石油機(jī)械欠平衡鉆井技術(shù)管匯及井口裝置

石油機(jī)械欠平衡鉆井技術(shù)管匯及井口裝置第1頁(yè)/共41頁(yè)欠平衡鉆井技術(shù)介紹第2頁(yè)/共41頁(yè)內(nèi)

容一.國(guó)內(nèi)、外欠平衡鉆井應(yīng)用狀況二.欠平衡鉆井的基本概念三.欠平衡鉆井技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)四.欠平衡鉆井系列五.欠平衡鉆井設(shè)備六.井口裝備分級(jí)七.適應(yīng)前平衡鉆井的地層八.鉆具組合九.欠平衡鉆井前幾個(gè)關(guān)鍵關(guān)節(jié)十.欠平衡鉆井前幾個(gè)重要步驟第3頁(yè)/共41頁(yè)50-70年代，四川油田進(jìn)行邊噴邊鉆的實(shí)驗(yàn)。70年代玉門(mén)、長(zhǎng)慶、安塞、新疆等油田采用氣、泡沫和充氣泥漿鉆井，多數(shù)井因地層出水而告終。八十年代中期及九十年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)新疆、中原、勝利、大港、塔里木、四川、華北、遼河、滇黔桂、吐哈、大慶、青海、長(zhǎng)慶、新星等油氣田和公司以及高校與科研院所相繼又開(kāi)始重視這項(xiàng)技術(shù)，投資引進(jìn)設(shè)備，開(kāi)展理論和技術(shù)研究，并進(jìn)行了較多的試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)施工，解決了鉆井工程問(wèn)題，保護(hù)了儲(chǔ)層，提高了單井產(chǎn)量，獲得了重大勘探突破。CNPC已經(jīng)把欠平衡鉆井技術(shù)列為重點(diǎn)應(yīng)用技術(shù)之一。一.國(guó)內(nèi)欠平衡鉆井技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r國(guó)內(nèi)第4頁(yè)/共41頁(yè)國(guó)外氣體欠平衡鉆井技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r1、20年代50世紀(jì)出現(xiàn)了以空氣鉆井為標(biāo)志、主要用于地?zé)?、煤層氣鉆井。首先解決井漏，以提高經(jīng)濟(jì)為目的。（機(jī)械鉆速是常規(guī)鉆井的4－10倍、鉆頭壽命提高2－4倍）。2、60－70年代為第一高峰期、由于設(shè)備、理論計(jì)算、化學(xué)藥制劑以及國(guó)際石油危機(jī)的影響，導(dǎo)致被冷落。3、90年以后，油價(jià)持續(xù)低迷，各大石油公司被迫斥巨資進(jìn)行技術(shù)研究。其目的是靠科學(xué)技術(shù)進(jìn)步降低發(fā)現(xiàn)、開(kāi)采油氣的費(fèi)用，從而降低油價(jià)。通過(guò)對(duì)比，對(duì)于低壓、致密、裂縫油氣藏以及含水敏礦物，吸水勢(shì)能高的儲(chǔ)層采用常規(guī)的鉆井和完井技術(shù)再進(jìn)行大規(guī)模水力壓裂改造，有效果但經(jīng)濟(jì)效益差。應(yīng)用欠平衡鉆井技術(shù)，消除正壓差和水敏，并以它對(duì)產(chǎn)層傷害最小等的優(yōu)點(diǎn)，再次受到石油界的青睞。是繼水平井之后的鉆井新技術(shù)，與水平井聯(lián)合具有無(wú)比的優(yōu)越性。第5頁(yè)/共41頁(yè)國(guó)外氣體欠平衡鉆井技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r4、目前美國(guó)及加拿大的欠平衡鉆井、完井技術(shù)已經(jīng)商業(yè)化，形成欠平衡鉆井技術(shù)研究、設(shè)備研制、技術(shù)服務(wù)三位一體的專業(yè)化公司。在該技術(shù)領(lǐng)域處于領(lǐng)先的公司是美國(guó)Weatherford公司，該公司包括下述8個(gè)專業(yè)化公司：AIRDRILLINGSERVICESCOMPANY、TESCO、ECD、InternationalNitrogenServices、Alpine、Dailey、WILLIAMS、OILTOOLS公司。2001年加拿大欠平衡鉆井總數(shù)占完成井的43%，美國(guó)大約1/3的陸地鉆井使用了欠平衡鉆井工具和技術(shù)。

第6頁(yè)/共41頁(yè)1989-RickStone(Signa工程公司)使用Williams1000psi旋轉(zhuǎn)頭在德克薩斯Austin灰?guī)r地層,首次進(jìn)行液相欠平衡鉆井“

