在远离现场的办公室里能及时知道钻井的井下情况吗?
1.钻具对钻井质量和速度的影响
普通钻井通常采用的是常规转盘钻井,然而这种传统的钻井方式的钻井速度很低,已不能适应如今飞速发展的油气行业。为了提高钻井速度,现有一种“PDC钻头+井下动力钻具+转盘钻”的复合钻井方式,其具有如下优点:
(1)由于复合钻进的钻头转速是钻机Ⅱ档速的2倍,接近Ⅰ档速的4倍,大幅度提高机械钻速很容易实现。
(2)复合钻进的高转速适合于PDC钻头剪切地层的切削特点。
(3)井眼轨迹平滑。导向钻进和滑动钻进相结合的间隔变换,易于控制狗腿度,保证井下安全。
(4)钻具结构得到有效简化。复合钻进时钻压一般<100~120kN ,少下或不下钻铤即可完成钻进要求,粘卡机率大大降低。
(5)高效PDC 钻头配合动力钻具钻井,避免了高转速下牙轮轴承的先期失效,不会发生掉牙轮事故。
(6)导向钻具结构若采用MWD监测井眼轨迹,更能发挥优势。在深部及中深部地层利用井下动力钻具复合钻进技术提高钻井速度,将会有较为明显的效果。
2.钻进参数对钻井质量速度的影响
在钻井过程中,可控因素中的钻进参数对钻井速度的影响不容忽视,如:钻头类型、钻头喷嘴直径、钻头水功率、钻压、转速、泵压、排量等。在客观条件一定的情况下,通常通过控制钻压、转速、泵压及排量来提高机械钻速。一般情况下钻压越大,转速越高,机械钻速就越高。而且一般遵从的规律是上部地层对转速比较敏感,下部地层对钻压比较敏感。因此,钻遇上不松软地层时,采用低钻压,高转速;钻遇下部坚硬地层时,采用低钻压,高转速。如果钻压或转速控制不当,一方面会影响机械钻速,另一方面会加剧钻头的磨损,进而影响钻头的使用寿命。在考虑钻压和转速的同时,还应调节好泵压,泵压不能太大,也不能太小,泵压适当最好。若泵压太小,则井底破碎的岩屑不能及时返出,造成岩屑的二次破碎;若泵压太大,则产生井底压差,井底压差对刚破碎的岩屑有压持效应,阻碍井底岩屑的及时清除,影响钻头的破岩效率。总之,在钻井过程中应根据实际情况适时的调节钻进参数,只有这样才能高速有效的钻进。
3.钻井液对钻井质量和速度的影响
钻井液是钻井的血液,所以钻井液的性能对钻井至关重要。影响机械钻速的主要是钻井液的粘度、钻井液的密度及钻井液中的固相含量三方面。针对现有深井液体系使用的处理剂富含铬离子等其它对环境有极大影响的重金属离子,建议研究应用环保型深井钻井液体系,完善目前国内小范围应用的硅酸盐类钻井液体系、合成基类钻井体系,形成适应各钻探区域地质、工程条件的深井环保型钻井液系列。针对目前深井钻井液检测手段、检测设备远不能满足深井要求,建议配套完善能够检测粘土容量限、页岩稳定性等系列深井钻井液检测仪器,使现场深井检测达到一个新的水平。
(1)钻井液粘度 若钻井液粘度增大,将会增大环空压降,使井底压差增大,钻速降低;钻井液粘度增大,钻柱内压耗增大,在泵压一定时钻头压降减小,钻头谁功率减小,清岩和破岩能力降低,钻速下降。若钻井液粘度太小则会降低钻井液的携砂能力,使岩屑不能及时返出井口,进而影响钻速。
(2)钻井液密度 钻井液密度越大,井内液柱压力越大。在井内液柱压力大于地层空隙压力的情况下,产生一个正压差。在正压差作用下,井底岩屑难以离开井底,造成重复破碎现象,钻速降低。若密度太小不足以压住井下流体,可能会导致井喷危险。
(3)钻井液中的固相含量 固相含量对钻进速度和钻头消耗量都有严重的影响,一半应尽量采用固相含量低于4%的低固相钻井液。
4.钻井设备对钻井质量、速度的影响
钻井设备对钻井速度的影响不容忽视,在一口井的钻井周期中,由于设备问题导致钻井周期延长的时间占绝大部分。设备的影响大体分为以下几种情况:
(1)钻机配置不能满足钻井需要,如钻机动力不足、钻头硬度不够等。
(2)设备没有进行定期维护和检修,经常发生故障而延误工期,如个别井位柴油机、泥浆泵、气泵等大型设备多次发生故障。
(3)钻具陈旧,性能下降,增加了井下事故发生的频率,发生诸如发生过1次钻铤脱扣,1次钻杆脱扣,2次钻杆折断。
(4)井场常用工具配备不齐全而延误工期,如个别井位多次发生钻具折断而无打捞工具公锥和母锥;无备用钻头。深井、超深井的现有钻井液体系中包被剂普遍存在抗温性能达不到设计要求,建议
