第8章新型鉆井技術(shù)

第八章新型鉆井技術(shù)一、平衡壓力鉆井1.平衡壓力鉆井含義鉆井用泥漿密度m正好等于平衡地層壓力所需泥漿密度p，稱為平衡壓力鉆井。平衡壓力：保持井內(nèi)鉆井液動壓力與地層孔隙壓力相等，即式中，pfp—地層孔隙壓力（地層壓力）；

pf—鉆井液柱靜壓力；

pa—鉆井液循環(huán)時(shí)的環(huán)空壓降。2.平衡壓力鉆井目的降低巖石強(qiáng)度、巖屑的壓持效應(yīng)，提高鉆速；可有效地保護(hù)地層，防止地層污染、井漏。3.實(shí)現(xiàn)平衡鉆井的關(guān)鍵是選擇合理的鉆井液密度，使鉆井液動壓力同地層孔隙壓力始終保持平衡。4.

平衡鉆井技術(shù)保證安井控設(shè)備，防止井涌、井噴；配先進(jìn)固控設(shè)備，適時(shí)調(diào)、控鉆井液性能。二、欠平衡鉆井鉆井用泥漿密度m

<p平衡地層壓力所需泥漿密度時(shí)稱為欠平衡鉆井，是當(dāng)今鉆井新技術(shù)之一。1.欠平衡鉆井原理井底液柱壓力低于地層孔隙壓力。允許地層流體進(jìn)入井內(nèi)，循環(huán)出井，在地面處理和控制。2.優(yōu)點(diǎn)利于發(fā)現(xiàn)低壓儲層；避免對油層的損害；減少清堵費(fèi)用；減少鉆井液的漏失；提高鉆速，降低鉆井成本。3.適用于地層條件存在井漏（泥漿漏走）的地層；液敏地層，（如對鉆井液敏感的地層）低滲透油層、硬地層；大裂縫地層。4.

保持欠平衡鉆井方法配注氣設(shè)備：向井液中注空氣或氮?dú)?，降低液柱靜水頭。配井控設(shè)備流體地面處理設(shè)備隨鉆測量儀。

三、深、超深井鉆井技術(shù)目的：開發(fā)西部資源。如四川盆地、塔里木盆地、準(zhǔn)葛爾盆地。深井：4500～6000m；超深井：6000~9000m；特深井：9000m以上1.要研究和掌握的關(guān)鍵技術(shù)井眼穩(wěn)定技術(shù)、井斜控制技術(shù)、高效破巖與洗井技術(shù)、固井技術(shù)、鉆井液技術(shù)和管柱優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)等。2.特點(diǎn)深井、超深井鉆井中，機(jī)械鉆速低、鉆頭壽命短、起下作業(yè)頻繁，建井周期長，費(fèi)用很高。3.對鉆井設(shè)備和鉆具要求（1）加速研制先進(jìn)的深井、超深井鉆機(jī)。國產(chǎn)已有ZJ60級深井鉆機(jī)，蘭石廠04年ZJ70LDB，寶石9000m、12000m鉆機(jī)，加拿大DRECO、原蘇聯(lián)15000m深井、超深井鉆機(jī)采用電驅(qū)動，配備頂驅(qū)鉆井裝置，提高機(jī)械化水平（2）深井、超深井鉆機(jī)應(yīng)配備三臺大功率鉆井泵。井段上部大直徑需雙泵打鉆（一臺泵檢修），以滿足破巖與洗井的排量要求，提高機(jī)械鉆速。（3000）（3）研制、配置高效先進(jìn)的固控系統(tǒng)。有效控制鉆井液密度和性能，保證穩(wěn)定井眼技術(shù)、鉆井與完井技術(shù)的順利實(shí)施。（4）研制適于不同巖層的大尺寸（171/2″）鉆頭（5）開發(fā)中速大扭矩井下動力鉆具。（200～250r/min）如渦輪鉆具、螺桿鉆具。目的是提高鉆速。四、定向井鉆井定向井技術(shù)發(fā)展定向井首先是從美國發(fā)展起來的，最早采用定向井技術(shù)主要是處理井下落物無法處理的側(cè)鉆。早在1895年，美國開始使用這一技術(shù)。1897年，世界上完成第一口定向井。1923年，蘇聯(lián)渦輪鉆具問世，導(dǎo)致了定向井迅速發(fā)展

