钻井完井新技术及应用实例介绍2.ppt

1,二、着重发展推广应用六项配套技术,（一） 欠平衡钻井配套技术 （二） 气体钻井完井配套技术 （三） 小井眼钻井完井配套技术 （四） 水平井、分支井钻井技术 （五） 大位移钻井完井配套技术 （六） 保护油层钻井完井配套技术,（五） 大位移钻井完井配套技术,2,大位移钻井的功能,海油陆采，单平台多井采油 地形限制（如山地高陡）,水平位移（H）/垂深（TVD）2称为大位移井,（五）大位移钻井完井配套技术,功 能,3,大位移井的定义,大位移井 测深/垂深2的井 水平位移/垂深3的井（Designer Well）,4,Designer Well,5,CNPC最大水平位移:大港庄海8Es-H5井，斜深5536米，位移4841.61米 大港油田钻成各类位移井60余口 大于1500m13口,大于2000m5口,国际最大H/TVD5 国际最大水平位移:11km,水垂比最大的大位移水平井：大港油田庄海8NM-H3井，斜深5388米，最大水平位移4196.35m，水垂比3.92 国内海上最大位移:8086m,状 况,（五）大位移钻井完井配套技术,6,大位移井的应用范围,应用范围： 用大位移井开发海上油田，大量节省费用； 海边开采近海油藏； 不同类型的油气藏钻大位移井提高经济效益； 地面存在大范围障碍的区域。,7,大位移井的应用范围,世界上水平位移最长的井M11,水平位移11114，垂深1585.2m，测深10658m Kop:232m,8,大位移井的应用,几个油田两种开发方案对比,9,大位移井在国内外的应用,数据截至到2007年 最大水平位移超过10km 主要分布于英国的Wytch farm油田和挪威的北海油田,10,大位移井在国内油田的应用,11,二、着重发展推广应用六项配套技术,（一） 欠平衡钻井配套技术 （二） 气体钻井完井配套技术 （三） 小井眼钻井完井配套技术 （四） 水平井、分支井钻井技术 （五） 大位移钻井完井配套技术 （六） 保护油层钻井完井配套技术,（六） 保护油层钻井完井配套技术,12,（六）保护油层钻井完井配套技术,保护油气层配套技术,储层评价技术 压力预测技术 欠平衡钻井技术 钻井液评价与优选技术 屏闭暂堵技术 低密度水泥浆固井技术,系 列,13,三、探索五项前沿技术,（一）地质导向钻井技术 （二）膨胀管技术 （三）套管钻井完井技术 （四）井下增压超高压喷射钻井技术 (五)精细控压钻井,14,导向钻井技术,上世纪90年代起，海上钻井进入了以导向技术为标志的超大水平位移钻井的新时期，并以前所未有的速度向更新技术方向迈进！ 导向钻井技术集中体现了二十世纪末钻井科技发展最新成果！ 旋转导向技术 井眼轨迹井下闭环控制技术 近钻头测井技术,15,导向钻井的产生与发展,16,导向钻具组合,动力段,地面可调弯外壳,轴承段和扶正器,导向钻井基本钻具组合,17,地质导向：使用井下动力钻具近钻头测量地质和工程参数并随钻传输到地面进行处理、解释，指导井下工具姿态，满足地质要求的钻井方式。 旋转导向：缺少近钻头的地质参数测量，并使用闭环自控执行工具（偏心变径稳定器）的钻井方式。 几何导向：只有工程参数，保证轨迹控制的钻井方式。,概 念,概 念,18,CGDS-1型地质导向钻井系统,CFDS 地面信息处理与决策软件包,CAIMS 测传马达,CGMWD 无线随钻测斜仪,无线传输,正脉冲发生器,驱动控制器,电池筒,定向仪（工程参数）,总线控制器,短传接收短节,钻柱稳定器,旁通阀,螺杆马达,万向轴总成,测传短节（ ，R）,地面可调弯壳体,近钻头稳定器,传动轴总成,钻头,1,2,1,2,1,3,（5/6）,CAIMS,CGDS,-MD,CGDS-MS,CFDS型应用软件包,CGMWD型,无线随钻测斜仪,CAIMS型,测传螺杆马达,正脉冲传输,18,19,20,只有斯伦贝谢Power-v，哈里伯顿、贝克-休斯拥有，不卖设备（询价为2000万美元以上）。 服务费昂贵（2002年）： LWD服务$30万/月，VDS $3.5万/天。 旋转导向：$5万/天，先交100万美元定金 世界在1550余口井使用（主要是海洋）累计进尺超过300万米。