專題六 連續油管鉆井技術 連續油管鉆井 oiled ubingDrilling 簡稱 是國外九十年代發展起來的一項新技術 連續油管具有無接頭 無變徑 彎曲大 能連續起下 能動態密封和強度大 承壓高 體積小等特點 為進行短半徑 大位移 多側向的水平鉆井和欠平衡 小井眼鉆井提供了安全 先進 有效的技術手段 與常規接頭鉆桿鉆井相比 操作簡便 施工安全 污染小和占地少 操作人員僅需3 4人 作業效率很高 施工效果好 從而倍受人們的歡迎 近年來 世界各國石油公司爭相配套應用該技術 特別是加拿大 美國和英國等發達國家 在短短的幾年內 技術的配套應用得到了迅速的發展 初步顯示了 技術旺盛的生命力和巨大的吸引力 局限性 連續油管鉆井設備 設備主要包括 連續油管裝置 井下工具儀器和循環除砂裝置三大部分 連續油管裝置主要包括連續油管 oiled ubing 注入頭 njectorHea 操作控制裝置 perration ontrol unit 和井口防噴裝置 ellheadBOP 四部分 連續油管 連續油管裝在的專用的絞盤上 其規格型號較多 油管的規格尺寸越大 最小彎曲半徑也就越大 注入頭 注入頭用來引導 夾持和起下連續油管 全部由液馬達控制 實現夾持和起下連續油管 根據其最大承載能力 主要有10000 20000 30000 40000 80000 120000 200000 等多種規格 各種注入頭適用于多種油管規格尺寸 操作控制裝置 操作控制裝置主要有動力系統 液壓控制系統 儀表顯示系統等 所有操作控制手柄和儀表集中安裝于控制室內 其主要作用是為井口裝置和操作系統提供動力 控制連續油管起下作業 測試顯示操作負荷 井口防噴裝置 井口防噴裝置包括套管防噴器 油管防噴器 和防噴管等 其作用是封閉井口 實現密閉連續作業 井下工具儀器 連續油管鉆井井下工具儀器主要包括鉆頭 馬達 推進器 開窗工具 擴眼器和隨鉆測試儀 鉆頭 鉆頭主要用金剛石鉆頭 包括 鉆頭 鉆頭及天然金剛鉆頭 很少使用牙輪鉆頭 有時為了擴大井眼 使用井下擴眼器 馬達 馬達用來給鉆頭提供旋轉扭矩 為了便于增斜和順利通過短半徑曲率段 井下馬達制造成外徑小 長度短 扭矩大 能彎曲 單彎 雙彎和絞鏈式 的容積式馬達 美國 公司井下動力馬達 具有氣液兩種介質驅動方式 使用方便 性能優越 隨鉆測量儀 隨鉆測量儀是隨馬達下入井中邊鉆進邊進行井眼傾斜角和方位角測量的儀器 有直讀式和儲存式兩種 多數采用無線傳輸直讀方式 定時將測量結果傳達到地面 以便地面進行鉆井參數調整和控制井眼軌跡 近年來又出現了隨鉆地震測量技術 邊鉆進邊進行地震測量 確定井下巖性 與地面計算機系統配套處理 實現自動導向 隨鉆測井 在鉆進的同時 隨鉆進行伽瑪 電位和成相測井 推進器 推進器是給鉆頭加壓的液壓工具 由于連續油管重量輕 剛度小 不能用其給鉆頭施加鉆壓 一般用專門的井下推進器 實現加壓鉆進目的 引斜器 引斜器是從直井開始在套管內引斜側鉆開窗的工具 其類型很多 有液壓座封 液力座封和火藥爆炸座封等多種形式 應用較為廣泛的是液壓座封式 循環處理裝置 連續油管鉆井循環處理裝置與普通鉆井的區別很大 其特點一是輕便 由于連續油管所鉆井眼小 應用排量小 鉆井液用量少 整個系統比較輕便 大大節約了井場征地面積 二是密閉 為了保證油基鉆井液 泡沫鉆井液和欠平衡鉆井安全 在分離脫氣前的循環系統部分是密閉的 三是脫氣 連續油管常采用欠平衡鉆井 鉆井液返出后 含有油氣或循環氣 為了保證安全 不但要除砂 而且要脫氣 一般要配除砂器和分離器進行除砂和脫氣 國外連續油管鉆井技術 技術從九十年代開始得到了迅速發展 加拿大是應用 技術最早 發展最快的國家之一 七十年代用 技術完成鉆井15口井 其中8口叢式井 7口重鉆加深井 八十年代完成30口井 進入九十年代的五年中 90 94 已完成145口井 全球 技術發展也非常迅速 91年利用 鉆井3口 到95年已發展到340口 的發展趨勢和主要優勢是小井眼 欠平衡 多側向 短半徑和重進入 應用之一 小井眼鉆井 小井眼鉆井的井眼尺寸小 套管尺寸小 井場占地面積小 鉆井時設備數量少 鉆井液用量少 材料消耗少 有利于降低鉆井成本 保護自然環境 