5.其它影响因素
由于钻井区块的井位基本上都在交通不便的山丘、沙漠等地理特殊位置,所以每逢雨雪天气钻井所需的物资很难运送到井场,进而延误工期。遇到下雨等天气,水和柴油无法及时供应,也会严重影响工期。针对这种情况,后期提前储备足够的水和柴油,避免了雨雪天气由于缺少水和柴油而延误工期。对深井复杂情况的预防与处理,深井可能遇到的复杂情况比浅井多的多,在常见的复杂和事故如井涌、井漏、井塌、缩径、断钻具等的预防上,只要把现有的技术运用好,把工作做细,完全能够达到安全生产。预防井下复杂技术,以化学防塌为主、以物理防塌为辅。即抑制粘土分散、控制失水、改善钻井液性能;坚持使用固控设备除砂补土、加重,边钻边划、端起长起相结合整修井壁,起钻前打重泥浆塞保持井筒当量密度。但在处理这些事故和复杂时,难度和危险性比浅井大的多,需要针对不同的地区和井下情况采取不同的措施,绝对不能生搬硬套其他井的工作经验。
我国的钻井技术通过广大钻井工作者的不断努力,近几年发展的比较快,对于打浅井、中深井技术比较成熟;对于深井、超深井也有了自己的一套施工模式和技术,但和国外先进技术相比还非常落后,需要我们不断学习和进取。特别是我国地域辽阔,油田分布广泛,各地区有各地区的地层特点,并且差别很大,相应的技术也应该是有针对性的、多方面的,所以今后还有大量的工作需要我们来做。
洪水季节江河出现大的洪峰时,由于大坝上有小动物(蚂蚁或老鼠等)活动造成的洞穴,或修建堤坝时留下的孔隙和裂缝,都极易使大坝发生渗水、管涌、坍塌、溃堤等事故,故有“千里之堤、毁于蚁穴”的警句。在钻井施工过程中,由于井下地层的岩石中有孔隙、裂缝或溶洞的存在,使钻井液在井下地层中有了流动通行的条件。当井下地层孔隙压力小于钻井液柱压力时,在正压差的作用下钻井液就会进入地层发生漏失;当地层破裂压力小于钻井液的液柱压力时,则会把地层压裂,出现更大的漏失。钻井发生井漏的原因有天然因素和人为因素,渗透性漏失和天然裂缝、溶洞的漏失为天然的因素;而钻井施工措施不当,如钻井液密度过高、下钻过快、开泵过猛等造成的漏失属于人为的因素。除此之外,在老油田钻调整井、加密井时,由于油田长期开采使生产层的压力下降,压裂作业后使地层进一步破碎,钻井遇到这些地层时则更容易发生井漏。钻井井漏时,现场的主要显示是从钻井井口返出的液量小于泵入量,严重时井口可完全不返泥浆,井漏发生后,现场要根据井漏的情况采取不同的办法进行处理。对井下压力系统和地层比较复杂的井只能采取堵漏的办法进行处理;而对于井下压力系统单一、地层结构强度较大的井则可以采用降低钻井液密度的办法处理。在钻井现场一般对付井漏应以预防为主,尽可能避免因人为的失误而发生井漏。在钻井施工前,要尽量将漏资料收集齐全,在钻井过程中,凡是可以预防井漏的工作都要尽量提前做好。井漏会造成钻井工作的停顿或中断,严重的漏失则要贻误较长的生产时间,耗费大量的人力、物力和财力。钻井井漏得不到及时处理还会引发钻井井塌、井喷和卡钻事故,所以,预防和及时处理井漏是钻井过程中一项非常重要的工作。
钻井井漏示意图
钻井信息技术的实现主要是要建立一套钻井数据采集、传输、分析、处理、控制与智能化决策系统。要配有先进的数据库、知识库、模型库,并需配有可适时监测和采集地面、井下各种技术参数的先进方法和仪表。完善的网络系统为建立钻井信息管理系统提供了条件。DTS(Date Totalization service)的意思是数据集成服务,DTS软件系统使用统一的Windows平台及Internet网络技术,在钻井现场将采集和收集到的作业数据集成在一起,经过传输系统实时地传输到陆地接收系统,并同步传送到各分公司的数据服务器供各用户使用。数据采集传输系统不仅连接实时数据库服务器,同时还挂接通用数据库和地质资料数据库,把获得的现场数据有机地存储起来,供其他数据库服务系统使用,从根本上解决了管理层的数据来源问题。作业者可以随时得到后方基地的指导,经验丰富的专家也可对钻井现场的施工提出建议。
钻井现场的数据采集
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