【文章內容簡介】 鉆井相比其泥漿循環(huán)系統(tǒng)的容積要小一些。固控設備也包括振動篩、除砂器、除泥器和離心機。泥漿泵的功率應滿足井下泥漿馬達和井眼清潔的要求。 與常規(guī)鉆井一樣 ,連續(xù)油管鉆井中的主要井控設備也是防噴器組它是由全封閉閘板、剪切式閘板、帶卡瓦閘板和連續(xù)油管組成。在欠平衡壓力鉆井中通常采用兩套防噴器組一套用在連續(xù)油管上一套用在井底鉆具組合上。 連續(xù)油管鉆井用的井下工具主要有鉆頭、彎接頭、馬達、鉆鋌、分離機構、連續(xù)油管配合接頭。用于連續(xù)油管鉆井的鉆頭應具備 1 在低鉆壓和高轉速下應具有足夠的破巖能力 2 在鉆井過程中 ,鉆頭對扭矩的要求要低以避免高扭矩使連續(xù)油管疲勞破壞。目前 ,常用的鉆頭有 TSP、天然金剛石鉆頭和 PDC 鉆頭。 用連續(xù)油管鉆定向井和水平井過程中在下部鉆具組合中應配有彎接頭和定向工具。用常規(guī)鉆柱鉆定向井或水平井時底部鉆具組合的工具面方位可在地面通過轉動鉆柱進行調整。但用連續(xù)油管鉆井時因連續(xù)油管不能旋轉必須用一種專門的井下工具即定向工具來調整底部鉆具組合的工具面方位。鉆鋌主要給鉆頭施加鉆壓提高鉆頭的破巖能量從而提高機械鉆速。在使用導向工具或 MWD 系統(tǒng) 時必須使用無磁鉆鋌以避免電磁干擾避免導向和測量錯誤。 容積式馬達用來旋轉鉆頭。連續(xù)油管鉆井中所用的容積式馬達主要有三種類型高速低扭矩、中速中扭矩和低速高扭矩。在施工中馬達必須與所用的鉆頭相匹配低速高扭矩馬達適合于 TSD 鉆頭和天然金剛石鉆頭中速中扭矩馬達適合 PDC鉆頭。 連續(xù)油管適配器用來聯(lián)接連續(xù)油管和底部鉆具組合它所承受的扭矩必須大于泥漿馬達所產生的扭矩同時還需處理下部鉆具組合的振動以確保連續(xù)油管免遭損壞。它的抗拉強度應大于連續(xù)油管本身的抗拉強度。 連續(xù)油管施工過程中如果下部鉆具組合發(fā)生卡鉆或其它井下事故就 應該使用分離機構使連續(xù)油管與下部鉆具組合分離。目前使用的分離機構主要有液壓和剪切機構兩種所用的分離機構必須能夠抵抗泥漿馬達的扭矩。 液壓機構的工作原理是從地面往連續(xù)油管內泵入一個小球當小球下行到球座上時連續(xù)油管開始憋壓當壓力達到某一高度時連接工具的剪切銷釘被剪斷使下部鉆具組合與連續(xù)油管分離。 剪切機構的工作原理是當發(fā)生卡鉆時上提連續(xù)油管當連續(xù)油管被施加到一定的拉力時連接工具的剪切銷釘被剪斷使下部鉆具組合與連續(xù)油管分離。當連續(xù)油管起出井口以后使用打撈工具來回收下部鉆具組合。 1 連續(xù)油管直徑不斷增大 最大尺 寸達Φ 制造材料由碳鋼發(fā)展到調質合金鋼、鈦合金等合金材料及復合材料強度從低強度發(fā)展到高強度 屈服強度已達 960MPa 焊接技術由多焊縫發(fā)展到少焊縫直到無焊縫。 2 連續(xù)油管疲勞破壞的精確模擬提高了鉆井作業(yè)的可靠性。 3 連續(xù)油管注入頭進展顯著 HR480 型注入頭的強行下入能力可達 180kN 低速最大拉力達 450kN 高速最大拉力達 180kN 注入頭鏈條可以更換。 4 在過程控制系統(tǒng)、電纜安裝系統(tǒng)、數據采集系統(tǒng)等方面也取得了明顯進展。 5 電動連續(xù)油管鉆井系統(tǒng)研制試驗成功。該系統(tǒng)的核心部件是 井底電動鉆具總成。它采用了電潛泵馬達而不是常規(guī)的容積式馬達。電潛泵馬達與行星式變速箱連接能夠把輸出軸轉速降低到與鉆井條件相適應的轉速。該馬達由地面上的一臺與變速驅動裝置相連的便攜式計算機控制。該井下電動鉆具總成經現場試驗證明具有很多優(yōu)點可以使鉆頭轉速與鉆井液流量無關可以獲得井下數據可以改變旋轉方向可以采用欠平衡壓力鉆井可以使循環(huán)壓力與地層壓力獲得動態(tài)平衡可實現自動控制井斜和方位降低起下井底鉆具總成的次數提高連續(xù)油管的使用壽命。 