页岩气钻井技术1

页岩气钻井技术Shalegasdrillingtechnology汤积仁JirenTangTel:13594392139E-mail:[e-mail]主要内容•第一章油气井钻井方法及工艺•第二章页岩气钻井技术钻井技术发展现状一、特殊工艺井钻井技术二、页岩气钻井关键技术三、页岩气钻井技术难点四、页岩气钻井技术措施五、第二章页岩气钻井技术一）、钻井技术发展历史回顾（以旋转钻井为例）国外把旋转钻井技术的发展分为四个时期：1、概念阶段（1901--1920）开始把钻井和洗井两个过程联系在一起，并使用了牙轮钻头和注水泥封固套管的工艺。2、发展阶段（1920--1948）这个时期的钻井工艺、固井工艺、牙轮钻头、钻井液等得到进一步发展，同时出现了大功率钻井设备。一、钻井技术发展现状3、科学化钻井阶段（1948--1968）这个阶段开展了大量的钻井理论研究，使钻井工程设计与施工有了科学依据，钻井技术得以迅速发展。科学化钻井前１０年突出的技术成就有：高压喷射钻井、高效牙轮钻头（镶齿、滑动密封轴承钻头）和优质钻井液（低固相、无固相不分散体系钻井液），在这三大技术的基础上提出了优选参数钻井（优选钻压、转速和水力参数）以上技术使钻井速度产生了大的飞跃。科学化钻井后１０年突出的技术成就有：地层压力检测技术、油气井压力控制技术、钻井液固相控制技术，在这三大技术成就的基础上发展了平衡压力钻井技术。平衡压力钻井技术的应用使钻井速度又一次产生了大的飞跃。一、钻井技术发展现状4、自动化钻井阶段（1968至今）这个时期主要体现电子信息技术和计算机技术在钻井工程中的应用。例如：地面钻井参数的自动采集与处理技术、井下随钻测量及数据传输技术等。由于以上技术的应用，才得以发展自动化钻井。一、钻井技术发展现状二）、钻井现状以美国钻井技术发展为例，尽管自上世纪60年代末期至今为自动化钻井时期，但国外于上世纪90年代才成功研制出完全自动化钻机，真正使钻井成为无人操作的全自动控制过程，实现了钻井自动化。完全自动化钻井仅仅是钻井技术发展水平的象征，自动化钻机在目前条件下尚不可能推广应用，所以目前钻井技术现状仍然是科学化钻井，只不过是电子信息技术、计算机技术和其它先进技术的应用不断把科学化钻井技术推向更高的水平，象水平井、分支井、大位移井、自动导向钻井等钻井新技术就是在这种形势下应运而生的。一、钻井技术发展现状科学化钻井钻井工程是一项投资大、风险大、技术密集、多学科交叉的系统工程，钻井工程设计和施工的合理性直接关系到钻井工程的成败或工程的质量。现代钻井所追求的目标是保护油气层、解放油气层、加快钻井速度、降低钻井成本、提高钻井的整体经济效益。所谓科学化钻井就是优化钻井工程设计和施工措施，科学地进行钻井工程施工，达到钻井工程所追求的最终目标。一、钻井技术发展现状科学化钻井的内容的内容主要包括以下几个方面：1、科学化钻井设计钻井工程设计是一口井成败的关键，必须依据钻井工程地质环境条件进行科学化设计。设计内容主要包括：井身结构设计、套管柱设计、钻柱设计、钻进参数设计、钻井液设计、固井完井设计等。一、钻井技术发展现状2、科学化钻井施工钻井工程的每一个环节都要采用最优措施，并用必要的手段对钻井工程的全过程进行实时监控。几项配套技术地层压力随钻监测技术油气井压力控制技术钻井液固相控制技术一、钻井技术发展现状3、油气层保护油气层保护是科学化钻井的一项重要内容，在钻井过程中主要从以下几方面做好油气层保护工作：（1）选择合适的钻井液体系，使之与地层配伍；（2）调整好钻井液性能，减少滤液向地层的渗滤；（3）搞好固相控制，减轻固相对地层的堵塞；（4）尽量减少钻井液对裸眼井段的浸泡时间；（5）尽量减轻井筒液柱的压力波动。一、钻井技术发展现状三）、钻井技术发展趋势——特殊工艺井钻井技术根据油气勘探开发的要求，水平井、大位移井、分支井等特殊工艺井的技术水平在继续发展。目前的纪录水平井段长度已超过10000米；一口分支井井眼总长度达11342米。