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摘要:在油气田的勘探开发过程中,井斜过大,井深会被歪曲,造成井身质量不合格,地质资料不真实,甚至会漏掉油气层,这一点尤其在一些断块晓得油气田中更为突出;井斜过大,造成实际钻开点和设计点偏离较远,有可能会打乱油气田的开发方案,降低油气资源采收率。另外,对钻井工作本身来讲,井斜变化率和方位变化率过大,会形成严重的“狗腿”,使起下钻困难,钻柱工作条件恶化,还会粘附卡钻、键槽卡钻等复杂情况。
关键词:煤层气,开发井,井斜
中图分类号:O213.1 文献标识码:A 文章编号:
1、前言
我国的煤层气资源丰富,其资源总量与石油天然气相当,在当前的煤层气开发过程中,由于开发井施工工艺成熟、成本较低,所以煤层气开发施工中占有相当大的比重,然而制约开发井施工速度的主要是井身质量问题,因此保证井身质量成为开发井施工的关键。
2、井身质量
井身质量主要包括井斜、井底位移、狗腿度、井径扩大率,而这当中井斜控制又是井身质量控制的关键。
3、井斜的危害
在油气田的勘探开发过程中,井斜过大,井深会被歪曲,造成井身质量不合格,地质资料不真实,甚至会漏掉油气层,这一点尤其在一些断块晓得油气田中更为突出;井斜过大,造成实际钻开点和设计点偏离较远,有可能会打乱油气田的开发方案,降低油气资源采收率。另外,对钻井工作本身来讲,井斜变化率和方位变化率过大,会形成严重的“狗腿”,使起下钻困难,钻柱工作条件恶化,还会粘附卡钻、键槽卡钻等复杂情况。[1]
4、井斜产生的原因
钻井实践表明,造成井斜的原因是多方面的,如地质条件、钻具结构、钻井操作技术措施以及设备安装质量等
(1)地质条件对井斜的影响
地质条件是造成静井斜的重要原因,一般影响井斜的地质因素有:地层倾角、层状结构、各向异性、岩层的软硬交错以及断层等,生产实践证明,岩石的软硬互层,岩层的倾角大,片理发育的岩层等是促使钻孔弯曲的普遍原因,而且钻孔弯曲都有一定的规律性。
岩石层理走向及倾角过大,钻头在克取岩石时,顶着走向打;地质情况复杂,钻孔地层软硬间错,变化性极大,致使鉆具的配合,钻进参数的设定出现偏差;
①当钻头由软层进入硬岩层时,因孔底软、硬岩石抵抗破碎能力不同,产生不均匀破碎(软岩石破碎快、硬岩石破碎慢),促使钻孔弯曲;钻孔弯曲方向和程度,取决于钻孔与岩层层面的夹角大小和软、硬岩层的硬度差。
②钻孔由硬层向软层时,如岩层层面倾角较大,将使钻孔趋向硬岩方向弯曲,但在一定情况下,因在硬岩层中钻进形成的孔壁间隙较小,即使孔底不均匀破碎,但粗径钻具受孔壁限制而不易发生偏斜,故钻孔弯曲甚微或不发生弯曲。
③钻孔穿过片状岩层时,如钻孔轴线与岩层层因呈锐角相交,因岩石的各向性,将使钻孔趋向垂直于层面方向弯曲,同时钻孔的方位角则因钻具回转方向不同而向不同方向倾斜;如外头顺时针方向回转,则钻孔方位向右偏斜。
(2)钻具结构不合理
钻杆直径与粗径钻具直径相差较大,钻杆柱在轴心压力、自重及离心力等作用下,呈波形弯曲,必然给粗径钻具处端一个较大的偏斜力,使粗径钻具偏离钻孔轴线,造成钻孔弯曲,井斜增大。
(3)钻进技术参数不合理
钻进压力过大,使下部钻具弯曲,造成井斜增大,采用弯曲的钻具时,过高的转速使钻具离心力增大,从而增大了钻具的横向力、增大了扩壁作用,加大了孔壁间隙,降低了粗径钻具的导向作用,造成钻孔弯曲,井斜增大。
(4)安装质量不合格
