欠平衡鉆井技術(shù)論文(2)
欠平衡鉆井技術(shù)論文
欠平衡鉆井技術(shù)論文篇二
淺析欠平衡鉆井技術(shù)
摘要：本文從欠平衡鉆井技術(shù)的定義及作用出發(fā)，重點(diǎn)介紹了欠平衡鉆井的設(shè)備以及欠平衡鉆井的設(shè)計(jì)，最后為國(guó)內(nèi)欠平衡鉆井技術(shù)提出了建議。
關(guān)鍵詞：欠平衡鉆井;設(shè)備;壓力控制;連續(xù)油管;防噴器
一、欠平衡鉆井技術(shù)的定義及作用
目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于欠平衡鉆井的定義有以下幾種：
API定義：鉆井過(guò)程中主體產(chǎn)層流體可流入井眼，并可將其循環(huán)到地面，地面可有效控制。
ERCB的定義：設(shè)計(jì)鉆井液柱壓力低于產(chǎn)層壓力，若液柱壓力不夠低時(shí)，在鉆井液中加入空氣或氮?dú)?，較低液柱壓力必然引起地層流體流進(jìn)井眼，并且這種地層流體必須循環(huán)出地面，并在地面進(jìn)行控制。
CNPC的定義：地層流體受負(fù)壓差的作用，向井筒內(nèi)連續(xù)流動(dòng)的條件下，所進(jìn)行的有控制的鉆井過(guò)程。
欠平衡鉆井的基本概念有多種表述，無(wú)論哪種表述都包含以下兩個(gè)主要方面，即：第一，井筒環(huán)空中循環(huán)介質(zhì)的當(dāng)量循環(huán)密度一定要低于所鉆地(儲(chǔ))層的孔隙壓力當(dāng)量密度，這個(gè)差值即為欠壓值。第二，地層流體一定要有控制地流入井筒，并把它循環(huán)到地面再分離出來(lái)。通俗稱(chēng)欠平衡鉆井技術(shù)為“邊噴邊鉆”，關(guān)鍵是在鉆井過(guò)程中使地層流體連續(xù)進(jìn)入井筒，因此欠平衡鉆井技術(shù)的實(shí)質(zhì)就是二次井控技術(shù)。因此它是不同于常規(guī)鉆井的存在一定技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的新型技術(shù)。
欠平衡鉆井在勘探開(kāi)發(fā)中的作用主要體現(xiàn)在：
(1)在油氣勘探上，欠平衡鉆井技術(shù)可以提高低壓、復(fù)雜巖性、水敏性、裂縫性等類(lèi)儲(chǔ)層油氣的發(fā)現(xiàn)和保護(hù)，因此，對(duì)于油氣勘探來(lái)說(shuō)它是一種油氣層識(shí)別技術(shù);
(2)在油氣開(kāi)發(fā)上，欠平衡鉆井技術(shù)可以通過(guò)有效地保護(hù)儲(chǔ)層，提高單井產(chǎn)量，降低開(kāi)發(fā)綜合成本。因此，對(duì)于油氣開(kāi)發(fā)來(lái)說(shuō)它是一種油氣層保護(hù)技術(shù);
(3)在工程上，欠平衡鉆井技術(shù)可以解決低壓地層漏失問(wèn)題，提高機(jī)械鉆速、減少壓差卡鉆。因此，對(duì)于鉆井工程來(lái)講，它是二次井控技術(shù)、保護(hù)油氣層鉆井技術(shù)、防漏技術(shù)和提高機(jī)械鉆速的方法。
二、欠平衡鉆井裝備
欠平衡鉆井所用的地面常規(guī)裝備有：氮或壓縮氣供應(yīng)裝置、容 積小且壓力大的注液泵、液-氣混合管匯、節(jié)流管匯、鉆屑或鉆井液取樣器、化學(xué)劑注射泵、采油分離系統(tǒng)和自動(dòng)燃燒氣體系統(tǒng)，以下是國(guó)外目前比較先進(jìn)的專(zhuān)用裝備。
1、高壓旋轉(zhuǎn)分流器-防噴器系統(tǒng)
