最新定向井专业知识PPT课件.ppt
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1、定向井专业知识定向井钻井设计和井眼定向井钻井设计和井眼轨迹控制技术轨迹控制技术定向井钻井设计技术基本概念定向井的定义沿着预先设计的井斜和方位(井眼轴线)钻达目的层位的钻井方法,成为定向钻井。定向钻井的应用地面限制在钻井施工中,控制井眼曲率是十分重要的。实践表明,在井眼曲率过大的狗腿井段,易出现一系列问题(卡钻、断钻具等),给钻井带来不利影响。因此,定向井在进行钻井设计时都要根据不同的钻井条件,分别提出允许的最大全角变化率,以保证钻井、完井、采油、和修井等作业的顺利进行。在实际施工中,要保证全角变化率在允许的范围内,否则,会出现一系列的事故或复杂。例如:霸105xx井,设计垂深1990米(A17
2、80/B1880),直井段1174米,井斜6.1 度,方位270度与设计方位相反。水平位移70.16米。定向造斜后,全角变化率达到6.08度/25米。造成完钻通井时卡钻。京22-32xx,设计垂深2650米(A2430/B2600),直井段1954米,井斜7.55度,方位200度,2153m(造斜点)水平位移达47m,闭合方位190.250,与设计方位(113.820)相差76.430。由于上直段没有打直,定向时边造斜边扭方位,至2387m时井斜达到400,方位1100,钻至井深2460m期间,因井眼曲率变化大发生断钻铤事故三起。全角变化率达到8.17度/25米。原因:单点测斜三次:井深885
3、 m,井斜0.10,方位200;井深1313 m,井斜00,方位00;井深1720m吊测未成,继续钻进至定向。安56-17x1井,设计垂深3180米(A2980米),侧钻点1920米。当钻至2420米(27度、192度),甩掉单弯(1度),稳斜。井深2668米(25度、203度),起钻,下如单弯(1.25度)增斜扭方位,2790米(32度、187度),造成全角变化率超标达到4.17度/25米。完钻电测5次通井。定向井轨道设计常规两维定向井轨道设计轨道设计的内容和不骤:根据地质要求,选择轨道类型。确定增斜率和降斜率,选择造斜点。求得全井最大井斜角。计算各井段的井斜角、垂深、水平位移、井斜方位角和
4、井深。作垂直轨道图和水平投影图,必要时绘出控制安全圆柱。轨道设计的方法:常规定向井轨道有三段制剖面和五段制剖面,由地质条件、要求,可演化为多靶三段制剖面(务38井5靶)、双增型剖面等。选择造斜点:地层比较稳定,避免在破碎带、漏失层、流砂层、易坍塌等复杂地层造斜。如:州16断块,在900-1100米之间有火沉岩。安718断块,在1560米以上下技术套管(漏失层)。可钻性较均匀的地层,避免在硬夹层造斜。垂深大位移小的定向井,应下压造斜点,以发挥直井段钻井优势;垂深小位移大的定向井,应提高造斜点,可减少定向施工的工作量。在井眼方位漂移严重的地层钻定向井,造斜点位置尽可能使斜井段避开方位漂移大的地层或
5、利用方位自然漂移规律钻达目标点。如:岔33断块、岔74断块,在2200-2500米方位自然漂移无规律。霸断块,在1500-1800米方位漂移严重。别古庄地区的井,自然方位在180度左右。三维(绕障、纠偏)定向井轨道设计丛式井设计要考虑的因素:井口位置确定后,要注意井架大门的朝向,避免井眼轨迹交叉。相邻两井的造斜点应错开一定距离,一般不小于30米。轨道的防碰校核。如在平台的控制面积范围内有已钻井,且与设计轨道相距不远,则应用防碰技术进行设计和校核。在满足地质和甲方要求的前提下,第一口井设计位移小的井,第二口井设计位移大的井。第二口井尽量上移造斜点,降低施工难度。在满足地质和地面条件要求的前提下,