安装工作出了马虎,安装质量不高对钻孔弯曲影响很大,主要表现在以下几方面:
① 地基(地盘)不坚实,填方过多,经水浸、震动及承受载荷后下沉,使钻塔钻机偏斜,导致钻孔弯曲;
② 基台安装不平整,钻机不正、不稳、摇动大,立轴、孔口、天车三点不在一直线上等,均易造成开孔偏斜。
4、井身质量控制措施
(1)首先要保证设备安装质量,保证设备安装平、稳、正、全、牢、灵、通。特别是天车、转盘、井口三点垂直成一条线,其偏移不得大于20mm。
(2)入井钻具加强管理,由专人负责检查防止弯曲钻具入井。
(3)当钻头由软地层进入硬地层时,应尽量减小钻压,减小到使钻具未产生一次弯曲的压力,中速钻进,到钻头完全进入硬地层时逐渐加压,加快转速钻进,当钻头由硬地层进入软地层时,跟着打,钻进中经常上下提升钻头。
(4)钻具组合采用钟摆钻具
一开钻具组合:
Φ311.1mm钻头+Φ178mm钻铤×2根+Φ159mm钻铤×4根+108mm方钻杆。
二开钻具组合:
Φ215.9mm钻头+Φ158.75mm钻铤×9根+Φ127mm钻杆+Φ108mm方钻杆。
(5)搞好井身质量监测。一般每钻进50m测斜一次,发现井斜有快速增大趋势,加密测量,过煤层后要加测一次,若发现井斜超标,应立即采取措施纠斜并加密测量,纠斜原则是要早纠、少纠,控制狗腿度以确保井身质量合格。
(6)井径扩大率主要是要控制煤层段的井径,所以在钻至煤层时,要快速穿过,严禁钻头停留在煤层段循环钻井液。
5、总结
搞好井身质量控制,是开发井快速施工的关键,是钻井工作的重中之重,在今后的施工中,仍需我们进一步总结经验,积累知识,利用新技术、新设备来控制好井身质量,保证施工进度,加快煤层气市场的开发速度,为国家和人民贡献更多的新能源。
作者简介:田冰涛(1975-)男,助理工程师,2012年毕业于郑州轻工业学院机电一体化专业,一直从事煤田水文地质及煤层气开发工作。
参考文献1. 主编 王瑞和,李明忠.《石油工程导论》:中国石油大学出版社,2001.7.
关键词:煤层气,开发井,井斜
中图分类号:O213.1 文献标识码:A 文章编号:
1、前言
我国的煤层气资源丰富,其资源总量与石油天然气相当,在当前的煤层气开发过程中,由于开发井施工工艺成熟、成本较低,所以煤层气开发施工中占有相当大的比重,然而制约开发井施工速度的主要是井身质量问题,因此保证井身质量成为开发井施工的关键。
2、井身质量
井身质量主要包括井斜、井底位移、狗腿度、井径扩大率,而这当中井斜控制又是井身质量控制的关键。
3、井斜的危害
在油气田的勘探开发过程中,井斜过大,井深会被歪曲,造成井身质量不合格,地质资料不真实,甚至会漏掉油气层,这一点尤其在一些断块晓得油气田中更为突出;井斜过大,造成实际钻开点和设计点偏离较远,有可能会打乱油气田的开发方案,降低油气资源采收率。另外,对钻井工作本身来讲,井斜变化率和方位变化率过大,会形成严重的“狗腿”,使起下钻困难,钻柱工作条件恶化,还会粘附卡钻、键槽卡钻等复杂情况。[1]
4、井斜产生的原因
钻井实践表明,造成井斜的原因是多方面的,如地质条件、钻具结构、钻井操作技术措施以及设备安装质量等
(1)地质条件对井斜的影响
地质条件是造成静井斜的重要原因,一般影响井斜的地质因素有:地层倾角、层状结构、各向异性、岩层的软硬交错以及断层等,生产实践证明,岩石的软硬互层,岩层的倾角大,片理发育的岩层等是促使钻孔弯曲的普遍原因,而且钻孔弯曲都有一定的规律性。
