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[1]白执松,罗光熹.石油及天然气物性预测[M].北京:石油工业出版社,1995.[2]史贤林,丁惠华,王纯,等.用函数转换法求解分离过程问题[J].化学工程,1989,17(5):23.[3]陆耀军,潘玉琦.重力式油水分离设备入口构件的模拟实验优选[J].石油学报,1995,16(3):111-115.[4][苏]朱达柯夫EH.石油加工主要过程和设备的计算[M].黄文瀛,译.北京:石油工业出版社,1984.[5]季顺成,童微木.催化裂化油气分离过程的模拟计算[J].石油与天然气化工,1997,26(1):34-36.[6]邓德馨,刘芙蓉.多组分气体分离[M].陕西西安:西安交通大学出版社,1988.[7]梁平,田园,任东兴,等.PVT筒中气液两相非平衡过程的数值模拟[J].西南目录摘要……………………………………………………………3关键词…………………………………………………………3一、概述……………………………………………………41.1定向钻进技术的发展背景……………………………41.2国外定向钻进技术的发展状况……………………51.3我国定向钻进技术的发展……………………………51.4定向钻进及定向钻井(孔)的含义…………………61.5关于“靶区”与“靶点”的含义……………………71.6定向钻井的类型以及应用范围………………………7二、定向钻井在实际中的应用——水平井…………………922.1水平井概述及轨迹控制………………………………92.2管柱受力复杂和钻井液密度选择……………………102.3岩屑携带和完井电测中的困难………………………102.4水平井钻井过程中的着陆控制………………………112.5水平控制的技术要点和技术监控……………………12三、总结………………………………………………………15参考文献………………………………………………………16摘要定向钻井就是使井身沿着预先设计的井斜和方位钻达目的层的钻井方法。定向钻井技术是当今世界石油勘探开发领域最先进的钻井技术之一,它是由特殊井下工具、测量仪器和工艺技术有效控制井眼轨迹,使钻头沿着特定方向钻达地下预定目标的钻井工艺技术,目前在油田开发中广泛使用。采用定向钻井技术可以使地面和地下条件受到限制的油气资源得到经济、有效的开发,能够大幅度提高油气产量和降低钻井成本,有利于保护自然环境,具有显著的经济效益和社会效益。本文着重介绍了水平井钻井中31.1定向钻进技术的发展背景地质勘探的一般方法:区域地质调查——物探与化探——普查勘探——布置勘探网进行详细勘探与开发——定点取样,提交储量报告。勘探开发的常规方法:根据地质或设计部门的要求——设计井眼位置、深度、轨迹形式,一般是各种类型的直线井(垂直井居多)——进行钻井技术方案设计——提出井眼弯曲等技术要求——采取防斜、保直措施保证井眼达到勘探要求。我国70~80年代对普查井的规范:孔斜<1.5º~2.0º/100m。这也是根据当时的钻井技术水平而制定的。其精度到底如何?能否满足现代钻探与钻井的要求?每百米2.0º钻井的水平偏距如下:表1-1钻井深100米水平偏距1.75米钻井深400米水平偏距27.8米钻井深200米水平偏距7.00米钻井深500米水平偏距43.5米4钻井深300米水平偏距15.7米钻井深800米水平偏距>110米由表中可知:钻孔精度很低,浅孔钻探尚可满足要求,中深孔则偏距过大。在一些极易造成井斜的地层,有时每百米2.0º的要求往往也难以达到,造成井斜超差,井眼报废。随着钻探与钻井工程向深部的发展,对勘探精度要求的不断提高,1.5º~2.0º/100m已不能满足要求,设计部门提出了0.5º/100m的要求,常规钻井技术要达到这一要求是非常困难的,钻井技术中研制了种类繁多的防斜、稳斜机具,取得了一定的成效,但仍然无法从根本上解决这一技术问题。