一、钻井技术发展现状水平井的世界纪录卡塔尔MOQ石油公司在2008年5月在卡塔尔近海处完成BD-04A井1、测量井深12,297.6米，是目前世界最深的井。2、水平位移11,052.59米，是目前水平位移最大的井。3、垂深1,054.64米4、平垂比10.485、水平井眼长度10909.85米，是水平井段最长的井。6、81/2´´水平井眼裸眼长度：10，812米。采用自动旋转导向工具、MWD\LWD、低固相不分散水基钻井液体系。一、钻井技术发展现状钻井技术发展现状一、特殊工艺井钻井技术二、页岩气钻井关键技术三、页岩气钻井技术难点四、页岩气钻井技术措施五、第二章页岩气钻井技术特殊工艺井的基本概念：除用常规钻井工艺钻的直井之外的井统称为特殊工艺井。二、特殊工艺井钻井技术特殊工艺井的主要类型定向井（丛式井）水平井二、特殊工艺井钻井技术大位移井二、特殊工艺井钻井技术侧钻井分支井(多底井)二、特殊工艺井钻井技术径向水平井欠平衡压力钻井、小井眼井、柔性管钻井等也属于特殊工艺井。二、特殊工艺井钻井技术发展特殊工艺井的目的1、尽可能挖拙各种油气藏潜能，提高采收率；2、减少布井数量，减少开发投资；3、避免或减少开采过程中的井下复杂情况；4、少占用土地，减小环境保护的压力；提高开发的总体经济效益。二、特殊工艺井钻井技术（一）水平井50年代初，水平井作为一种提高油气井产量的方法曾在前苏联、美国和加拿大等国家的许多油田受到重视。但由于技术和经济因素的限制，水平技术发展缓慢，直到80年代，水平井的应用规模才迅速发展。水平井钻井技术的发展为提高勘探效果，提高油气藏采收率开辟了一条崭新的途径,给石油工业发展带来了一场新的革命,已列为当今发展石油工业重要技术之一。1、水平井的概念水平井是指井眼轨迹达到水平（900左右）以后，再继续延伸一定长度的井（延伸的长度一般大于油层厚度的六倍）。靶前位移水平段水平井的靶：垂深水平位移2、水平井的分类常规水平井可分为：长半径水平井中半径水平井短半径水平井水平井类型曲率半径（m）水平长度（m）长半径180～600300～1700中半径90～150150～1000短半径6～60100～5003、水平井适应的油气藏*天然垂直裂缝性油气藏：天然垂直裂缝性油气藏为水平井提供了理想的应用条件，一井穿多个产层裂缝，产量比直井可提高4~20倍。*多层系油气藏：一井穿多层，一口水平井相当于若干口直井的作用，大幅度提高生产效益。*低渗油气藏：水平井可改善油气流动状态，减小渗流阻力，提高低渗油气藏的产能。同时水平井远比压裂增产的效果要好。*薄油气层：水平井可大大增加泄油面积，和同一地层的直井相比，开采指数可提高4~10倍。*不规则油气藏：（如互不连通的砂体）用水平井可以连通互不关联的、或具有一定高低差的油气藏。*重油或稠油油藏：水平井可发挥重力泄油的优势，提高产量。*水锥和气锥的油藏：发生水锥或气锥的油藏可在油层的中上部造斜，然后在产层钻一定长度的水平井。水平井的突出特点是井眼穿过油气层的长度长，单井产量高，且水平井的渗流速度小，出砂少，采油指数高，可大大提高采收率。水平井开发多层系油气藏侧钻水平井可有效的解决生产井的水锥问题用水平井连通有高低差的两孤立油藏井号：草南SWSD-平1水平段长：642.72米垂深/位移比：1：1.014油管蒸气注入管MD1,500m812.52m823.78m单井蒸汽驱重力泄油水平井（胜利油田）蒸汽驱重力泄油水平井双井连通式水平井产量比直井提高8倍。4、水平井质量和效益的技术关键合适的油气藏选择井眼轨迹控制井壁稳定油气层保护固井完井（二）大位移井大位移井是在定向井、水平井和深井钻井技术的基础上发展起来的一种新型钻井技术，它集中了定向井、水平井和超深井的所有技术难点。目前，大位移井在世界范围内广为应用。1、大位移井的基本概念（1）国际上普遍采用的定义：井的水平位移与垂深之比等于2或大于2的井称为大位移井。（2）另外的定义：水平位移等于3000米或大于3000米的井。