岩石层理走向及倾角过大,钻头在克取岩石时,顶着走向打;地质情况复杂,钻孔地层软硬间错,变化性极大,致使鉆具的配合,钻进参数的设定出现偏差;
①当钻头由软层进入硬岩层时,因孔底软、硬岩石抵抗破碎能力不同,产生不均匀破碎(软岩石破碎快、硬岩石破碎慢),促使钻孔弯曲;钻孔弯曲方向和程度,取决于钻孔与岩层层面的夹角大小和软、硬岩层的硬度差。
②钻孔由硬层向软层时,如岩层层面倾角较大,将使钻孔趋向硬岩方向弯曲,但在一定情况下,因在硬岩层中钻进形成的孔壁间隙较小,即使孔底不均匀破碎,但粗径钻具受孔壁限制而不易发生偏斜,故钻孔弯曲甚微或不发生弯曲。
③钻孔穿过片状岩层时,如钻孔轴线与岩层层因呈锐角相交,因岩石的各向性,将使钻孔趋向垂直于层面方向弯曲,同时钻孔的方位角则因钻具回转方向不同而向不同方向倾斜;如外头顺时针方向回转,则钻孔方位向右偏斜。
(2)钻具结构不合理
钻杆直径与粗径钻具直径相差较大,钻杆柱在轴心压力、自重及离心力等作用下,呈波形弯曲,必然给粗径钻具处端一个较大的偏斜力,使粗径钻具偏离钻孔轴线,造成钻孔弯曲,井斜增大。
(3)钻进技术参数不合理
钻进压力过大,使下部钻具弯曲,造成井斜增大,采用弯曲的钻具时,过高的转速使钻具离心力增大,从而增大了钻具的横向力、增大了扩壁作用,加大了孔壁间隙,降低了粗径钻具的导向作用,造成钻孔弯曲,井斜增大。
(4)安装质量不合格
安装工作出了马虎,安装质量不高对钻孔弯曲影响很大,主要表现在以下几方面:
① 地基(地盘)不坚实,填方过多,经水浸、震动及承受载荷后下沉,使钻塔钻机偏斜,导致钻孔弯曲;
② 基台安装不平整,钻机不正、不稳、摇动大,立轴、孔口、天车三点不在一直线上等,均易造成开孔偏斜。
4、井身质量控制措施
(1)首先要保证设备安装质量,保证设备安装平、稳、正、全、牢、灵、通。特别是天车、转盘、井口三点垂直成一条线,其偏移不得大于20mm。
(2)入井钻具加强管理,由专人负责检查防止弯曲钻具入井。
(3)当钻头由软地层进入硬地层时,应尽量减小钻压,减小到使钻具未产生一次弯曲的压力,中速钻进,到钻头完全进入硬地层时逐渐加压,加快转速钻进,当钻头由硬地层进入软地层时,跟着打,钻进中经常上下提升钻头。
(4)钻具组合采用钟摆钻具
一开钻具组合:
Φ311.1mm钻头+Φ178mm钻铤×2根+Φ159mm钻铤×4根+108mm方钻杆。
二开钻具组合:
Φ215.9mm钻头+Φ158.75mm钻铤×9根+Φ127mm钻杆+Φ108mm方钻杆。
(5)搞好井身质量监测。一般每钻进50m测斜一次,发现井斜有快速增大趋势,加密测量,过煤层后要加测一次,若发现井斜超标,应立即采取措施纠斜并加密测量,纠斜原则是要早纠、少纠,控制狗腿度以确保井身质量合格。
(6)井径扩大率主要是要控制煤层段的井径,所以在钻至煤层时,要快速穿过,严禁钻头停留在煤层段循环钻井液。
5、总结
搞好井身质量控制,是开发井快速施工的关键,是钻井工作的重中之重,在今后的施工中,仍需我们进一步总结经验,积累知识,利用新技术、新设备来控制好井身质量,保证施工进度,加快煤层气市场的开发速度,为国家和人民贡献更多的新能源。
作者简介:田冰涛(1975-)男,助理工程师,2012年毕业于郑州轻工业学院机电一体化专业,一直从事煤田水文地质及煤层气开发工作。
参考文献1. 主编 王瑞和,李明忠.《石油工程导论》:中国石油大学出版社,2001.7.