又稱(chēng)旋轉(zhuǎn)防噴器(BOP)。國(guó)外有好幾個(gè)廠家都有專(zhuān)利產(chǎn)品，其中美國(guó)Williums工具公司生產(chǎn)的旋轉(zhuǎn)防噴頭使用最多，壓力級(jí)別最為齊全。該公司供應(yīng)的高壓系統(tǒng)有7000型和7100型兩種：7000型的靜試驗(yàn)壓力為21MPa，工作壓力為10.5MPa;7100型包括旋轉(zhuǎn)控制頭總成、熱傳遞-潤(rùn)滑裝置、遙控監(jiān)控臺(tái)和遙控防爆電源設(shè)備。旋轉(zhuǎn)控制頭總成殼體試驗(yàn)動(dòng)壓力可達(dá)70MPa，靜壓力為35MPa，工作壓力為17.5MPa。
2、液流導(dǎo)向系統(tǒng)
國(guó)外研制了一種電磁閥導(dǎo)向系統(tǒng)，可增加鉆深。馬達(dá)被設(shè)計(jì)成一種金屬對(duì)金屬的葉片，采用非彈性體制成的正容積馬達(dá)，不會(huì)由于失速而使轉(zhuǎn)速過(guò)快。
3、地面分離系統(tǒng)
2006年前后，國(guó)外加強(qiáng)了地面分離系統(tǒng)研制，包括壓力額定值為35MPa的地面分離裝置、自動(dòng)節(jié)流系統(tǒng)及各種分離器，這些設(shè)備可處理大量液體、巖屑和鉆井液。此外，有一種密封循環(huán)分離器，每天可處理566336立方米容量的液流;還有一種高效小型分離器，適用于近海地區(qū)。委內(nèi)瑞拉Mamdbo湖有一口近岸井，為了降低化學(xué)劑成本，首次使用密封循環(huán)地面分離系統(tǒng)，還使用配有全套連續(xù)油管的駁船和2000bbl(原油標(biāo)準(zhǔn)桶)容量的泡沫裝置。泡沫循環(huán)液密度降低到179.74～359.4千克/立方米，在分離后，泡沫可再循環(huán)使用，以降低配制化學(xué)劑和水的成本。
4、隔水管帽(Riser Cap)旋轉(zhuǎn)防噴器系統(tǒng)
一種回流裝置，所用主要設(shè)備是旋轉(zhuǎn)控制頭，裝在水上隔水管頂部，可代替隔水管系統(tǒng)的滑動(dòng)接頭、球形接頭和分流器。將高壓軟管接到旋轉(zhuǎn)控制頭雙流管出口端，可提高井控能力，防止鉆井液流失。高壓機(jī)械密封置裝于鉆臺(tái)下面的鉆桿與隔水管之間，鉆井液通過(guò)軟管回流井下。
5、實(shí)用隔水管(Virtual Riser)裝置
該裝置包括旋轉(zhuǎn)控制頭、封隔器―鎖定總成和環(huán)形壓力控制―排放系統(tǒng)三大部件，其中封隔器―鎖定總成是一個(gè)經(jīng)改進(jìn)的直徑508mm可膨脹套管封隔器，起到控制頭及井口下面套管間的壓力密封作用。其元件是一個(gè)3m長(zhǎng)的密封，置于660.40～914.40mm套管里面，用遙控船可遙控該封隔器。
6、地面數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
欠平衡鉆井時(shí)，要測(cè)量并記錄壓力、速度、氣含量、液含量和溫度，并實(shí)時(shí)顯示這些數(shù)據(jù)，避免出現(xiàn)過(guò)平衡和井噴現(xiàn)象。該系統(tǒng)可在鉆井作業(yè)時(shí)，通過(guò)與現(xiàn)有鉆井控制與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)接口，提供實(shí)時(shí)信息，還可與動(dòng)態(tài)多相流量模型接口，允許將實(shí)際參數(shù)與計(jì)算參數(shù)加以比較。
三、欠平衡鉆井設(shè)計(jì)
1、欠平衡鉆井取得成功的關(guān)鍵
欠平衡鉆井要想取得成功必須做到以下幾點(diǎn)：完全搞清楚油藏和地質(zhì)情況;選擇合適的欠平衡鉆井技術(shù);合理的設(shè)計(jì)與多相流計(jì)算機(jī)模擬和制定應(yīng)急計(jì)劃。
2、欠平衡鉆井參數(shù)設(shè)計(jì)
