減少體力勞動可嚴(yán)格按預(yù)定軌跡鉆進(jìn)也可完全根據(jù)地下情況鉆進(jìn)取得實(shí)際應(yīng)用成果的國家：德國的VDS自動垂直鉆井系統(tǒng)英國的AGS自動導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)美國的ADD自動定向鉆井系統(tǒng)挪威的連續(xù)油管鉆井系統(tǒng)四、大位移井鉆井系統(tǒng)93提綱一、大位移井概念及其應(yīng)領(lǐng)域二、大位移井鉆井技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀三、大位移井鉆井關(guān)鍵技術(shù)四、大位移井鉆井系統(tǒng)五、特大位移井鉆井實(shí)例分析

井號M11，WytchFarmNo15井ERD井眼數(shù)據(jù)：水平位移：10114m垂深：1650m測深：10656m鉆井：186天，日產(chǎn)油3180M3/d設(shè)計(jì)：165天1、M11大位移井的關(guān)鍵技術(shù)五、特大位移井鉆井實(shí)例分析95

大位移延伸井技術(shù)和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具等與分支井技術(shù)的結(jié)合掀起了海洋油氣開發(fā)領(lǐng)域的一場革命。1998年WytchFarm油田創(chuàng)記錄的M11井由于僅需鉆很少的井，降低了油田開發(fā)費(fèi)用，使邊際油田、不具備單井開發(fā)價值的小油藏、圈閉區(qū)塊、頂層油及剩余油的開發(fā)成為可能。

五、特大位移井鉆井實(shí)例分析

M11井，121/4＂井段鉆至井深2900m遇開始易塌地層和穿越斷層。鉆至7400m井塌下鉆遇阻，找不到老眼，被迫填井。在以133/8“管鞋側(cè)鉆。新井改變軌跡，減少穿越斷層段成功。95/8＂套管下至8819m。121/4＂井裸眼段長5000m。五、特大位移井鉆井實(shí)例分析M11，121/4＂井段泥漿低毒油基泥漿；r=1.28S.G.新井老井r=1.20S.G.YP620PV2830M11，121/4＂鉆柱95/8＂Anadrill（5/6）單彎螺桿PoworpalseMWD，PDCm鉆頭全部65/8＂鉆桿，65/8＂HWDP五、特大位移井鉆井實(shí)例分析M11，121/4＂井段凈化，摩阻排量：1050/1100gPM，相當(dāng)于66/69L/sec121/4”名義井眼在如此高的排量之下：AV（視粘度），C（巖屑濃度），Cb（巖屑床厚）等顯著變化，凈化特優(yōu)，無需機(jī)械清巖，無需打入清掃液扭矩：28000fbs，相當(dāng)于3817kgm折算扭轉(zhuǎn)摩阻系數(shù)0.2（裸眼）\0.13（套內(nèi)）無扭屆（Tortuosity）(頂驅(qū))五、特大位移井鉆井實(shí)例分析M11，121/4＂井段95/8/＂套管深接箍深：1800m空段長8819-1800m=7019m在7000m深時試旋轉(zhuǎn)套管扭矩為23000ft（1381kgm低于鉆柱）M1181/2＂井，鉆井方式在95/8”技套之后，不能用滑動態(tài)，轉(zhuǎn)動態(tài)造斜至900水平段全轉(zhuǎn)動態(tài)。五、特大位移井鉆井實(shí)例分析

M1181/2＂井，扭矩扭矩特大，與巖性有關(guān)；泥巖 小泥巖+巖屑床 中砂巖 大砂巖+巖屑 最大該井水平段為砂巖+巖屑床：M扭特大，被迫加入微珠降扭，微珠可回收，泥漿0.94五、特大位移井鉆井實(shí)例分析

M1181/2＂井，水平段側(cè)鉆鉆至9688m，發(fā)現(xiàn)油層特性變差，側(cè)鉆找好的油層，9150m側(cè)鉆采用定點(diǎn)循環(huán)側(cè)鉆法，0.1m/hr，維持2天。在6m厚油層內(nèi)鉆至10658m起鉆。M1181/2＂井，井下工具Camco變徑扶正器：下6次，3次破壞，1次被迫起鉆改變一次直徑要30分鉆CDR工程參數(shù)測量：環(huán)空液壓特別在接單眼劃眼時控制速度有用五、特大位移井鉆井實(shí)例分析M1181/2＂井，7＂尾管注尾管注水泥，旋轉(zhuǎn)注水泥，扭矩過大時停止旋轉(zhuǎn)。螺旋扶正器，兩根套管加三個。

