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加快深井钻井速度的几点建议

2016-03-23浏览次数:1578   作者:张东海
  【石油机械网】影响深井固井质量的问题比较多,如泥浆密度高和水泥浆的密度接近,顶替效果差
 据我国第二次全国油气资源评价资料可以了解到,西部地区的石油资源量占全国总资源量的38%,其中有73%的石油资源量埋藏在深部地层;东部地区是我国石油的主力产区,浅层、中深层的储量基本都已探明和正在开采,深部地层尚有53亿吨的石油储量可供勘探开发;中部地区是天然气的集中区,有52%的天然气资源量在深部地层,因此,深井钻井在我国的工作量非常大,深井钻井技术有着广阔的发展空间,值得我们高度重视。

    

    一、 深部钻井存在的问题

    

    深井钻井要穿过多套地层,这些地层跨越的地质时代较多、变化较大,相应的地质条件错综复杂,同一井段可能包括压力梯度相差较大的地层压力体系和复杂地层等,施工时一口井中需要预防和处理几种不同性质的井下复杂情况。再加上深部地层高温、高压、高地层应力等,会使井下复杂的严重程度和处理复杂的难度大大加剧。就目前我国的钻井技术水平来说,钻深井存在的技术问题主要以下几个方面:

    1、钻井的主要装备性能差、比较陈旧,和国外的先进装备相比落后的太远了。

    2、上部大尺寸井眼和深部井段提高钻井速度是一大难题。

    3、多层套管时,深部井段小井眼的钻井速度问题。

    4、减小技术套管磨损和破裂后处理问题。

    5、防斜打直技术。

    6、深井固井质量问题。

    7、井漏、井涌、井塌、缩径等复杂情况的预防和处理。

    8、深井定向井、水平井钻井技术。

    9、深井钻井液现有体系中的包被剂抗温问题、高温稳定剂的复配问题、深井高密度钻井液流变性能稳定问题、深井钻井液的环境保护问题、深井钻井液检测系统陈旧、不配套问题

    

     二、 对深井钻井的几点建议

    

    1、我国目前使用的深井钻机一部分是七、八十年代进口的钻机,这些钻机虽然经过了改造,但仍然是性能落后、总功率偏低、缺配件等,需淘汰更新。另外,一些井下仪器、工具、管材等也不能适应深井钻井的要求,严重影响机械钻速、井下安全和施工质量,如现在使用的仪器耐高温性能差、钻头不适应深井段、套管的材质差等。

    2、提高深井大直径井段的钻井速度

    1)提高钻井装备的装机功率,解决大尺寸井眼所需的能量和排量问题。

    2)采用大尺寸钻杆和钻铤,解决水力能量和破岩能量问题。

    3)采用井下动力钻具和复合钻进技术,提高机械钻速。

    4)完善大尺寸钻头的结构和系列,特别强调的是要增加大尺寸钻头的移轴距和适应高转速的性能。

    3、提高深部井段钻井速度。深部井段的泥页岩和泥质砂岩等在上覆盖地层压力下变得非常致密,不仅密度和硬度增加,而且从常压下脆性岩石向塑脆性岩石或硬塑性致密岩石转化,牙轮钻头的牙齿在这种岩石中破碎起来非常困难。另外,随着钻井液密度和井深的增加,液柱压力对井底破碎出来的岩屑产生压持作用,牙轮钻头破碎出来的岩屑在压差作用下不易离开井底,结果是在井底形成垫层,降低了破碎效率等。多种原因都影响着深井深部井段的机械钻速,使得机械钻速极低。

    提高深井在高抗压强度和高研磨性地层的机械钻速,缩短钻井周期,一直是困扰钻井工作者的技术难点。随着钻头和井下工具技术的发展和实践,针对高抗压强度和高研磨性的地层,国外目前逐步推出了一套提高机械钻速的技术途径,即采用特殊设计的人造金刚石孕镶钻头与高速涡轮动力钻具组合,依靠强化钻井参数的办法提高钻速。与牙轮钻头相比,该项技术可提高机械钻速3~10倍以上,大幅度提高了深井在高抗压强度和高研磨性地层的机械钻速。

    4、提高深井下部小直径井眼机械钻速。

    215.9mm井眼中,下完139.7mm套管或177.8mm套管(有时215.9mm井段不太长或在地层较稳定情况下,也有下177.8mm套管的)后使用117.48mm149.23mm钻头钻进。在这种井段中钻进,小直径牙轮钻头的轴承寿命较短,若用小直径金刚石钻头,在有些地层的机械钻速也很慢,这都是深井小井眼钻井的难题。如果能提高小井眼井段的机械钻速,对深井钻井具有重要意义。由于许多小井眼钻井的配套技术(如钻头、动力钻具等)未完全过关,因此不仅钻速慢,而且成本也很高。再加上深部小井眼钻进,转速、扭矩、排量、钻压等都受到很大的限制。所以,解决适应深部小直径井眼使用的小尺寸钻头和动力工具等,是提高小直径井眼机械钻速的关键,如单牙轮钻头目前使用的还不错;小直径螺杆使用的也不错,但就是质量不稳定。