1959年，我國開始，鉆定向井。井的概念

直井斜井定向井特殊工藝井（救援）普通定向井叢式井（組）多目標(biāo)井開窗側(cè)鉆井水平井分支井大位移井井水平探井階梯水平井三維多目標(biāo)水平井開窗側(cè)鉆水平井連通水平井超薄油層水平井深層水平井短半徑水平井穿漏水平井1、定向井

英國的科學(xué)家給定向井這樣定義：使井筒按特定的方向偏斜，鉆遇地下預(yù)定目標(biāo)的一門科學(xué)和藝術(shù)。我國的學(xué)者給它的定義是：按照預(yù)先設(shè)計(jì)的井斜角、方位角和井眼軸線形狀進(jìn)行鉆進(jìn)的（斜）井。α造斜點(diǎn)穩(wěn)斜井段實(shí)際井筒計(jì)劃井筒靶區(qū)水平位移α-井斜角

定向井垂直投影圖垂深β北東靶點(diǎn)NEβ-方位角定向井水平投影圖井口設(shè)計(jì)軌跡實(shí)際軌跡1、條件限制建筑物河流、湖泊海洋山地為什么要鉆定向井用于開發(fā)城市、古建筑、湖泊、

障礙物的油藏

用于山丘、沙漠、河流等油田開發(fā)2、地下油藏的需要

2、叢式井

叢式井就是一個平臺上鉆多口井（兩口或兩口以上），可能有直井、定向井、水平井或其它井。叢式井可分為：陸地平臺叢式井海洋鉆井平臺叢式井叢式井垂直剖面圖叢式井水平投影圖

3、多目標(biāo)井

多目標(biāo)井就是靶點(diǎn)在兩個或兩個以上，可以是定向井、水平井或其它井。4、套管開窗側(cè)鉆井

套管開窗井是指在原套管內(nèi)開窗側(cè)鉆的井，它包括套管內(nèi)開窗側(cè)鉆直井、定向井和水平井。目的使老井復(fù)活,

使老油田恢復(fù)產(chǎn)能。充分利用原井場和原井的上部井眼，利用原來的輸油輸氣管線，節(jié)省投資。利用側(cè)鉆技術(shù)，在事故井、報(bào)廢井中側(cè)鉆成定向井、水平井，可節(jié)省鉆井周期。利用側(cè)鉆井技術(shù)，可以鉆成多底井、分支井。解決水錐問題

水平井屬于定向井家族的個分支，它的最基本特點(diǎn)是設(shè)計(jì)的井眼軌跡同油層的走向基本一致。水平段的井斜角達(dá)到86度以上。

5、水平井造斜點(diǎn)水平位移

水平井垂直投影圖垂深靶前位移水平段水平井的靶型狀圓柱型矩形

鉆水平井的目的

1、水平井增加井筒與油層的接觸面積

2、從而可大大提高單井產(chǎn)量

油層直井水平井水平井類別長半徑：R>285m

K<6°/30m中半徑：R=285~86mK=6~20°/30m短半徑：R=57~12m

K=1~5°/m

6、大位移井水平位移水平位移/垂深≥2垂深造斜點(diǎn)

大位移井或大位移延伸井(Extendedreachwell)，早期，國外將大位移井定義為：水平位移與垂深之比大于或等于1的井。隨著鉆井的技術(shù)進(jìn)步，通常將水平位移超過3000米、水平位移與垂深之比大于或等于2的井稱之為大位移井。為什么要鉆大位移井

