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        大斜度定向井技術(shù)研究概述

        2017-12-19 21:44:04張立天
        中國(guó)科技博覽 2017年38期
        關(guān)鍵詞:定向井技術(shù)

        張立天

        [摘 要]定向井就是使井眼軌跡沿著預(yù)先設(shè)計(jì)的井斜和方位鉆達(dá)目的層的鉆井方法,定向井技術(shù)可以使地面和地下條件受限制的油氣資源得到經(jīng)濟(jì)、有效的開發(fā),大幅度提高油氣產(chǎn)量、降低鉆井成本,具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。油田埋藏在高山、城鎮(zhèn)、森林、沼澤海洋、湖泊、河流等地貌復(fù)雜的地下,或井場(chǎng)設(shè)置和搬家安裝碰到障礙時(shí),通常在他們附近鉆定向井。所以對(duì)大斜度定向井技術(shù)的研究已成為石油行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題,亟需高度引起重視。

        [關(guān)鍵詞]大斜度 定向井 技術(shù)

        中圖分類號(hào):P634.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B 文章編號(hào):1009-914X(2017)38-0129-01

        1、前言

        定向井技術(shù)是當(dāng)今世界石油勘探開發(fā)領(lǐng)域最先進(jìn)的鉆井技術(shù)之一,它是由特殊井下工具、測(cè)量?jī)x器和工藝技術(shù)有效控制井眼軌跡,使鉆頭沿著特定方向鉆達(dá)地下預(yù)定目標(biāo)的鉆井工藝技術(shù)。采用定向井技術(shù)可以使地面和地下條件受到限制的油氣資源得到經(jīng)濟(jì)、有效的開發(fā),能夠大幅度提高油氣產(chǎn)量和降低鉆井成本,有利于保護(hù)自然環(huán)境,具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。定向井就是使井身沿著預(yù)先設(shè)計(jì)的井斜和方位鉆達(dá)目的層的鉆井方法。

        2、定向井基本應(yīng)用

        定向鉆井目前已成為陸地和海上油田開發(fā)的主要手段。定向井在石油勘探與開發(fā)中得到了廣泛的應(yīng)用。在地面上難以建立井場(chǎng)和安裝鉆井設(shè)備進(jìn)行鉆井的地區(qū),要勘探開發(fā)地下的油氣資源,唯一的辦法就是從該地區(qū)附近打定向井。在海洋或湖泊等水域上勘探開發(fā)石油,最好是建立固定平臺(tái),或采用移動(dòng)式鉆井平臺(tái),或從岸邊打定向井、叢式定向井。當(dāng)在鉆達(dá)油氣層所經(jīng)過(guò)的地層中有難以穿過(guò)的復(fù)雜地層時(shí),用定向井可以繞過(guò)這些復(fù)雜地層,稱為繞障定向井。在發(fā)生斷鉆具、卡鉆以及井噴著火等惡性事故的情況下,采用側(cè)鉆井、救援井是處理此類事故的有效方法。近年來(lái),各類水平井、大位移井、多分支井和二維及三維多目標(biāo)井的出現(xiàn)和發(fā)展,更是把定向井的應(yīng)用推進(jìn)到了優(yōu)化油藏開發(fā)方案,增加產(chǎn)量,提高釆收率的范圍。另外,在非石油勘探開發(fā)領(lǐng)域,例如煤層氣、鹵水、地?zé)?、天然氣水合物、固體礦產(chǎn)等的勘探和開采,以及地下核試驗(yàn)的采樣等,定向鉆井技術(shù)也有著非常廣泛的應(yīng)用

        水平井是定向井的一種,一般的油井是垂直或傾斜貫穿油層,通過(guò)油層的井段比較短。而水平井是在垂直或傾斜地鉆達(dá)油層后,井筒轉(zhuǎn)達(dá)接近于水平,以與油層保持平行,得以長(zhǎng)井段的在油層中鉆進(jìn)直到完井。這樣的油井穿過(guò)油層井段上百米以至二千余米,有利于多采油,油層中流體流入井中的流動(dòng)阻力減小,生產(chǎn)能力比普通直井、斜井生產(chǎn)能力提高幾倍。

        所謂“體積跟蹤法”是指對(duì)井口返出巖屑的體積進(jìn)行跟蹤。一般來(lái)說(shuō),除裂縫發(fā)育地層外,每鉆進(jìn)一米地層返出巖屑體積是一定的,可以采取理論上每米破碎的巖石量(體積)與巖屑的實(shí)際返出量(體積)之比,來(lái)判斷巖屑床的形成與否。

        如果每米實(shí)際返出的巖屑量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理論上每米破碎的巖石量,就說(shuō)明井筒中有巖屑床形成,鉆井液攜巖能力差,不足以把新破碎的巖屑全部帶出井口,更不會(huì)破壞原有巖屑床,此時(shí)只要有巖屑返出,都可認(rèn)為是真巖屑;

        反之,如果每米實(shí)際返出的巖屑量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于理論上每米破碎的巖石量,就說(shuō)明當(dāng)時(shí)鉆井液的能量足以破壞井筒中原有的巖屑床,此時(shí)返出的巖屑中有相當(dāng)一部分是假巖屑,巖屑描述時(shí),要參考鉆時(shí)、氣測(cè)、OFA等資料,綜合判斷;