FlowDrilling”；1991-JohnandVinsonWilliams發(fā)明高壓WilliamsModel7000旋轉(zhuǎn)頭，并獲得專利?，F(xiàn)代欠平衡鉆井技術(shù)誕生第7頁(yè)/共41頁(yè)大港油田：

A、古潛山,儲(chǔ)層的壓力系數(shù)1.03左右。

B、采用液體欠平衡技術(shù)。

C、自99年到目前已經(jīng)鉆探井23口，開(kāi)發(fā)井6口。其中烏深1井完鉆井深5852米為全國(guó)之最。欠平衡鉆井技術(shù)已經(jīng)成為古潛山勘探開(kāi)發(fā)的首選技術(shù)。

欠平衡鉆井的應(yīng)用實(shí)例（國(guó)內(nèi)）提高勘探精度第8頁(yè)/共41頁(yè)邛西3井地層壓力1.24，采用1.03—1.21泥漿，從3487—3572m使用欠平衡鉆井，實(shí)現(xiàn)起下鉆、取芯、電測(cè)、下油管作業(yè)均在不壓井帶壓狀況下完成。在須4段發(fā)現(xiàn)新氣藏，測(cè)試45萬(wàn)m3/d。淺2井在淺1井原井場(chǎng)使用天然氣鉆井獲11萬(wàn)m3/d產(chǎn)量四川使用欠平衡鉆儲(chǔ)層發(fā)現(xiàn)新氣藏和增產(chǎn)第9頁(yè)/共41頁(yè)大慶油田所鉆的宋深101、衛(wèi)深5井是松遼盆地的最大突破，表明了松遼盆地深層蘊(yùn)藏著豐富的天然氣資源；長(zhǎng)慶油田陜242井是我國(guó)首次真正采用天然氣為循環(huán)介質(zhì)鉆成的；塔里木油田解放128井首次采用泥漿帽鉆井技術(shù)，解決了井漏問(wèn)題；青海油田開(kāi)2井采用高密度鉆井液欠平衡鉆井技術(shù)獲得突破；遼河高升油田開(kāi)發(fā)枯竭油藏見(jiàn)到明顯效果；吉林油田采用泡沫鉆井液鉆成了伊51井；吐哈油田在牛102井實(shí)驗(yàn)了欠平衡泡沫水平井鉆井工藝，并采用油基鉆井液鉆成了側(cè)鉆井—馬1C井第10頁(yè)/共41頁(yè)CNPC現(xiàn)狀⑴對(duì)欠平衡鉆井技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)的認(rèn)識(shí)有待于進(jìn)一步提高，克服保守觀念。目前主要用于探井，解決發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。只有廣泛應(yīng)用于開(kāi)發(fā)井提高采收率才能體現(xiàn)出該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)；⑵技術(shù)不完善。只能解決欠平衡鉆進(jìn)，欠平衡完井技術(shù)有待于進(jìn)一步開(kāi)發(fā)研究；⑶關(guān)鍵裝備如高壓旋轉(zhuǎn)頭、膜制氮設(shè)備、高壓增壓器、強(qiáng)行起下鉆設(shè)備、柔性管鉆井設(shè)備及隨鉆壓力檢測(cè)儀器、高壓密閉循環(huán)系統(tǒng)國(guó)內(nèi)還不能生產(chǎn)，完全依賴進(jìn)口，使欠平衡鉆井裝備的投入大，操作費(fèi)用高，影響技術(shù)的推廣應(yīng)用；第11頁(yè)/共41頁(yè)⑷系統(tǒng)內(nèi)研究單位、施工作業(yè)公司相互交流少，標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，經(jīng)驗(yàn)不共享，沒(méi)有形成整體優(yōu)勢(shì)，影響技術(shù)發(fā)展和完善；⑸缺乏有經(jīng)驗(yàn)的欠平衡鉆井工程師和培訓(xùn)計(jì)劃；⑹對(duì)欠平衡鉆井目的和常規(guī)鉆井污染機(jī)理的研究不夠；⑺欠平衡鉆井設(shè)計(jì)施工缺乏多部門(mén)合作。CNPC現(xiàn)狀第12頁(yè)/共41頁(yè)1992–現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)發(fā)出10種欠平衡鉆井方法空氣、天然氣鉆井；液體欠平衡鉆井；密閉循環(huán)液體欠平衡鉆井；霧化鉆井；泡沫鉆井；充氣鉆井；泥漿帽鉆井；強(qiáng)行起下鉆技術(shù)；水平井欠平衡鉆井；海上應(yīng)用了欠平衡鉆井工具和技術(shù)。第13頁(yè)/共41頁(yè)未來(lái)欠平衡鉆井技術(shù)發(fā)展將進(jìn)一步朝安全、簡(jiǎn)便和適用的方向發(fā)展。這項(xiàng)技術(shù)對(duì)預(yù)報(bào)和油層提高鉆井速度具有重要意義，將廣泛應(yīng)用于低壓低滲油田和老油田。第14頁(yè)/共41頁(yè)欠平衡鉆井配套技術(shù)氣體鉆井完井配套技術(shù)小井眼鉆井完井配套技術(shù)水平井、分支井鉆井技術(shù)大位移鉆井完井配套技術(shù)保護(hù)油層鉆井完井配套技術(shù)CNPC著重發(fā)展推廣應(yīng)用六項(xiàng)配套技術(shù)第15頁(yè)/共41頁(yè)

