讲义五、主要钻井工艺技术

1西安石油大学五、主要钻井工艺技术2西安石油大学5.1钻井提速技术5.2欠平衡钻井技术5.3水平井技术5.4深井钻井技术3西安石油大学钻井速度是影响成本的主要因素之一。一口典型的油气井中，接近50％的费用用于机械钻进，50％的费用用于完井(下套管、注水泥、测井等）。美国的研究与实践表明：如果钻井效率提高一倍，总的钻井费用可以降低约25％。因此，钻井提速，是降低钻井成本、实现效益最大化并实现科学生产的首要追求。向钻井要速度、要效益，对于油气钻井发展和钻井公司核心竞争力的提高都具有重要的意义。5.1钻井提速技术4西安石油大学通常最好的情况技术极限可以减少的时间理论上最好的情况通常损失时间不可预见损失时间建井周期建井周期的技术极限间接提速直接提速5.1钻井提速技术5西安石油大学1、直接提速技术2、间接提速技术5.1钻井提速技术6西安石油大学常规技术：井身结构优化高效PDC钻头PDC+井下动力钻具复合钻井高压喷射..\zj\喷射钻井d.avi优选参数钻井优质钻井液技术欠平衡钻井新技术：空气钻井、空气锤钻井技术垂直钻井技术超高压喷射钻井技术清洁钻井液技术VSI技术颗粒冲击钻井技术激光钻井技术1、直接提速技术7西安石油大学VSI（虚拟强度指数）优化方法岩石虚拟强度指数(VSI)岩石真实强度指数（TSI）钻头输出功岩石破碎能岩石真实强度岩石虚拟强度各种有关因素各种有关因素8西安石油大学虚拟强度指数（VSI）=f（钻压，转速，扭矩，机械钻速，钻头类型和尺寸……）岩石真实强度指数（TSI）≈地层抗压强度最高效:VSI≈TSI低效:VSITSIVSI（虚拟强度指数）优化方法9西安石油大学VSI方法在不同国家应用效果（钻速提高百分比）1059586645615020406080100120英国加拿大东部澳大利亚卡塔尔萨哈林加拿大西部ExxonMobil公司应用VSI方法VSI方法在不同国家应用效果10西安石油大学原理与特点通过钻头喷嘴给高密度的颗粒加速，利用颗粒作为原始的切削机械，使水力能量能发挥更有效的作用。能够穿过常规钻头喷嘴尺寸的高硬度、高密度的球体被加速到很高的速度，这些微粒的质量速度足够高，当它们接触到岩石表面时，能够破碎并逐出小块岩石。通过破碎如此小体积的岩石能明显提高机械钻速。由于施加的接触应力远高于坚硬岩石的强度，通过微粒的猛烈撞击，硬岩石很容易被破碎，每一次撞击压裂都会分离小块的岩石。颗粒冲击钻井（PID）技术11西安石油大学系统组成PID钻头微粒加工与注射系统PIS微粒回收系统PPS实验情况实验时，颗粒以大约15gpm的流速传送到泥浆排量为450gpm钻井液流中，然后运送这些充满微粒的泥浆通过立管送到钻头，总流体中含大约3%的微粒。系统进行了四次现场试验，取得了积极效果，同井段钻速提高150-350%。12西安石油大学压力预测技术新型钻具套管钻井连续管钻井技术膨胀管单一井径技术NDS技术控压钻井技术……2、间接提速技术13西安石油大学ESD:静态当量泥浆密度(停泵)ECD:循环当量泥浆密度(开泵)ESD=压力g垂直井深ESDECD=+环空摩擦损失NDS技术14西安石油大学泥浆密度与地层破裂关系分析15西安石油大学无风险钻井系统（NoDrillingSurprise，简称NDS）由斯伦贝谢公司研发，它是一个综合的服务包，通过风险管理，对油井进行设计和实时处理，从而使井身结构最优化；从而可以及早发现事故复杂发生的预兆，及时采取措施，预防复杂与事故的发生。•高压地层•溢流、井漏层•井眼塌落、扩大等•卡钻具、断钻具•井眼清洗问题•钻压传输问题•高震动NDSPERFORMLWD•随钻环空压力•随钻孔隙压力预测•井底钻井参数•卡钻警报•实时井眼稳定性风险分析实时解释避免钻井问题NDS可以实现井眼稳定性控制孔隙压力控制漏失控制井眼摩阻控制套管柱合理化NDS工作原理图NDS技术是经验钻井向科学钻井的重大进步，提高了对井下状况的判断16西安石油大学DN204井应用NDS技术，提高了对窄泥浆密度窗口的认识，将泥浆密度从过去的2.28g/cm3降低到2.18g/cm3，大大降低了泥浆漏失，该井目的层段仅漏失泥浆86方，而迪那地区第一、二轮井平均漏失达1500方。