毕业论文--连续油管钻井关键技术及应用

毕业论文--连续油管钻井关键技术及应用内容摘要：

钻井相比其泥浆循环系统的容积要小一些。 固控设备也包括振动筛、除砂器、除泥器和离心机。 泥浆泵的功率应满足井下泥浆马达和井眼清洁的要求。 与常规钻井一样 ,连续油管钻井中的主要井控设备也是防喷器组它是由全封闭闸板、剪切式闸板、带卡瓦闸板和连续油管组成。 在欠平衡压力钻井中通常采用两套防喷器组一套用在连续油管上一套用在井底钻具组合上。 连续油管钻井用的井下工具主要有钻头、弯接头、马达、钻铤、分离机构、连续油管配合接头。 用于连续油管钻井的钻头应具备 1 在低钻压和高转速下应具有足够的破岩能力 2 在钻井过程中 ,钻头对扭矩的要求要低以避免高扭矩使连续油管疲劳破坏。 目前 ,常用的钻头有 TSP、天然金刚石钻头和 PDC 钻头。 用连续油管钻定向井和水平井过程中在下部钻具组合中应配有弯接头和定向工具。 用常规钻柱钻定向井或水平井时底部钻具组合的工具面方位可在地面通过转动钻柱进行调整。 但用连续油管钻井时因连续油管不能旋转必须用一种专门的井下工具即定向工具来调整底部钻具组合的工具面方位。 钻铤主要给钻头施加钻压提高钻头的破岩能量从而提高机械钻速。 在使用导向工具或 MWD 系统 时必须使用无磁钻铤以避免电磁干扰避免导向和测量错误。 容积式马达用来旋转钻头。 连续油管钻井中所用的容积式马达主要有三种类型高速低扭矩、中速中扭矩和低速高扭矩。 在施工中马达必须与所用的钻头相匹配低速高扭矩马达适合于 TSD 钻头和天然金刚石钻头中速中扭矩马达适合 PDC钻头。 连续油管适配器用来联接连续油管和底部钻具组合它所承受的扭矩必须大于泥浆马达所产生的扭矩同时还需处理下部钻具组合的振动以确保连续油管免遭损坏。 它的抗拉强度应大于连续油管本身的抗拉强度。 连续油管施工过程中如果下部钻具组合发生卡钻或其它井下事故就 应该使用分离机构使连续油管与下部钻具组合分离。 目前使用的分离机构主要有液压和剪切机构两种所用的分离机构必须能够抵抗泥浆马达的扭矩。 液压机构的工作原理是从地面往连续油管内泵入一个小球当小球下行到球座上时连续油管开始憋压当压力达到某一高度时连接工具的剪切销钉被剪断使下部钻具组合与连续油管分离。 剪切机构的工作原理是当发生卡钻时上提连续油管当连续油管被施加到一定的拉力时连接工具的剪切销钉被剪断使下部钻具组合与连续油管分离。 当连续油管起出井口以后使用打捞工具来回收下部钻具组合。 1 连续油管直径不断增大 最大尺 寸达Φ 制造材料由碳钢发展到调质合金钢、钛合金等合金材料及复合材料强度从低强度发展到高强度 屈服强度已达 960MPa 焊接技术由多焊缝发展到少焊缝直到无焊缝。 2 连续油管疲劳破坏的精确模拟提高了钻井作业的可靠性。 3 连续油管注入头进展显著 HR480 型注入头的强行下入能力可达 180kN 低速最大拉力达 450kN 高速最大拉力达 180kN 注入头链条可以更换。 4 在过程控制系统、电缆安装系统、数据采集系统等方面也取得了明显进展。 5 电动连续油管钻井系统研制试验成功。 该系统的核心部件是 井底电动钻具总成。 它采用了电潜泵马达而不是常规的容积式马达。 电潜泵马达与行星式变速箱连接能够把输出轴转速降低到与钻井条件相适应的转速。 该马达由地面上的一台与变速驱动装置相连的便携式计算机控制。 