大位移井技术的发展及对钻头的要求

江汉石油职工大学学报　

2005年11月　

JournalofJianghanPetroleumUniversityofStaffandWorkers　　

第18卷　第6期

大位移井技术的发展及对钻头的要求

杨燕周

(江汉石油钻头股份有限公司,湖北潜江433124)

[摘　要]　大位移钻井是开发边际油田的有效手段。大位移井的关键技术主要有扭矩/摩阻和井眼轨道控制工具,这

些技术要求钻头具有以下特点:具有良好的保径能力,轴承寿命长,掌尖和掌背部位耐磨损,密封系统耐高温等。[关键词]　大位移井;扭矩;摩阻;井眼轨道控制;钻头

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[中图分类号]　TE921.1;TE242　[文献标识码]　A　[文章编号]　—301X(2005)—(02)

　　20世纪90年代出现的大位移井是在水平井钻井技式,,ExtendedReach,的。水平井、深井、超深井技术的综合体现,代表了当今世界最先进的钻井技术。1　大位移井的优势

目前,国际上较为普遍采用的基本定义为:钻井垂直井深与水平位移(不包括水平段)之比为1:2以上,且航行角大于60°的井,称为大位移井(注:航行角是指钻大位移井稳斜段的井斜角)。国内定义为:垂直井深2000m以上,垂直井深与水平位移之比为1:2以上的井称为大位移井。

大位移井技术迅速发展的原因是它具有重要的经济价值。目前世界上许多国家利用这项技术来勘探开发海上、滨海、岛屿和地面条件恶劣地区的油气田,减少建造平台、人工岛和减少钻油气井数。老油气田可利用原有的基础设施钻大位移井,加速油田探边和开发,缩短产油周期,扩大泄油半径,提高单井产量和延长井的寿命;增加整个油田的产量和最终采收率,还大大节约投资。利用钻大位移井还有机会勘探开发那些费用高、环境和井位受限制的油气资源。因此,虽然这项技术还正在发展和完善之中,但已在世界各地取得了重大成效。

由此可见,大位移井有以下优势:(1)用大位移井开发海上油气田,可大量节省费用。(2)靠近海岸的近海油田,可钻大位移井进行勘探、开发。(3)不同类型油气田钻大位移井可提高经济效益。(4)使用大位移井可以代替复杂的海底井口开发油田,既可节省海底设备,又可节省大量投资(见表1)。(5)利用大位移井可以在环保要求高的地区钻井,以满足环保要求。

表1大位移井方案的经济效益

时间

地区

原开发方案在lrene平台西北3.2km建第2个平台

水下开发费用为1.5亿美元

两个平台间距离15km,水下方案需2.7千万美元建人工岛

大位移井方案经济效益节省1亿美元3口大位移井,节省4.5千万美元

1991美国加州Ped2

ernales油田1993挪威Statfjord

油田1995挪威Oseberg

油田

节省3.2百万美元,采收率提高到64%海油陆采,节省1.5亿美元,提前3年投产

英国南部

1996WytchFarm油

田

,大港油田、胜利油田均已钻过3km多水平位移的大斜度井,具有一定的钻大位移井经验,也完全有能力钻更大的大位移井。因此,充分开发和利用大位移钻井这一新技术,对加快我国钻井技术的发展、加快滩海及海洋的勘探开发速度,以及提高油田的整体经济效益,具有重大的现实意义。2　大位移井的关键技术

1994年SPE69届钻井会议对大位移井钻井技术进行了全面系统的总结,归纳了以下10项关键技术:扭矩/摩阻、钻柱设计、井壁稳定、井眼净化、泥浆和固控、套管作业、定向钻井优化、测量、钻柱振动和钻机设备。近年来随着技术的不断成熟,大位移井钻井工艺的难点和重点已集中在扭矩摩阻、轨道设计、定向控制、水力学与井眼净化、套管漂浮技术等方面。以下主要阐述大位移井的扭矩/摩阻和井眼轨道控制工具。2.1　扭矩/摩阻