連續油管尺寸小 強度高 用其進行小井眼鉆井具有獨特的優勢 連續油管無接頭 強度大 井下摩阻小 有利于提高鉆井深度和縮小井眼尺寸 一般 38 10 可鉆 50 4 小井眼 最大井深度達3500 50 4 可鉆 76 小井眼 最大井深度達4500 60 3 可鉆 88 9 小井眼 最大井深度達5000 88 9 可鉆 114 3 小井眼 最大井深度達6000 這為進行老井重鉆加深 開窗側鉆和新區小井眼鉆探提供了特殊的技術手段 國外實踐表明 鉆小井眼與鉆常規井眼相比 巖石破碎量少30 40 泥漿用量少50 套管用量少35 井場面積小5 10倍 鉆井成本降低1 2倍 應用之二 欠平衡鉆井 欠平衡鉆井是井筒內靜液柱壓力低于地層壓力的情況下進行的鉆井 連續油管在起下和鉆井過程中 不僅能實現完全動密封 而且承壓高 可靠性好 這就為欠平衡鉆井創造了安全可靠的條件 也為采用油基鉆井液 氣體鉆井和泡沫鉆井提供了安全保證 欠平衡鉆井具有污染小 鉆速快 易發現油氣的優點 特別是水平井鉆井 可實現邊噴邊鉆 既有利于保護油氣層不受傷害 又有利于用產出地層流體增大環空流量 更好地將水平段巖屑攜帶出來 提高機械鉆速 1995年2月 殼牌加拿大石油公司在加拿大阿爾伯達的 油田首次應用連續油管進行欠平衡鉆井 用23 8 鉆水平井 用氮氣作為循環流體 由于在欠平衡狀態下鉆井 機械鉆速從4 88 6 1 提高到12 2 最高達18 3 只用4天時間就完成了296 的水平段 1994年5月 油氣公司在北海鉆了一口11000英尺 3352 8 的水平段 49井 該井是 油田構造邊部的一口水平井 該井下95 8 套管固井后 用83 4 鉆頭鉆至7691英尺 再下帶封隔器的41 2 尾管至7691英尺后開始用連續油管進行水平鉆井 采用海水鉆井液 井眼尺為31 2 直到鉆至完井深度11000英尺 在鉆至10000英尺之前由于地層壓力低為正壓鉆井 從10000英尺開始 最后1000英尺為欠平衡鉆井 地層由300桶 的產油量上升到1000桶 的產油量 地層壓力由16 5 上升到21 4 此段鉆進最快達470 510英尺天 最后創造了單趟鉆進尺1000英尺 最高鉆速120英尺小時 單只鉆頭 8 鉆頭 總進尺2760英尺的最好記錄 49井水平段裸眼完井 完井用油咀放噴產量為2500 3000桶 采油指數為4 5桶 而距該井350英尺的 32井 直井 同等條件下的產量僅560 660桶 采油指數只有1桶 psi 水平井與直井相比 產量和采油指數都提高了3 5倍 大位移鉆井 大位移井是指水平位移與垂直深度之比大于2的水平井 鉆大位移水平井不僅有利于提高單井產量 改善注采狀況 而且可擴大井距 減少鉆井數 節約鉆井費用 減少地面單井注采設備 水上平臺或陸上占地 調查表明全世界已鉆150多口大位移水平井 達3 2以上 最大水平位移達7010 隨著大位移水平井的發展還出現了水平井段在油層平面上旋轉方位呈半圓形的水平井 石油公司曾鉆了一口井深10058 水平段長5998 的半圓形水平井 多側向鉆井 多側向是在一口垂直井向不同方向鉆多個水平井眼 有同層同側向和多層多側向之分 多側向水平井有利于同時開采多個油層 提高單井產量和注水驅油效率 降低鉆井成本 位于美國猶他州東南部的大安麗斯油田 分四大區塊 勘探開發公司開發的油田北部的安麗斯區塊 該區塊采用五點注水法開采 1994年12月在打水平井前采油井165口 注水井159口 采油情況為 產油4000桶 日 產水46200桶 日 產氣2500標準立方英尺 日 近十來原油產量每年以5 6 的速度遞減 根據當時的開采條件 安麗斯區塊的估計采收率是原始石油地質儲量4 21億桶的35 39 為了提高采收率 改善注采效果 決定試驗打短半徑多側向水平井 1995年他們在該區8口井上打了16條水平井 其中有4口井是先打單側向以后在相反方向打的雙側向 5口水平井為油井 3口水平井為水井 當年增產原油151000桶 到1995年11月原油增產792桶日 單條水平井平均產油190桶日 注水600桶日 與該區垂直井 單井平均日產油24桶日 注水150桶日 相比增產6 9倍 增注3倍 效果很明顯 所有水平井都是在5 