井口裝置與井筒流動(dòng)情況第16頁(yè)/共41頁(yè)API定義：

鉆井過(guò)程中主體產(chǎn)層流體流入井眼，并可將其循環(huán)到地面，地面可有效控制。這一技術(shù)稱欠平衡鉆井。ERCB（加拿大能源儲(chǔ)備部）的定義：

設(shè)計(jì)鉆井液柱壓力低于產(chǎn)層壓力，若液柱壓力不夠低時(shí)，在鉆井液中加入空氣或氮?dú)?，較低液柱壓力必然引起地層流體流進(jìn)井眼，這種地層流體必須循環(huán)出地面，地面可控制。S二、欠平衡鉆井的概念第17頁(yè)/共41頁(yè)我們的定義：在鉆井過(guò)程中鉆井液循環(huán)體系井底的壓力低于地層空隙壓力，使產(chǎn)層的流體有控制的進(jìn)入井筒、并將其循環(huán)到地面進(jìn)行分離處理的鉆井技術(shù)。欠平衡鉆井的概念第18頁(yè)/共41頁(yè)四、欠平衡鉆井系列1.氣體鉆井。包括空氣、天然氣、廢氣和氮?dú)忏@井，密度適用范圍0－0.02g/cm3；2.霧化鉆井。密度適用范圍0.02-0.07g/cm3。氣體體積為混合物的96%-99.9%，常規(guī)的霧化鉆井液含液量少于2.5%；3.泡沫鉆井液鉆井。包括穩(wěn)定和不穩(wěn)定泡沫鉆井，密度適用范圍0.07-0.60g/cm3。井口加回壓時(shí)可達(dá)到0.8g/cm3以上，氣體體積為混合物體積的55%-97.5%；第19頁(yè)/共41頁(yè)4.充氣鉆井液鉆井。包括通過(guò)立管注氣和井下注氣兩種方式。井下注氣技術(shù)是通過(guò)寄生管、同心管、鉆柱和連續(xù)油管等在鉆進(jìn)的同時(shí)往井下的鉆井液中注空氣、天然氣、氮?dú)狻Ｆ涿芏冗m用范圍為0.7-1.0g/cm3，是應(yīng)用廣泛的一種欠平衡鉆井方法。氣體體積低于混合物體積的55%。欠平衡鉆井系列第20頁(yè)/共41頁(yè)