,21,1、正脉冲MWD仪（工程参数） 2、近钻头存储式随钻测井短节（、R、） 3、简易LWD仪（工程参数、R、地面） 4、CGDS-1地质导向系统（近钻头采集、电磁波泥浆脉冲传输地面）,可形成独立的技术产品发展过程,Precise Well Placement With Rotary Steerable Systems and Logging-While-Drilling Measurements （Geosteering tool）,23,地质导向钻井系统突出的优点,井下闭环带来高质量的井眼轨迹，可消除滑移模式，打出更平滑的井眼。 避免螺旋状井眼和井眼弯曲（Hole Spiraling & Wellbore Tortuosity） 旋转导向避免滑动钻进,降低磨阻,净化井眼。 可防止岩屑堆积与轴向震动（Cutting Build up & Axial Shock） 特殊钻井需要，如高难度大位移井、超深井等具有复杂结构的特殊井。 井深超过1万米，扩大勘探开发面积，节省平台和投资 油藏导航“Reservoir Navigation”，即在复杂油藏中导向钻井。 调整工具面不耗费时间，钻速是滑动导向的一倍。,24,25,地 质 导 向 系 统 组 成,26,27,28,29,“十一五”国家重大技术装备“石油天然气勘探、钻采和三次采油成套设备研制”研制成果：CGDS-1地质导向钻井系统,项目来源： 地质导向钻井系统是国际钻井界公认的21世纪钻井高新技术，研发难度很大，目前只有国外少数石油专业技术服务公司拥有此项技术，且只提供高价技术服务，而不出售产品。 针对这种情况，专题研制目标为研制出一套带近钻头传感器（电阻器、自然伽马、井斜）的地质导向钻井系统CGDS-1型（China Geosteering Drilling System-1），形成地质导向钻井配套新技术，适用于生产，总体上达到国外90年代技术水平，并具有我国独立的知识产权。,30,31,“CGDS-I近钻头地质导向钻井系统” 它的研制成功对推动我国油气钻探技术的进步具有重大意义。在研发过程中开发了多项创新成果：近钻头电阻率测量技术、CAIMS测传马达、井下无线短传技术、CGMWD新型正脉冲无线随钻测量系统、CFDS地面信息处理与决策系统。该专题技术难度大，创新性强，已取得5项发明专利，并申请多项专利和专有技术。CGDS-I钻井系统的研制成功，在满足国内市场需求，解决生产急需的同时，可用于国际工程竞标服务，增加我国企业在国际市场的竞争能力，并对国外高价产品和高价工程服务实行限价，是我国油气钻井技术的重大突破，具有广阔的应用前景。,32,旋转导向钻井系统,Power-V闭环轨迹控制工具,33,Power-V闭环轨迹控制工具,旋转导向钻井系统,34,Power-V闭环轨迹控制工具,35,Power-V闭环轨迹控制工具,36,36,2019/7/3,流场变向器原理： 可在井下灵活调整井斜和方位的导向工具，依靠流场定向。,Power-V闭环轨迹控制工具,37,Power-V闭环轨迹控制工具,38,Pad out,Pad in,Power-V闭环轨迹控制工具,39,Power-V在大位移井和特殊井钻井中取得的成就,Power-V闭环轨迹控制工具,40,AutoTrak闭环轨迹控制工具,41,42,43,44,45,波纹管 套管补贴,裸眼短距离,波纹管 堵漏,裸眼长距离,膨胀套管,堵溶洞等恶性漏失 100m、灰岩 可多次使用,井身结构简化为 表层+油套 加快钻井速度 节约成本,46,入井波纹管总成,波纹管堵漏技术的现场试验,8 1/2”井眼堵漏波纹管,47,可膨胀套管技术的经济性,切削量： 230m3,切削量： 70m3,泥浆/水泥量： 445m3,泥浆/水泥量： 150m3,使用的钻机大,使用的钻机小,133/8 ,95/8 ,7 ,5 ,7 ,4000米井深，预计节约钻井费用在50%以上。,48,正在开发J-55钢级的9 5/8和7 膨胀套管,49,50,套管钻井技术是近年发展起来的为节约成本的一项新技术，其特点为用套管代替钻杆直接钻进，达到目的层直接固井,51,Tesco 钻头的更换是利用钢丝绳投捞，在套管内实现钻头升降，即实现不起出钻具（套管）更换钻头和下部钻进工具。