6、井架大门的朝向,要考虑当地气候和风向,降低劳动强度。水平井轨道设计华北:1996年四公司,任平2井,水平段150米。2003年10月22日开钻高36平4井(三公司)-钻探薄油层(5米)。大位移井设计大位移井的技术特性:随着定向井、水平井钻井技术的发展,出现了大位移井(ERD)钻井技术。ERD定义为水平位移与垂深之比大于2,且水平位移大于3000米的定向井。稳斜角大于60度。由于位移延伸,导致大位移井比水平井更具有特殊性:磨阻、扭矩大。井眼曲率低。循环压耗大,钻井液当量密度高。井眼长、井斜大、携砂困难。轨迹控制难度大。井下安全程度降低。(1998年学习时,位移6000米,美 国公司在加拿大打的)
7、二、定向井井眼轨迹控制技术随着技术的迅速发展,各种先进的仪器(有线和无线测斜仪)在现场使用越来越广泛,大大提高了轨迹控制精度和质量。因此,采油厂对井身质量和靶区半径的要求也越来越严格。定向井井眼轨迹控制技术,必须不断的完善和进步。定向前的准备工作地质和工程设计分析:准备施工前,必须对地质和工程设计进行认真地阅读和分析,并查阅已钻邻井资料和本区块的地质特性,制定好每一口井的具体施工方案。然后,准备好施工的仪器和工具,在地面进行试运转和校核。计算出方位角的允许偏差:=arcsinR/S R-靶区半径 S-设计水平位移例如:某定向井设计垂深3000米,靶心垂深2850米,靶心方位301度,靶心位移3
8、58米,靶心半径25米,造斜点1670米。试计算靶心方位角的允许偏差值?解:因为=arcsinR/S 所以=arcsin25/358=arcsin0.0698=4(度)答:靶心方位角的允许偏差值为4度。定向前直井段的施工方法:直井段施工的最基本要求是严格控制井斜角,将井眼钻直,以便为定向造斜做好准备。钻直井段常用的钻具组合:略根据直井段长短和地层是否易斜,考虑作业者的施工经验和控制轨迹的水平,制定合理的测斜计划,建议直井段不超过200米测斜一次。对定向前直井段较长(超过1000米)或直井段井斜角较大等情况,必须进行多电测斜,并进行测斜数据处理,计算出结果后方可定向施工。定向造斜施工目前,定向施
9、工方法大体分为两种:单点测斜仪定向方法和随钻测斜仪定向方法。单点测斜仪定向方法:略随钻测斜仪定向方法:略定向井轨迹计算和绘图各井段钻具组合及特性。略定向井井身质量要求定向井井身质量评定项目所采用的数据以磁性单、多点测斜仪测量的数据为准。井斜角以0.25度为基本测读单元;方位角以1度为基本测读单元。三、举例说明州23xx井是一口双靶预探井,位于河北省固安县旧州乡西庄字村南偏西550米处,在冀中坳陷廊固凹陷柳泉-曹家务构造带虎珀营构造泉66断块上。设计完钻垂深2650米。设计A靶垂深1650米,设计方位153.95度,设计位移105.20米;设计B靶垂深2300米,设计方位153.88度,设计位移
10、686.60米,井眼轨迹为三段双靶制定向井。本井实际井深3345米,钻井周期40.82天,建井周期50.71天,井身质量、固井质量、一次中靶率均达到100。因取心、地质观察、掉钻头测钻、钻时较慢(2000米以下不许使用PDC钻头)等因素,钻机月速仅2039.63米/台月,平均机械钻速只有8.71米/小时。现将整个施工过程介绍如下:1.直井段(167米)钻具组合:216mmHAT127+159mmNDC+159mmLDC+214mm螺扶+159mmLDC+214mm螺扶+159mmLDC 5柱+127mm钻杆钻井叁数:钻压80KN 转速203N/MIN、排量38L/S 泵压12MPA单点测斜数据
11、:井深400米 井斜0.2度 方位70 度 井深597米 井斜0.6度 方位145度井深807米 井斜0.2度 方位170度 井深1005米 井斜0.5度 方位250度井深1155米 井斜0.2度 方位210度井深1160米,起钻,换钻头。原钻具、原参数钻进直造斜点。井深1260米 井斜0.2度 方位160度2.定向造斜井段(1374.28米)钻具组合:216mmJD437+172mm(1度)单+159mmNDC+159mmLDC11根+127mm钻杆下钻到底,开泵,泵压9MPa,无进尺。起钻,钻头落井。综合考虑后,决定:打水泥填井侧钻。侧钻井段(1260米)钻具组合:216mmJD437+1
