石油钻井工程技术发展与装备需求课件.ppt
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- 石油 钻井 工程技术 发展 装备 需求 课件
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1、12453 随着油气勘探开发不断向随着油气勘探开发不断向深海、沙漠、极地、高山深海、沙漠、极地、高山等自然地理环等自然地理环境恶劣的边远地区延伸,向境恶劣的边远地区延伸,向深层深层、“三高三高”气藏气藏、低压低渗透、稠油、低压低渗透、稠油、非常规资源非常规资源等难动用储量延伸,等难动用储量延伸,特殊工艺井特殊工艺井数量不断增长,促使国内数量不断增长,促使国内外钻井工程技术得到快速发展外钻井工程技术得到快速发展 钻采工程技术装备是实现油气勘探开发的重要保障。钻采工程技钻采工程技术装备是实现油气勘探开发的重要保障。钻采工程技术的不断创新和提高是有效降低勘探开发成本,增加油气产量的重要术的不断创新和
2、提高是有效降低勘探开发成本,增加油气产量的重要手段,也为手段,也为石油装备石油装备制造业发展提出了更高的要求。制造业发展提出了更高的要求。集团公司发展战略对未来装备的发展提出了更高要求集团公司发展战略对未来装备的发展提出了更高要求 根据集团公司勘探开发和形势发展的需要,结合国际石油根据集团公司勘探开发和形势发展的需要,结合国际石油行业发展的趋势,量身打造石油工程技术和配套装备。行业发展的趋势,量身打造石油工程技术和配套装备。分析与国内外先进石油工程装备存在的差距,为集团公司分析与国内外先进石油工程装备存在的差距,为集团公司装备的发展提供依据。装备的发展提供依据。稳定东部,加快西部,发展南方,开
3、拓海外稳定东部,加快西部,发展南方,开拓海外东部硬稳定、西部快上产、天然气大发展东部硬稳定、西部快上产、天然气大发展上山下海进深层,低渗稠油进海相上山下海进深层,低渗稠油进海相 资源战略资源战略态态 势势挑挑 战战 下面重点就气体钻井、垂直钻井和超深钻井技术发展与下面重点就气体钻井、垂直钻井和超深钻井技术发展与装备需求进行介绍。装备需求进行介绍。气体钻井气体钻井 是指以气体为工作循环介质,把钻屑从井底带到是指以气体为工作循环介质,把钻屑从井底带到地面的一种钻井方式,已被国内外钻井界公认为是提高钻井速地面的一种钻井方式,已被国内外钻井界公认为是提高钻井速度、缩短钻井周期的一项革命性技术。度、缩短
4、钻井周期的一项革命性技术。空气钻井空气钻井 氮气钻井氮气钻井 天然气钻井天然气钻井 尾气钻井尾气钻井 雾化钻井雾化钻井 泡沫钻井(气相可以是空气、氮气、天然气)泡沫钻井(气相可以是空气、氮气、天然气)分类:分类:1、气体钻井特点及现状、气体钻井特点及现状 机械钻速高机械钻速高 钻头寿命长钻头寿命长 利于控制井斜利于控制井斜 缩短钻井周期缩短钻井周期 消除井漏消除井漏 无需泥浆,利于环保无需泥浆,利于环保l不适用于含大量地层水的井段不适用于含大量地层水的井段l不适用于用于高含不适用于用于高含H2S的地层的地层l不适用于易坍塌井段不适用于易坍塌井段l钻具失效频率高钻具失效频率高l不利于岩屑录井不利
5、于岩屑录井p在美国和加拿大,气体钻井技术的应用比较成功,用空在美国和加拿大,气体钻井技术的应用比较成功,用空气、氮气、天然气等气基流体为循环介质,开发气、氮气、天然气等气基流体为循环介质,开发低渗、低渗、衰竭、易漏衰竭、易漏储层,储层,提高钻速提高钻速,其设备已趋于完善,技术,其设备已趋于完善,技术趋于成熟趋于成熟。p气体钻井技术在国内正处于快速发展时期。气体钻井技术在国内正处于快速发展时期。p自川东北自川东北老君老君1 1井井和普光气田和普光气田P302-1P302-1(D-1D-1)井首次应用井首次应用空气钻井技术成功以来,集团公司在川东北地区集成引空气钻井技术成功以来,集团公司在川东北地