,套管钻井工艺已用于美国和加拿大20多口井部分井段的钻井作业。 实验表明，套管钻井可以节省投资10%-15%，钻速较快的陆地井可降低成本30%。,为配合套管钻井，Tesco公司开发了专门的套管钻井钻机,52,Weatherford 技术核心是套管钻鞋（Casing DrillShoe ）和套管驱动头，可在 常规钻机上实现 套管钻井。,从2003年至今， Weatherford在,勘探院机械所已经完成套管驱动头、套管扶正器、钻头丢手的研制。,世界各地（特别是海上）已经完成了400多口井的施工作业，据统计可节约钻井成本30-50%。,渤海LD9-3-1 17 1/2 +13 3/8 ,53,美国于2004年投资千万美元推出地面增压的双管钻井系统，提高钻速2-3倍，因设备复杂，造价高而未能推广。本项目改地面增压为井下增压。主要技术指标如下： 地面排量：25-30l/s 地面泵压： 20MPa 增压器出口压力：100-150MPa.,54,石油勘探开发研究院按井下1:1尺寸研制出的样机 （增压比：1:13，外径:178mm，内井:150mm,长度:.5m）,我国研制此项技术基本与国外同步， 勘探院研制的样机室内试验增压比已达到1：13.4。,钻井新技术-井下增压钻井技术,55,MPD是由欠平衡钻井 (UBD)和动力钻井技术综合而发展起来的一项新技术，它利用封闭的钻井液循环系统，通过液力井的模拟程序来反馈 数据，预测环空压力剖面，从而使自动控制压力系统自动调节节流阀，产生微小调节量来精确控 制整个井眼的环空压力剖面。,（五）精细控压钻井技术(MPD),56,（五）精细控压钻井技术,目前钻井过程中存在的问题,通常的钻井方法是满足井壁的稳定条件要求增加或减少钻井液的重力。 增加静压力需要增加钻井液所含化学成分和加重材料，这是一个浪费时间和增加成本的过程。 当停钻井液循环时，该井就会存在打破平衡的状态。,控制井底压力,57,（五）精细控压钻井技术,控制BHP的方法是控制摩擦压力。 较高的钻井液循环速度会产生较高的环空摩擦压力； 会在井底产生较高的压力； 钻井泵转速的变化会引起BHP的迅速变化。 钻井液循环停止时，压力控制便会失效。,控制井底压力,58,（五）精细控压钻井技术,控压钻井是通过井底随钻测压设备、自动节流管汇、回压补偿循环系统等手段减少井底压力波动，保持井底压力更平稳，能有效解决又漏又喷的问题。流量精度可达到0.05方，压力控制精度可达到0.3-0.5MPa。,控压钻井（MPD）,59,（五）精细控压钻井技术,地层孔隙压力,地层破裂压力,控压钻井（MPD）,60,（五）精细控压钻井技术,它不同于常规的开式压力控制系统，而是依赖于封闭的循环系统，通过调节井眼的环空压力来补偿钻井液循环而产生的附加摩擦压力。 MPD技术的一个重要特点就是使用了一套封闭的系统； 适当的环空压力剖面阻止了钻井液流人地层造成对地层的伤害； 采用可以减少具有狭窄井眼环境限制的、与钻井有关的风险和投资。,技术特点,61,（五）精细控压钻井技术,控压钻井（MPD）系统组成,62,（五）精细控压钻井技术,控压钻井技术在塔里木油田应用,63,二、重点推广、重点攻关、超前研究的项目,重点推广应用的27项成熟主导技术 重点攻关的26项瓶颈技术 超前研发的9项储备技术 需要引进的7个方面的先进技术及装备、材料,64,中石油“十一五” 重点推广应用的27项成熟主导技术,65,高压喷射钻井技术，定向井、丛式井钻井配套技术，以三压力预测为基础的钻井设计技术，水平井钻井配套技术，复杂结构井钻井完井技术。,66,中石油“十一五” 重点攻关的26项瓶颈技术,67,全过程欠平衡钻井完井技术， 气体钻井技术， 小井眼钻井技术， 钻完井过程中的堵漏技术。,68,超前研发的9项储备技术,烃类检测及四维地震技术，多波勘探技术，膨胀套管技术，套管钻井技术，井下增压及超高压水力喷射钻井技术，后聚合物提高采收率技术，水平井改造技术，化学驱地面工艺配套技术，采出水资源化利用技术等。,69,四、现代钻井工程的应用及介绍,大直径井钻井工程,大直径的煤矿、金属矿竖井已越来越多地用现代钻井方法来建井。我国已钻成直径大于4m的大直径井50个。最大直径9.3m，最大井深508.20m。