和7 套管的老井進行側鉆開窗的 鉆井速度受巖性影響很大 高滲透層平均鉆速達4 57 47 72 致密層平均只有0 8 2 39 通過鉆水平段1000 1600 305 488 的單側向 雙側向 四側向和六側向水平井對比 可以發現鉆側向越多 單條水平井成本越低 短半徑井 根據從垂直井到水平井段的增斜過度井段的曲率半徑把水平井分為長半徑 中半徑和短半徑水平井 隨著連續油管鉆井技術的發展 短半徑鉆井技術已達到曲率半徑在13 7 內鉆進3 厚油層 水平井段達305 的水平 短半徑水平井的優越性在于 垂直井段長 有利于加深泵掛和便于作業 造斜井段短 可直接從油層進入油層 避免了長半徑穿過上部大段復雜地層造成的鉆井 固井和作業困難 水平井段長 在相同井深情況下 縮短了造斜井段也延長了水平井段 更有效地發揮了水平井增大單井產量的作用 如 公司在美國德克薩斯打的29 32井 43 4 井眼造斜點垂深 1464 測深 1464 5 穩斜點垂深1499 視深1755 過渡段曲率半徑為35 完鉆深 2110 水平位移610 水平段垂向偏差僅1 2 過渡段機械鉆速為2 2 水平段579 僅用時間91 15鉆完 平均鉆速6 34 重進入鉆井 重進入鉆井就是在完成的垂直井中進行加深或開窗側鉆水平井 也可以是先打一口新的垂直井進行完井電測和下套管固井后 再開窗側鉆水平井 但國外大多數是在老直井上進行開窗側鉆的 重鉆井的優越性在于 1 節省費用 垂直井段用常規鉆機完成 速度快 成本低 利用老井不再鉆垂直井段和再配套地面注采設備 節約大量費用 2 靈活方便 重鉆井可以根據油層數量和注采情況多次重復側鉆水平井 可先鉆單側向 再鉆雙側向以后再增加多側向 3 井眼穩定安全 重鉆井的垂直井已下套管并固井 垂直井段的井眼穩定和安全性得到了保證 有利于采取各種措施保護和保證水平段的鉆進 連續油管鉆井技術應用前景 在八 五期間國外水平井技術得到了廣泛的應用的同時 在國內也從技術攻關到現場應用取得了突破性的進展 到96年8月 我國已有11個陸上油田在各類油藏的勘探開發中鉆水平井84口 其中 中半徑井75口 其它井9口 勝利油田在埕東凸起東波構造僅用4口水平探井就發現了670 9 的油層 相當于29口直井的效果 塔里木塔中4號構造和勝利油田草橋構造都是以水平井為主進行開發的 不僅節約了大量資金 而且單井產量比直井增產3 5倍 水平井的應用在國內已經成為各油田科技含量非常高的系統工程得到重視和開發 鉆井與常規水平井鉆井更具其獨有優越性 根據國外發展方向和國內油田開發應用的實際 采用 技術進行水平井鉆井 將成為油田增產 老油區調剖 難動用儲量開采和提高最終采收率的主導技術 特別在構造小 井距小的油田中增產和稠油開發及難動儲量的開采中將發揮其積極的作用 在稠油開發中的應用水平井是國外進行稠油開發的主要技術之一 它在增加單井產量和防止底水推進等方面具有獨特的優勢 稠油油藏所具有的特殊性 不采用大幅度的增產措施 達不到經濟開采產量 稠油開發將成為難題 水平井是大幅度提高單井產量的唯一手段 同時 由于稠油油藏邊底發育 采用 技術鉆短半徑多層多側向水平井開采 不僅有利于防止邊水水竄和底水推進 更有利于提高單井產量和采收率 特殊勘探開發中的應用連續油管鉆井 便于進行短半徑 小井眼 欠平衡鉆井 以利于解決在勘探開發中的一些特殊問題 1 對于低壓易漏失層的鉆探 可以安全方便的進行負壓鉆井 提高鉆探成功率 2 對于水敏易塌地層的鉆探 可以采用氮氣鉆井 油基洗井液鉆井等方法 為泥頁巖 石膏鹽層和煤層等水敏易塌地層鉆井提供安全可靠的鉆井手段 3 對于已下小套管的老井 在進行加深鉆井時 因鉆具規格的限制 常規鉆井的難度很大 但利用 技術進行加深鉆井則非常方便 4 上部地層復雜的情況下 采用常規鉆井技術鉆水平井 成本高 風險大 工藝復雜 利用 技術的短半徑 小井眼可以有效的避開上部復雜地層 實現從油層進入油層 減小風險 降低成本 老油田側鉆水平井在老油田的開發中 由于井距的限制 邊水水竄的限制 底水推進的限制等問題 給油田常規壓裂 酸化等增產措施的應用帶來困難 采用 技術 能夠有效的進行油田封水 封竄 剖調 增產工藝實施 對于水竄