五、特大位移井鉆井實(shí)例分析103

南海東部石油公司的位置已開發(fā)的油田共有四個：流花；陸豐；惠州；西江。2、中國南海西江24-3-A14井大位移井關(guān)鍵技術(shù)五、特大位移井鉆井實(shí)例分析104五、特大位移井鉆井實(shí)例分析105三個區(qū)塊：XJ24-3，XJ30-2，XJ24-1。前兩個是主力區(qū)塊。兩個鉆采平臺，每個平臺可鉆井分別為30口和28口井。生產(chǎn)出來的油，通過輸油管線，送到“南海開拓號”油輪上。五、特大位移井鉆井實(shí)例分析106XJ24-3-A14區(qū)塊是美國PHILIPS公司的風(fēng)險勘探區(qū)，1986年1月8日鉆完第一口探井XJ24-1X，發(fā)現(xiàn)了11個油層。XJ24-1區(qū)塊的情況：位于XJ24-3區(qū)塊的鉆采平臺東南（116°）約8公里處。油藏圈閉面積不到2平方公里，是一個小油田，或稱為XJ24-3油田的衛(wèi)星油田。該海域水深100米左右。五、特大位移井鉆井實(shí)例分析107

XJ24-1區(qū)塊開采方案：建立一個衛(wèi)星鉆采平臺（無人操作）要花7000萬美元，加上鉆井費(fèi)用和按照7年開采期計(jì)算的作業(yè)費(fèi)，加起來的投資將超過一億美元。按采收率25％計(jì)算，可采出100萬噸油。按120美元一噸算，可得1.2億美元?；旧蠜]有開采價值。所以，從1986年到1996年，10年時間，該區(qū)塊沒有開采90年代以來，大位移井技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，很自然提出用大位移井來開發(fā)這個油田。1995年，大位移紀(jì)錄是8035米。經(jīng)過論證，該井于1996年11月22日開鉆，1997年5月19日完鉆，6月10日完井。全井鉆進(jìn)時間85天，完井周期僅僅101天。該井原計(jì)劃投資2400萬美元。實(shí)際打井費(fèi)用1800萬美元，加上論證及各項(xiàng)行政開支，共花錢2000萬美元。五、特大位移井鉆井實(shí)例分析108效益：6月23日交井投產(chǎn)，初產(chǎn)為1672桶（6.29桶等于1方）約265方，含水63％。以后產(chǎn)量逐日增加，直到7000桶（1000噸）穩(wěn)?。缓鹑諟p少，減到2.2％穩(wěn)住。到1997年底已經(jīng)生產(chǎn)了16萬多噸，價值約2000萬美元。已將投入的全部成本收回。而且，這口井在鉆井中，還有大的發(fā)現(xiàn)，新發(fā)現(xiàn)5個油層，最厚的一個是15.4米。地質(zhì)儲量翻了一番。由于A-14井的效益很好，且儲量翻番，所以1999年又打了一口大位移井A-17井。五、特大位移井鉆井實(shí)例分析109XJ24-3-A14大位移井關(guān)鍵技術(shù)