该井下电动钻具总成经现场试验证明具有很多优点可以使钻头转速与钻井液流量无关可以获得井下数据可以改变旋转方向可以采用欠平衡压力钻井可以使循环压力与地层压力获得动态平衡可实现自动控制井斜和方位降低起下井底钻具总成的次数提高连续油管的使用寿命。 连续油管钻井 简称 CTD 是国外九十年代发展起来的一项新技术。 连续油管钻井技术通 过侧钻、小井眼、欠平衡钻井和过油管作业等开发常规钻井技术难以达到的、隐蔽的、枯竭的油气藏。 连续油管具有无接头、无变径、弯曲大、能连续起下能动态密封和强度大、承压高、体积小等特点 ,为进行短半径、大位移、多侧向的水平钻井和欠平衡、小井眼钻井提供了安全、先进、有效的技术手段。 与常规接头钻杆钻井相比 CTD 操作简便施工安全污染小和占地少操作人员仅需 4 人作业效率很高施工效果好从而倍受人们的欢迎。 近年来世界各国石油公司争相配套应用该技术特别是加拿大、美国和英国等发达国家在短短的几年内 CTD技术的配套应用得到了迅速的 发展初步显示了 CTD技术旺盛的生命力和巨大的吸引力。 连续油管钻机 CTD 在普鲁得霍湾 Prudhoe 延伸现有水平井或水平侧钻其成本是常规钻机的 40%利用此项技术钻斜井平均日产油量由以前的 900 桶升至 2020 桶 ,经济效益显著。 CTD 的发展趋势和主要优势是小井眼、欠平衡、多侧向、短半径和重进入。 小井眼钻井是指井径小于 120mm 的井眼。 小井眼钻井的井眼尺寸小套管尺寸小井场占地面积小钻井时设备数量少钻井液用量少材料消耗少有利于降低钻井成本保护自然环境。 连续油管尺寸小强度高 ,用其进行小井眼钻井具有独特的优势。 小井眼 CT 钻井技术是将小井眼和 CT 钻井技术结合起来的一种综合技术，既体现了小井眼钻井技术的优点，又显示出 CT 钻井技术所具有的常规钻井技术不能比拟的优越性。 CT 钻井技术特别适合于钻小井眼井，并为完成高效益的小井眼井提供了潜在的能力。 以 CT 技术为手段的小井眼钻井在技术上和经济上将会取得巨大的成功。 这两项技术的结合，将大大地降低钻井成本和钻井对产层造成的损害，能给钻井人员提供一个安全的工作环境，能在海上及陆上边远地区、环境敏感地区和一些恶劣自然环境下进行常规钻井技术所不能完成的作业，并且比常规钻井技术更易于实现 自动化、智能化钻井，此技术有着巨大的市场潜力。 小井眼钻井的初期投资较小，开发较经济。 小井眼钻井技术是被实践证明能大幅度降低油田勘探开发钻井成本的产业化技术。 实践证明，与常规井眼相比，小井眼探井和评价井的钻井成本可降低 40%～ 60%或更大，生产井和注人井的钻井成本可降低 25%～ 40%或更大。 目前，小井眼钻井技术越来越多地采用 CT 钻井技术，为降低钻井成本和提高采收率提供了一个有效的途径。 CT 钻井技术特别适用于小井眼钻井。 CT 钻井装备比小井眼钻机小且易移动。 小井眼钻井使用 CT 钻井的工具和设备，将占据更小的井场 ，能够大大地减少搬运费减少钻机重量即减少钻机租用费小井眼钻井使用 CT 钻井技术，与常规井相比所需工作人员少，设备维护保养少，减少劳动费用。 这些费用的减少加上使用小直径的井下马达与 PDC 等小尺寸钻头所得到的较高钻速，成本减少可达 50 %。 小井眼用 CT 钻井与常规接头钻杆钻井相比，用 CT 钻并操作简便，施工安全，主要体现在以下几个方面 1 能够安全地实现欠平衡压力钻井作业，有利于保护油气层，提高钻速。 