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。
其剖面主要有三類: (1)兩段型:垂直段+造斜段;
(2)三段型:垂直段+造斜段+穩(wěn)斜段;
(3)五段型:上部垂直段+造斜段+穩(wěn)斜段+降斜段+下部垂直段。
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。
勝利油田定向井技術(shù)聞名全國,勝利油田鉆井院和勝利油田鉆井工程技術(shù)公司已形成了普通定向井、多目標(biāo)定向井、救援定向井、叢式定向井、水平井、分支井等幾十種類型的定向井施工工藝。勝利油田黃河鉆井總公司和渤海鉆井總公司的定向井施工能力享譽(yù)國內(nèi)外。
隨著定向鉆井技術(shù)的發(fā)展,定向井的種類越來越多。 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。 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。 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。
定向井與直井都是石油開采時(shí)的術(shù)語。
直井是在地上部分條件好的情況下,由設(shè)計(jì)地上鉆井位置向地下垂直到油層直接鉆方法。定向井是我國二十世紀(jì)九十年代初開始采用的一種新式鉆井方法。
定向井的優(yōu)越性就在于可以躍過地面上的障礙,采取斜式、水平式鉆進(jìn),直達(dá)目標(biāo)。 直井的優(yōu)點(diǎn),技術(shù)不復(fù)雜,可以節(jié)約單井成本。
但定向井技術(shù)難度大,要求高。許多過去不可能打的井也能打了,使油田開采過去放棄的鉆井位又能開發(fā)了。
從全局看,地面上建筑物完全不動(dòng),公路等,都可以鉆井開采石油了,國家擴(kuò)大了產(chǎn)能區(qū)塊,使油田利用率提高了。
地?zé)豳Y源開發(fā)利用需要“回灌開發(fā)”模式。
回灌開發(fā)是在同一施工地點(diǎn)開鑿兩眼或兩眼以上地?zé)峋?,一眼作為開采井,另一眼作為回灌井。受城市用地面積的限制以及運(yùn)行管理的需要,多以“對(duì)井”的方式成井。
對(duì)井井口直線距離在2.5~10m之間,為防止開采、回灌地?zé)崃黧w短時(shí)間內(nèi)相互干擾,井底距離一般保持在800m以上,這就需要有定向井施工技術(shù)的支持。(一)定向井設(shè)計(jì)定向井設(shè)計(jì)原則是為實(shí)現(xiàn)鉆井目的,合理選擇目標(biāo)點(diǎn)的層位、確定靶區(qū)半徑,盡可能選擇簡(jiǎn)單的井身剖面類型;設(shè)計(jì)的基本數(shù)據(jù)包括地面井位坐標(biāo)、井底坐標(biāo)、方位角、井底水平位移、造斜點(diǎn)位置、最大井斜角。
定向井設(shè)計(jì)前要了解設(shè)計(jì)井區(qū)的地質(zhì)條件,如地層、巖性、壓力、傾角、傾向、斷層等。還要了解地層造斜特性(以便利用地層的方位漂移規(guī)律),分析井區(qū)已有定向井資料等,從設(shè)計(jì)上避免井下復(fù)雜情況發(fā)生。
地?zé)峋煌谑烷_采井。首先,地?zé)峋斜檬?,泵室為直井段;其次,以扶盆地?zé)醿?chǔ)層在一定范圍內(nèi)目的層可近似看作水平無限延伸(斷裂型地?zé)峋猓虼?,定向井目?biāo)靶區(qū)半徑可適當(dāng)放大,這些都為定向井設(shè)計(jì)提供了方便。
1)井身剖面設(shè)計(jì):定向井井身剖面類型多種多樣,常見的有三段制(多目標(biāo)、較淺井)和五段制(小位移、較深井),選用的原則是保證達(dá)到鉆井目的;盡可能簡(jiǎn)單,利于安全、快速地進(jìn)行作業(yè)以降低鉆井成本。地?zé)岫ㄏ蚓嘤梦宥沃?,即直井段、增斜段、穩(wěn)斜段、降斜段、直井段。
2)造斜點(diǎn)設(shè)計(jì):造斜點(diǎn)的選擇是定向井成功的關(guān)鍵因素之一。一方面定向井施工要求造斜點(diǎn)巖石結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定、可鉆性比較均勻,避免巖石破碎段、流砂層或易坍塌等復(fù)雜地層,同時(shí)巖石的硬度應(yīng)能起到對(duì)造斜鉆具的支撐作用。
另一方面造斜點(diǎn)的深度應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)井的垂直井深、水平位移大小和選用的井身剖面類型而決定。實(shí)際工作中往往把造斜點(diǎn)選擇在盡可能淺的地層中,以利于用盡量小的井斜達(dá)到理想的成井水平位移。
3)最大井斜角設(shè)計(jì):井斜角是鉆具行跡與垂直方向的夾角,主要依據(jù)鉆井設(shè)備定向能力、垂直井深與目標(biāo)水平位移確定。大量的鉆井實(shí)踐證明,井斜角小于15°,方位不穩(wěn)定,容易漂移。
井斜角大于45°,施工難度較大,井壁易失穩(wěn),所以,最大井斜角最好控制在15°~45°之間。(二)定向井施工安全措施由于定向井井眼形狀復(fù)雜,水平位移較大,易發(fā)生井下復(fù)雜情況和產(chǎn)生井下事故。