連續(xù)油管鉆井 簡稱 CTD 是國外九十年代發(fā)展起來的一項新技術。連續(xù)油管鉆井技術通 過側鉆、小井眼、欠平衡鉆井和過油管作業(yè)等開發(fā)常規(guī)鉆井技術難以達到的、隱蔽的、枯竭的油氣藏。連續(xù)油管具有無接頭、無變徑、彎曲大、能連續(xù)起下能動態(tài)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(guī)接頭鉆桿鉆井相比 CTD 操作簡便施工安全污染小和占地少操作人員僅需 4 人作業(yè)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(fā)達國家在短短的幾年內 CTD技術的配套應用得到了迅速的 發(fā)展初步顯示了 CTD技術旺盛的生命力和巨大的吸引力。連續(xù)油管鉆機 CTD 在普魯得霍灣 Prudhoe 延伸現有水平井或水平側鉆其成本是常規(guī)鉆機的 40%利用此項技術鉆斜井平均日產油量由以前的 900 桶升至 2020 桶 ,經濟效益顯著。 CTD 的發(fā)展趨勢和主要優(yōu)勢是小井眼、欠平衡、多側向、短半徑和重進入。 小井眼鉆井是指井徑小于 120mm 的井眼。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(huán)境。連續(xù)油管尺寸小強度高 ,用其進行小井眼鉆井具有獨特的優(yōu)勢。 小井眼 CT 鉆井技術是將小井眼和 CT 鉆井技術結合起來的一種綜合技術，既體現了小井眼鉆井技術的優(yōu)點，又顯示出 CT 鉆井技術所具有的常規(guī)鉆井技術不能比擬的優(yōu)越性。 CT 鉆井技術特別適合于鉆小井眼井，并為完成高效益的小井眼井提供了潛在的能力。以 CT 技術為手段的小井眼鉆井在技術上和經濟上將會取得巨大的成功。這兩項技術的結合，將大大地降低鉆井成本和鉆井對產層造成的損害，能給鉆井人員提供一個安全的工作環(huán)境，能在海上及陸上邊遠地區(qū)、環(huán)境敏感地區(qū)和一些惡劣自然環(huán)境下進行常規(guī)鉆井技術所不能完成的作業(yè)，并且比常規(guī)鉆井技術更易于實現 自動化、智能化鉆井，此技術有著巨大的市場潛力。 小井眼鉆井的初期投資較小，開發(fā)較經濟。小井眼鉆井技術是被實踐證明能大幅度降低油田勘探開發(fā)鉆井成本的產業(yè)化技術。實踐證明，與常規(guī)井眼相比，小井眼探井和評價井的鉆井成本可降低 40%～ 60%或更大，生產井和注人井的鉆井成本可降低 25%～ 40%或更大。目前，小井眼鉆井技術越來越多地采用 CT 鉆井技術，為降低鉆井成本和提高采收率提供了一個有效的途徑。 CT 鉆井技術特別適用于小井眼鉆井。 CT 鉆井裝備比小井眼鉆機小且易移動。小井眼鉆井使用 CT 鉆井的工具和設備，將占據更小的井場 ，能夠大大地減少搬運費減少鉆機重量即減少鉆機租用費小井眼鉆井使用 CT 鉆井技術，與常規(guī)井相比所需工作人員少，設備維護保養(yǎng)少，減少勞動費用。這些費用的減少加上使用小直徑的井下馬達與 PDC 等小尺寸鉆頭所得到的較高鉆速，成本減少可達 50 %。 小井眼用 CT 鉆井與常規(guī)接頭鉆桿鉆井相比，用 CT 鉆并操作簡便，施工安全，主要體現在以下幾個方面 1 能夠安全地實現欠平衡壓力鉆井作業(yè)，有利于保護油氣層，提高鉆速。 CT 沒有接頭，為實現欠平衡壓力鉆井創(chuàng)造了有利條件。