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四川须家河组硬地层钻井提速调研汇报

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四川 须家河组硬 地层 钻井 提速 调研 汇报
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钻井工程实践与案例分析课程汇报,China University of Petroleum,须家河组硬地层钻井提速 调研汇报,组 别:* * * 汇报人:* * *,组 员:* * *,第 * 组人员及任务分工,汇 报 提 纲,一、须家河组地层概况 二、钻井提速难题 三、技术应用及原理 四、未来展望,一、须家河组地层概况,四川盆地构造格局:以川中古隆起为中心,“三坳围一隆”,晚三叠世须家河组沉积期,早白垩世,,,地貌展布 成藏规律,川西、川西北、川东北等地,四川盆地构造位置图,须家河组油气勘探开始于20世纪40年代 储层非常致密,总体为(特)低孔、(特)低渗储层 自下而上划分:须一段~须六段6个岩性段 产层埋深:2000~5200m,元坝 广安 新场 普光,,老关庙 潼南 新场 分水岭,含气构造,气田,基于测井曲线和岩矿薄片资料,分析分水岭构造须家河组矿物组分含量,矿物组分含量分析,一、须家河组地层概况,须家河组地层砂岩碎屑组分,主矿物组成:砂岩、细砂岩 次矿物组成:炭质泥岩、泥岩,进一步分析针对须家河组地层砂岩碎屑薄片,砂岩呈细粒砂状结构,颗粒支撑,成分、结构成熟度较高 碎屑成分中石英含量最高(50%~70%) 次棱角状为主,再生孔隙式胶结,岩石力学特征分析,一、须家河组地层概况,须家河组岩石力学参数曲线,须家河组岩石力学参数计算值,岩石硬度大(均值3121.6MPa) 可钻性差(均值8级,高者11级) 石英含量高(50%~70%),典型难钻地层,汇 报 提 纲,一、须家河组地层概况 二、钻井提速难题 三、技术应用及原理 四、未来展望,地层问题,二、钻井提速难题,防喷、防漏、防塌、控水,工程问题,二、钻井提速难题,前期多采用国产牙轮钻头,合金齿磨损严重、寿命短,,平均每只牙轮钻头进尺仅132m,机械钻速仅1.47m/h,PDC钻头切削齿受热磨损影响,弹跳、黏滑振动严重,易崩落,,进口PDC钻头,单只钻头平均进尺仅为256.61m, 机械钻速2.5m/h,,井身结构单一,设计思路局限,大尺寸套管强度难以满足钻井新技术的实施,大尺寸井眼段长(Ø311.2 mm及以上井眼长达2000m以上),钻井开钻次数复杂(4~5次),未优化钻井参数及钻井液密度,运用钻井新技术少,,钻井参数偏保守,仍以过平衡转盘钻进为主,破岩难、钻速慢(3000m以深0.5~1.0m/h),优化钻头、井身结构、钻井液密度及钻进参数,应用钻井新技术,汇 报 提 纲,一、须家河组地层概况 二、钻井提速难题 三、技术应用及原理 四、未来展望,混合钻头,牙轮-PDC混合钻头钻井提速,三、技术应用及原理,混合钻头:牙轮比PDC冠面稍高,牙轮牙齿先冲压出破碎凹坑,随后跟进的PDC齿侵入并刮切岩石,两种切削方式共同作用于井底岩石,钻硬度大、研磨性高地层:牙轮冲击辅助破岩,降低PDC切削齿热磨损能 钻较软、塑性较强地层:PDC齿有效破碎被牙轮剥离井底的大块岩屑,补充牙轮破岩效率低的缺陷 交变地层:牙轮齿限制PDC齿的吃入深度,降低钻头冲击载荷和交变应力,降低PDC钻头崩齿概率,PDC刮切破岩—主,牙轮冲压破岩—辅,混合钻头,,,江钻股份公司,贝克休斯公司,,,KPM1633型,KM524型,KM633型,KM533型,,Φ311.2mm 三刀翼 三牙轮,Φ215.9mm 四刀翼 双牙轮,混合钻头钻井参数优化和配套提速工具,三、技术应用及原理,优化原则,PDC钻头的机械钻速与转速、工作扭矩成正比,过高的转速和工作扭矩将降低PDC钻头寿命 钻压按照牙轮部分的承压能力施加,并随着钻头进尺的不断增加而逐步增加,,螺杆钻具+混合钻头,,72~144r/min,平均机械钻速1.77m/h,螺杆钻具输出高转速、大扭矩,充分发挥压碎+剪切耦合破岩的优势,15742N·m,,,扭冲工具+混合钻头,,可施加连续的高频冲击力,减轻黏滑效应,冲击力辅助剪切破碎岩石,平均机械钻速为1.04m/h,,750~1500r/min 高频冲击力,,混合钻头钻井参数优化和配套提速工具,三、技术应用及原理,扭冲工具+混合钻头实物照片对比,不同钻井方式总进尺及平均机械钻速,扭力冲击器结构,该钻头进尺149m后出井新度依然保持在80%左右,仅刀翼肩部PDC切削齿有轻微磨损,牙轮外排齿出现个别崩断 