1)壓差卡鉆。在定向井施工中,斜靠在井壁上的鉆具與井壁的接觸面積大,作用在井壁上的正壓力也增大,易發(fā)生壓差卡鉆。
預(yù)防措施主要是采用潤滑性能優(yōu)良的鉆井液:①加入潤滑劑使泥餅?zāi)Σ料禂?shù)小于0.2;②采用混油泥漿、混油量8%~15%;③下套管及電測(cè)井之前加1.5%~2%的固體潤滑劑,保證順利施工。2)鍵槽卡鉆。
定向井鉆進(jìn)和起下鉆過程中,鉆具長(zhǎng)時(shí)間拉、摩、碰井壁,容易形成鍵槽。預(yù)防措施有:①在曲率較大的井段,定期下入鍵槽破壞器,破壞鍵槽;②認(rèn)真記錄起下鉆遇阻遇卡位置,結(jié)合測(cè)斜資料分析,提前破壞處理。
3)其他防卡措施:鉆井液應(yīng)具有良好的凈化系統(tǒng),至少配備三級(jí)凈化裝置,保證鉆井液含砂量不大于0.5%;控制鉆井液,使其屈服值不小于6Pa,提高攜帶巖屑能力,保證井眼干凈。(三)定向井施工實(shí)例目前,天津地區(qū)地?zé)岫ㄏ蚓?0對(duì)之多,積累了在中低溫沉積盆地地?zé)岫ㄏ蚓氖┕そ?jīng)驗(yàn),下面以SR19D,SR20D基巖地?zé)岫ㄏ颉皩?duì)井”為例,對(duì)地?zé)岫ㄏ蚓┕すに囘M(jìn)行探討。
1.地層及巖性該“對(duì)井”鉆遇地層為第四系平原組,新近系明化鎮(zhèn)組、館陶組,古生界寒武系,新元古界青白口系景兒峪組、龍山組,中元古界薊縣系霧迷山組(目的層),見表4-3。2.定向井工藝(1)定向工具的選擇該“對(duì)井”定向井段為Φ311mm( ″)井眼,選用8″無磁鉆鋌、 ″納維鉆具、2.5°彎接頭、高壓循環(huán)頭等定向工具,測(cè)量?jī)x器定向井段采用有線隨鉆測(cè)斜儀,增斜和穩(wěn)斜井段采用自浮式電子測(cè)斜儀。
表4-3 設(shè)計(jì)對(duì)井鉆遇地層及巖性(2)定向井設(shè)計(jì)1)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。根據(jù)鉆井所在區(qū)域地質(zhì)情況和地?zé)徙@井技術(shù)特點(diǎn),設(shè)計(jì)為四開井,井身結(jié)構(gòu)及套管程序?yàn)椋阂婚_鉆頭直徑Φ444.5mm,套管直徑Φ339.7mm,下深400m;二開鉆頭直徑Φ311mm,套管直徑Φ244.5mm,進(jìn)入基巖2m左右封閉松散軟地層;三開鉆頭直徑Φ215.9mm,套管直徑Φ177.8mm,進(jìn)入取水目的層霧迷山組白云巖2m左右下管;所有套管必須符合美國石油協(xié)會(huì)指定的API標(biāo)準(zhǔn)。
四開鉆頭直徑為Φ152.4mm,裸眼成井,井身結(jié)構(gòu)見表4-4。表4-4 定向井井身結(jié)構(gòu)表2)井身剖面的設(shè)計(jì)。
根據(jù)施工井地層特點(diǎn)和井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)定向井為五段制井身剖面,即直井段、增斜段、穩(wěn)斜段、自然降斜段和直井段。3)造斜點(diǎn)的確定。
根據(jù)施工設(shè)計(jì)和實(shí)際鉆進(jìn)地層分析,SR19D造斜點(diǎn)定在820m,SR20D造斜點(diǎn)定在765m的新近系膠結(jié)較好的泥巖中。4)設(shè)計(jì)方位角、水平位移、造斜率和最大井斜角。
根據(jù)地層產(chǎn)狀、鉆井深度和構(gòu)造情況,設(shè)計(jì)SR19D井方位角為135°,水平位移為400m,SR20D井方位角為315°,水平位移為400m,井眼曲率為12°/100m以內(nèi),最大井斜角21°。(3)定向井施工工藝措施和注意。
通俗簡(jiǎn)單的說吧:
能源是電力,
機(jī)械傳動(dòng),通過方鉆桿,轉(zhuǎn)動(dòng)的力在zhidao地面?zhèn)鹘o方鉆桿,方鉆桿下面是鉆桿,鉆桿下面是鉆頭,跟我們?cè)诘孛嫔嫌秒娿@鉆一個(gè)孔原理差不多
不同的是鉆桿之間用螺紋連接,鉆到一定深度,就得擰開中間再加一節(jié)鉆桿,這樣一專節(jié)一節(jié)鉆下去,就可以達(dá)到幾千米深了。
每鉆一定深度,還得測(cè)量,有專門的測(cè)井公司,如發(fā)生偏差及時(shí)修正,
現(xiàn)在的鉆井水平,十分厲害,可以在直著鉆屬上千米深后再拐彎90度,鉆孔能拐彎這種情況,在其它行業(yè),是完全不可能的,
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。
用直井難以穿過的復(fù)雜層、鹽丘和斷層等,常采用定向井。
如:安718段塊的井漏、二連地區(qū)巴音區(qū)塊的井,自然方位120-150度。 遇到井下事故無法處理或不易處理時(shí),常采用定向井技術(shù)。如:掉鉆頭、斷鉆具、卡鉆等。
Ⅰ原井鉆探落空,或鉆通油水邊界和氣頂時(shí),可在原井眼內(nèi)側(cè)鉆定向井。
Ⅱ遇多層系或斷層斷開的油氣藏,可用一口定向井鉆穿多組油氣層。
Ⅲ對(duì)于裂縫性油氣藏可鉆水平井穿遇更多裂縫、低滲透性地層、薄油層都可鉆水平井,提高單井產(chǎn)量和采收率。
Ⅳ在高寒、沙漠、海洋等地區(qū),可用叢式井開采油氣。
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