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1、,国内外井下作业新技术进展 李 根 生 CNPC钻井工程重点实验室高压水射流研究室 2006年9月22日，昆明,2006年全国井下作业技术交流会,提 纲,第一章 特殊工艺井概述 第二章 水平井作业技术 第三章 全过程欠平衡作业 第四章 不压井作业技术 第五章 连续管与微小井眼作业 第六章 可膨胀管技术 第七章 高压水射流增产作业,国内外井下作业新技术进展,第一章 特殊工艺井概述,一 概述,Highly sophisticated directional drilling systems are able to probe below the surface even horizontally
2、and for extended distances to reach prospective oil and gas reservoirs in less time and with more reliability. 美国高精度定向钻井系统可以用更少的时间更可靠地探测到地下油气储集层：定向钻井、水平钻井、大位移钻井、爪型（辐射）钻井和多分支钻井。,第一章 特殊工艺井概述,二 水平井 水平井井斜角等于或接近于900的井眼。 近年来，水平井钻井成本已降至直井的1.52.0倍，有的甚至只是直井的1.2倍，而水平井产量是直井48倍。 根据水平井造斜段造斜率的不同， 水平井可分为五种类型： 1.长曲
3、率半径水平井： （2 0 6 0）/30m，R280m 2.中曲率半径水平井： （6 0 20 0）/30m，R=85 280m 3.中短曲率半径水平井：（30 70）/30m， R=10 80m 4.短曲率半径水平井： （90 ）/30m，R=1 10m 5.超短半径径向水平井： R1m,第一章 特殊工艺井概述,截止2003年为止，美国、加拿大和世界其他国家所钻的水平井数及美国钻机动用,美国 1,295 钻机钻井 (11/25/2005) 斜井 304，水平井 204 (16%) 加拿大 535 钻机钻井 (11/25/2005) 斜井 164，水平井 116 (22%),第一章 特殊工艺井
4、概述,第一章 特殊工艺井概述,第一章 特殊工艺井概述,三 多分支井,多分支井技术起源于20世纪50年代，多分支井可以更多地暴露储层和增加产量，在单一的储层采用多分支井能提高储层的泄油效率。扩大与储层的接触面积，增加油井的产能，减少开发油田所需井数，也可在不同的方向钻分支井眼，高效开发多个储层。,第一章 特殊工艺井概述,分支水平井几何形状-委内瑞拉Petrozuata,第一章 特殊工艺井概述,级别1:裸眼/无支撑连接主井眼和水平井眼都是裸眼段或在两个井眼中用悬挂器悬挂割缝衬管。 级别2:主井眼下套管并固井,水平井眼或裸眼或以悬挂方式下割缝衬管。 级别3:主井眼下套管并固井,水平井眼下套管但不固井
5、。用悬挂器将水平尾管锚定在主井眼上,但不固井。 级别4:主井眼和水平井眼都下套管并注水泥。主井眼和水平井眼在联接处都注水泥。 级别5:在连接处进行压力密封。在不能固井的情况下,用完井方法达到密封。 级别6:在连接处进行压力密封。在不能固井的情况下,用套管进行密封 。,分支水平井完井,第一章 特殊工艺井概述,各种分支井完井方式统计,据不完全统计，全世界分支井完井共计2481口，其中智能完井152次，可膨胀实体管150次（30480米）；可膨胀筛管150次（45720米），如图所示。,世界分支井完井类型统计,第一章 特殊工艺井概述,大位移井开发海上油气和从陆上开发近海油气田，可大大降低开发成本。