（1）尋找更大儲量，擴(kuò)大油氣資源。（2）減少投資，節(jié)約成本。海上叢式大位移井可減少海洋鉆井平臺的數(shù)量3km5km1km位移1000米控制范圍3.14平方公里位移3000米，控制范圍為28.26平方公里位移5000米，控制范圍為78.5平方公里

在5公里的潮汐和灘涂地帶，用修海堤或海上修公路建人工島等方法開發(fā)。5公里缺點(diǎn)：修堤、筑路、建人工島費(fèi)用高建造海底管線、鋪設(shè)電纜施工困難且費(fèi)用高后期維護(hù)不方便且投資巨大用于開發(fā)淺海灘涂油田

我國有廣闊的海岸線和豐富的淺海灘涂油氣藏對于沿岸極淺海域，鉆大位移井可以實(shí)現(xiàn)海油陸采、節(jié)省建平臺或人工島的投資。

7、分支井技術(shù)1）多底井一個主井眼中鉆出兩個以上的井眼2）分支井一個主井眼中側(cè)鉆出多個小井眼，大部分是指分支水平井，水平井技術(shù)水平井是從定向斜井發(fā)展起來的。目前，勝利油田打水平井的技術(shù)水平較高。（1）水平井優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)借助于計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，對油藏研究、地質(zhì)分析、鉆井、測井、完井、采油等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。（2）井眼軌跡檢測技術(shù)根據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的井眼軌跡，配備先進(jìn)的導(dǎo)向鉆進(jìn)系統(tǒng)，采用先進(jìn)的隨鉆測量（MWD：MeasureWhileDrilling）儀器和技術(shù)，實(shí)現(xiàn)井眼軌跡的連續(xù)控制。（3）優(yōu)化完井技術(shù)水平井完井難度大，需研究專用的完井技術(shù)和工具。五、小井眼鉆井定義：對于小井眼的提法有各種各樣，不盡相同，到目前為止沒有統(tǒng)一的定義。1、美國Amoco公司，90%以上的井眼用小于6″的鉆頭鉆成2、法國Elf公司，完鉆井眼小于常規(guī)完鉆井眼（81/2″）的井統(tǒng)稱為小井眼。3．有的認(rèn)為，70%以上的井眼小于6″。4．還有的認(rèn)為，環(huán)空間隙小于1″的井眼。5.Bp公司，套管層數(shù)少于常規(guī)井的井眼。對直井來講，全井90％以上井眼的直徑小于7in，或70％的井眼直徑小于5in的井稱為小井眼井。對于水平井來說，水平段井眼直徑小于6in的井稱為小井眼井。小井眼鉆井技術(shù)發(fā)展的原因經(jīng)濟(jì)因素小井眼可節(jié)省鉆井費(fèi)用25-50%。在個別邊遠(yuǎn)地區(qū)甚至使鉆井費(fèi)用降低75%。技術(shù)進(jìn)步