參數(shù)設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：氣體鉆井主要是設(shè)計(jì)攜帶巖屑所需要的最小氣體流量;霧化鉆井主要是設(shè)計(jì)攜帶巖屑和液體所需要的氣體流量;泡沫、充氣鉆井設(shè)計(jì)氣體流量和液體流量;溢流鉆井主要是設(shè)計(jì)鉆井液密度和氣體、霧化、泡沫和充氣要用多相流軟件設(shè)計(jì)。
多相流流動(dòng)模型：常用的模型有均相流模型、分相流模型和漂移流動(dòng)模型等;氣體、霧化、泡沫鉆井采用均相流模型，即氣、液兩相的運(yùn)行速度相同;而充氣、溢流鉆井采用漂移模型，漂移模型考慮了各相之間的相互作用和相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即氣相滑脫速度和油相的漂移速度。
四、對(duì)國(guó)內(nèi)欠平衡鉆井技術(shù)的建議
1、進(jìn)一步研究欠平衡鉆井工藝技術(shù)
雖然國(guó)內(nèi)對(duì)欠平衡鉆井技術(shù)已進(jìn)行了一些理論上的研究，并已取得一些研究成果，但是，研究的范圍較窄，過(guò)去的研究工作，主要放在自然形成欠平衡條件下的邊噴邊鉆技術(shù)上，其它方式的欠平衡鉆井技術(shù)，如使用空氣、氮?dú)?、泡沫、充氣鉆井液進(jìn)行欠平衡鉆井，還很少涉及到，或者還沒(méi)有深入地涉及到，所以需擴(kuò)大研究?jī)?nèi)容。
2、加強(qiáng)國(guó)內(nèi)欠平衡鉆井設(shè)備系列配套的研制
隨著欠平衡鉆井技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)發(fā)出了一些較先進(jìn)的欠平衡鉆井地面設(shè)備，如旋轉(zhuǎn)防噴器(額定的動(dòng)密封壓力已達(dá)17.5MPa)、閉式四相分離處理系統(tǒng)等，這為安全、有效地欠平衡鉆井提供了必要條件，有些設(shè)備國(guó)內(nèi)有些油田已引進(jìn)。而國(guó)內(nèi)也早在1980年代就開(kāi)始進(jìn)行研制旋轉(zhuǎn)防噴器和鉆井液/氣體分離器，但這些設(shè)備在某些設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上及技術(shù)指標(biāo)上，與國(guó)外相比，還有一些差距，因此，還需在吸收國(guó)外設(shè)備先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)國(guó)內(nèi)的研制工作，使其系列配套，滿(mǎn)足欠平衡鉆井的需要。
3、進(jìn)行欠平衡連續(xù)油管鉆井技術(shù)的研究
欠平衡連續(xù)油管鉆井技術(shù)與常規(guī)鉆井技術(shù)相比，具有鉆井效率高，在整個(gè)作業(yè)過(guò)程中因不連接鉆桿，可始終保持負(fù)壓條件，能有效地減少地層損害，鉆井安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，由于這些優(yōu)點(diǎn)，適合其它欠平衡鉆井方法不適合的高壓和含H2S地層的鉆井。國(guó)外已大力發(fā)展，而我們國(guó)內(nèi)還未涉及，對(duì)此，國(guó)內(nèi)應(yīng)對(duì)該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行一些理論上的探索和研究，大力發(fā)展利用欠平衡連續(xù)油管鉆井技術(shù)進(jìn)行老井加深、老井側(cè)鉆、小井眼鉆井、淺氣層及低壓油氣藏的鉆井技術(shù)，以提高這些井的鉆井效率、降低鉆井成本、提高油氣采收率。
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