定向井鉆井技術論文
定向井鉆井技術被應用到石油鉆井中是在19世紀中后期，學習啦小編整理了定向井鉆井技術論文，有興趣的親可以來閱讀一下!
定向井鉆井技術論文篇一
淺析定向井鉆井軌跡控制技術
[摘 要]定向井鉆井中的關鍵技術是井眼軌跡控制技術，本文在分析定向井井眼軌跡剖面優(yōu)化設計技術的基礎上，對鉆井中的井眼軌跡控制技術進行了探究。
[關鍵詞]定向井;井眼軌跡;關鍵技術
中圖分類號：TG998 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X(2015)08-0056-01
隨著我國油氣資源勘探開發(fā)力度的不斷加大，對于地面遮擋物無法正常鉆井開采、地質(zhì)情況復雜存在斷層等構造遮擋和鉆井發(fā)生事故需要側鉆等復雜油氣藏的勘探開發(fā)日益重視，而這些油氣藏一般需要采用定向井鉆井技術進行開發(fā)，從而增加油氣儲層裸露面積、提高油氣采收率、降低鉆井成本。但是，定向井鉆井的井眼軌跡控制難度較大，需要對井眼軌跡進行優(yōu)化設計，并通過在直井段、造斜段和穩(wěn)斜井段采用不同的鉆井軌跡控制技術進行控制，才能有效保證定向井的井眼軌跡，而對這些技術措施進行探究，成為提高定向井鉆井水平的關鍵。
一、科學進行定向井井眼軌跡和軌道設計
1、定向井井眼軌跡的優(yōu)化設計技術
井眼軌跡的剖面設計是定向井鉆井施工的基礎，只有不斷優(yōu)化完善井眼軌跡設計，保證井眼軌跡設計的科學性、合理性，才能確保定向井鉆井實現(xiàn)預期目標。在定向井井眼軌跡剖面優(yōu)化設計中，要堅持一定的原則：要以實現(xiàn)定向井鉆井地質(zhì)目標為原則，定向井鉆井的地質(zhì)目標很多，包括穿越多個含油地層提高勘探開發(fā)效果、避開地層中的斷層等地質(zhì)構造從而實現(xiàn)對地下剩余油氣儲層的有效開采、實現(xiàn)油井井眼軌跡在油氣儲層目的層的大范圍延伸以增加油氣藏的裸露面積等，同時，因為鉆井或油氣開采中發(fā)生事故導致無法正常開采的油井，可以通過定向井實現(xiàn)對油氣儲層的側鉆來達到開采目的，存在地面障礙物無法進行正常鉆井的區(qū)域也可以通過定向井來實現(xiàn)鉆井開采的目的，為了節(jié)約鉆井成本，還可以通過叢式平臺定向井開發(fā)的方式來節(jié)省井場占地面積;要以高校、優(yōu)質(zhì)、安全鉆井施工作為現(xiàn)場施工目的，在進行定向井井眼軌跡剖面設計時，結合所處區(qū)域的地質(zhì)特征進行設計，選擇在地層穩(wěn)定、松軟度適中的位置進行造斜，造斜點要盡量避開容易塌陷、縮徑或漏失以及壓力異常的地層層位進行，要將造斜段的井斜角控制在15°-45°之間，因為過大的井斜角會增加施工難度且易引發(fā)鉆井事故，而過小的井斜角會造成鉆井方位的不穩(wěn)定性，增加調(diào)整次數(shù)，還有就是在造斜率的選擇上，要綜合考慮油井所處地層的地質(zhì)狀況和鉆井工具的實際造斜能力，在滿足定向井鉆井目標的前提下盡量減小造斜率并縮短造斜段的長度，實現(xiàn)快速鉆井的目的;要盡量滿足后期采油和完井工藝實施的要求，在滿足定向井鉆井要求的前提下，盡量減小井眼的曲率，方便后期抽油桿和油層套管下井，同時減小二者之間的偏磨，方便后期改造安全采油泵等井下作業(yè)施工。
2、定向井鉆井的軌道設計
根據(jù)定鉆井的目的和用途不同，可以將定向井分為常規(guī)定向井、叢式井、大位移井等幾種類型進行設計，常規(guī)定向井一般水平位移不超過1km、垂直深度不超過3km，叢式井可減小井場面積，大位移定向井的軌道一般采用懸鏈曲線軌道，在井眼軌跡上采用高穩(wěn)斜角和低造斜率。我國定向井井眼剖面軌跡主要有“直―增―穩(wěn)”三段制剖面、“直―增―穩(wěn)―降”四段制剖面和“直―增―穩(wěn)―降―直”五段制剖面三種類型，在具體設計時根據(jù)所在地層地質(zhì)特征不同進行優(yōu)化設計。三種井眼軌跡各有優(yōu)缺點：三段制井眼軌跡造斜段短，設計和施工操作比較方便，在沒有其他特殊要求時可以采用三段制軌跡剖面;四段制井眼軌跡剖面起鉆操作時容易捋出鍵槽加大下鉆的摩擦力，容易造成卡鉆事故，且容易形成巖屑床，一般不會采用，只在特殊情況下使用;五段制井眼軌跡剖面在目的油氣儲層中處于垂直狀態(tài)，有利于采油泵安全下入，且便于后期采油工藝的實現(xiàn)。