管柱的摩阻摩扭問題是大位移井技術(shù)的頭號問題。給鉆井帶來的問題：①鉆柱起鉆負(fù)荷很大，下鉆阻力很大；②滑動鉆進(jìn)時加不上鉆壓，鉆速很低；③旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時扭矩很大，導(dǎo)致鉆柱強(qiáng)度破壞；④鉆柱與套管摩擦，套管磨損嚴(yán)重，甚至磨穿；⑤套管下入困難，甚至下不到底；⑥導(dǎo)致嚴(yán)重的粘滑振動(Stick/SlipVibration);（1）管柱的摩阻摩扭問題五、特大位移井鉆井實(shí)例分析110①解決起下鉆摩阻問題的方法：使用頂部驅(qū)動，起下鉆時可適當(dāng)旋轉(zhuǎn)鉆柱，改變摩阻方向(倒劃眼時要特別謹(jǐn)慎)；優(yōu)化井眼軌道形狀，減小摩阻；國外用懸鏈線軌道或準(zhǔn)懸鏈線；提高造斜點(diǎn)，降低造斜率；控制穩(wěn)斜角：αK=ATN(1/μ)；改善泥漿的潤滑性五、特大位移井鉆井實(shí)例分析111大位移井的軌道設(shè)計(jì)：大位移井軌道設(shè)計(jì)研究，國外很重視，但很少有公開發(fā)表的研究文章。英國BP公司在WytchFarm油田上用懸鏈線或準(zhǔn)懸鏈線，沒有具體講。有一篇文章中談到設(shè)計(jì)方法：增斜段的曲率是變化的，開始的曲率1～1.5°/30米，最后增到2.5°/30米。曲率增加的方式是連續(xù)的，每400米曲率增加0.5°/30米。據(jù)說這種曲線可使套管可下重量增加25～27%。這實(shí)際上是一種恒變增曲率曲線。據(jù)我們研究，這種曲線并沒有多大優(yōu)越性。五、特大位移井鉆井實(shí)例分析112XJ24-2-A14井軌道設(shè)計(jì)五、特大位移井鉆井實(shí)例分析113XJ24-2-A14井泥漿降摩阻摩扭技術(shù)采用低毒油基泥漿，商品名稱VersaClean。提高油水比：試驗(yàn)表明，90：10的油水比與62：38的油水比進(jìn)行比較，前者比后者摩阻降低50%。實(shí)際使用在12-1/4“井眼，油水比為75：25；在8-1/2“井眼，油水比為85：15；使用塑料小球：據(jù)試驗(yàn)，使用塑料小球，可降低摩阻摩扭15%；從井深7248米開始用，井深超過9000米后，每鉆一個立柱，加入塑料小球約123公斤。泥漿的實(shí)際潤滑性很好，非常有利于減小摩阻系數(shù)。根據(jù)實(shí)鉆數(shù)據(jù)用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行擬合，鉆柱在套管內(nèi)的摩阻系數(shù)為0.19，在裸眼井段內(nèi)為0.17。（值得注意的是：裸眼井段內(nèi)摩阻系數(shù)竟然小于套管內(nèi)的摩阻系數(shù)）五、特大位移井鉆井實(shí)例分析114②解決滑動鉆進(jìn)加不上鉆壓問題采用滑動導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)，盡可能旋轉(zhuǎn)鉆柱。需要定向時用滑動鉆進(jìn)方式；不需要定向時用旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方式；采用動力鉆具壓差載荷加壓；采用液力加壓器加壓；開發(fā)先進(jìn)的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)，徹底拋棄滑動鉆進(jìn)方式；五、特大位移井鉆井實(shí)例分析115③解決鉆柱旋轉(zhuǎn)扭矩的問題：主要辦法是：提高鉆桿的抗扭能力。使用高抗扭的螺紋脂；據(jù)說可提高抗扭27%；采用高扭矩的螺紋聯(lián)接多級螺紋或多級臺肩，可增大扭矩；采用高強(qiáng)度鉆桿：鋁合金、鈦合金鉆桿等，重量小，強(qiáng)度高；實(shí)現(xiàn)鉆桿接頭的應(yīng)力平衡(見下兩張片子)：高強(qiáng)度鉆桿的接頭抗扭強(qiáng)度，低于管體；采取增大上扣扭矩，犧牲抗拉強(qiáng)度，增大抗扭強(qiáng)度，使鉆桿適應(yīng)高扭矩的需要。五、特大位移井鉆井實(shí)例分析116實(shí)現(xiàn)鉆桿接頭的應(yīng)力平衡：以NC-50(411×410)接頭為例，當(dāng)公接頭內(nèi)徑為4-3/4“時，若上扣扭矩為30千磅英尺，則承拉能力為200千磅；若上扣扭矩為25千磅英尺，則承拉能力為450千磅；五、特大位移井鉆井實(shí)例分析117④解決套管磨損問題一種方法是在鉆桿上帶膠皮護(hù)箍據(jù)說在大位移井中，橡膠護(hù)箍很快就被破壞；改變鉆桿接頭表面上的鎧裝材料，既有較高的耐磨性，又可減小對套管的磨損；在鉆桿上加非旋轉(zhuǎn)鉆桿保護(hù)器象個扶正器，不隨鉆桿旋轉(zhuǎn)。與套管之間不旋轉(zhuǎn)，所以不磨套管；但與鉆桿之間有相對旋轉(zhuǎn)；這是目前最有效的方法。五、特大位移井鉆井實(shí)例分析118XJ24-3-a14井對套管磨損問題的解決特別在彎曲井段，鉆柱以很大的正壓力作用于套管壁，在旋轉(zhuǎn)時引起套管磨損。采用了“非旋轉(zhuǎn)鉆桿保護(hù)器”（NRDPP–Non-RotatingDrillPipeProtector）。在套管保護(hù)段，每根鉆桿單根加一個。這樣在NRDPP與套管之間是不旋轉(zhuǎn)的，代之以NRDPP與鉆桿之間的旋轉(zhuǎn)。