70~80年代,随着我国的改革开放政策,机械、电子、测试、材料加工等技术的发展,研究、引进和开发受控定向钻进技术取得了巨大的进展,利用地层自然弯曲规律钻孔和采用人工强制手段改变井眼轨迹在此基础上迅速发展起来,钻探与钻井工程由过去的被动防斜转变为主动地人为控制,实现了钻探史上的一次飞跃。1.2国外定向钻进技术的发展状况国外定向钻进技术研究始于20年代,由于井眼弯曲引起地租界争议,1924年美国A·安德森(Anderson)设计了测斜仪。1929年,他测量记录255口井的空间位置,发现深度2000m的钻井水平位移竟达177m,井斜角(顶角)超过65º。稍晚,在俄克拉荷马(Oklahoma)油田两台钻机施工的两口井井身相遇,结果钻到同一井中。这是从用顿钻打井改为用转盘钻井之后,人们首次意识到井弯的严重性,并想方设法采取对策纠正井斜。30年代前后,苏联卡彼柳什尼柯夫(Капелющииков)和美国沙彭伯格(Scharpenberg)几乎同时研究涡轮钻。由于勘探海底油田,有意识地利用或制造井弯现象,打定向井采油。才促进了定向钻进技术的发展。1930年,美国在加里福尼亚(California)亨廷顿海滩(HuntingtonBeach)施工了两口深入海底的定向井。1934年,苏联在巴库(Баку)也开始从海岸向近海底部打定向井,勘探里海海滨下方的油田。1941年后,二次世界大战刺激石油需求量增加,石油开发投向海底。在海滨向海底打定向井,建海上平台钻丛式井。到1957年,完成了100多万米多井底井。1956年,美国施密斯工具公司研制了螺杆钻,605年代用于定向钻井。70年代,在深井定向钻进中,西方国家广泛采用螺杆钻。80年代,为准确控制定向井井身轨迹,普遍采用随钻测量技术,即MWD(MeasurementWhileDrilling)技术。在钻井过程中可即刻了解井身的空间位置和造斜工具的面向。井底马达、随钻测量技术和计算机辅助钻进CAD(ComputerAidsDrilling)技术的应用,使石油天然气定向钻井达到成熟的阶段。1.3我国定向钻进技术的发展我国定向钻进始于50年代。1956年,玉门油田钻成第一口定向井,1962年起,四川油田进行了多种型式的涡轮钻定向钻进试验。70年代以来,我国海洋定向钻井迅速发展,在渤海湾海面打丛式井,在一座钻井平台上施工多达12口定向井。除涡轮钻外,还用螺杆钻作为造斜工具。1977~1982年,全国共完成定向井316口,平均井深2478.9m。1982年,在新疆柯克亚地区施工了柯10-3救援井,井深3820m,最大井斜角19º45′,距靶心最小距离为4.78m,在井底进行爆炸后,压入泥浆才把火扑灭。自1986年,通过攻关及推广,各油田“七五”期间钻各类定向井4317口,掌握了定向井、丛式井优化设计技术及计算机软件包,包括丛式井开发油田平台数和平台位置的优化设计技术,三维绕障井和三维多目标井设计技术。“八五”期间,重点攻关“石油水平井钻井成套技术研究”,到1997年钻成长、中、短半径三类水平井共153口,掌握了水平井井眼轨迹优化设计方法,建立了水平井下部钻拄大挠度受力分析模型,以及水平井井眼轨迹预测模型,定向钻进技术总体上达到了90年代国际先进水平。通过研究与引进,我国石油勘探部门基本上拥有了国外专用于定向井的先进工具、仪器,如无线随钻测量仪、有线随钻测量仪、单点陀螺测斜仪、磁性单点和多点井下照相测斜仪、井下动力钻具等。北京石油勘探机械厂和大港石油机械厂还引进了美国斯密斯公司戴纳螺杆钻具制造技术。西安仪器厂引进单、多点测斜仪与MWD生产线,生产的MWD测量仪已用于钻井作业,可以满足国内需要。另一方面依靠国内力量,自行研制新型工具,实现机具国产化,定向钻进机具装备水平不断提高。1.4定向钻进及定向钻井(孔)的含义石油钻井中对定向钻进技术的定义为沿着预先设计的井眼轴线钻达目的层6位的钻井方法。地质勘探中对定向钻进技术的定义是指利用钻孔自然弯曲规律或采用人工造斜工具使钻孔按设计要求进行延伸钻到预定目标的一种钻进方法。国外有文献认为是为了钻达到一个预定的地下目标,使井眼在特定方向偏斜的工艺和科学。