国外连续油管钻井技术
• ＣＴＤ技术从九十年代开始得到了迅速发展,加拿 大是应用ＣＴＤ技术最早,发展最快的国家之一,七 十年代用ＣＴＤ技术完成钻井15口井,其中8口丛 式井,7口重钻加深井。八十年代完成30口井,进入 九十年代的五年中(90-94)已完成145口井。全球Ｃ ＴＤ技术发展也非常迅速,91年利用ＣＴＤ钻井3 口,到95年已发展到340口。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。
多侧向钻井
• 多侧向是在一口垂直井向不同方向钻多个水平井眼。 有同层同侧向和多层多侧向之分。多侧向水平井有 利于同时开采多个油层,提高单井产量和注水驱油 效率,降低钻井成本。位于美国犹他州东南部的大 安丽斯油田,分四大区块,Ｔｅｘａｃｏ勘探开发公 司开发的油田北部的安丽斯区块。该区块采用五点 注水法开采,1994年12月在打水平井前采油井165口, 注水井159口,采油情况为:产油4000桶 /日,产水 46200桶 /日,产气2500标准立方英尺/ 日
• 近十来原油产量每年以5-6%的速度递减,根据当 时的开采条件,安丽斯区块的估计采收率是原始 石油地质储量4.21亿桶的35-39%。为了提高采 收率,改善注采效果,决定试验打短半径多侧向水 平井。1995年他们在该区8口井上打了16条水平 井,其中有4口井是先打单侧向以后在相反方向打 的双侧向,5口水平井为油井,3口水平井为水井,当 年增产原油151000桶,到1995年11月原油增产792 桶 日,单条水平井平均产油190桶 日,注水600桶 日,与该区垂直井(单井平均日产油24桶 日,注水 150桶 日)相比增产6.9倍,增注3倍,效果很明显。
局 限 性
连续油管钻井设备
ＣＴＤ设备主要包括: • 连续油管装置、 • 井下工具仪器 • 和循环除砂装置三大部分
• 连续油管装置主要包括连续油管(Ｃoiled Ｔubing)、注入头(Ｉnjector Heaｄ)、操 作控制装置(ＯperrationＣontrol-unit)和 井口防喷装置(Ｗellhead BOP)四部分。
专题六、 连续油管钻井技术
• 连续油管钻井(ＣoiledＴubing Drilling,简 称ＣＴＤ),是国外九十年代发展起来的一 项新技术。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。
应用之一：小井眼钻井
• 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。连续油管无接头,
强度大,井下摩阻小,有利于提高钻井深度和缩小井眼尺
寸,一般(38.10ｍｍ)ＣＴ可钻(50.4ｍｍ)小井眼,最大井深 度达3500ｍ,(50.4ｍｍ)ＣＴ可钻(76ｍｍ)小井眼,最大井 深度达4500ｍ,(60.3ｍｍ)ＣＴ可钻(88.9ｍｍ)小井眼,最 大井深度达5000ｍ,(88.9ｍｍ)ＣＴ可钻(114.3ｍｍ)小井
• 1995年2月,壳牌加拿大石油公司在加拿大阿尔 伯达的ＨｏｕｓｅＭｏｕｍｔａｉｎ油田首次 应用连续油管进行欠平衡钻井,用2 3/8 ″ＣＴ
钻水平井,用氮气作为循环流体,由于在欠平衡
状态下钻井,机械钻速从4.88-6.1ｍ/ ｈ,提高到
12.2ｍ /ｈ,最高达18.3ｍ/ ｈ,只用4天时间就完
成了296ｍ的水平段。
短半径井
• 根据从垂直井到水平井段的增斜过度井Байду номын сангаас段的曲率半径把水平井分为长半径、中 半径和短半径水平井。随着连续油管钻 井技术的发展,短半径钻井技术已达到曲 率半径在13.7ｍ内钻进3ｍ厚油层,水平井 段达305ｍ的水平。
• 短半径水平井的优越性在于:①垂直井段长,有利于 加深泵挂和便于作业;②造斜井段短,可直接从油层 进入油层,避免了长半径穿过上部大段复杂地层造成 的钻井,固井和作业困难;③水平井段长,在相同井深 情况下,缩短了造斜井段也延长了水平井段,更有效 地发挥了水平井增大单井产量的作用。如Ｓｈｅｌ ｌ公司在美国德克萨斯打的29-32井,4 3 /4″井眼造斜 点垂深(ＴＶＤ)1464ｍ,测深(ＭＤ)1464.5ｍ,稳斜点 垂深1499ｍ视深1755ｍ,过渡段曲率半径为35ｍ,完 钻深(ＭＤ)2110ｍ,水平位移610ｍ,水平段垂向偏差 仅1.2ｍ,过渡段机械钻速为2.2ｍ/ ｈ,水平段579ｍ仅 用时间91:15钻完,平均钻速6.34ｍ /ｈ。
• Ｎ-49井水平段裸眼完井 ,完井用油咀放喷产量为 2500-3000桶/ｄ,采油指数为4.5桶/ｄ/ｐｓｉ.而距该