未使用NRDPP時，泥漿出口撈出大量鐵屑，而且逐日增加。（三天，150克，270克，750克）據(jù)說最多一天可撈出3.7公斤。使用NRDPP之后，鐵屑大量減少。（三天，260克，85克，65克）。而且，鉆柱的摩扭大大減小。在可比的情況下，使用前摩扭為22000英尺磅，使用后為12000～17000英尺磅。五、特大位移井鉆井實(shí)例分析119⑤解決套管下入問題采用滾輪式套管扶正器；使套管與井壁之間有滑動摩擦，變成滾動摩擦；采用漂浮法下套管漂浮接箍以下的套管內(nèi)是空的，沒有鉆井液；漂浮接箍的位置需要仔細(xì)計(jì)算；要考慮套管的抗擠強(qiáng)度問題；在下套管過程中不能循環(huán)泥漿；利用頂部驅(qū)動的重力；五、特大位移井鉆井實(shí)例分析120XJ24-3-a14井對套管下入問題的解決

鉆柱下不去，可用頂部驅(qū)動旋轉(zhuǎn)起來下入。套管由于絲扣問題，不能承受大的扭矩。所以下套管是大位移井最大的難題。這口井采取了兩個主要技術(shù)：帶軸向滾柱的套管扶正器將套管與井壁之間的軸向滑動摩擦，變成了軸向滾動摩擦。五、特大位移井鉆井實(shí)例分析121

第二項(xiàng)技術(shù)是：套管漂浮技術(shù)。一個漂浮接箍可使一段套管中空。從而減小對井壁的正壓力。五、特大位移井鉆井實(shí)例分析122套管漂浮接箍的工作原理：a.漂浮狀態(tài)，隔開上下；b.壓力剪斷上銷釘，打開循環(huán)孔；c.剪斷下銷釘，下行碰壓。五、特大位移井鉆井實(shí)例分析123

⑥解決鉆柱的粘滑振動問題類似于“蹩鉆”。蹩鉆是鉆頭上扭矩的劇烈變化引起的；粘滑振動是鉆柱上摩阻扭矩的劇烈變化引起的。危害是：鉆速降低，鉆頭壽命降低，鉆柱的強(qiáng)度安全系數(shù)降低，鉆進(jìn)能力降低；粘滑振動還會激發(fā)起鉆柱的其他振動，特別是橫向振動，危害也很大。采用旋轉(zhuǎn)回饋系統(tǒng)，有的稱為軟扭矩系統(tǒng)。國外已經(jīng)有產(chǎn)品，是荷蘭人研究的；我國應(yīng)早研究解決。石油大學(xué)已經(jīng)在理論上和原理上進(jìn)行了大量工作，下步研究需要協(xié)作。五、特大位移井鉆井實(shí)例分析124（2）測量與軌跡控制問題隨鉆測斜，是準(zhǔn)確控制井眼軌跡的前提條件。大位移井更不能用電纜測量。在大位移井中，MWD已經(jīng)成為常規(guī)方法。隨鉆測井，是準(zhǔn)確控制井眼進(jìn)入預(yù)定的目標(biāo)層的前提條件。在大位移井中，LWD(FEWD)也應(yīng)該成為常規(guī)方法。由于井很深