80年代，鉆頭，泥漿和井下動力鉆具，井控等鉆井技術(shù)與設(shè)備均取得重大發(fā)展，使安全經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行小井眼鉆井成為可能環(huán)境保護(hù)的壓力小小井眼鉆機(jī)占地面積小,小井眼比常規(guī)井眼井徑縮小一半，鉆井液用量及巖屑量減少75%，施工機(jī)具用量大幅度下降，對環(huán)保有利?？碧介_發(fā)的需要在邊遠(yuǎn)地區(qū)，地面條件惡劣，運(yùn)輸困難，勘探工作風(fēng)險(xiǎn)大，地震工作在短時(shí)間內(nèi)不能獲得精確的地下資料，在這些地區(qū)打一些連續(xù)取芯的探井，可及早搞清地下情況，及早作出決策，減小勘探的風(fēng)險(xiǎn)。特點(diǎn)井徑小材料、人工成本低、鉆速高：由于井眼小，可減少鉆井液、鉆頭、鉆桿、套管、水泥、水、柴油等材料的消耗和鉆井作業(yè)人員的經(jīng)費(fèi)支出；可減少鉆屑和場地；可提高鉆井和起下鉆速度。鉆機(jī)和操作成本低：可大大減少常規(guī)鉆機(jī)的體積和重量，可大大節(jié)約鋼材，減少拆裝、修路、運(yùn)輸?shù)荣M(fèi)用。井場占地面積小75％，節(jié)省30％的費(fèi)用和大量的時(shí)間。減少資金投入，提高可采儲量：在條件十分惡劣的邊遠(yuǎn)地區(qū)進(jìn)行勘探，可大大減少在高風(fēng)險(xiǎn)、高成本作業(yè)情況下的資金投入；在老油氣田利用常規(guī)鉆機(jī)只能開采出大約40％的原始地質(zhì)儲量，而用小井眼鉆機(jī)打加密井可采儲量將提高50％；在舊開發(fā)井內(nèi)用小井眼鉆機(jī)繼續(xù)向深部鉆探，可發(fā)現(xiàn)老油層下面的新油藏；用小井眼鉆機(jī)進(jìn)行老井再鉆比用常規(guī)鉆機(jī)可大大降低投資成本。節(jié)能環(huán)保：小井眼鉆機(jī)的裝機(jī)功率和鉆井泵功率比常規(guī)鉆機(jī)的小，所以燃油消耗和排放的廢氣少，對空氣的污染和噪聲級別小。由于井眼尺寸小，所用的鉆井液、產(chǎn)生的鉆屑和廢物少(比常規(guī)井減少約70％)。六、連續(xù)柔管鉆井特點(diǎn)①占地少，適合于地面條件受限制的地區(qū)和海上平臺作業(yè)。②適用于小井眼鉆井，減少了設(shè)備和人力的投入，降低鉆井成本。③在老井重鉆(加深鉆井或側(cè)鉆井)作業(yè)中，因連續(xù)管直徑小可進(jìn)行過油管作業(yè)，無需取出老井中現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)邊鉆邊采的目的，可顯著節(jié)約成本，適應(yīng)老井重鉆的這一潛在的大市場。④進(jìn)行欠平衡鉆井作業(yè)，注入頭下安裝水力封隔進(jìn)行邊噴邊鉆，不僅可確保安全、提高機(jī)械鉆速，而且可減少泥漿漏失、防止地層傷害和增加產(chǎn)量。⑤其他優(yōu)點(diǎn)：由于連續(xù)管不需接單根，因而在起下鉆過程中能夠連續(xù)循環(huán)泥漿，減少起下鉆時(shí)間，縮短作業(yè)周期，提高起下鉆速度和作業(yè)的安全性，避免因接單根可能引起的井噴和卡鉆事故；連續(xù)管可以內(nèi)置電纜，改善信號的隨鉆傳輸，實(shí)現(xiàn)隨鉆測井，并且有利于實(shí)現(xiàn)閉環(huán)鉆井；地面設(shè)備少，巖屑廢料少，井場占地少，噪音低，減少環(huán)境污染；實(shí)現(xiàn)軟地層快速鉆進(jìn)(不需要接單根)；快速搬運(yùn)和組裝；作業(yè)人員少。七、套管鉆井套管鉆井是指用套管代替鉆桿對鉆頭施加扭矩和鉆壓，實(shí)現(xiàn)鉆頭旋轉(zhuǎn)與鉆進(jìn)。整個鉆井過程不再使用鉆桿、鉆鋌等，鉆頭是利用鋼絲繩投撈，在套管內(nèi)實(shí)現(xiàn)鉆頭升降，即實(shí)現(xiàn)不提鉆更換鉆頭鉆具。減少了起下鉆，減少了井噴、卡鉆等意外事故，提高了鉆井安全性，降低了鉆井成本。特點(diǎn)鉆機(jī)鉆井可大大降低鉆井成本,據(jù)估計(jì),一口井深3