扭矩/摩阻是制约大位移井的关键因素,应在实际钻井作业中采取综合措施来降低摩阻和扭矩。这些综合措施包括:①在油基钻井液中增加油水比、在水基钻井液中使用润滑剂和玻璃珠,以增加钻井液的润滑性;②用钻杆轴承短节、旋转钻杆保护器以及钻柱降扭矩节以降低扭矩;③在靠近垂直井段使用钻铤或加重钻杆;④使用水力加压器连续控制钻压;⑤使用加长马达减少钻头泥包。2.2　井眼轨道控制工具

(1)大位移井要求旋转模式钻进。

一般定向钻井为了改变井斜和方位,65%的时间是滑动模式钻进,而只有35%的时间是旋转模式钻进。在大位移井钻进作业中,由于钻柱不旋转、井眼清洁差,导致扭矩/摩阻增加,钻压加不上、

[收稿日期]2005—05—30

),男,1991年毕业于大庆石油学院石油开发系,现为江汉石油钻头股份有限公司市场部营销管理处经理。[作者简介]杨燕周(1967—

78

[2]蒋世全.大位移井技术发展现状及启示[M].北京:

石油工业出版社,1999.

以上。当大位移井接近目标深度时,每钻进20～30hr,常常需要进行30～40hr的起下钻,导致钻井时间和成本显著增加。而采用井下可调稳定器,有助于减少井深弯曲,可降低钻柱阻力,改善岩屑运移,同时允许用最大钻压钻井,在旋转钻井时不必起下钻就能控制井斜,有效地提高了经济效益。3　大位移井技术对钻头的要求

在大位移井条件下,井斜大,且一般采用复合钻井技术(转盘+MWD+马达),实际转速在200r/min以上。复合钻井钻具组合使钻头围绕自身轴线旋转运动的同时,在井底做行星运动。单弯螺杆的单弯弯矩一般为1.2～1.5m,外壳弯角有1.0°、1.25°和1.5°这3个级别。经过总结发现使用单弯螺杆,因此常用1°、1.25°弯矩、,也弯角偏移量太大,侧向力大,,会造成钻头较大的损坏、井眼尺寸扩大和螺杆钻具损坏。牙齿在井底的覆盖发生变化,钻头在井底每滚动一圈,每个齿圈的同心圆破碎环带的规律被打乱,导致井底破碎不充分、不均匀,留下一些凸台磨损齿槽,牙轮尖部齿槽部位壳体较薄,容易磨穿钻头失效。

由于目前国内普遍采用转盘加单弯螺杆驱动钻头进行定向井钻井作业的复合钻井技术,复合钻井钻具组合,使钻头围绕自身轴线旋转运动的同时,在井底做行星运动。钻具偏向下井壁而形成“偏心环空”,由于钻井液在偏心环空流速中的不均匀,岩屑沉降在下井壁形成岩屑床,在一定条件下发生岩屑床的滑移、堆积,造成钻头掌背、背锥和外排齿圈轮体的磨粒磨损、冲蚀磨损和钻头重复破碎而降低钻速。在钻头方面暴露出的问题是牙轮齿槽易磨损掉轮尖,钻头背锥、掌尖过度磨损导

Developmentofthehighly-displacementdrillingtechnologyand

itsrequirementtorockbit

YangYanzhou

(KingdreamPublicLimitedCompany,Qianjiang433124,China)

Abstract:Highly-displacementdrillingisaneffectivetechnologytoexploitperipheraloilfield.Thecrucialtechnologiesofhighly-displacementwellmainlyincludetorque/frictionandwellboretrajectorycontroltool,andthesetechnologiesrequirerockbithavethefollowingcharacteristics:havinggageprotectionability,longaxletreelifespan,wear-resistingshirt-tailandheadO.D.,andhigh-temperature-resistantsealedsystem,etc.

Keywords:highly-displacementwell;torque;friction;wellboretrajectorycontrol;rockbit

[责任编辑　宗慧荣]

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