12、72mm螺杆2度弯接头+159mmNDC+159mmLDC11根+127mm钻杆钻井叁数:钻压50-80KN 排量38L/S 泵压12MPA随钻测斜数据:井深1294米 井斜4度 方位159度 井深1314米 井斜9度 方位160度井深1325米时,通过返出的砂样和计算可知:侧钻成功,方位与设计方位 相同,故起钻。下入稳斜钻具,钻至造斜点处定向。3.稳斜井段(1325米)钻具组合:216mmPDC(5翼)+159mmNDC+159mmLDC+214mm螺扶+159mmLDC+214mm螺扶+159mmLDC 5柱+127mm钻杆钻井叁数:钻压80KN 转速203N/MIN、排量38L/S 泵压
13、12MPA井深1375.71米时,测斜,绞车钢丝绳断裂,仪器落井。起钻。下入单弯螺 杆,先复合钻进,到1540米时,再定向。4.定向造斜井段(1375.71米)钻具组合:216mmH517+172mm(1度)单+159mmNDC+159mmLDC11根+127mm钻杆钻井叁数:钻压100-120KN 转速73+180N/MIN、排量38L/S 泵压12MPA单点测斜数据:井深1374米 井斜11.5度 方位168度 井深1475米 井斜12.0度 方位169度随钻测斜数据:井深1544米 井斜12.0度 方位169度 井深1559米 井斜15.5度 方位166度井深1587米 井斜22.5度
14、方位161度井深1616米 井斜27.7度 方位157度 井深1635米 井斜32.0度 方位155度井深1646米 井斜33.9度 方位157度井深1656米 井斜35.7度 方位157度井深1676米 井斜40.0度 方位157度井深1685米时,泵压正常,无进尺。起钻。发现三个牙轮脱轴,泥包成球形,未落井。此时,井斜与设计井斜差6度,下入微增钻具,增斜。5.微增井段(1685米)钻具组合:216mmH517+214mm螺扶+159mmNDC+159mmDC3M+214mm螺扶+159mmLDC6柱+127mm钻杆钻井叁数:钻压160KN 转速73-117N/MIN、排量38L/S 泵压1
15、2MPA单点测斜数据:井深1690米 井斜41度 方位140度井深1746米 井斜45度 方位142度单点测斜数据与随钻测斜数据不附,相差17度。下入随钻测斜仪效对测斜数据如下:随钻测斜数据:井深1756米 井斜45度 方位163度钻进两根后,测斜。单点测斜数据:井深1768米 井斜47度 方位143度随钻测斜数据:井深1768米 井斜47度 方位163度单点测斜数据与随钻测斜数据,总是不附,此时,增斜率偏高,井斜过大,方位右漂,起钻,查找原因,扭方位。起钻后,发现:未下托盘,仪器未在无磁钻挺内照像。因此,单点测斜数据是错误的。6.扭方位井段(1778米)钻具组合:216mmH517+172m
16、m(1度)单+159mmNDC+159mmLDC11根+127mm钻杆钻井叁数:钻压80-120KN 转速73-117N/MIN、排量38L/S 泵压12MPA单点测斜数据:井深1810米 井斜49度 方位165度(复)随钻测斜数据:井深1890米 井斜42度 方位155度(扭)单点测斜数据:井深1985米 井斜42度 方位154度(复)井深2080米 井斜43度 方位154度(复)井深2108米,井斜、方位达到设计要求,起钻。下入稳斜钻具。7.稳斜井段(2108米)钻具组合:216mmPDC(5翼)+159mmNDC+159mmLDC+214mm螺方位右漂扶+159mmLDC+214mm螺扶
17、+159mmLDC 5柱+127mm钻杆钻井叁数:钻压80-120KN 转速73-117N/MIN、排量38L/S 泵压14MPA单点测斜数据:井深2145米 井斜40.5度 方位159度井深2185米 井斜37.5度 方位162度井深2190米,方位继续右漂,为控制井眼轨迹,达到中靶,起钻,下入单弯螺杆,复合钻进(稳斜、稳方位较好)。8.稳斜井段(2190米)钻具组合:216mm PDC(5翼)+172mm(1度)单+159mmNDC+159mmLDC11根+127mm钻杆钻井叁数:钻压60KN 转速73-180N/MIN、排量38L/S 泵压14MPA单点测斜数据:井深2240米 井斜38
