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《西南石油学院》 2002年
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大位移井钻井技术在渤海油田中的应用

姜伟  
【摘要】: 大位移水平井钻井技术,在边际油田的开发,特别是在我国海洋石油开发中,具有广阔的应用前景。在我国海上已发现油田构造和油气田112个,其中在1000万吨以下的边际小油气田67个,因此利用已有海上生产装置,运用大位移钻井技术,可以有效地对周边油田实施开发,从而节省昂贵的海上油田开发费用,为有效益地开发一些小的断块油田、边际油田开辟了一条崭新的途径,并具有极为广阔的应用。 在读博士期间,作者作为中国海洋石油总公司渤海石油公司总工程师和国家863—820—09大位移井钻井技术项目课题负责人,主持并且参加了大位移井钻井技术研究,通过国家863研究项目,借鉴国外先进大位移钻井技术和经验,发展了我国自己的大位移井钻井技术,并且在海上进行了积极的探索和实践,已经初步掌握了钻大位移井的关键技术,逐步形成了我国自己的大位移钻井配套技术。利用现有钻机设备和水基钻井液体系,钻成了水平位移4000m左右,水平位移与垂深的比在2左右的大位移井,并取得了很好的经济效益。 本文全面研究和总结了与大位移井技术有关的关键技术。其主要内容包括:①适合于大位移井开发的油藏工程研究:开展了适合于大位移井开发的油藏类型筛选和开发方案选择的研究。②钻机评价及改造:针对大位移井的特殊要求,对钻机各种设备的负荷进行了分析,并对不满足要求的有关设备进行了升级和改造。③大位移井井壁稳定技术研究:利用测井资料,计算待钻区块的安全泥浆密度窗口以及保持井壁稳定的钻井方向。④摩阻扭矩预测与分析:建立了摩阻扭矩分析的三维刚杆和软杆頄测模型,模型考虑了钻柱屈曲对大位移井钻柱摩阻扭矩的影响,能对钻井过程中的各种工况钻柱摩阻扭矩以及漂浮下套管过程中套管的摩阻进行分析。⑤大位移井旋转导向钻井与轨迹控制技术:研制了旋转导向钻井系统的关键工具——可变径稳定器,分析了旋转导向钻具的力学特性。⑥大位移井钻柱优化设计,主要是计算临界钻压和在轴向力作用下的抗扭强度。⑦井眼净化技术:研究了影响井眼净化的因素,开发了计算满足井眼净化的最小环空返速的计算模型。⑧钻井液技术:着重研究了具有良好抑制性和润滑性的钻井液体系及相应的评价方法。⑨固井及完井技术研究:研究了适合渤海油田油层保护的完井液体系,对关键的9—5/8”套管的下入和注水泥技术进行了深入的研究,分析了砾石充填和射孔等完井方式对大位移井产能的影响。 通过以上综合技术的研究和在渤海钻成6口大位移水平井实践,形成了一套大位移 大位移井钻井技术在渤海汕川中的应用 一 井钻井技术集成,所有技术都在渤海*KI了2油田4口人位移井和*H*32一6油田2曰 大位移井得到了验证和应用,并且还有一系列的技术创新: (1)在渤海油田,应用大位移钻井技术,开发周边边际油田,并且成功地研究和 确定了钻机就位、钻机升级改造等技术方案,并且通过工程项目实施,经济、有效的解 决了钻井的难题,为今后用6000m钻4000水平位移大位移水平井提供了借签。 (2)开发的井壁稳定模型考虑了水化应力的影响,研究成果对大位移布井和快速 安全钻井具有重要的理论指导意义。 (3)研究的扭矩摩阻预测和分析技术,为大位移水平井轨迹的优化设计及钻机的 能力评价、设备的升级改造提供了强有力的分析和评价手段。摩阻扭矩的实时监测和分 析技术在及时发现井下异常,防止井下事故等方面发挥了非常重要的作用。 (4)首次决定在渤海油田使用863项目研究的水基钻井液,钻成水平位移4K;。左 右的大位移水平井的技术方案,并且在工程项目实施中,解决了1_它实施,固控设备的 具体问题,不但合理地解块了井眼狰化、井壁稳定及井壁润滑等技术难题,同时,在减 少钻井液对环境的污染方面也做出了有意义的贡献。 (5)在大位移水平井钻井过程中,决定了首次使用自行研制的可变径稳定器的合 理稳妥的技术方案,并使其在井眼轨迹控制、减小钻柱摩阻扭矩、减少起下钻次数等方 面发挥了重要的作用。 (6)在国内首次决定将T C P正压射孔技术应用于大位移水平井的完井作业中, 并且摸索和总结了一套从水平井TCP定位、校深、点火方式、射孔作业方法的一套成 熟的技术和成功的经验。 门)利用板壳理论的研究方法,设计了海上生产井无钻机作业时间固20”表层套管 的方案和装置,并取得了良好的经济效益,在理论研究方法和设计方案、作业方式上都 是一个创新。 (8)在水平井中倒装钻具强度校核中,考虑了轴向载荷对扭矩和应力的影响的分 析方法,保证了大位移水平井倒装钻具的安全,在理论分析方法上也是一个创新。 (9)采用了水平井下部钻具组合的弹性稳定性的分析方法,并综合到钻具在转动 状态下及不同井斜条件下弹性稳定性的影响,并用以指导钻井实践,在动态下分析弹性 稳定性,这在理论分析方法上是一个创新。 本文所研究和总结的大位移钻井技术的集成,为我国海上和陆上油田成功应用大位 移井钻井技术提供了必要的依据和借鉴?