二、三段制定向井軌跡剖面鉆井控制技術
基于三種不同類型軌跡剖面的優(yōu)缺點，在現(xiàn)實中多應用三段制和五段制井眼軌跡剖面進行定向井鉆井設計，而三段制井眼軌跡剖面最為常用，下面就對三段制定向井井眼軌跡鉆井控制技術進行研究。
1、直井段的井眼軌跡控制技術
直井段的井眼軌跡控制技術主要是防斜打直，這是定向井軌跡控制的基礎，因為地質(zhì)、工程因素和井眼擴大等原因，直井段鉆井中會發(fā)生井斜，地質(zhì)因素無法控制，可通過在施工和井眼擴大兩方面采取技術措施進行直井段鉆井的軌跡控制，關鍵要選擇滿眼鉆具和鐘擺鉆具組合進行直井段鉆井，前者可以在鉆井中防止傾斜，將扶正器與井壁盡量靠近，就可以有效防止井斜問題出現(xiàn);鐘擺鉆具的工作原理是超過一定角度后會產(chǎn)生回復力，具有糾正井斜問題的作用，但要保證鉆壓適量，因為鉆壓過大會使鐘擺力減小而增斜力增大，妨礙糾斜效果。
2、造斜段的井眼軌跡控制技術
在定向井鉆井中，造斜段鉆井是關鍵部位，造斜就是從設計好的造斜點開始，使鉆頭偏離井口鉛垂線而進行傾斜鉆進的過程，關鍵是要讓鉆頭偏離鉛垂線開始造斜鉆進。要根據(jù)設計好的井眼軌跡，綜合井斜角、方位偏差來計算造斜率，以此指導造斜鉆井施工，通過增加鉆鋌等措施，調(diào)整滑動鉆進和復合鉆進的比例，從而使鉆頭按照設計的井眼軌跡進行鉆進，指導造斜段完成。
3、穩(wěn)斜段的井眼軌跡控制技術
造斜段完成后，需要進行穩(wěn)斜段的鉆井施工，在穩(wěn)斜段的鉆進中，要選用無線隨鉆測井儀器對鉆頭的工作進程進行動態(tài)跟蹤，實時監(jiān)測鉆頭的實際井斜角、方位角偏離情況并與設計值進行對比，確保鉆頭中靶。在沒有無線隨鉆測井儀器的情況下，需要通過穩(wěn)斜鉆具組合進行鉆井，并應用單、多點測斜儀進行定點測斜，從而保證井眼中靶，提高鉆井質(zhì)量。
三、結論
綜上所述，定向井是開采復雜油氣藏的有效手段，可以對常規(guī)油井無法開采的油氣藏進行開采，但要順利實現(xiàn)定向井鉆井，需要根據(jù)地質(zhì)特征等設計井眼軌跡剖面、選擇合適的軌道類型，并對不同井段采取對應的井眼軌跡控制技術，確保按設計的井眼軌跡鉆進，提高油氣資源開采效果。
參考文獻
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定向井鉆井技術論文篇二
壽陽區(qū)塊煤層氣定向井鉆井技術淺談
摘要：本文介紹了壽陽煤層氣的開發(fā)現(xiàn)狀和煤層氣特征，分析了定向井鉆井技術在施工過程中的應用，對今后在壽陽區(qū)塊內(nèi)施工的定向井有一定的指導作用。
關鍵詞：壽陽區(qū)塊;定向井;造斜段;穩(wěn)斜段
Abstract: This paper introduces the development status and characteristics of Shouyang coal-bed methane coal-bed gas, analyzes the application of directional drilling technology in the construction process, has the certain instruction function to the construction of directional well in Shouyang block.