扭冲工具+混合钻头:提速效果不突出,但扭冲工具可改善混合钻头破岩环境,避免钻头过早磨损,钻井工艺——气体(欠平衡)钻井技术,三、技术应用及原理,欠平衡,,降低井底压差,减弱岩石颗粒间结构力,改善钻头破岩环境,ρ循环流体≤ρ地层当量,释放地层压力,,缓解井底压持效应,,产生推离效应,,三、技术应用及原理,钻井工艺——气体(欠平衡)钻井技术,氮气钻井循环系统示意图,普光202-1井空气+氮气钻井,先空气钻井至须家河组地层顶部(井深3008.03m处),后将空气钻井设备更换为氮气钻井设备,3趟完钻650.58m厚度的须家河组高压含气硬地层,氮气钻井,邻井常规钻井,纯钻时间113.93h,平均机械钻速0.5~1.0m/h,最慢钻速8m/天,,,平均机械钻速5.71m/h,,空气牙轮钻井、空气锤钻井技术,三、技术应用及原理,钻井工艺——氮气钻井技术,局限,对地层流体侵入的抵抗能力弱 气体钻井一般难以准确预测地层出气,增加井控难度 钻头使用范围窄 井眼状况复杂 难以有效控制井斜,,地层出水/油,,岩屑聚集成团,,岩屑运移困难,,诱发事故,氮气冷却钻头强度弱,,牙轮钻头,抗高温能力,金刚石类钻头,空气锤钻头,,近井壁应力释放缝增多,井径扩大 呈葫芦状,井眼复杂,,井壁发生应力失稳,井壁无滤饼,,钻井工艺——垂直钻井技术(控制井眼轨迹),三、技术应用及原理,高陡构造,地层倾角大,且上部地层小型褶皱较多,砂泥岩互层频繁,自然造斜力强,极易发生井斜。最高地层倾角达 50°~70° 自动垂直钻井系统:可有效解决大钻压与井斜控制的矛盾,在高陡构造硬地层钻进中, 既可达到加大钻压提高机械钻速的目的, 也可实现井眼轨迹的良好控制,井眼轨迹,,塔式,满眼,防斜打直钻具组合,垂直钻井(系统)技术,,钟摆,钻压,,,,被动 防斜,不断测斜 滑动纠斜,动力钻具,MWD技术,,,,影响钻速,,加大钻压,提高钻速,,矛盾,,三、技术应用及原理,钻井工艺——垂直钻井技术(控制井眼轨迹),自动垂直钻井系统,,VDS系统,90年代初德国Eastman Teleco公司,Vertical DriIIing System,,SDD系统,贝克休斯公司,90年代德国,SDD系统,,VertiTrak商业系统,1999年德国,改进完善,改进完善,贝克休斯公司,2002年斯伦贝谢公司在其PowerDrive系列旋转导向系统基础上推出PowerV系统,PowerV系统,钻井工艺——垂直钻井技术(控制井眼轨迹),VTK垂直钻井工具结构示意,三、技术应用及原理,当MWD重力传感器(距钻头10m)检测到井斜趋势时,即启动液压部件,通过1~2个肋板向井壁施加3t的作用力对抗这一趋势 当井眼完全垂直时,3个肋板全部伸出,并对井壁施加相同的力,将钻头居中, 保持井眼按垂直方向钻进,全程自动,钻井工艺——垂直钻井技术(控制井眼轨迹),三、技术应用及原理,2007年由重庆钻井分公司施工的龙深1井,完钻7180米,获得多项纪录 提速5.3倍,VTK钻井最大井斜控制在0.5°以内,普通钻具组合在2°以内,钻井工艺——垂直钻井技术(控制井眼轨迹),三、技术应用及原理,2007年引进VTK垂直钻井系统在川东北(雷北1井、大湾3井、大湾101井、分1井)的φ311.1mm井段共钻进2360.01m,99天,,钻井 周期,节约,钻井 周期,,钻机日费,10万/d,,节约,990万,支付租用费,,826万,,平均每米节约成本,,695元,垂直钻井技术新进展——VertiTrak Plus(钻完垂直段可启动造斜模式),钻直井眼,,将1号肋板对到造斜方向,下传指令,,,开始造斜,,钻井工艺——垂直钻井技术(控制井眼轨迹),三、技术应用及原理,“十五”期间胜利钻井院承担了国家“863“项目“自动垂直钻井技术” 通过四年的攻关,研制成功了具有自主知识产权的机械式自动垂直钻井工具和捷联式自动垂直钻井系统,机械式自动垂直钻井工具,控制井斜 3°以内,,,旋转钻进时机械结构自动感应并自动纠斜,无电子装备和控制, 工具的可靠性高,雷北1井试验须家河组试验,平均机械钻速1.80m/h,井斜角在2.5~3°,机械钻速提高52%,机械式自动垂直钻井工具,钻井工艺——垂直钻井技术(控制井眼轨迹),三、技术应用及原理,捷联式自动垂直钻井系统,控制井斜 1.5 °以内,动态推靠方式,系统的核心是捷联式稳定平台,,测控短节,力矩电机,控制,驱动,盘阀,过流钻井液,分配,活塞驱动,翼肋推靠井壁,翼肋推靠井壁,防斜纠斜,,宁深1井现场应用(鄂尔多斯盆地),汇 报 提 纲,一、须家河组地层概况 二、钻井提速难题 三、技术应用及原理 四、未来展望,四、未来展望,进一步深化气体钻井地层适应性、气体钻井优化设计、气体钻井钻具失效机理与预防研究,完善配套装备开发,集成气体钻井提速技术 发展气体钻井复杂与事故预防技术研究,包括地层出气、出水、出油识别及现场征兆判断技术、井壁稳定性技术研究及防治对策、钻柱振动参数检测技术及动力学研究、钻柱冲蚀损坏规律及预防技术研究 进一步研制具有自主知识产权的高效旋转导向钻井系统,进行复杂结构井垂直钻井技术储备和攻关,保障系统于大位移井、长水平井条件下安全快速钻井,参 考 文 献,钻井工程实践与案例分析课程汇报,China University of Petroleum,汇报完毕 恳请老师&同学批评指正,

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