定向井和水平井鉆井技術-資料下載頁

【導讀】第九章定向井和水平井鉆井技術

　　

【正文】 MWD 測斜。根據水平位移大小，大斜度井常常采用兩種剖面，即：三段制“ J”型和五段制“ J”型剖面。通常，大斜度井的剖面中沒有降斜井段。 水平位移在 1000 米左右或最大井 斜為 55～ 70176。 的大斜度井，適合用三段制“ J”型剖面。這種剖面要求連續造斜至預定的最大井斜，在大斜度的情況下穩斜鉆進，以便增加油層的裸露面積，穩斜井段一般較短，以防止摩擦阻力過大和降斜，增加施工困難。這種剖面尤其適合于地層傾角較大的油層。 水平位移較大的大斜度井，適合采用五段制“ J”型剖面，即第一增斜段至第一穩斜段至第二增斜段至第二穩斜段的剖面，在同等條件下，它比三段式剖面需要的垂直井深要長。這種剖面的施工方法可以這樣進行。鉆完直井段后下入表層套管，然后按 2～ 4 度／ 30 米的增斜率鉆完第一增斜段，根據 需要第一段井斜角可增至 30 一 40 度左右，穩斜鉆進部分井段后，下入技術套管，再按 13～ 20 度／ 100 米的增斜率鉆至最大井斜角，如果余下的穩斜段還很長（一般超過 300 米），應在增斜段鉆完后再鉆部分穩斜段時下入一層技術套管，以保證下步施工順利。 一般來說，進行大斜度井剖面設計，還應考慮下列問題：（ 1）井眼曲率過大以及重力問題，它們與摩擦阻力、鉆速、降斜趨勢、壓差卡鉆、機械卡鉆以及巖屑堵塞等有很大的關系，應采用計算機進行摩擦阻力的設計計算；（ 2）地層因素，油藏類型及厚度等地質資料，它們直接影響到井眼能否在正 確的設計深度準確地穿過目的層。（ 3）設計合理的井身結構。 2．大斜度井的鉆具組合選擇 （ l）三段式“ J”型剖面的大斜度井鉆具組合 這種大斜度井的造斜、增斜、穩斜鉆具組合與普通走向井基本上一樣，但穩斜鉆具通常只使用 2 柱以內的鉆鋌長度（包括非磁鉆鋌），而加重鉆桿則達到 10～ 15 柱、穩定器一般用 2 只．以降低鉆具失重，減少摩擦阻力。所用鉆具一般為微增斜組合，達到穩斜效果（因井斜大，出現自然降斜趨勢）。 （ 2）五段制“ J”型剖面的大斜度井鉆具組合： ①第一增斜段、穩斜段的鉆具組合與普通 走向井一樣； ②第二增斜段的增斜率通常比第一增斜段高，是比較關鍵的井段，常用鉆具組合為三種： 第一種 導向鉆進 鉆頭十導向馬達十穩定器十 MWD 十鉆鋌（ 2～ 4 根）十鍵槽破壞器十撓性接頭十震擊器十加重鉆桿。 第二種 轉盤增斜 鉆頭十近鉆頭穩定器十 MWD 十鉆鋌十穩定器十鉆鋌（ 3～ 6 根）十鍵槽破壞器十撓性接頭十震擊器十加重鉆桿。 第三種 吉列根（ Gilligan）增斜鉆具 鉆頭十近鉆頭穩定器十加重鉆桿（ 1 根）或小尺寸鉆鋌 l根十穩定器十 MWD 十鉆鋌（ 3～5 根）十鍵槽破壞器 十撓性接頭十震擊器十加重鉆桿。 如在 311 毫米（ 121/4 英寸）井眼，“小尺寸鉆鋌”可以是 159 毫米（ 61/4 英寸）。 ③第二穩斜段的鉆具組合與三段制剖面的穩斜井段一樣。 （ 3）大斜度井施工注意事項： ①使用高標準高質量的管材，特別是加重鉆桿，以防止鉆井過程中扭矩過大而發生鉆具斷裂。