Keywords: Shouyang block; directional well; oblique section; steady inclined section
中圖分類號：P634.5
1.概況
壽陽區(qū)塊位于山西省中部，沁水盆地的北端，沁水盆地是我國大型含煤盆地之一，蘊藏著豐富的煤層氣資源，根據(jù)遠東能源(百慕大)有限公司前期在沁水盆地南部施工的參數(shù)井和定向生產(chǎn)井所獲得的相關資料，顯示該區(qū)具有良好的開發(fā)前景。
1.1壽陽區(qū)塊勘探開發(fā)歷史和現(xiàn)狀
1995年由聯(lián)合國開發(fā)計劃署(UNDP)利用全球環(huán)境基金資助、煤科總院西安分院承擔的《中國煤層氣資源開發(fā)》項目，《陽泉礦區(qū)煤層氣資源評價》專題科研報告，對陽泉礦區(qū)(包括生產(chǎn)區(qū)、平昔區(qū)和壽陽區(qū))煤層氣資源開發(fā)進行了評價和研究，其中重點對壽陽區(qū)的煤層氣資源開發(fā)進行了評價和研究。
中國煤田地質(zhì)總局于1996～1997年在韓莊井田施工了一批煤層氣勘探參數(shù)井，獲得了該區(qū)有關的煤儲層參數(shù)，并對HG6井的主要煤層進行了壓裂改造和排采試驗，取得了該井合層排采的一整套數(shù)據(jù)。中聯(lián)公司1997～1998年在壽陽區(qū)塊施工了4口煤層氣生產(chǎn)井，其中1口探井，3口生產(chǎn)試驗井，獲得該區(qū)寶貴的煤儲層參數(shù)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)。1998年完成了四條二維地震勘探線，共計167km，獲得了豐富的地質(zhì)成果。2005年遠東公司在該區(qū)施工了3口羽狀水平井，其中2口在煤層段進尺超過3000m，3口井均在生產(chǎn)。
2007年遠東能源(百慕大)有限公司根據(jù)取得的初步成果資料研究、分析后，認為該區(qū)15#煤層十分穩(wěn)定，儲層參數(shù)比較有利，是煤層氣開發(fā)的有利區(qū)塊，決定在壽陽縣南燕竹鎮(zhèn)共計部署一批定向井及參數(shù)井，以獲取該地區(qū)15#煤層的埋深、厚度等儲層參數(shù)，進一步擴大勘探范圍，并逐步形成區(qū)域生產(chǎn)井網(wǎng)，爭取短期內(nèi)該區(qū)煤層氣地面開發(fā)進入大規(guī)模商業(yè)化運營。
1.2壽陽區(qū)塊地質(zhì)背景
沁水盆地北端位于北東向新華夏系第三隆起太行山隆以西，汾河地塹東側，陽曲——盂縣緯向構造帶南翼。總體形態(tài)呈現(xiàn)走向東西、向南傾斜的單斜構造。區(qū)內(nèi)構造簡單，地層平緩，傾角一般在10°左右。燕山運動和喜馬拉雅運動期間，由于較大規(guī)模的巖漿侵入活動，大地熱流背景值升高，本區(qū)石炭二疊紀煤層在原來深成變質(zhì)作用的基礎上，又疊加了區(qū)域巖漿熱變質(zhì)作用，致使煤化作用大大加深，形成了本區(qū)高變質(zhì)的瘦煤、貧煤以及少量無煙煤。
本區(qū)所鉆遇的地層為：第四系(Q)，三疊系下統(tǒng)劉家溝組(T1l)，二疊系上統(tǒng)石千峰組(P2sh)，二疊系上統(tǒng)上石盒子組(P2x)，二疊系下統(tǒng)下石盒子組(P1x)，二疊系下統(tǒng)山西組(P1s)，石炭系上統(tǒng)太原組(C3t)。
1.3壽陽區(qū)塊煤儲層特征
主要含煤地層為上石炭統(tǒng)太原組及下二疊統(tǒng)山西組，含煤10余層，其中3#、9#、15#煤為主力煤層。