6、区集成引进、研究应用了气体钻井技术,大幅度提高了上部陆相进、研究应用了气体钻井技术,大幅度提高了上部陆相地层钻井速度,缩短了钻井周期。地层钻井速度,缩短了钻井周期。国内外应用现状国内外应用现状 气体钻井的主要设备有空气压缩机、增压机、管汇系统、旋转防喷器、排屑管线以及与管汇系统和工艺相适应的阀门、仪表等,氮气钻井还有膜制氮机等。(1)气体钻井的主要设备)气体钻井的主要设备集团公司气体钻井设备配套情况集团公司气体钻井设备配套情况胜利胜利中原中原西南西南集团公司集团公司空压机空压机24343088增压机增压机116926膜制氮机膜制氮机56920雾化钻井泵雾化钻井泵2349 集团公司气体钻井设备配
7、套能满足一般气体钻井工艺的需要,符合国际油气井最新通用安全标准的要求。集团公司空压机总供气量能力达到2800m3/min,满足了不同条件下气体钻井的施工要求。(3)集团公司气体钻井装备现状)集团公司气体钻井装备现状(4)技术水平及设备对比分析)技术水平及设备对比分析 对比对比项目项目国外国外中石油中石油集团公司集团公司应用应用情况情况Weatherford 每年在世界范围每年在世界范围内气体钻井施工近内气体钻井施工近 1800多口。多口。2007年完成年完成39口;口;龙岗穿过须家河;龙岗穿过须家河;2007年完成年完成49口;口;川东北川东北3口井穿须家河;口井穿须家河;空气锤空气锤长寿命空
8、气锤,长寿命空气锤,开发了空气锤开发了空气锤空气锤正在研制空气锤正在研制EMWDEMWD测量能力测量能力4000mEMWD在原理研究在原理研究阶段阶段EMWD现场试验,现场试验,3000m设备设备配套配套空压机技术成熟空压机技术成熟空压机采用进口产品空压机采用进口产品空压机采用进口产品空压机采用进口产品泡沫泡沫钻井钻井循环泡沫钻井技术成熟循环泡沫钻井技术成熟正在进行循环泡沫钻井技正在进行循环泡沫钻井技术试验术试验 在气体钻井方面与国外先进水平相比主要差距是:空压机、在气体钻井方面与国外先进水平相比主要差距是:空压机、测量技术和空气锤质量方面。测量技术和空气锤质量方面。(1)加大国内空气钻井相关
9、配套设备,加大国内空气钻井相关配套设备,特别是大排量空气压缩特别是大排量空气压缩机组机组的国产化研究力度,缩小同国外同行的差距。的国产化研究力度,缩小同国外同行的差距。(2)加大加大空气锤及其配套钻头空气锤及其配套钻头的研制和应用,提高可靠性、耐的研制和应用,提高可靠性、耐用性,并实现系列化。目前中原油田钻井工程技术研究院正在攻关用性,并实现系列化。目前中原油田钻井工程技术研究院正在攻关空气锤及配套钻头项目,前期现场试验已经取得阶段成果。空气锤及配套钻头项目,前期现场试验已经取得阶段成果。设计试制的设计试制的320320钻头钻头样机地面试验前照片样机地面试验前照片(3)加强特殊气体钻井地面分离
10、器的研制与应用,加强特殊气体钻井地面分离器的研制与应用,实现气体的循环利用。实现气体的循环利用。(4)加大泡沫钻井的消泡装置研究与攻关。目前加大泡沫钻井的消泡装置研究与攻关。目前中原油田钻井工程技术研究院正在开发泡沫钻井机械中原油田钻井工程技术研究院正在开发泡沫钻井机械消泡装置,室内试验消泡率达到消泡装置,室内试验消泡率达到75%以上。以上。(5)加强井下燃爆监测及防控软硬件系统的开发,加强井下燃爆监测及防控软硬件系统的开发,目前中原油田钻井院正在研发空气钻井防燃爆井下短目前中原油田钻井院正在研发空气钻井防燃爆井下短节及燃爆监测软硬件系统。节及燃爆监测软硬件系统。(6)加强气体钻井加强气体钻井
11、测量技术测量技术的设备配套和开发。集团公司已经完成国的设备配套和开发。集团公司已经完成国产电磁波随钻测量仪产电磁波随钻测量仪EMWD样机的研制,现场试验井深已经达到样机的研制,现场试验井深已经达到3000m。(7)加强研制、配套及应用气体钻井定向工艺井所必需的加强研制、配套及应用气体钻井定向工艺井所必需的空气螺杆钻空气螺杆钻具具(或称气体螺杆钻具)。(或称气体螺杆钻具)。(8)加强相关井下工具(气体减震器、气体井下套管阀、打捞工具等)加强相关井下工具(气体减震器、气体井下套管阀、打捞工具等)的研制、配套及应用。的研制、配套及应用。(9)加强高压力级别的旋转防喷器的研制。加强高压力级别的旋转防喷