因此，所有井下鉆具必須經探傷合格，方可下井； ②選用扶正塊表面平滑的一體式穩定器和鉆柱擴眼器等可以降低摩擦阻力，特別是井較深的大斜度井； ③隨鉆震擊器的質量和位置非常重要，應該選用震擊力大的機械式 鉆井震擊器。如果斜井段較長，有必要用兩個震擊器，一個位于下部鉆具組合附近以防壓差卡鉆，另一個在上部以防類似鍵槽等復雜情況。 ④建議使用 PDC 鉆頭，因為這種鉆頭所需要的鉆壓較小、如果有條件，建議將 PDC 鉆頭與導向鉆井系統等聯合使用。這樣可以減少起下鉆的次數，縮短裸眼時間，同時也易于控制井斜和方位。 ⑤使用計算機進行摩阻計算。根據實測的摩擦力情況，逐步調整校對摩擦系數，保證計算結果有一定的準確性； ⑥ 大斜度井的鉆井液非常重要，要確保井眼暢通。下列方法是現場經常采用的： A．調整鉆井液性能和流型來 降低扭矩及防止巖屑堵塞穩定器； B．在不影響井眼穩定性的情況下經常短起下鉆劃眼； C．在循環鉆井液過程中，上下活動鉆具有助于巖屑返出地面； D．保證凈化系統始終處于完好狀態； E．提高鉆井液潤滑性，降低摩擦阻力。 七．救險井的設計和施工要點 1．確定失控井的井底位置。根據原有的測斜結果進行分析，對可能有的單點、多點、陀螺和 MWD 等幾種結果得到的不同井底位置，選擇最為精確的一種結果作為失控井的井底位置。 2．進行救險井的軌道設計。救險井的井口必須選在失控井的上風、在盡可能縮短救險井軌跡 長度的條件下，使其與失控井井口有足夠的距離，以保作業安全。在設計新老井眼連通井段時，使救險井連通井段與失控井有足夠的平行井段（這個“平行井段”應從失控井的走向背后采取尾隨跟蹤的方法平行鉆進），增加新老井眼交會的機會，使救險易于成功。 3．隨時測斜，盡早發現新老井眼的連通。 4．確定新老井眼是否接近的方法有： （ 1）超長電極距電測（ ULSEL）法 利用地層電阻率測井對新老井眼連通點的地層進行分層電阻率模擬。在救險井靠近失控井時，由于失控井的套管會影響電阻率的變化，觀察到的 ULSEL 電阻率的比值可以確定新老井眼之間的距離，可監測距離達 米（ 75 英尺），但不能得到失控井的方位。 （ 2）磁場梯度確定法 它對于套管接箍等引起的磁場變化十分敏感。根據磁場強度可確定失控井內套管與救險井的距離和方位。它可以監測到 ～ 米（ 40～ 50 英尺）處的套管。 第四節 定向井專用工具 一．井下馬達 井下動力鉆具是常用的造斜工具之一，它分為渦輪鉆具、容積式馬達和電動鉆具三大類。目前在我國海洋定向井的井下馬達使用方面，電動鉆具已不存在，渦輪鉆具也很 少使用，通常使用容積式馬達（ PDM 型）、容積式馬達可分為迪那、納維和螺桿鉆具。容積式馬達具有下列優點：一是動力鉆具所鉆井眼尺寸與原井眼完全相同，不必再次下鉆擴眼；二是井內有橋塞時，這類鉆具可以鉆過，并能在開始造斜前將井底循環干凈；三是空轉轉速與工作轉速相差的幅度較小（與渦輪相比），有利于鉆頭選型。 在各種井下馬達中，將重點介紹廣泛使用的螺桿鉆具。 1．迪那（ Dyna）鉆具 （ l）結構和類型 迪那鉆具主要由旁通閥總成、定子、轉子、萬向節總成和傳動軸總成組成。