【关键词】:大位移井 导向钻井 井壁稳定 钻井液 摩阻扭矩 固井 砾石填充
【学位授予单位】:西南石油学院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:TE52
【目录】:
  • 中文摘要4-6
  • 英文摘要6-8
  • 1 绪论8-17
  • 1.1 研究大位移井的目的和意义8-9
  • 1.2 大位移井钻井技术国内外研究及发展概况9-16
  • 1.3 本文的主要研究内容16-17
  • 2 大位移井油藏地质工程研究17-23
  • 2.1 适合于大位移井开发的油藏类型筛选17-19
  • 2.2 大位移井油藏开发方案研究19-23
  • 3 大位移井钻机能力评价和设备改造23-28
  • 3.1 国外大位移井的主要钻机能力情况23
  • 3.2 渤海大位移水平井对钻机设备能力的考虑:23-25
  • 3.3 渤海钻机电站改造方案25-26
  • 3.4 电站改造方案的效益评价及认识26-28
  • 4 岩石力学及井壁稳定技术28-48
  • 4.1 大位移井的井周应力分析28-31
  • 4.2 井壁稳定力学机理31-33
  • 4.3 分层地应力的计算模型33-36
  • 4.4 泥页岩强度和力学参数的确定36-40
  • 4.5 力学化学耦合计算模式及水化对井壁稳定的影响研究40-42
  • 4.6 大位移井井壁稳定计算结果42-47
  • 4.7 小结47-48
  • 5 大位移井摩阻扭矩分析48-86
  • 5.1 摩阻扭矩研究的意义及研究现状48-49
  • 5.2 摩阻/扭矩分析模型建立49-58
  • 5.3 减摩工具58-59
  • 5.4 钻柱屈曲与后屈曲分析59-72
  • 5.5 摩阻扭矩预测分析在渤海油田中地应用72-84
  • 5.6 摩阻扭矩研究小结84-86
  • 6 大位移井井眼轨迹控制技术86-115
  • 6.1 井下正排量可变径稳定器的研制与应用86-91
  • 6.2 井下闭环可变径稳定器91-102
  • 6.3 导向钻具力学性能分析102-114
  • 6.4 小结114-115
  • 7 大位移井钻柱优化设计115-128
  • 7.1 大位移水平井及大斜度井井临界钻压计算115-121
  • 7.2 大位移井倒装钻具抗扭强度的研究及其计算方法121-127
  • 7.3 小结127-128
  • 8 大位移井环空流体力学及井眼净化计算128-136
  • 8.1 大位移井井眼净化研究概况128-129
  • 8.2 影响大位移井井眼净化的因素分析129-130
  • 8.3 岩屑滚动和悬浮运移的MTV模型130-132
  • 8.4 大位移井井眼净化软件的现场验证和应用132-136
  • 9 大位移井水基钻井液技术136-165
  • 9.1 概述136
  • 9.2 大位移井水基钻井液的技术要点136-138
  • 9.3 大位移井水基钻井液润滑性评价138-150
  • 9.4 大位移井水基钻井液抑制性评价150-154
  • 9.5 大位移井水基钻井液体系配方确定154-161
  • 9.6 QHD32-6-A26h井钻井液设计161-164
  • 9.7 小结164-165
  • 10 大位移井固井完井及油层保护技术165-194
  • 10.1 大位移井油层保护技术研究165-168
  • 10.2 渤海大位移井固井技术研究及其应用168-178
  • 10.3 大位移井20”表层套管无钻机时间固井装置研究及其应用178-184
  • 10.4 大位移井完井方案研究184-187
  • 10.5 渤海湾大位移井TCP射孔技术研究及其应用187-192
  • 10.6 小结192-194
  • 11 结论及建议194-199
  • 参考文献199-203

【引证文献】
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