12、器的研制。(10)加强自动送钻系统在气体钻井中的应用,引进研发钻井软扭矩系加强自动送钻系统在气体钻井中的应用,引进研发钻井软扭矩系统,改善井下钻具受力状况,延长井下工具使用寿命,降低钻具失效频率。统,改善井下钻具受力状况,延长井下工具使用寿命,降低钻具失效频率。(11)针对制约录井的地层出水、岩屑采集与分析等瓶颈问题,完善配针对制约录井的地层出水、岩屑采集与分析等瓶颈问题,完善配套相应的综合录井硬件及软件系统。套相应的综合录井硬件及软件系统。防斜打快技术,一直是国内外专家致力研究的课题,目前防斜打快技术,一直是国内外专家致力研究的课题,目前有:有:利用下部不同钻具组合进行防斜纠斜;利用下部不同
13、钻具组合进行防斜纠斜;利用定向井技术进行防斜纠斜利用定向井技术进行防斜纠斜;利用利用自动垂直钻井技术自动垂直钻井技术提高纠斜稳斜效率和井眼轨迹控制提高纠斜稳斜效率和井眼轨迹控制精度。精度。目前自动垂直钻井技术主要为国外贝克休斯和斯目前自动垂直钻井技术主要为国外贝克休斯和斯伦贝谢等公司的产品,国内集团公司胜利石油管理局伦贝谢等公司的产品,国内集团公司胜利石油管理局已自主研制了已自主研制了机械式自动垂直钻井系统机械式自动垂直钻井系统。国内得到商业推广应用的主要是国内得到商业推广应用的主要是VertiTrak 垂直钻垂直钻井系统和井系统和PowerV垂直钻井系统垂直钻井系统。Schlumberger
14、 Baker Hughes Eastman Te1eco 德国智能钻德国智能钻井公司井公司 胜利石油管理局钻胜利石油管理局钻井工艺研究院井工艺研究院 PowerV VertiTrak VDS ZBE5000 MVDT 静态推靠式静态推靠式 VertiTrakVertiTrakVertiTrak垂直钻井系统,是一种闭环自垂直钻井系统,是一种闭环自动垂直钻井系统。动垂直钻井系统。钻进时当钻进时当MWD重力传感器检测到有井重力传感器检测到有井斜趋势时,即可启动液压部件,并传送实时斜趋势时,即可启动液压部件,并传送实时井斜数据到地面系统以方便控制和监测。井斜数据到地面系统以方便控制和监测。井号井号进尺
15、进尺/m纯钻纯钻/h钻速钻速/m/h井斜()井斜()秋南秋南1井井2459.47704.93.490.96大湾大湾3井井742.12245.983.020.2铁北铁北165.3643.31.51雷北雷北1井井647.90133.294.860.2分分1井井548.46318.91.720.202、自动垂直钻井系统、自动垂直钻井系统(1 1)优越性和适用性)优越性和适用性适用于大倾角地层和多断层地区(典型的情况是山前适用于大倾角地层和多断层地区(典型的情况是山前和硬地层钻井)的钻井作业。和硬地层钻井)的钻井作业。系统对井斜的控制基本不受钻井参数和地层造斜趋势系统对井斜的控制基本不受钻井参数和地层
16、造斜趋势的影响。的影响。导向单元不旋转,工具寿命长。导向单元不旋转,工具寿命长。(2 2)局限性)局限性由于其滑动钻井方式,对于岩层可钻性差、钻压传递由于其滑动钻井方式,对于岩层可钻性差、钻压传递困难的深井,以及易发生粘吸卡钻的井眼,存在一定困难的深井,以及易发生粘吸卡钻的井眼,存在一定的不利因素。的不利因素。(3 3)设备要求)设备要求 VertiTrak工具工作时,由钻进工作模式(工具工作时,由钻进工作模式(Steer Mode)转换到非钻进工作模式()转换到非钻进工作模式(Ribs-off Mode)时,)时,对泥浆泵的排量调节精度要求较高,应尽量选用电动泥对泥浆泵的排量调节精度要求较高
17、,应尽量选用电动泥浆泵。浆泵。由于施工泵压及排量较高,对泥浆泵提出了较高的由于施工泵压及排量较高,对泥浆泵提出了较高的要求。要求。动态推靠式动态推靠式PowerDrive井号井号钻井方式钻井方式进尺进尺/m平均机平均机械钻速械钻速/(m/h)钻速钻速提高提高井井 斜斜普光普光7井井复合钻进复合钻进1.3635%井斜使用前的井斜使用前的3.8 降为降为0.40.9 ,后期由于工,后期由于工作不正常,作不正常,3个点达到个点达到3.2-4.2 PowerV733.531.84黑池黑池1井井常规常规542.730.74147.3%井斜由原来的井斜由原来的1 降为降为 0.5 ,并保持至井深,并保持至