定义的内涵本质定向钻进是有预定目标的,根据设计要求,该目标可以是地下某一点,也可以井眼轴线或特定方向和角度;采用一些科学的人为可以控制的技术方法与机具有目的地将井孔轴线由弯变直或由直变弯,使之钻达到目标要求。定向钻井是指用定向钻进方法控制井眼轨迹钻到预定目标的钻井。它与常规钻井的区别:定向钻井设计有特殊的轨迹,钻进中必须研究和利用地层自然弯曲规律、井眼控制理论或人工造斜工具控制井眼轨迹,最终钻达预定目标要求。1.5关于“靶区”与“靶点”的含义为了控制定向井轴线到达预定目标时偏离不大,在定向井设计时,对预定目标事先规定了一定的范围,该范围是井眼轴线到达预定目标时的允许偏差区域,称为靶区。靶区的形状和大小可以是以靶点为圆心的一定半径的圆或圆筒,也可以是以靶点为中心,离靶心一定偏线距和沿线距的距形或正方形。目的层急倾时,靶区还可给定在垂直面或目的层倾斜面上。预定的目标为靶点,一般为靶区的中心。井孔轴线钻到预定靶区称为“中靶”,反之则称之为“脱靶”。1.6定向钻井的类型以及应用范围按设计最大井斜角分类⑴、低斜度定向井。设计的最大井斜角不超过15º,这种定向井由于井斜角小,钻进时方位不易控制,钻井难度较大。⑵、中斜度定向井。设计最大井斜角在15º一45º之间,钻进时井斜、方位较易控制,钻进难度相对较小,是使用最多的一种。7⑶、大斜度定向井。设计最大井斜角在46º一85º之间,其斜度大,水平位移大,增加了钻进难度和成本。图1⑷、水平井。井斜角在86º~120º之间,并沿(近)水平方向钻进一定长度。水平井钻进较难,需要特殊设备、钻具、工具、仪器以及特殊工艺。根据增斜段的曲率半径,水平井又可细分为长、中、(中短)、短四种曲率半径的水平井。(如图1)应用范围⑴、在海洋钻井平台上钻丛式定向井。控制较大面积的油气构造。生产设施集中在平台上,节省建造平台费用。⑵、勘探和开发近海岸油气田。使钻井定向弯曲,钻达海底油气层,节约海上钻井平台的建设费用⑶、用定向井控制断层,查明油水界面或断层面的位置(c)。⑷、避开地表障碍物,勘探和开发障碍物下方的油气田。⑸、纠正已斜的井眼或绕过井内落鱼而进行侧钻。⑹、打定向井探采盐丘突起下部的油气层。含油构造有时与盐丘构造共生,部分盐丘可能直接覆盖在油藏上面,直井钻遇盐层可能导至冲蚀、钻井液漏失和腐蚀等问题。⑺、井喷无法处理或油气井失火,钻定向救援井与原井衔接控制井喷或扑灭火灾8⑻、钻大斜度井或水平井,防止气锥和水锥问题;增加井眼在产层中的延伸长度;增大平台的泄流面积,在裂缝性油藏能钻遇多条裂缝,提高单井的产量。图2其中的主要技术关键是:⑴、根据已知地质条件,合理地设计定向钻孔轴线轨迹。⑵、能可靠地控制人工弯曲工具改变钻孔轨迹,且造斜强度稳定、可调。⑶、能准确、可靠地对造斜工具定向和测量钻孔的顶角,方位角。二、定向钻井在实际中的应用——水平井2.1水平井概述及轨迹控制水平井是最大井斜角保持在90°左右,并在目的层中维持一定长度的水平井段的特殊井。水平井钻井技术是常规定向井钻井技术的延伸和发展。⑴、水平井的突出特点是井眼穿过油层的长度长,所以油井的单井产量高。⑵、水平井的应用①、天然垂直裂缝②、水锥和气锥③、低渗透地层④、薄油层⑤、溶解采矿⑥、重油产层⑦、不规则地层:油层互不关联、位置难以确定、垂直井难以钻到。⑧、扩大边界控制面积⑨、层状油层水平井的轨迹控制要求高,难度大9水平井的目标是一扁平的立方体,不仅要求井眼准确进入窗口,而且要求井眼方位与靶区轴线一致,俗称“矢量中靶”。“两个不确定性因素”:一是目标垂深预测有一定的误差;二是造斜工具的造斜率的不确定性。对直井和普通定向井不会有很大的影响,但水平井可能导致脱靶。图32.2管柱受力复杂和钻井液密度选择⑴、井斜角大,井眼曲率大,管柱在井内运动将受到巨大的摩阻,起下钻困难,下套管困难,钻头加压困难。⑵、水平井段使用“倒装钻具”,下部钻杆受压,压力过大导致失稳弯曲,摩阻更大。⑶、摩擦阻力、摩擦扭矩和弯曲应
本文标题:定向钻进技术的发展状况
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