主要分為五種規格：即 Δ 200／ 500、 Δ 500、 Δ 500＋ Δ 1000 和 Δ 1000 低速。迪那鉆具的裝配扭矩見表 9－ 2，其萬向節總成見圖 9－ 18。 （ 2）迪那鉆具規范和操作參數（見表 9－ 3） （ 3）迪那鉆具的反扭角經驗數據表（見表 9－ 4） 直井中的反扭角（ α＜ 2176。都看作直井 ） 造斜點深度（米） 0～ 152 152～ 305 305～ 457 457～ 1524 ＞ 1524 反扭角 20176。 25176。 35176。 50176。 10176。／ 305 米 （ 4）迪那鉆具使用注意事項： ①根據鉆井條件 選用合適的鉆具類型和合理的鉆井參數，以提高迪那鉆具的工作效率； ②下井前應認真檢查兩端連接螺紋和臺肩及外殼體有無變形，旁通閥是否靈敏完好，并測量軸承間隙。 ③下井前應進行試轉，確定迪那鉆具工作正常后方可下井。 ④迪那鉆具下井時應控制下放速度，下鉆遇阻不得硬砸硬壓； ⑤鉆進時應保持均勻送鉆，防止溜鉆、頓鉆。鉆進中應密切注意泵壓表的壓力變化。當發現泵壓突然上升時，應及時提起鉆具，重新加壓鉆進； ⑥ 保持鉆井液含砂量不大于 l％，以提高迪那鉆具的使用壽命； ⑦ 起出迪那鉆 具應認真檢查旁通閥總成并把鉆具內的鉆井液排凈，測量軸承間隙，加油保養旁通閥。 2．納維（ NAVI）鉆具 （ l）納維鉆具種類 ① Mach l 型多頭螺桿馬達 ② Mach 2 型單頭螺桿馬達 ③ Mach 3 型單頭螺桿馬達 （ 2）結構 納維鉆具由旁通閥、定子、轉子、萬向軸、軸承總成和傳動軸組成。 （ 3）特點 ① Mach l 型。其主要特點是長度短、轉速低、扭矩大。適用于定向鉆井、深井、牙輪鉆頭鉆井和取心鉆井。 ② Mach 2 型。扭矩中等，適用于大段直井鉆井，可以提高直井鉆井機械鉆速。 ③ Mach 3 型。長度短、反扭矩小，適用于定向鉆井、定向造斜和扭方位。 （ 4）納維鉆具技術性能和技術參數（見表 9－ 9－ 9－ 7）。 3．螺桿鉆具 （ l）主要結構與工作原理。 螺桿鉆具由旁通閥、馬達（轉子、定子）、萬向軸（節）和傳動軸四部分組成（見圖 9－ 19）。 螺桿鉆具的工作動力來自循環鉆井液，在一定壓力下，鉆井液泵入鉆具，進入馬達的螺旋形空腔使轉子轉動，而后動力經萬向軸傳遞到傳動軸和鉆頭上。 所設計的旁通閥是為了在起下鉆時使循環液繞過不工 作的馬達，溝通鉆柱與環空的鉆井液通道（結構見圖 9－ 20）。 當無鉆井液循環或低泵沖循環時，在彈簧的作用下，閥心處于上部位置，此時旁通孔開啟，鉆井液可灌入鉆柱或自鉆柱泄出。閥心的移動由流量大小決定，當鉆井液泵量達到一定數值時，水力推力克服彈簧力，使閥心下移，關閉旁通孔，所有鉆井液流經馬達所作的功轉換為機械能。 （ 2）使用要求 ①鉆井液的要求 螺桿鉆具對于各種鉆井液都能有效地工作，包括油基、水基和乳化的鉆井液。鉆井液粘度和密度對鉆具的影響很小，但對整個系統的壓力有直接影響，如果推 薦排量下的壓力大于額定泵壓值，就得減少鉆井液排量，或者有必要降低通過鉆具或鉆頭的壓力降。