18、井深1743m,后期个别点为,后期个别点为11.6 PowerV1677.011.83使用使用POWER-V工具在地层倾角大、钻进速度低、工具在地层倾角大、钻进速度低、钻压受限地区可提高钻井速度,节约钻井周期,具有钻压受限地区可提高钻井速度,节约钻井周期,具有井身质量好,可避免井下复杂情况的发生等特点。井身质量好,可避免井下复杂情况的发生等特点。PowerV垂直导向钻井技术使用效果垂直导向钻井技术使用效果(1 1)优越性和适用性)优越性和适用性 旋转导向系统特别适用于地层倾角大于旋转导向系统特别适用于地层倾角大于40、自然造斜力强的地层;自然造斜力强的地层;广泛适用于使用泥浆马达进行滑动钻进时
19、比较广泛适用于使用泥浆马达进行滑动钻进时比较困难的深井以及易发生粘卡的复杂井。困难的深井以及易发生粘卡的复杂井。可在钻进中自动感应井斜,自动设定并调整仪可在钻进中自动感应井斜,自动设定并调整仪器的侧向力,使井眼快速返回垂直状态,可控制井器的侧向力,使井眼快速返回垂直状态,可控制井斜在斜在0.5以内。以内。(3 3)设备要求)设备要求 钻井设备:要求循环系统的承压能力高,钻机设备性能钻井设备:要求循环系统的承压能力高,钻机设备性能要好,尤其是泥浆泵性能要好,最好配备三台泥浆泵。要好,尤其是泥浆泵性能要好,最好配备三台泥浆泵。排量和压降:系统要求排量排量和压降:系统要求排量3860l/s的排量要求
20、。钻头的排量要求。钻头压降达到压降达到4MPa以上,再加上以上,再加上MWD需要需要2MPa的压降。因的压降。因此,比常规钻井增加此,比常规钻井增加6MPa压降压降。(2 2)局限性)局限性PowerV工具稳定性不高。在高硬度地层工具稳定性不高。在高硬度地层Pad磨损较快。磨损较快。VertiTrak 垂直钻井系统和垂直钻井系统和PowerV垂直钻井系统垂直钻井系统 VertiTrakPowerV钻进方式钻进方式滑动滑动旋转旋转钻头压降钻头压降无要求无要求600800PSI钻井模式转换钻井模式转换钻进钻进-划眼划眼不需转换不需转换适用井眼尺寸适用井眼尺寸897/8和和1228 5 1/222M
21、VDT是胜利石油管理局钻井工艺研究院是胜利石油管理局钻井工艺研究院自主研制的机械式垂直钻井系统自主研制的机械式垂直钻井系统,采用机械,采用机械结构控制,无电子装置和控制。结构控制,无电子装置和控制。机械式自动垂直钻井系统设计参数表机械式自动垂直钻井系统设计参数表井斜井斜控制控制精度精度/侧向侧向推靠推靠力力/kN防斜防斜纠斜纠斜效率效率/(/30m)巴掌巴掌行程行程/mm压力压力损耗损耗/MPa工具工具长度长度/m适应适应转速转速/(r/min)320121523120 机械式自动垂直钻井工具(机械式自动垂直钻井工具(MVDT)在雷北)在雷北1井进行了现井进行了现场试验应用,试验井段场试验应用
22、,试验井段1034.561137.56m,试验时钻压加大,试验时钻压加大至至1820t,井斜控制在,井斜控制在2.53.0。取得了明显效果,有待继续完善。取得了明显效果,有待继续完善。3、关键技术装备需求、关键技术装备需求 国内的防斜、纠斜井下专用工具研究处于起步阶段。国内的防斜、纠斜井下专用工具研究处于起步阶段。建议加大对该技建议加大对该技术的研究和开发力度,早日形成具有我国自主知识产权,机、电、液一体术的研究和开发力度,早日形成具有我国自主知识产权,机、电、液一体化自动控制的垂直钻井装备;化自动控制的垂直钻井装备;一是一是要围绕可靠性和钻井效率,加大井下机械扶正纠偏执行系统的开要围绕可靠性
23、和钻井效率,加大井下机械扶正纠偏执行系统的开发研究;发研究;二是二是要进一步加大国内要进一步加大国内MWD与井下机械扶正纠偏执行系统一体化集与井下机械扶正纠偏执行系统一体化集成研究;成研究;三是三是要加大研究要加大研究MWD与地面分析系统和井下机械扶正纠偏执行机构与地面分析系统和井下机械扶正纠偏执行机构数据的互联互通,实现有效的闭环控制;数据的互联互通,实现有效的闭环控制;四是四是重点研究垂直钻井动力钻具和高效钻头的优化配套。重点研究垂直钻井动力钻具和高效钻头的优化配套。(1)超深井界定)超深井界定 国外:完井垂深超过国外:完井垂深超过20000ft(6096m)的井;)的井;国内:完井垂深在
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