水平井气体钻井关键技术分析

《水平井气体钻井关键技术分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、水平井气体钻井关键技术分析1.中石化胜利石油工程有限公司黄河钻井五公司山东省东营市257000；2.中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院山东省东营市257017目前气体钻井技术己在国内外得到广泛的应用，能够有效提高钻井机械钻速，减少地层漏失，保护油气储层等。为了扩大气体钻井技术的应用范围，提高致密砂岩、泥页岩等非常规低渗透油气藏的歼发效益，将气体钻井应用于水平井的开发成为发展的方向。木文调研分析了国内外气体钻水平井实例，总结了现有设备的不足，分析了气体钻水平井的技术难题，为国内开展相关研宄提供了借

2、鉴。关键词：气体钻井；井眼轨迹；随钻测量；井下工具引言气体钻井技术能够有效提高钻井机械钻速，减少地层漏失，保护油气储层等。近年来，随着油气勘探开发技术的进步，气体钻井技术在国内外的应用越来越广泛。为了提高低渗透油气藏开发效益，将气体钻井应用于水平井钻井成为未来发展的方向。自1986年以来国外先后使用气体钻井成功钻成多口水平井，很好地解决了常规钻进过程中存在的问题，似仍存在着一些问题，主要括：气体钻水平井井眼轨迹控制、随钻测量技术、大井斜条件下井眼清洁等。木文针对以上问题，调研分析相关的新技术和新方法，

3、为气体钻井在水平井中的应用提供了参考。1气体钻井地层造斜特性分析气体钻井的循环介质为气体，井底压力很小，井底岩石的受力状态等与常规钻井不同，这就使得其地层造斜特性与常规钻井存在很大差异。国内外学者釆用多种研究方法分析了气体钻井条件下地层的造斜特性，认为：1）与常规钻井液钻井相比，气体钻井井底存在的负压差，放大了倾斜地层上倾和下倾两侧岩石应力的不对称性，使地层各向异性指数明显增大，地层的造斜特性增强；2）相同钻具组合条件下，气体钻井的钻具降斜力比常规钻井时有所增加，但增加幅度小于地层造斜力的增加幅度。在

4、相同的地层、相冋的钻具组合条件下，气体钻井比常规钻井更容易发生井斜［1-3］。2气体钻井井眼眼轨迹控制技术气体钻水平井过程中，井简内的震动容易造成工具故障，因此必须要选择合适的导向减震系统。Smith公司研制了可导向气体钻井系统，能实现气体钻水平井过程中的轨迹控制。该系统包括能不受钻柱转动影响的冲击钻具（即空气锤/马达组合）、井底总成（包括弯接头、稳定器）和遥测工具。该系统有一个独特的旋转机构，能在活塞的两次冲击之间4o~5o,迫使活塞转动，而活塞与钻头连接，所以带动钻头呈分度式转动，并对井眼进行定向

5、控制。2.1空气锤空气锤是气体钻井中常用的一种破岩工具，其采用冲击破岩的钻井方式,与传统的钻井方式相比，可以大大提高硬质、研磨性地层的机械钻速，提高低压易漏地层的钻井效率。定向钻井过程中使用较多的是气体马达驱动式空气锤。气体螺杆马达驱动式空气锤定向钻井过程中主要使用常规空气锤，其解决了自冋转式空气锤钻井过程中钻压不易控制和空气锤冋转扭矩增加而引起的输出功率低的问题，可以保证较高的机械钻速。但是气体螺杆马达驱动式空气锤定向钻井技术需要采用低速空气螺杆钻具，常规气体螺杆马达的转速较高，达到80-150r/

6、min,而空气锤的适用转速为30-50r/min;冋吋高转速增强了空气锤钻头与岩石的剪切力，容易导致钻头过早磨损，因此在使用空气锤吋尽量选择低转速的气体螺杆。图1气体螺杆马达驱动式空气锤定向钻具组合1-空气锤；2-空气锤上接头；3-弯壳气体马达；4-减震器；5-螺旋稳定器；6-钻铤及随钻测量装置。美国Appalachian盆地Berea砂岩储层研磨性强，含宵质量分数近80%的石英质，非侧限抗压强度达到137.8MPa,2009年以前使用传统钻井模式钻探水平井，机械钻速低。2009年后，EQT公司在该地

7、层使用气体螺杆马达驱动式空气锤定向钻井技术，共钻探了37口井，单井钻探成本可节约30%,应用结果表明，该技术具有较好的适应性，机械钻速可提高至30m/h[4-5]。2.2气体螺杆钻具气体螺杆钻具是用气体、泡沫等可压缩流体钻及各类特殊工艺井的必需工具，其结构包括：可调弯接头、马达、万向节外壳/总成和轴承总成。国外从1960年就开始进行气体螺杆现场测试，BakeHughes等多家石油公司拥有自己的7气体螺杆产品。■其中BakeHughes具有从最大外径为Ø241.3mm到最小外径为&Osla

8、sh;79.4mm等尺寸最为齐全的气体螺杆马达系列产品。国内方面，气体螺杆钻具的研究还处于起步阶段。2002年，中国石油天然气集团公司立项研制气体螺杆钻具，8月，由北京石油机械厂生产的试验样机在苏里格气田进行了天然气驱动螺杆钻具钻直井试验，并获得初步成功。2004年7月，中国石油西南油气田公司在白浅111-H水平井使用K7LZ120×7.0型气体螺杆钻具进行气相欠平衡钻井，由柴油机尾气驱动气体螺杆钻具带PDC钻头进行钻进，后因试验中的尾气发生