鉆井液中的砂粒等雜質會影響鉆具性能，加速軸承和馬達定子的磨損。因此，鉆井液中的含砂量必須控制在 l％以內，每種型號的鉆具都有各自的流量范圍，只有在此范圍內，鉆具才能有較高的效率，一般情況下，流量范圍的中間值是鉆具最佳輸入流量值。 ②流經螺桿鉆具的壓力降要求 鉆具懸空時排量不變，則通過螺桿鉆具的鉆井液壓力降也不變，隨著鉆頭接觸井底鉆壓增加時，鉆井液循環壓力增加，泵壓也增加，司鉆可以用以下公式來控制操作：打鉆泵 壓＝循環泵壓十螺桿鉆具的負載壓降。 循環泵壓，就是鉆頭沒有接觸井底時的泵壓，也叫離底泵壓。鉆頭接觸井底，扭矩增大，泵壓就要上升。這時壓力表的讀數就叫作打鉆泵壓。 離底泵壓不是一個常數，它隨井深和鉆井液的特性變化而變化，但實際操作中，沒必要隨時測取循環泵壓的精確值，一般取每次接單根后的離底泵壓為近似值，這樣做完全可以滿足公式的精度要求。如果忘記測量，則必須將鉆具提離井底進行補測。 鉆具工作中，打鉆泵壓達到最大推薦壓力時，鉆具產生最佳扭矩，繼續增加鉆壓將增加泵壓，當超過最大設計壓力時，馬 達可能會停止轉動，此時應立即降低鉆壓，以防螺桿鉆具內部損壞。 ③扭矩 螺桿鉆具的扭矩與鉆井液流經馬達產生的壓力降成正比，轉速與輸入排量成正比，排量一定時，扭矩增加而轉速基本保持不變，螺桿鉆具從空載到滿載，速度降低一般不超過 10％左右。 （ 3）使用方法 ①下井前的地面檢查： A．用提升短節將鉆具提起，坐入轉盤卡瓦內，使旁通閥位于轉盤之上，裝上安全卡瓦，卸去提升短節； B．用木棒壓下旁通閥的閥心至下死點，然后松開閥心，檢查彈簧復位力（舊馬達有時因彈簧銹死，可能壓不 下）； C．用木棒壓下旁通閥心，向閥體內注水檢查密封性，如密封性好，則小孔無水流出，然后松開閥心，則有水從小孔流出； D．將螺桿鉆具接上方鉆桿，下放螺桿鉆具使旁通閥處于轉盤下方易觀察的部位，慢慢開泵，當排量不足以使旁通閥關閉時，應有鉆井液從旁通孔流出，然后加大排量至馬達啟動，看驅動接頭是否旋轉，此時應記下泵的排量，停泵前，應再下放螺桿鉆具讓旁通閥閥口位于轉盤以下，檢查停泵時鉆井液是否經旁通閥閥口順利流出； E．檢查軸承間隙，參閱后面起鉆檢查部分。 ②螺桿鉆具下井： A．地面檢查結束后 ，用吊鉗卡住驅動接頭，用鉆頭盒把鉆頭和螺桿鉆具接上，大鉗只可咬在旋轉傳動軸驅動接頭上； B．使用彎接頭時，定向裝置的定位鏡必須和工具面對正，如果要用浮閥，則可直接裝在旁通閥上方，千萬不要加在馬達下邊，否則，浮閥就不起作用了，原因是鉆井液可從旁通閥流入。如果在驅動接頭和鉆頭之間還要加轉換接頭，則對其長度應加以有限制，不宜超過250 毫米； C．下放螺桿鉆具時，依次把彎接頭、測量工具、非磁鉆具、鉆鋌、震擊器、加重鉆桿下入； D．螺桿鉆具下井時應控制下放速度，以免下放過快而使馬達倒轉，從而造成內部連接螺紋脫 扣。此外，控制下放速度，能夠防止螺桿鉆具在通過防噴器、砂橋、套管鞋等處撞壞鉆具； E．當下放深井段或遇到高溫井段時，應分段循環鉆井液冷卻鉆具，保護定子內襯橡膠。用 MWD 時，在下鉆過程中，每 500 米應打通一次； F．下