CT 没有接头，为实现欠平衡压力钻井创造了有利条件。 安装在防喷器上方的环形橡胶，其作用相当于始终处于关闭状态的环形防喷 器，它能在钻进和起下钻作业过程中密封环空，使钻井作业得以在欠平衡压力下进行，从而可防止地层伤害并提高钻速。 2 在钻进过程中不需停泵接单根，可实现钻井液的连续循环，不必压井就可以进行换钻头和起下钻作业。 减少了起下钻时间，缩短了钻井周期，提高了起下钻速度和作业的安全性，避免因接单根可能引起井喷和卡钻事故的发生。 3 采用 CT 钻井，免去了钻井人员在钻台上进行接卸钻杆作业，这样，可避免在接卸钻杆时人员的伤亡，明显的改善钻井工人的安全性。 4 小井眼 CT 钻井作业中起下钻和钻台工作量少，所需操作人员少，提供了一 个安全的工作环境。 环保问题日趋重要，减少对环境的影响己成为钻井的主要问题之一，小井眼CT 钻井技术为最大程度地减少废物和改善对整个环境的影响提供了一个有效的途径。 1 小井眼 CT 钻井使用较小的钻井装备，使得操作运行的场地大大减小，减少对环境的影响。 一个常规钻机的占地面积至少是小井眼 CT 钻机的 4 倍。 小井眼 CT 钻机和 CT 也比常规钻机和钻杆轻得多。 另外，由于小井眼 CT 钻井所需装备少于常规钻机，小井眼 CT 钻井所需的功率减小，燃油消耗和排放到大气的废气也相应地减少，对空气的污染也就随之减少。 2 小井眼 CT 钻井另 一个优点是降低噪声，在临近居民区钻井作业时，这一点就显得特别重要。 同时，来自常规管柱操作的噪音也因采用 CT 钻井而几乎被消除。 3 随着废液处理费用的不断上升，人们认识到应重视减少废物的产生。 小井眼 CT 钻井通过减小井眼尺寸，大大地减少了钻屑和泥浆体积，从而减少了废液、废气的产生。 这样，与钻井液使用和处理有关的运输和环境问题也明显减少。 当前，国际石油钻井技术发展的总趋势是以信息化、智能化、自动化为特点，向自动化钻井阶段发展。 小井眼 CT 钻井技术比常规钻井技术更容易实现自动化钻井作业，不仅是因为它地面设备少，占 地面积小，所需操作人员少等特点满足自动化钻井的需要，最重要的是在 CT 内可以内置电缆，能实现井底和地面的双向信息传送，并能配有动力电缆和智能井底钻具组合所必需的高速数据传输系统，更有利于实现自动控制和随钻测量，更容易实现信息化、智能化、自动化遥控钻井。 欠平衡钻井是井筒内静液柱压力低于地层压力的情况下进行的钻井。 连续油管在起下和钻井过程中不仅能实现完全动密封而且承压高可靠性好这就为欠平衡钻井创造了安全可靠的条件。 也为采用油基钻井液气体钻井和泡沫钻井提供了安全保证。 欠平衡钻井具有污染小钻速快易发现油气的优点。 特 别是水平井钻井可实现边喷边钻既有利于保护油气层不受伤害又有利于用产出地层流体增大环空流量更好地将水平段岩屑携带出来提高机械钻速。 在常规欠平衡钻井施工中，为了降低流体静压头，在井筒获得欠平衡状态，钻井液同时使用液相和气相。 这就要求在山钻杆连接组成的钻柱内安装浮子，在每次接单根之前把浮子以上的流体替换成单相流体 液相 在接单根时暂停循环，井筒内液相和气相分离 气体上升，液体下沉 ，对油藏造成压力波动。 另外，停泵后会形成岩屑垫层。 接完单根恢复钻井作业、开始转动管柱后，岩屑垫层可能会被慢慢碾磨到井筒表面。 而连续 油管具有连续作业的特性，就成为欠平衡钻井施工一个极佳的选择。 