安裝在防噴器上方的環(huán)形橡膠，其作用相當于始終處于關閉狀態(tài)的環(huán)形防噴 器，它能在鉆進和起下鉆作業(yè)過程中密封環(huán)空，使鉆井作業(yè)得以在欠平衡壓力下進行，從而可防止地層傷害并提高鉆速。 2 在鉆進過程中不需停泵接單根，可實現鉆井液的連續(xù)循環(huán)，不必壓井就可以進行換鉆頭和起下鉆作業(yè)。減少了起下鉆時間，縮短了鉆井周期，提高了起下鉆速度和作業(yè)的安全性，避免因接單根可能引起井噴和卡鉆事故的發(fā)生。 3 采用 CT 鉆井，免去了鉆井人員在鉆臺上進行接卸鉆桿作業(yè)，這樣，可避免在接卸鉆桿時人員的傷亡，明顯的改善鉆井工人的安全性。 4 小井眼 CT 鉆井作業(yè)中起下鉆和鉆臺工作量少，所需操作人員少，提供了一 個安全的工作環(huán)境。 環(huán)保問題日趨重要，減少對環(huán)境的影響己成為鉆井的主要問題之一，小井眼CT 鉆井技術為最大程度地減少廢物和改善對整個環(huán)境的影響提供了一個有效的途徑。 1 小井眼 CT 鉆井使用較小的鉆井裝備，使得操作運行的場地大大減小，減少對環(huán)境的影響。一個常規(guī)鉆機的占地面積至少是小井眼 CT 鉆機的 4 倍。小井眼 CT 鉆機和 CT 也比常規(guī)鉆機和鉆桿輕得多。另外，由于小井眼 CT 鉆井所需裝備少于常規(guī)鉆機，小井眼 CT 鉆井所需的功率減小，燃油消耗和排放到大氣的廢氣也相應地減少，對空氣的污染也就隨之減少。 2 小井眼 CT 鉆井另 一個優(yōu)點是降低噪聲，在臨近居民區(qū)鉆井作業(yè)時，這一點就顯得特別重要。同時，來自常規(guī)管柱操作的噪音也因采用 CT 鉆井而幾乎被消除。 3 隨著廢液處理費用的不斷上升，人們認識到應重視減少廢物的產生。小井眼 CT 鉆井通過減小井眼尺寸，大大地減少了鉆屑和泥漿體積，從而減少了廢液、廢氣的產生。這樣，與鉆井液使用和處理有關的運輸和環(huán)境問題也明顯減少。 當前，國際石油鉆井技術發(fā)展的總趨勢是以信息化、智能化、自動化為特點，向自動化鉆井階段發(fā)展。小井眼 CT 鉆井技術比常規(guī)鉆井技術更容易實現自動化鉆井作業(yè)，不僅是因為它地面設備少，占 地面積小，所需操作人員少等特點滿足自動化鉆井的需要，最重要的是在 CT 內可以內置電纜，能實現井底和地面的雙向信息傳送，并能配有動力電纜和智能井底鉆具組合所必需的高速數據傳輸系統(tǒng)，更有利于實現自動控制和隨鉆測量，更容易實現信息化、智能化、自動化遙控鉆井。 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(xù)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(chuàng)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(fā)現油氣的優(yōu)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(huán)空流量更好地將水平段巖屑攜帶出來提高機械鉆速。 在常規(guī)欠平衡鉆井施工中，為了降低流體靜壓頭，在井筒獲得欠平衡狀態(tài)，鉆井液同時使用液相和氣相。這就要求在山鉆桿連接組成的鉆柱內安裝浮子，在每次接單根之前把浮子以上的流體替換成單相流體 液相 在接單根時暫停循環(huán)，井筒內液相和氣相分離 氣體上升，液體下沉 ，對油藏造成壓力波動。另外，停泵后會形成巖屑墊層。接完單根恢復鉆井作業(yè)、開始轉動管柱后，巖屑墊層可能會被慢慢碾磨到井筒表面。 而連續(xù) 油管具有連續(xù)作業(yè)的特性，就成為欠平衡鉆井施工一個極佳的選擇。采用連續(xù)油管無需接單根，能夠保持井底壓力穩(wěn)定，不會對地層產生外來的壓力波動。如果井筒流體力學設計合理，可以避免出現巖屑墊層。