3#煤層：俗稱七尺煤，全區(qū)煤層厚0～3.78m，煤層較穩(wěn)定，壽陽礦區(qū)西部和陽泉三礦礦區(qū)煤層較厚，其他地區(qū)煤層變薄，甚至尖滅。結構簡單，有時含一層夾矸，頂?shù)装鍨槟鄮r，砂質(zhì)泥巖、粉砂巖，局部為炭質(zhì)泥巖和細砂巖。
9#煤層：全區(qū)煤層厚不一，煤層較穩(wěn)定。結構簡單，頂?shù)装鍨槟鄮r，砂質(zhì)泥巖、粉砂巖，局部為炭質(zhì)泥巖和細砂巖。
15#煤層：煤層厚0.27～6.48m，是壽陽區(qū)塊內(nèi)煤層氣開發(fā)的主力煤層。15#煤含1～3層夾矸，結構中等，頂?shù)装錕2灰?guī)r，底板為泥巖、砂質(zhì)泥巖，局部為炭質(zhì)泥巖和細砂巖。
沁水盆地北端煤儲層厚度大，埋深適中;煤的熱化程度較高，己進入生氣高峰，煤層頂?shù)装宸忾]性能好，含氣量高;煤儲層裂隙較發(fā)育，孔隙以小孔和微孔為主，滲透性較好;煤的吸附性能強，但含氣飽和度偏低。
2.設備設備選擇
2.1鉆機選擇
壽陽區(qū)塊定向生產(chǎn)井井深一般在在1000m以內(nèi)，水平段不超過500m，根據(jù)我井隊現(xiàn)有設備的情況，選擇了TSJ-2000、GZ-2000鉆機。該鉆機提升、回轉能力均能滿足煤層氣定向生產(chǎn)井施工的需要。
2.2設備配置
水泵：TBW-850(直井段)、3NB-1000、F-500;排量0～42L/s，壓力5～32MPa。
動力：PZ12V-190、PZ8V-190、12V135;功率120～800HP。
鉆塔：27.5m/A型塔(750KN)。
鉆具：Φ127mm鉆桿，Φ203鉆鋌，Φ178鉆鋌+Φ159鉆鋌。
2.3定向鉆具
Φ172(1.5°)螺桿、Φ165(1.5°)螺桿
Φ172MWD定向短節(jié)、Φ165MWD定向短節(jié)
Φ165mm、Φ159mm短鉆挺
Φ214mm扶正器、Φ48MWD
Φ165mm無磁鉆鋌、Φ172無磁鉆挺
3鉆井工藝
3.1井身結構
井身結構在鉆井工程中處于最基礎的地位，體現(xiàn)了鉆井的目的，也是決定該目的能否順利實現(xiàn)的重要因素之一。井身結構設計以鉆井目的為目標，以現(xiàn)實的鉆井工程和地質(zhì)等條件為依據(jù)，使目標和過程統(tǒng)一起來。
一開采用Φ311mm鉆頭鉆至穩(wěn)定基巖，且水文顯示正常，下入Φ244.5mm表層套管，固井并候凝48小時。
二開采用Φ215.9mm鉆頭鉆至完井，達到鉆井目的后，下入Φ139.7mm生產(chǎn)套管并固井。
3.2鉆頭選用
二開選擇造適巖的HJ537G鉆頭。
3.3動力鉆具選擇
為了適應軟及中軟地層，選擇了中轉速中扭矩馬達。
3.4鉆井液的選擇
煤層氣井施工時，煤儲層保護是關鍵。在煤層段鉆井中，主要采用清水鉆進，嚴格控制鉆井液中的固相含量、比重，井內(nèi)巖粉較多時，可換用高粘無污染鉆井液排出巖粉，既能保證孔內(nèi)安全，又防止了儲層污染。
4.定向鉆具組合及鉆進處理措施
定向井施工中主要分直井段、造斜段、穩(wěn)斜段，要針對不同地層、不同井深、位移有效地選擇好三個井段的鉆具組合。實現(xiàn)設計的井身規(guī)跡是施工的關鍵。
4.1直井段鉆井技術
直井段的防斜是定向井施工的重要保證，一般要求井斜100m內(nèi)小于1°。直井段的鉆具組合是關系到定向井下部定向造斜段的難易程度。
(1)鉆具組合：一開采用塔式鉆具組合：Φ311鉆頭+Φ203鉆鋌+Φ178鉆鋌+Φ159鉆鋌+Φ127鉆桿。
二開：Φ215.9鉆頭 +Φ178鉆鋌+Φ159鉆鋌+Φ127鉆桿。
(2)鉆進參數(shù)： 鉆壓 10～80 kN排量 12 L/s 泵壓 0.5～2MPa