从而降低了钻井复杂和风险，缩短了钻井周期，提高了钻井安全水平。17西安石油大学压裂破坏区孔隙压力梯度坍塌压力梯度(剪切破坏，井壁垮塌掉块)泥浆密度泥浆漏失梯度破裂压力梯度ECD垮塌破坏区应用NDS技术，合理选择钻井液密度是减少井下复杂、控制井漏的最佳手段020406080100120140160180200三开段钻井进尺钻井工作时间霍001井霍002井霍003井1616米1478米1503米174天138天92天新疆油田在霍003井三开井段应用NDS技术，提高了对井下状况的认识，提高密度不再是防止卡钻的唯一措施，泥浆密度由原来的2.6g/cm3降至2.38g/cm3，减少了漏失和由此引发的水化坍塌，井漏次数和漏失量大幅度下降，大幅度减少了井下事故和复杂，缩短了钻井周期。18西安石油大学19西安石油大学控压钻井（MPD）能够精确地控制井筒环空压力剖面，有效地实现安全钻井技术。解决高温高压、深水窄密度窗口安全钻井问题用于解决酸性介质环境下的安全钻井问题解决大位移井、长水平段水平井钻井过程中因过高的超平衡压力引发的钻井液对储层伤害问题各技术之间的关系控压钻井技术UBDMPDPD旋转控制头气体控制放喷系统内防喷工具20西安石油大学常规钻井窄窗口钻井控压钻井技术21西安石油大学压力PAF井深环空摩阻静止状态PBH=PHyd＋PBack循环状态PBH=PHyd＋PAFPBack回压控压钻井技术22西安石油大学当量循环密度降低工具通过降低环空流体的部分环空压耗和部分静液压力，达到降低当量循环密度的目。当量循环密度降低工具套管钻柱静止PBH=PHyd压力井深循环PBH=PHyd＋PAF-PECDRTPAFPECDRT控压钻井技术23西安石油大学2006年俄克荷拉马州东南部油田的一口井试验。不使用当量密度降低工具时，井底压力当量密度为1.221g/cm3。使用工具钻进过程中，井底ECD1.113～1.137g/cm3，约降0.11g/cm3。控压钻井技术24西安石油大学泥浆泵溢流阀旋转控制头泥浆泵进液管线MPD回压泵控压钻井节流管汇分离器钻机井控节流管汇综合压力控制器排气道振动筛泥浆池泥浆补给灌正常钻进流体循环途径接单根25西安石油大学压力井深地层孔隙压力地层破裂压力PCH回压DAPC静态压力梯度DAPC循环压力梯度传统工艺静态压力梯度PAF环空摩阻传统工艺循环压力梯度26西安石油大学5.1钻井提速技术5.2欠平衡钻井技术5.3水平井技术5.4深井钻井技术27西安石油大学欠平衡钻井技术特点28西安石油大学5.2欠平衡钻井技术2008年，在各油田与各施工服务企业的共同努力下，欠平衡、气体钻井工作量大幅度增长，较2007年增加了35%，圆满完成了210口井的年度任务。191414403507661550301163917040200020012002200320042005200620072008欠平衡钻井井数气体钻井井数2007年中国石油欠平衡钻井在探井和开发井中的应用4931.610668.4020406080100120欠平衡井数(含气体钻井)占欠平衡井数的比例（%）开发井探井中国石油近年欠平衡钻井应用情况29西安石油大学5.2欠平衡钻井技术油气藏类型储层特征关键技术典型区块应用比例（%）碎屑岩油气藏低压、易漏失水敏性、易污染常规钻井识别难全过程欠平衡不压井装置套管阀、冻胶阀气体钻井四川须家河渤海湾歧口56火山岩油气藏压力系数低裂缝发育易漏失极易污染、伤害不可逆氮气欠平衡水包油欠平衡欠平衡水平井松辽深层三塘湖准噶尔石炭系26古潜山油气藏裂缝发育易漏失、造成伤害伤害不可逆物性变化大安全窗口窄、喷漏同层可能含H2S水包油钻井液充气钻井液油层专打控压钻井井下液面监测仪辽河潜山华北古潜山塔里木碳酸岩18近三年欠平衡钻井主要应用情况30西安石油大学5.2欠平衡钻井技术邛西3井全过程欠平衡钻井的成功应用，带动了西南油气田欠平衡钻井的高潮，大大提高了四川盆地须家河储层的地质认识，开创了勘探的新局面。