大位移井的英文名称：ExtendedReachWell水平位移水平位移/垂深≥2垂深造斜点2、大位移井的特点及用途（1）大位移井的主要特点一是水平位移大，能较大范围地控制含油面积，开发相同面积的油田可以大量减少陆地及海上钻井的平台数量；二是钻穿油层的井段长，可以使油藏的泄油面积增大，可以大幅度提高单井产量。（2）大位移井的用途A、用大位移井开发海上油气田，从钻井平台上钻大位移井，可减少布井数量，减少井投资。B、用大位移井开发近海油气田以前开发近海油气田要求建人工岛或固定式钻井平台，现在凡距海岸10公里左右油气田均可从陆地钻大位移井进行开发。滩涂油气田海油陆探海油陆采不需要复杂的海底井不需要海底集输管线钻井船和陆上钻机都不能到达的潮汐和滩涂地带C、开发不同类型的油气田*几个互不连通的小断块油气田；*几个油气田不在同一深度，方位也不一样，可采用多目标三维大位移井开发。D、保护环境可在环境保护要求低的地区用大位移井开发环境保护要求高的地区的油气田。3、大位移井的关键技术管柱的摩阻和扭矩钻柱设计轨道设计井壁稳定井眼清洗固井完井轨迹控制地面设备能力（三）分支井（多底井）分支井或多底井50年代初就已出现，90年代以来在美国等西方国家得以大力发展，其原因是分支井给油气藏的开发带来显著的经济效益。目前有代表性的分支井技术及工具服务公司是美国的BAKERHUGHES公司。1、分支井（多底井）基本概念的（1）分支井从一个主井眼中侧钻出两个或两个以上的分支井眼的井。分支井可以从直井、定向井或水平井中开始分支。（2）多底井一个主井眼中钻出两个以上同尺寸的井眼。2、分支井的演变多口直井少量水平井一口多分支井3、分支井的基本类型A、双反向分支井B、层式分支井C、三层叉式分支井D、鱼骨状分支井E、背肋骨状分支井F、辐射状分支井4、分支井的优越性1、提高采收率/增加注入能力；2、提高单井产量；3、可防止锥进效应；4、减少布井数量，降低开发成本；5、扩大勘探区域，多方向确定油气藏边界；准确描述油气藏地质特性。5、分支井的适用条件1、多层系油气藏，夹层为致密砂岩，垂直渗透率极低；2、不连通砂体（多个透镜体）；3、断层多层系；4、薄层油气藏；5、低渗油气藏；6、裂缝性油气藏；7、重油或稠油油藏；。。。。。。。地面条件地表地形不规则地面条件不允许建多个井场地面环境敏感6、分支井的关键技术分支井集中了定向井、水平井、侧钻井的所有技术难点（1）分支井的设计（根据油气藏类型和采油方式）；（2）分支井的钻井工艺（随钻地质导向寻优控靶）；（3）分支井钻井液；（4）分支井井控；（5）分支井固井、完井；（6）分支井测井。（四）套管侧钻井1、套管侧钻井基本概念套管侧钻井是指在原套管内某一特定深度处开窗或段铣后侧钻新井眼。它包括侧钻直井、定向井和水平井。侧钻井是一种投资少、见效快、经济效益显著的老油田开发技术，世界各国都非常重视，许多油田都把他作为重新认识老油田、使老油田增储上产和提高最终采收率的重要手段。2、侧钻井的特点侧钻井最突出的特点是充分利用原井场和原井的上部井眼，利用原来的输油输气管线，节省投资。侧钻井可使老井复活,使老油田恢复产能。利用侧钻技术，在事故井、报废井中侧钻成定向井、水平井，可节省钻井周期，提高生产效率。侧钻井一般是从5″、51/2″或7″生产套管侧钻41/2″、33/4″的小井眼。3、侧钻井的发展概况早在20年代国外就提出了用侧钻井提高油井的产量。1929年，美国在德州钻了一口井深900米的侧钻井，水平井眼仅有8米。1936年前苏联开始应用。50年代开始大面积试验和推广。60年代末至70年代初处于低潮。80年代飞速发展。90年代侧钻井技术已经完善，侧钻井的数量迅速增长。目前最深的开窗侧钻井在美国怀俄明州，开窗深度为7751米。前苏联的阿齐兹别科夫石油公司对所报废的1200余口井用侧钻的方法恢复了生产。目前该公司的产量一半以上是开窗井生产的。美国等西方国家各油公司都在老油田采用侧钻井技术，并获得