采用連續(xù)油管鉆井，由于連續(xù)不停地循環(huán)鉆井液井內欠平衡狀態(tài)成為穩(wěn)態(tài)流動狀態(tài)從而形成真正的欠平衡狀態(tài)。 在欠平衡壓力條件下采用連續(xù)油管鉆井已顯示出較大的優(yōu)越性主要優(yōu)點如下。 減少對地層或產層的損害 欠平衡鉆井要求在鉆進、接單根、起下鉆等作業(yè)過程中始終保持負壓條件這樣能有效地減少對地層或產層的損害。用常規(guī)的連接鉆桿柱進行欠平衡鉆井在 連接鉆桿時會失去其優(yōu)勢而采用連續(xù)油管 ,因鉆井期間不用連接鉆桿可始終維持欠平衡條件從而充分地顯示出了欠平衡鉆井的優(yōu)越性。 鉆井效率高 欠平衡鉆井的鉆速比常規(guī)鉆井高而連續(xù)油管在欠平衡鉆井中不用接單根省去了接單根的時間而在起下鉆中的起下速度也比常規(guī)鉆桿柱快這樣可大大節(jié)約占用鉆機的時間。 鉆井安全可靠 欠平衡鉆井中采用連續(xù)油管免去了鉆井人員在鉆臺上進行接卸鉆桿作業(yè)這樣可避免在接卸鉆桿時人員的傷亡。另一個優(yōu)點是采用連續(xù)油管在起下鉆作業(yè)時可連續(xù)循環(huán)鉆井液消除了在起下鉆產生的壓力抽吸及壓力激動所引起的井噴事故。 可實 時進行環(huán)空壓力測量 在通常情況下鉆井液脈沖 MWD 工具不能在欠平衡鉆井所用的可壓縮鉆井液中使用這樣 ,就無法進行測量。在這種情況下如使用有線 MWD 工具進行測量但在測量時因需停鉆而失去欠平衡條件。為解決這方面的問題在目前情況下采用連續(xù)油管具有獨特的優(yōu)勢因連續(xù)油管內裝的電纜可進行實時定向測量、實時環(huán)空壓力測量和實時伽馬測井同時也能維持連續(xù)的欠平衡條件。 節(jié)約鉆井費用 連續(xù)油管欠平衡鉆井因不需龐大的鉆井設備井場用地少適應性強 ,有利于節(jié)約鉆井費用。 雖然欠平衡連續(xù)油管鉆井具有明顯的優(yōu)越性但也有它的局限性由于連續(xù)油管的 柔性使其易堵所以目前可達水平的長度受到限制。另外使用連續(xù)油管進行欠平衡定向斜井或水平鉆井方向難以控制。如果在鉆井過程中井眼穩(wěn)定性方面出現問題連續(xù)油管便無法轉動。如果需要振動來釋放卡在井內的鉆具組合連續(xù)油管管柱根本無法承受常規(guī)鉆鋌和鉆桿所能承受的惡劣機械操作工況。 井底壓力控制如果當量循環(huán)密度設計值不變可以利用井口壓力通過生產油管環(huán)空作用到連續(xù)油管上就能維持近平衡條件。井口壓力由回流管線上的附加節(jié)流裝置控制節(jié)流管匯如圖所示。有了這種控制節(jié)流裝置 ,可以不用防噴器管匯節(jié)流防噴器節(jié)流管匯主要用于井控。該節(jié)流裝置由人 工輪換操作 ,需隨時與司鉆保持聯(lián)系。作業(yè)中泵速變化與設計的井底壓力變化一致。由于井口壓力隨當量循環(huán)密度的變化而變化 ,因此司鉆和控制節(jié)流的操作人員都要依據井口壓力的變化情況進行操作。 圖 向回流管線提供井口壓力維持井底近平衡條件的控制節(jié)流簡圖 壓力調配 更換底部鉆具組合時必須保持井底壓力的恒定。當底部鉆具組合起出地面井底壓力已達到設計值時底部鉆具組合中的配置接頭就與底部鉆具組合斷開并經過防噴器組上的管子閘板 /卡瓦閘板關閉防噴器隔離井口壓力然后利用防噴管內的電纜移開底部鉆具組合最后關閉井口總閥恢復井口壓力。 起下 管柱時的壓力控制 起下管柱時必須保持井底壓力的恒定。下入管柱過程中不會沿連續(xù)油管循環(huán)鉆井液以免造成鉆頭破損可以靠節(jié)流控制返回的驅替液維持井口壓力起出管柱過程中同樣不能沿連續(xù)油管循環(huán)鉆井液但可通過防噴器組上的 T 型壓力接頭循環(huán)維持井口壓力當井筒內