6、挪威北海Statfjord油田北部，用大位移井技术取代海底技术开发方案估计可使开发成本至少节约1.2亿美元。 在加利福尼亚州南部近海的Pt.Pedernales油田，1989年，Unocal公司提出运用大位移井技术开发该油田的方案，5年间共钻大位移井9口，与原计划建造第二座平台相比，新方案的开发成本节约1亿美元。 在英国WytchFarm油田，运用大位移井技术（已钻14口）代替原计划的人工岛开发方案，开发成本可望节约1.5亿美元，且提前3年生产。,大位移井是指水平位移与垂深之比大于2.0的井。 自80年代开始在美国运用，90年代得到迅速发展，主要用于以较少的平台开发海上油气田和从陆上开发近海油
7、气田。 英国BP公司1999年7月在英国WytchFarm油田钻的M16SPZ井，水平位移达10728.4米，创下了新的水平位移世界纪录。M16SPZ井，TD11278米，TVD1637米，钻井和下套管123天。1997年6月中国南海西江243A14井的水平位移是8063米。,四 大位移井,第一章 特殊工艺井概述,国外一些大公司在大位移钻井方面，已有相当成熟的技术和经验。 水平位移与垂深比值大于3.0的井已超过20口； 水平位移超过4000m的井在100口井以上； 水平位移超过6000m的井在30口以上； 水平位移超过7000m的井在20口井以上； 水平位移超过10000m的井有3口。,大位移
8、井技术发展现状,第一章 特殊工艺井概述,国内大位移井钻井主要集中在中海油南海油田和渤海湾附近的胜利、大港、辽河等油田。到目前为止，完成的典型井为: 中海油合作完成的西江24-3-A14井，斜深9238m，水平位移8063m； 中石化完成的埕北21-平1井，斜深4837m，水平位移3167m； 中石油完成的港深69x1井，斜深5464m，水平位移3118m。 目前国内陆上已经具备了钻水平位移为4000m大位移井的技术能力。,第一章 特殊工艺井概述,一、水平井的新应用, 作为注入井，提高产量 分支水平井开采多个产层 开采老油田剩余油 多目标开发产层 开采气藏或疏松砂岩油藏 水平井资料用于油藏描述
9、薄层油藏、注水剖面修正、 持续增产,第二章 水平井作业技术,二、水平井主要完井方式,浅层疏松油层：套管固井定向射孔先期防砂分级注水泥滤砂筛管完井 浅层疏松油层侧钻水平井：管外封隔器悬挂滤砂筛管 中深层油层：分级注水泥筛管完井 管外封隔器悬挂滤砂筛管,第二章 水平井作业技术,三、水平井主要作业技术,水平井射流冲砂洗井 水平井喷射分段压裂 水平井酸化解堵 水平井防砂 水平井举升 水平井防落物管柱,第二章 水平井作业技术,1 水平井射流冲砂洗井连续管射流,1 水平井射流冲砂洗井旋转射流,第二章 水平井作业技术,研究新型高效射流振动冲击和速度压力分布特性，解决了高压旋转速度控制的关键技术问题，首创了水
10、平井高压旋转水射流处理近井地层增产增注新技术。 将硬件设备、软件、洗井液体系和处理监测方法等进行综合利用，将有助于降低洗井作业成本和作业风险，并使油气井以更快速度恢复生产。,水力喷射压裂技术是集射孔、压裂、隔离一体化的新型增产措施工艺，利用一个带喷嘴的喷射工具产生高速流体穿透套管、岩石，并在地层中形成孔洞，随后的高速流体直接作用于孔洞底部，产生高于地层破裂压力的压力，在地层中造出一条单一的裂缝。,2 水平井喷射分段压裂,第二章 水平井作业技术,3 水平井酸化解堵 难点：水平段长、渗透率差异大，造成酸液分布不均匀 技术方法： 水平段小于100m采用不动管柱笼统解堵 水平井段大于100m采用下分段
11、酸化管柱酸化或稠化酸多级注入均匀酸化技术,水平井分段酸化管柱示意图,第二章 水平井作业技术,1. 效果对比：冀东统计可类比井30口井： （筛管完井10口，固井射孔、防砂井20口） 固井射孔下管挡砂：液面下降快，长期低液面，产量稍低 筛管完井：液面稳定，较前者高500m，产量较高,4 水平井防砂工艺,2. 效益对比：滤砂筛管完井与射孔完井对比 小井眼侧钻水平井-单井节约投资5 常规水平井（150m水平段）-单井节约投资6 水平井防砂58井次，成功率100,第二章 水平井作业技术,5 水平井举升,第二章 水平井作业技术,螺杆泵,运行平稳，减少地层激动，降低出砂风险，有一定抽稠、携砂能力； 利用变频