2008年，在合川～安岳地区须家河储层共实施欠平衡钻井28口，有效保障了该区勘探发现的需要。四川盆地欠平衡钻井应用分布图广安构造合川构造邛西构造应用构造：15个应用井数：240口探明储量：05年前600亿方06年后2300亿方（1）欠平衡钻井的规模应用打开了四川盆地须家河勘探的新局面31西安石油大学5.2欠平衡钻井技术（2）欠平衡钻井技术的应用，提高了火山岩储层保护水平通过欠平衡技术，2008年又在西峡沟区块的马207井三叠系地层首次发现工业油气流，在马208井二叠系地层首次发现工业油气流。储层特点低压易漏、储层易污染裂缝发育、易恶性井漏应对措施充氮气保护，欠平衡钻井钻井方式井数（口）单井日产（吨）日累产（吨）欠平衡钻井750.26351.8常规钻井2313.6312.8牛东地区欠平衡钻井基础数据表（投产井）吐哈油田牛东地区常规钻井76.93%欠平衡井23.07%欠平衡井52.97%常规钻井47.03%不同钻井方式井数所占比例不同钻井方式产量所占比例32西安石油大学5.2欠平衡钻井技术长深平1井成功后，为减少污染、解放产能，吉林油田又在长岭气田分别针对营城组、登娄库组实施了两口欠平衡分支水平井：长深平2、长深D平1。长深1井与长深平1井欠平衡钻井效果对比井号钻井方式实施井段(m)钻井液密度(g/cm3)完井方式完井液密度(g/cm3)试油情况长深1欠平衡3550-39000.95～1.11套管固井1.9(水泥)中途测试：日产气46万方，表皮系数76.3；完井测试：初期日产气6.9万方、表皮系896，经过多次改造32.6万方，表皮系数为427。长深平1欠平衡3823-43661.12～1.13筛管完井1.3完井测试：日产气75.3万方，无阻流量175万方表皮系数为13.17。长深D平1井井身结构示意图（2）欠平衡钻井技术的应用，提高了火山岩储层保护水平33西安石油大学5.2欠平衡钻井技术（3）通过实施欠平衡钻井，潜山勘探取得重大突破技术对策地层压力系数:0.99~1.07目的层段采用0.92~0.93水包油、充气欠平衡或添加玻璃微珠来控制钻井液密度，优化技套下深，实现油层专打地质效果继兴古7井通过欠平衡钻井首次在兴隆台太古界潜山发现油气之后，2008年通过欠平衡又在兴古12、兴古9、陈古2等井均取得良好的油气发现，兴古12井6mm油嘴自喷日产油44t，气1.22万方，揭开了兴隆台潜山潜山内幕。欠平衡规模应用揭开了兴隆台潜山内幕马古7兴古12兴古9冷127陈古２兴隆台潜山带2008年欠平衡井分布图34西安石油大学5.2欠平衡钻井技术（3）通过实施欠平衡钻井，潜山勘探取得重大突破技术措施针对文古3井目的层孔隙压力为0.97－1.03，应用0.89－0.90g/cm3的水包油钻井液，回压控制在2MPa。地质成果中途测试获日产油302.64方、气94643方，继长6井之后又一口欠平衡井在潜山获得高产，展示了潜山内幕油气藏的良好勘探前景。华北古潜山勘探再获重大发现文古3井三压力剖面文古3霸县凹陷35西安石油大学5.1钻井提速技术5.2欠平衡钻井技术5.3水平井技术5.4深井钻井技术36西安石油大学水平定向钻井原理演示37西安石油大学38西安石油大学5.3水平井技术263850681682015228061005020040060080010001200200020012002200320042005200620072008完成水平井数中国石油2000－2008年水平井完成情况近几年，中石油水平井应用规模、应用领域、应用效果、应用水平均实现了跨越式发展。39西安石油大学