井350英尺的Ｎ-32井(直井)同等条件下的产量仅560660桶/ｄ,采油指数只有1桶/ｄ/psi.水平井与直井相 比,产量和采油指数都提高了3.5倍。
大位移钻井
• 大位移井是指水平位移与垂直深度之比大于2的水 平井.钻大位移水平井不仅有利于提高单井产量,改 善注采状况,而且可扩大井距,减少钻井数,节约钻井 费用,减少地面单井注采设备、水上平台或陆上占 地.调查表明全世界已钻150多口大位移水平井,ＨＤ /ＴＶＤ达3.2以上,最大水平位移达7010ｍ.随着大位 移水平井的发展还出现了水平井段在油层平面上旋 转方位呈半圆形的水平井.Ｓｔａｔｄｉｌ石油公 司曾钻了一口井深10058ｍ,水平段长5998ｍ的半圆 形水平井。
推进器
• 推进器是给钻头加压的液压工具,由于连 续油管重量轻,刚度小,不能用其给钻头施 加钻压,一般用专门的井下推进器(Ｄｏｗ ｈｏｌｅＴｈｒｕｓｔｅｒ)实现加压钻 进目的。
引斜器
• 引斜器是从直井开始在套管内引斜侧钻 开窗的工具,其类型很多,有液压座封,液力 座封和火药爆炸座封等多种形式,应用较 为广泛的是液压座封式。
连续油管
• 连续油管装在的专用的绞盘上,其规格型 号较多,油管的规格尺寸越大,最小弯曲半 径也就越大
注入头
• 注入头用来引导、夹持和起下连续油管,全 部由液马达控制,实现夹持和起下连续油管。 根据其最大承载能力,主要有10000ＬＢＳ、 20000ＬＢＳ、30000ＬＢＳ、40000ＬＢＳ、 80000ＬＢＳ、120000ＬＢＳ、200000ＬＢ Ｓ等多种规格,各种注入头适用于多种油管 规格尺寸。
• 1994年5月Ｍａｒｓｋ油气公司在北海钻了一口11000英尺 (3352.8ｍ)的水平段(Ｎ-49井),该井是Ｇｏｒｍ油田构造边部的
一口水平井.该井下9 5/8″套管固井后,用8 3/4″钻头钻至7691
英尺,再下带封隔器的4 1/2″尾管至7691英尺后开始用连续油 管进行水平钻井,采用海水钻井液,井眼尺为3 1/2″,直到钻至完 井深度11000英尺.在钻至10000英尺之前由于地层压力低为正 压钻井,从10000英尺开始,最后1000英尺为欠平衡钻井,地层由 300桶/ｄ的产油量上升到1000桶/ｄ的产油量,地层压力由16.5 ＭＰａ上升到21.4ＭＰａ.此段钻进最快达470-510英尺 天.最后 创造了单趟钻进尺1000英尺,最高钻速120英尺 小时,单只钻头 (8#钻头)总进尺2760英尺的最好记录。
循环处理装置
• 连续油管钻井循环处理装置与普通钻井的区别 很大,其特点一是轻便,由于连续油管所钻井眼小, 应用排量小;钻井液用量少,整个系统比较轻便,大 大节约了井场征地面积;二是密闭,为了保证油基 钻井液、泡沫钻井液和欠平衡钻井安全,在分离 脱气前的循环系统部分是密闭的;三是脱气,连续 油管常采用欠平衡钻井,钻井液返出后,含有油气 或循环气,为了保证安全,不但要除砂,而且要脱气, 一般要配除砂器和分离器进行除砂和脱气。
• 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3、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。
眼,最大井深度达6000ｍ。
• 这为进行老井重钻加深,开窗侧钻和新区小井眼 钻探提供了特殊的技术手段。国外实践表明,钻
小井眼与钻常规井眼相比,岩石破碎量少3040%,泥浆用量少50%,套管用量少35%,井场面 积小5-10倍,钻井成本降低1-2倍。
应用之二：欠平衡钻井
• 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。
马达
• 马达用来给钻头提供旋转扭矩,为了便于 增斜和顺利通过短半径曲率段,井下马达 制造成外径小、长度短、扭矩大、能弯 曲(单弯、双弯和绞链式)的容积式马达。 美国Ｄｒｅｌｅｘ公司井下动力马达,具 有气液两种介质驱动方式,使用方便,性能 优越。
随钻测量仪ＭＷＤ
• 随钻测量仪是随马达下入井中边钻进边进行井 眼倾斜角和方位角测量的仪器,有直读式和储存 式两种。多数采用无线传输直读方式,定时将测 量结果传达到地面,以便地面进行钻井参数调整 和控制井眼轨迹。近年来又出现了随钻地震测 量技术ＳＷＤ,边钻进边进行地震测量,确定井下 岩性,与地面计算机系统配套处理,实现自动导向。 随钻测井ＬＷＤ,在钻进的同时,随钻进行伽玛、 电位和成相测井。
• 所有水平井都是在5
″和7″套管的老井进行侧
钻开窗的。钻井速度受岩性影响很大,高渗透层
平均钻速达4.57-47.72ｍ /ｈ,致密层平均只有