12、技术，扩大排量调节范围，48-200方/日； 安装安全保护装置，防止杆断脱。,双作用泵、并联泵,适用于地层供液能力强，要求排量高的水平井和分支水平井； 地面变频，节能、排量调节大、调节方便、一次投入少。 日产液 110-295方/日,针对水平井不同的井身结构，冀东油田设计两套防落物管柱：下入皮碗式防落物管柱，悬挂在51/2套管上；采用Y441-114封隔器或Y211-114丢手封隔器悬挂在直井段。 目前已应用了110井次以上。,6 水平井防落物管柱,第二章 水平井作业技术,欠平衡钻井概念 欠平衡压力钻井是指在裸眼井段钻进过程中，允许地层流体进入井内，循环出井并在地面得到控制的一种钻井方式。 该
13、技术是80年代后期在美国德克萨斯州奥斯汀白垩系地层钻井时得以迅速发展起来的。 目前，国外已能实现全过程欠平衡钻井和完井。,第三章 全过程欠平衡作业,欠平衡钻井的优越性 1.提高机械钻速 2.减少粘卡和漏失 3.延长钻头寿命 4.正确评价储层 5.减少地层损害 6.解放油气层,国内外发展和应用现状,第三章 全过程欠平衡作业,国内外发展和应用现状,第三章 全过程欠平衡作业,国内从90年代中后期开始引进旋转防喷器等主要设备，进行欠平衡钻井研究和试验，取得很大进展和突破，创造了“磨溪速度”，胜利钻井院已能自主生产关键设备。 国内全过程欠平衡钻井关键设备井下压力控制阀研制取得可喜进展。,磨溪地区欠平衡钻
14、井速度与周期变化,国内外发展和应用现状,第三章 全过程欠平衡作业,全过程欠平衡作业技术是指在不压井条件下实现过井口密封装置带压进行钻井完井作业，主要包括：欠平衡钻进不压井带压起下钻柱不压井带压测井不压井下入完井管柱等。,全过程欠平衡作业技术,第三章 全过程欠平衡作业,全过程欠平衡作业两种方式,强行起下钻法,井下隔离法,井下隔离法采用井下隔离系统进行全过程欠平衡作业。井下隔离系统主要由井下套管阀、地面液压控制装置、管线束、各种附件等组成。套管阀的主要作用是隔离井下压力，改善欠平衡作业期间的起下管柱技术。,强行起下钻法是采用强行起下钻装置进行全过程欠平衡作业。主要作用是能够产生一定的力，克服井内压
15、力对钻柱产生的上顶力。,第三章 全过程欠平衡作业,井下套管阀主要有控制部分和阀体两大部分组成。分为液压力控制和钻柱控制两大类。,井下套管阀是井下隔离法全过程欠平衡作业的关键工具，国内多家研究院所研制并试验。,井下套管阀,第三章 全过程欠平衡作业,全过程欠平衡作业关键是套管阀以深的过胶芯不压井起下钻。 起下钻的过程中要始终保持井底液柱压力不变，防止地层欠压值增大，造成大量油气进入井筒，增加井控难度。,全过程欠平衡作业-不压井带压起下钻柱,不压井下完井管柱的作业程序与下钻柱基本相同，但必须安装油管内防喷工具，并解决好油管座封和井口密封油管旋转防喷器。,全过程欠平衡作业-不压井下完井管柱,第三章 全
16、过程欠平衡作业,带压测井时，注脂密封头密封滑动的电缆，注脂头需维修时，用电缆封井器密封电缆，可以更换或维修注脂头。,欠平衡带压测井井口密封装置,全过程欠平衡作业-不压井带压电测,第三章 全过程欠平衡作业,一. 不压井作业工作原理 二. 不压井技术发展概况 三. 不压井作业主要技术 四. 不压井作业优势与应用领域,第四章 不压井作业技术,不压井作业是在带压环境中由专业技术人员操作特殊设备起下管柱的一种作业方法，油井不用泥浆压井，水井不放喷，在井口自封防喷器的控制下强行起下油(水)管柱 。 目前国外已经广泛适用于欠平衡钻井、注水井、负压射孔完井、分层压裂和修井等作业中。美国和加拿大90以上的油气井采用不压井作业，每年不压井作业达40005000井次。,第四章 不压井作业技术,1.桥塞或堵塞器控制管柱内的压力2.防喷器组控制油套环形空间的压力3.举升机和卡瓦组控制管柱，实现带压起下,一、不压井作业工作原理,1929年H C. Otis提出不压井