        第三種情況,如果每米實(shí)際返出的巖屑量與理論上每米破碎的巖石量大至相當(dāng),此時(shí)無(wú)論井筒中是否有巖屑床存在,返出的巖屑,都可認(rèn)為是真巖屑。由于泥巖膨脹,造成的巖屑體積增加,可忽略不計(jì)。

        3、定向井基本分類

        (1)按其剖面主要有三類:

        Ⅰ兩段型:垂直段+造斜段;

        Ⅱ三段型:垂直段+造斜段+穩(wěn)斜段;

        Ⅲ五段型:上部垂直段+造斜段+穩(wěn)斜段+降斜段+下部垂直段

        (2)按設(shè)計(jì)井眼軸線形狀分

        Ⅰ兩維定向井:井眼軸線在某個(gè)鉛垂平面上變化的定向井,井斜變化,方位不變化。

        Ⅱ三維定向井:井眼軸線在三維空間變化的定向井,井斜變化,方位變化??煞譃椋喝S糾偏井和三維繞障井。

        (3)按設(shè)計(jì)最大井斜角分

        Ⅰ低斜度定向井:井斜小于15度,鉆井時(shí)井斜、方位不易控制,鉆井難度大。

        Ⅱ中斜度定向井:井斜在15-45度之間,鉆井時(shí)井斜、方位易控制,鉆井難度相對(duì)較小,是使用最多的一種。

        Ⅲ大斜度定向井:井斜在46-85度之間,其斜度大,水平位移大,增加了鉆井難度和成本。

        Ⅳ水平井:井斜在86-120度之間,其鉆井相對(duì)較難,需要特殊設(shè)備、鉆具、工具、儀器。

        (4)按鉆井的目的分:救援井、多目標(biāo)井、繞障井、多底井等

        (5)按一個(gè)井場(chǎng)或平臺(tái)的鉆井?dāng)?shù)分

        Ⅰ單一定向井

        Ⅱ雙筒井:一臺(tái)鉆機(jī),鉆出井口相距很近的兩口定向井。

        Ⅲ叢式井(組):在一個(gè)井場(chǎng)或平臺(tái)上,鉆出幾口或幾十口定向井和一口直井

        (6)根據(jù)Tomren等人的研究成果,巖屑運(yùn)移規(guī)律按井斜角可分為以下三種類型

        ①井斜角0~θα之間井段

        巖屑在環(huán)空中受重力作用而下滑的方向是垂直于水平面,巖屑在井眼中,當(dāng)鉆井液上返速度稍微大于巖屑在鉆井液中的下滑速度時(shí),只要不停止循環(huán),巖屑總會(huì)慢慢地被帶出井簡(jiǎn),不存在巖屑床。

        ②井斜角在θα~θβ之間井段

        當(dāng)井斜角增大至θα?xí)r,徑向分量(Vsr)增大至足以使巖屑脫離鉆井液流,滯留井眼底側(cè)并滑向液流的反向而形成巖屑床,而且當(dāng)鉆井液停止循環(huán)時(shí),巖屑床受重力作用而存在下滑趨勢(shì)。

        ③井斜角在θβ~90°之間井段

        井斜角超過(guò)θβ,軸向分量(Vsa)將逐漸降至零,巖屑沉淀并聚集在鉆桿周圍的井眼底側(cè),即使鉆井液停止循壞,巖屑床也不再向下滑動(dòng)。這里θα、θβ稱為臨界井斜角。

        4、發(fā)展前景和發(fā)展趨勢(shì)

        (1)油氣資源供應(yīng)的緊缺形勢(shì)和目前油氣生產(chǎn)遇到的問(wèn)題,為定向鉆井技術(shù)提供了廣闊的發(fā)展空間。

        (2)中靶精度和軌跡符合率將大大提髙。軌道設(shè)計(jì)曲線、軌跡控制模式和軌跡計(jì)箅方法,將趨向于三者高度統(tǒng)一。

        (3)未來(lái)定向鉆井工作的重心將由靶前井段向靶區(qū)井段轉(zhuǎn)移。工作重心的轉(zhuǎn)移,有可能引出新的定向井類型。

        (4)隨鉆技術(shù)和導(dǎo)向鉆井技術(shù)的發(fā)展,最終將被引導(dǎo)到提高采收率的方向,可能會(huì)出現(xiàn)剩余油導(dǎo)向鉆井技術(shù)。

        參考資料

        [1] 蔣長(zhǎng)春,李毅.《采氣員工技術(shù)問(wèn)答》:石油工業(yè)出版社,2011.

        [2] 趙相澤、魏學(xué)敬.《定向鉆井技術(shù)與作業(yè)指南》:石油工業(yè)出版社,2012.

        [3] 陳建兵.《深水探井鉆井工程設(shè)計(jì)方法》:石油工業(yè)出版社,2014.

        [4] 王福生,崔樹清.《鉆井地質(zhì)》:石油工業(yè)出版社,2008.endprint

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