鉆井液性能： 密度 1.02～1.10g/cm3粘度 21 s
(3)見基巖時要輕壓慢轉，防止井斜。
(4)直井段換徑時要吊打，換定向鉆具前測井斜。
4.2造斜段鉆井技術
造斜段下鉆到底后，EMWD儀器無干擾開始定向鉆進;施工采用1.5°單彎螺桿，測得實際造斜率為9°/30m，定向過程中采用滑動鉆進與復合鉆進交替作業(yè)，確保狗腿度滿足要求。
(1)鉆具組合Φ215.9鉆頭+Φ172(1.5°)螺桿+Φ172MWD定向短節(jié)+Φ172無磁*1根+Φ178鉆鋌*2根+411*4A10+Φ159鉆鋌*9根+Φ127鉆桿
(2)鉆進參數(shù)：鉆壓 40～80 kN排量 20～24 L/s 泵壓 2～4MPa
鉆井液性能：密度 1.02～1.05g/cm3粘度 16 s
(3)要調(diào)整好鉆井液性能，采用三級固控設備控控制固相含量不超標。
(4)及時測量井斜、方位，發(fā)現(xiàn)與設計不符，應馬上采取措施。
(5)做好泥漿的性能維護，提高防塌性能和攜帶巖屑的能力，清潔井眼。
4.3穩(wěn)斜段鉆井技術
穩(wěn)斜段鉆具組合在本區(qū)可采用以下三種方法，也可以交替作業(yè)，確保井斜方位滿足要求，三班各鉆井參數(shù)要保持一致辭，并保證井下安全。
(1)采用螺桿復合穩(wěn)斜鉆進
鉆具組合：Φ215.9鉆頭+Φ172(1.5°)螺桿+Φ172MWD定向短節(jié)+Φ172無磁*1根+Φ178鉆鋌*2根+411*4A10+Φ159鉆鋌*9根+Φ127鉆桿
鉆進參數(shù)：鉆壓 40～80 kN排量 20～24 L/s 泵壓 3～5 MPa
鉆井液性能：密度 1.02～1.05g/cm3粘度 17s
(2)采用近鉆頭扶正器穩(wěn)斜鉆進。
鉆具組合：Φ215.9鉆頭+Φ214扶正器+Φ172MWD定向短節(jié)+Φ172無磁*1根+411*4A10+Φ159鉆鋌*9根+Φ127鉆桿
鉆進參數(shù)：鉆壓 40～80 kN排量 20～24 L/s 泵壓 2～4 MPa
鉆井液性能：密度 1.02～1.05g/cm3粘度 17s
(3)采用光鉆鋌鉆進。
鉆具組合：Φ215.9鉆頭+Φ172MWD定向短節(jié)+Φ172無磁*1根+411*4A10+Φ159鉆鋌*9根+Φ127鉆桿
鉆進參數(shù)：鉆壓 80～120 kN排量 20～24 L/s 泵壓 2～4 MPa
鉆井液性能：密度 1.02～1.05g/cm3粘度 16 s
5.經(jīng)驗與建議
通過對本區(qū)FCC-HZ-23D、FCC-HZ-33D、FCC-HZ-11D、FCC-HZ-47D、FCC-HZ-70D井的施工，取得了以下經(jīng)驗：
(1)及時測斜、準確計算、跟蹤作圖是保證井身軌跡的關鍵。使用MWD能準確掌握井身軌跡的變化情況，使軌跡得到有效的控制。
(2)在鉆井過程中，隨時觀察扭矩、泵壓的變化，發(fā)現(xiàn)問題及時分析與解決。
(3)勤測泥漿中固相含量的變化，確保固相含量不超標，從而影響螺桿的使用。有條件的話可以上三級固控設備。
(4)采取“轉動+滑動”的復合鉆進方式，利用無線隨鉆實時監(jiān)測，能有效的確保井眼軌跡質(zhì)量，使施工安全、快速進行;在穩(wěn)斜過程中采用“轉動+滑動”的復合鉆進方式，有效降低摩阻和扭矩，降低施工風險。
(5)在定向造斜過程中使實際井斜略超前設計井斜，提前結束造斜段，使實鉆穩(wěn)斜段井斜略小于設計穩(wěn)斜段井斜，在復合鉆中使井斜微增至設計軌跡要求，達到快速、安全目的。參考文獻
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