18、度 方位158度井深2300米 井斜37度 方位159度井深2309米,稳斜、稳方位较好,地质因为钻时较快,地层不易确定,要 求起钻,换牙轮钻头。9.稳斜井段(2309米)钻具组合:216mmH517+172mm(1度)单+159mmNDC+159mmLDC11根+127mm钻杆钻井叁数:钻压100-120KN 转速73-180N/MIN、排量38L/S 泵压14MPA单点测斜数据:井深2350米 井斜38.5度 方位159度井深2445米,钻时突然由5-8分/1米变为20分/1米,起钻。发现:一个牙轮脱轴。10.稳斜井段(2445米)钻具组合:216mmH517+214mm螺扶+159mmN
19、DC+214mm螺扶+159mmLDC6柱+127mm钻杆钻井叁数:钻压160KN 转速73N/MIN、排量38L/S 泵压15MPA单点测斜数据:井深2460米 井斜39.2度 方位161度井深2530米 井斜39.5度 方位158度通过计算:A、B靶均已中靶,井眼轨迹满足地质和甲方的要求。下部井段,按原钻具组合、原钻井叁数达完进尺。本井实际井深3345米,井底水平位移1009.73米。A靶:靶心距16.52米;B靶:靶心距17.98米。最大井斜47.9度/1800米。11.几点认识和建议直井段井斜容易控制,自然方位在200度左右。1500米以后,方位右漂,漂移率12度/100米,一根半的增
20、斜钻具,增斜率10度/100米。本区块,172mm单弯螺杆+PDC钻头复合钻进,稳斜、稳方位较好。H517+172mm单弯螺杆,钻压80-100KN。定向钻进26小时,三个牙轮脱轴;复合钻进18小时,一个牙轮脱轴。井深超过1500米,不易使用牙轮钻头定向或复合钻进。提高施工人员技术素质的培养,加强工人责任心的培养,避免井下复杂和事故的发生,提高钻井速度。冀中地区复合钻钻井工具冀中地区复合钻钻井工具选择及应用选择及应用近年来,随着定向井钻井技术的不断进步和完善,钻井工具也不断的更新和发展,因此,合理的选择钻井工具,并正确的使用它就显得尤为重要了。螺杆钻具在复合钻进中的工作特点机械钻速高,而且一次
21、下井作业时间长。复合钻与定向作业不同的是提高钻速,减少起下钻次数。要求:螺杆寿命长,PDC钻头适应地层性能强。一般情况,螺杆的寿命应该是一个或几个PDC钻头的寿命。螺杆复合钻进,负载情况复杂。螺杆钻具在定向作业时,只承受钻压的作用,传动轴总成受力比较平稳。而复合钻进时,螺杆钻具不但要承受钻压的作用,而且还要克服因井壁摩擦和破碎岩石带来的径向负载,并且因为破碎岩石时产生的冲击力,螺杆钻具承受的径向负载变化大,因此,要求螺杆钻具传动轴总成的结构更加合理,具有更高的强度和抗冲击抗疲劳能力。如:大港油田集团中成公司生产的螺杆钻具,能满足复合钻的要求。要求马达提供合理的输出扭矩和输出转速。提高钻速就意味
22、着钻头在单位时间内切削更多的岩层,要求螺杆钻具提供足够的动力,也就是输出扭矩足够大。但是螺杆钻具的输出扭矩和输出转速是成反比,因此,在满足输出转速的同时,尽量提高输出扭矩。目前公司使用的172mm单弯螺杆(5/6个头,5级马达)。另外,由于输出扭矩和输出转速都大幅度增加,定子橡胶的负载大幅增加,从而出现掉胶脱胶现象。工作排量大。钻进 中,及时有效地把钻头破岩产生的岩屑清离井底,避免岩屑重复破碎,是提高钻速的一项重要手段。复合钻进产生的岩屑比常规钻井要多出若干倍,因此,常使用大排量携带岩屑。以172螺杆为例:目前复合钻常使用的工作排量为32-36L/S(170-180缸套),超出了其理论给出的排
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