5.液體欠平衡鉆井

⑴油包水或水包油鉆井液鉆井。密度適用范圍為0.8-1.02g/cm3；⑵水或鹵水鉆井液鉆井。密度適用范圍1-1.30g/cm3；⑶常規(guī)鉆井液鉆井。密度適用范圍大于1.10g/cm3；⑷采用密度減輕劑鉆井液鉆井技術(shù)，密度適用范圍大于0.9g/cm3。6.泥漿帽鉆井(MudcapDrilling)。國(guó)外稱之為浮動(dòng)泥漿鉆井，用于鉆地層較深的高壓裂縫層或高含硫化氫的氣層，是另類欠平衡鉆井技術(shù)。第21頁(yè)/共41頁(yè)五、欠平衡鉆井所需設(shè)備氣相欠平衡鉆井需要專門(mén)的氣體注入設(shè)備液體、充氣鉆井應(yīng)具有一套獨(dú)立的分離和撇油系統(tǒng)對(duì)井口裝置及鉆具類型和組合的要求與常規(guī)鉆井不同需要一些特殊的工具第22頁(yè)/共41頁(yè)旋轉(zhuǎn)頭液動(dòng)閥節(jié)流監(jiān)控系統(tǒng)（液體、充氣）分離系統(tǒng)（液體、充氣）空壓機(jī)、增壓器（氣相鉆井）制氮裝置（氣相鉆井）欠平衡鉆井設(shè)備點(diǎn)火裝置防回火裝置（液體、充氣）撇油系統(tǒng)（液體、充氣）硫化氫檢測(cè)系統(tǒng)防爆系統(tǒng)流量檢測(cè)系統(tǒng)強(qiáng)行起下鉆裝置第23頁(yè)/共41頁(yè)殼體總成美國(guó)WILLIAMS公司“7100EP”型旋轉(zhuǎn)控制頭，工作壓力17.5MPa，靜壓：35Mpa，殼體耐壓70MPa。欠平衡鉆井旋轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)卡箍液缸第24頁(yè)/共41頁(yè)美國(guó)ControlFlow公司70MPa型專用節(jié)流管匯節(jié)流控制系統(tǒng)第25頁(yè)/共41頁(yè)冷卻潤(rùn)滑系統(tǒng)第26頁(yè)/共41頁(yè)1.新型耐高壓耐磨密封膠芯；2.萬(wàn)能快速更換軸承總成；3.液壓鎖緊安全卡箍；4.正壓軸承潤(rùn)滑；5.軸承水冷系統(tǒng)；6.動(dòng)力控制系統(tǒng)；7.鉆臺(tái)控制監(jiān)控臺(tái)；8.數(shù)字信息采集系統(tǒng)－DIGS。旋轉(zhuǎn)控制頭軸承總成第27頁(yè)/共41頁(yè)防回火裝置太陽(yáng)能自動(dòng)點(diǎn)火裝置第28頁(yè)/共41頁(yè)一級(jí)欠平衡鉆井井口裝置示意圖風(fēng)險(xiǎn)最大，裝備級(jí)別最高。適用于氣井和含少量H2S或CO2氣井。地面環(huán)境要求高，探井、評(píng)價(jià)井。（如板深7、板深8、板深4、板深701、烏深1等）六、井口裝備的分級(jí)第29頁(yè)/共41頁(yè)二級(jí)欠平衡鉆井井口裝置示意圖風(fēng)險(xiǎn)不大，中等裝備級(jí)別。地層壓力低于35Mpa。適用于無(wú)H2S的生產(chǎn)井，對(duì)產(chǎn)層壓力和流體性質(zhì)資料掌握較好的油氣藏。第30頁(yè)/共41頁(yè)三級(jí)欠平衡鉆井井口裝置示意圖無(wú)大風(fēng)險(xiǎn)，裝備級(jí)別最簡(jiǎn)單適用于低壓油井，原油稠和溶解氣少的生產(chǎn)井。第31頁(yè)/共41頁(yè)第32頁(yè)/共41頁(yè)七、適應(yīng)欠平衡鉆井的地層低滲透砂巖油氣藏低滲透微裂縫油氣藏裂縫及溶洞油氣藏過(guò)壓實(shí)硬地層第33頁(yè)/共41頁(yè)八、鉆具組合

第34頁(yè)/共41頁(yè)鉆具要求使用18°鉆桿；鉆具外表面無(wú)毛刺。第35頁(yè)/共41頁(yè)常規(guī)鉆具組合鉆頭＋鉆鋌＋回壓凡爾＋投入式止回閥＋18°斜坡接頭鉆桿＋下旋塞＋六方鉆桿＋上旋塞。鉆頭＋回壓凡爾＋鉆鋌＋投入式止回閥＋18°斜坡接頭鉆桿＋下旋塞＋六方鉆桿＋上旋塞。第36頁(yè)/共41頁(yè)采用氣相欠平衡鉆井技術(shù)時(shí)，為防止在接單根時(shí)氣液倒返，還要在鉆進(jìn)中每幾個(gè)單根中加接一只回壓凡爾（常閉式）。例如：鉆頭＋回壓凡爾＋鉆鋌＋投入式止回閥＋18°斜坡接頭鉆桿＋回壓凡爾＋幾個(gè)單根18°斜坡接頭鉆桿＋回壓凡爾＋幾個(gè)單根18°斜坡接頭鉆桿＋回壓凡爾……＋下旋塞＋六方鉆桿＋上旋塞。第37頁(yè)/共41頁(yè)九、欠平衡鉆井前的幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)1.合理的井口回壓設(shè)計(jì)

井口回壓=地層壓力-（環(huán)空壓耗+鉆井循環(huán)介質(zhì)柱壓力+欠壓值）在欠平衡鉆進(jìn)過(guò)程中回壓控制大小直接關(guān)系到井底欠壓值的大小及是否能夠達(dá)到欠平衡狀態(tài)。一般井口回壓設(shè)計(jì)為1.4～２.1MPa。2.井口裝置的試壓一般使用堵塞器單獨(dú)對(duì)井口防噴器裝置進(jìn)行試壓，環(huán)形防噴器試壓到額定工作壓力的70%，閘