,70,大直径钻井工程的其他应用领域,用大直径井较早和较多的是水电站建设。 美国在内华达州的地下核试验井直径为1.88m，井深约500800m 。 苏联地下核试验井直径为8.75m，井深为500700m。 我国西部为地下核试验和军工项目钻成了直径3.29.3m，井深5001200m的大直径井。是目前世界上能钻这类井的三个国家之一。,四、现代钻井工程的应用及介绍,71,大直径钻井工程的技术性挑战,钻大直径和特大直径井眼，是用布置在旋转刀盘上的一组刀具来破碎岩石的，是对钻井工程技术的挑战： 井身结构和固井完井方法； 钻井方法和装备、破岩机理、刀盘刀具结构设计、加工； 钻压、转速、扭矩等钻进参数的优化； 采用反循环洗井技术，而破碎的岩屑量又多； 防斜尤其是防井轴弯曲； 钻进中的跳钻、泥包、偏磨、井漏等； 测井方法、仪器、技术的研究； 技术标准化。,四、现代钻井工程的应用及介绍,72,现代钻井工程用于全断面隧道钻掘,四、现代钻井工程的应用及介绍,常规隧道工程用“打眼放炮”即钻爆法的破岩方法来施工。术。,73,现代钻井工程用于全断面隧道钻掘,四、现代钻井工程的应用及介绍,近代隧道工程用近代掘进机(盾构)和钻井工程的方法来施工。英吉利海峡铁路隧道、日本东京湾海底隧道、瑞士Gotthard 铁路隧道、南非Lesotho 引水隧道等使用该技术。,77,钻井工程用于管道穿越工程,四、现代钻井工程的应用及介绍,钻井工程用于管道穿越工程被称为非开挖法铺管工程。不需对地表“开膛破肚”的施工方法。许多国际大城市还通过立法，不允许在市内采用明挖方法进行油气水等各种管道的开挖、铺设、修理作业。 这项技术使用的掘进机可钻穿一般直径为25150cm，最大直径达15m的孔道。,78,钻井工程用于管道穿越工程,四、现代钻井工程的应用及介绍,油气管道在穿越江河时，采用类似于钻水平井的方法，通过导向、制导和监录控制实现管道自动化穿越，钻进用的管材就是拟最终铺设的管路，钻穿到达终点之后也就完成了管道铺设任务。,79,四、现代钻井工程的应用及介绍,被誉为“伸入地壳的望远镜”，说明钻井工程是迄今唯一能获得地下深处真实信息的地学研究方法，也是人类认识与解决地学、资源、灾害、气象、环境等重大科学问题的重要手段。,大陆科学钻探工程(CCSD),80,中国“九五”国家重大科学工程项目，项目总投资1.76亿元，其中国家安排投资1.3亿元。 中国大陆科学钻探工程是继前苏联和德国之后第三个超过5000米的科学深钻，也是全世界穿过造山带最深部位的科学深钻，该工程建成了亚洲第一个深部地质作用长期观测实验基地，也是亚洲第一个大陆科学钻探和地球物理遥测数据信息库，亚洲第一个研究地幔物质的标本岩心馆和配套实验室，使我国超高压变质带和地幔物质研究达到国际领先水平。,大陆科学钻探工程(CCSD),81,2007年7月17日，“九五”国家重大科学工程中国大陆科学钻探（CCSD）工程顺利通过国土资源部组织的竣工预验收。,大陆科学钻探工程(CCSD),四、现代钻井工程的应用及介绍,82,大陆科学钻探的科学意义大陆科学钻探通过伸入陆壳深部，通过获得的岩样、液态样及气态样，了解深部地层构造、组分、含水气特征、物化性能、古地磁、地温、地热梯度、热流量、放射源及地震信息等.,大陆科学钻探工程(CCSD),四、现代钻井工程的应用及介绍,前苏联在科拉半岛设计井钻成3口大陆科学钻探井莫霍井。 德国的KTV工程也钻成了9000多米深的大陆科学深钻井。 1996年2月，我国和德、美一道成为国际大陆科学钻探计划（ICDP）的第一批成员国。 在具有全球地学意义的大别-苏鲁超高压变质岩带东部建造我国第一口大陆科学深钻井。该项目的上马，标志着我国“入地计划”的正式实施。,大陆科学钻探工程,四、现代钻井工程的应用及介绍,主要理论和技术：,在长井段的变质岩层取心钻进的破岩工具、破岩力学、破岩方法及确保高岩心收获率技术的研究； 特殊条件下的井壁稳定问题和防止椭圆井眼问题（前苏联的莫霍井就有这个严重的问题）； 全井防斜打直技术（德KTV工程用VDS导向技术）； 准确完整地获取录井、测井、物探测试等信息； 钻井液技术及相应的精细化学品研制与应用技术； 轻质高强度钻杆、钻具的新材料开发与应用问题。,四、现代钻井工程的应用及介绍,