采用连续油管无需接单根，能够保持井底压力稳定，不会对地层产生外来的压力波动。 如果井筒流体力学设计合理，可以避免出现岩屑垫层。 采用连续油管钻井，由于连续不停地循环钻井液井内欠平衡状态成为稳态流动状态从而形成真正的欠平衡状态。 在欠平衡压力条件下采用连续油管钻井已显示出较大的优越性主要优点如下。 减少对地层或产层的损害 欠平衡钻井要求在钻进、接单根、起下钻等作业过程中始终保持负压条件这样能有效地减少对地层或产层的损害。 用常规的连接钻杆柱进行欠平衡钻井在 连接钻杆时会失去其优势而采用连续油管 ,因钻井期间不用连接钻杆可始终维持欠平衡条件从而充分地显示出了欠平衡钻井的优越性。 钻井效率高 欠平衡钻井的钻速比常规钻井高而连续油管在欠平衡钻井中不用接单根省去了接单根的时间而在起下钻中的起下速度也比常规钻杆柱快这样可大大节约占用钻机的时间。 钻井安全可靠 欠平衡钻井中采用连续油管免去了钻井人员在钻台上进行接卸钻杆作业这样可避免在接卸钻杆时人员的伤亡。 另一个优点是采用连续油管在起下钻作业时可连续循环钻井液消除了在起下钻产生的压力抽吸及压力激动所引起的井喷事故。 可实 时进行环空压力测量 在通常情况下钻井液脉冲 MWD 工具不能在欠平衡钻井所用的可压缩钻井液中使用这样 ,就无法进行测量。 在这种情况下如使用有线 MWD 工具进行测量但在测量时因需停钻而失去欠平衡条件。 为解决这方面的问题在目前情况下采用连续油管具有独特的优势因连续油管内装的电缆可进行实时定向测量、实时环空压力测量和实时伽马测井同时也能维持连续的欠平衡条件。 节约钻井费用 连续油管欠平衡钻井因不需庞大的钻井设备井场用地少适应性强 ,有利于节约钻井费用。 虽然欠平衡连续油管钻井具有明显的优越性但也有它的局限性由于连续油管的 柔性使其易堵所以目前可达水平的长度受到限制。 另外使用连续油管进行欠平衡定向斜井或水平钻井方向难以控制。 如果在钻井过程中井眼稳定性方面出现问题连续油管便无法转动。 如果需要振动来释放卡在井内的钻具组合连续油管管柱根本无法承受常规钻铤和钻杆所能承受的恶劣机械操作工况。 井底压力控制如果当量循环密度设计值不变可以利用井口压力通过生产油管环空作用到连续油管上就能维持近平衡条件。 井口压力由回流管线上的附加节流装置控制节流管汇如图所示。 有了这种控制节流装置 ,可以不用防喷器管汇节流防喷器节流管汇主要用于井控。 该节流装置由人 工轮换操作 ,需随时与司钻保持联系。 作业中泵速变化与设计的井底压力变化一致。 由于井口压力随当量循环密度的变化而变化 ,因此司钻和控制节流的操作人员都要依据井口压力的变化情况进行操作。 图 向回流管线提供井口压力维持井底近平衡条件的控制节流简图 压力调配 更换底部钻具组合时必须保持井底压力的恒定。 当底部钻具组合起出地面井底压力已达到设计值时底部钻具组合中的配置接头就与底部钻具组合断开并经过防喷器组上的管子闸板 /卡瓦闸板关闭防喷器隔离井口压力然后利用防喷管内的电缆移开底部钻具组合最后关闭井口总阀恢复井口压力。 起下 管柱时的压力控制 起下管柱时必须保持井底压力的恒定。 下入管柱过程中不会沿连续油管循环钻井液以免造成钻头破损可以靠节流控制返回的驱替液维持井口压力起出管柱过程中同样不能沿连续油管循环钻井液但可通过防喷器组上的 T 型压力接头循环维持井口压力当井筒内。