    5、防斜打直技术,特别是山前高陡构造的防斜技术。深井因为井段长,如果方位不变,即使井斜不大,到底位移也会超标。目前我们使用的防斜技术有:满眼钻具、钟摆钻具、复合钻进、吊打等,但这些技术都有它的局限性,如在地层倾角大的地区使用效果很差。国外,如德国、意大利和美国分别研制出了VDSSDD自动垂直钻井系统,效果非常好,井斜基本上都控制在1°以下,最大井斜也不超过2.5°。

    6、减小技术套管的磨损技术

    1)采用井下动力钻具,减少钻具的转动,这种方法最有效,但要防止粘卡卡钻。

    2)把直井段打直,把斜井段打平滑,减少钻具与套管之间的压力和接触点的固定。

    3)采用设计合理的钻杆护箍。护箍能减少钻杆与套管的磨损,但如果护箍设计不合理容易掉,有可能造成卡钻事故。

    4)提高井下工具的使用寿命,减少起下钻。

    5)提高钻井速度,缩短钻井周期。

    7、深井固井质量问题

    影响深井固井质量的问题比较多,如泥浆密度高和水泥浆的密度接近,顶替效果差;初凝时水泥浆失重,导致气窜比浅井更严重;封固段长、施工时间长,风险比较大;井温高,温度对水泥浆性能的影响较大;下部小井眼固井,套管与井壁间间隙小,施工时排量小、泵压高,难以保证固井质量等。要解决这些问题需多方面努力。

    1)合理的井身结构设计,简化施工工艺,从根本上减小施工难度。

    2)提高套管配套工具,特别是井下工具的质量,保证施工简单、成功率高。

    3)做好井眼准备、提高施工质量,全面提高固井工艺技术。

    4)矿渣MTC固井有稠化时间及稠化过渡时间短、高温强度高、沉降稳定性好等特点,是一种适应深井固井的新技术。

    5)小井眼固井,环形间隙小,泵压高、排量小、套管难以居中等特点,要提高小井眼的固井质量需从几个方面入手:①、采用特制的钻头或扩眼器,如双心钻头、水力扩眼器,增大井眼尺寸;②、使套管居中,如焊扶正器等;③、优化高温条件下泥浆的性能;④提高顶替效率,如采用延迟固井法,即替浆结束后,将套管起至主封固段,然后再下到预定位置。

    8、对深井复杂情况的预防与处理。深井可能遇到的复杂情况比浅井多的多,在常见的复杂和事故如井涌、井漏、井塌、缩径、断钻具等的预防上,只要把现有的技术运用好,把工作做细,完全能够达到安全生产。但在处理这些事故和复杂时,难度和危险性比浅井大的多,需要针对不同的地区和井下情况采取不同的措施,绝对不能生搬硬套其他井的工作经验。

    9、深井定向井、水平井钻井,定向时传统的方法只滑动不旋转,这种方法对深井来说有很多弊端,钻压难以传到钻头上,严重影响机械钻速;容易引起粘附卡钻等。近几年,国外推出了适应深井定向、水平井的全新的钻井方式,旋转导向钻井系统和旋转式闭合回路钻井系统,值得我们推广应用。

    10、深井、超深井的现有钻井液体系中包被剂普遍存在抗温性能达不到设计要求,建议开展和应用三磺钻井液和阴离子型、两性离子型、阳离子型(大阳离子、小阳离子)相互间的功能互补的新体系的研究与现场应用。针对现有深井液体系使用的处理剂富含铬离子等其它对环境有极大影响的重金属离子,建议研究应用环保型深井钻井液体系,完善目前国内小范围应用的硅酸盐类钻井液体系、合成基类钻井体系,形成适应各钻探区域地质、工程条件的深井环保型钻井液系列。针对目前深井钻井液检测手段、检测设备远不能满足深井要求,建议配套完善能够检测粘土容量限、页岩稳定性等系列深井钻井液检测仪器,使现场深井检测达到一个新的水平。

     我国的钻井技术通过广大钻井工作者的不断努力,近几年发展的比较快,对于打浅井、中深井技术比较成熟;对于深井、超深井也有了自己的一套施工模式和技术,但和国外的先进技术相比还非常落后,需要我们不断学习和进取。特别是我国地域辽阔,油田分布广泛,各地区有各地区的地层特点,并且差别很大,相应的技术也应该是有针对性的、多方面的,所以今后还有大量的工作需要我们来做。


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