旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)

 ==旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)==

概述

    鉆井技術(shù)發(fā)展的最高階段是自動化鉆井。所謂自動化鉆井就是：鉆井全部過程依靠傳感器測量各種參數(shù)，并采用計算機(jī)采集，進(jìn)行綜合解釋與處理，然后再發(fā)出指令，最后由各相關(guān)設(shè)備自動執(zhí)行，使整個鉆井過程變成一個無人操作的自動控制過程。在鉆井自動控制過程當(dāng)中，井下隨鉆測量和井下自動控制是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，同時也是關(guān)鍵技術(shù)，二者結(jié)合起來實際上是井眼軌跡自動控制技術(shù)—導(dǎo)向鉆井技術(shù)。

導(dǎo)向鉆井技術(shù)

    導(dǎo)向鉆井技術(shù)是鉆井工程領(lǐng)域的高新技術(shù)，代表著世界最先進(jìn)的鉆井發(fā)展方向。目前，在世界范圍內(nèi)水平井、大位移井，分支井等高難度的復(fù)雜井蓬勃發(fā)展，并得到大規(guī)模應(yīng)用，傳統(tǒng)的鉆井技術(shù)難以適應(yīng)這些高難度井的作業(yè)需要，必須依靠先進(jìn)的導(dǎo)向技術(shù)才能保證井眼軌跡的準(zhǔn)確無誤。

鉆井導(dǎo)向方式
    導(dǎo)向方式主要有兩種：

1）幾何導(dǎo)向：
    由井下隨鉆測量工具（MWD/LWD）測量幾何參數(shù)，井斜、方位和工具面的數(shù)值傳給控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)及時糾正和控制井眼軌跡。
2）地質(zhì)導(dǎo)向：
    地質(zhì)導(dǎo)向是在擁有幾何導(dǎo)向能力的同時又能根據(jù)隨鉆測井（LWD）得出的地質(zhì)參數(shù)（地層巖性、地層層面、油層特點等），實時控制井眼軌跡，使鉆頭沿著地層的最優(yōu)位置鉆進(jìn)。這樣可在預(yù)先不掌握地層特性的情況下實現(xiàn)最優(yōu)控制。

    地質(zhì)導(dǎo)向可利用近鉆頭處實時采集的地質(zhì)地層參數(shù)，超前預(yù)測和識別油氣層，并根據(jù)需要調(diào)整井眼軌跡，引導(dǎo)鉆頭準(zhǔn)確鉆達(dá)油氣富集區(qū)域。 地質(zhì)導(dǎo)向的技術(shù)關(guān)鍵是近鉆頭處地層參數(shù)、井眼軌跡參數(shù)和鉆頭工作參數(shù)的實時測量。

導(dǎo)向工具

   導(dǎo)向鉆井的實現(xiàn)主要靠導(dǎo)向工具，導(dǎo)向工具分兩大類：
1）滑動式導(dǎo)向工具
    滑動式導(dǎo)向工具的特征是導(dǎo)向作業(yè)時鉆柱不旋轉(zhuǎn) ，鉆柱隨鉆頭向前推進(jìn)，沿井壁滑動。 滑動式導(dǎo)向存在許多缺點：鉆柱的扭矩、摩阻大；井眼清洗不徹底；械鉆速慢等等，但目前仍占主導(dǎo)地位。

    定向鉆井大多使用井下動力鉆具，主要的滑動式導(dǎo)向工具有：彎外殼馬達(dá)、可調(diào)彎接頭、可變徑穩(wěn)定器等。滑動式導(dǎo)向工具組合方式：鉆柱+MWD/LWD+動力鉆具+鉆頭。
2）旋轉(zhuǎn)式導(dǎo)向系統(tǒng) （RSS）
    旋轉(zhuǎn)式導(dǎo)向工具直接引導(dǎo)鉆頭沿期望的軌跡鉆進(jìn)，從而避免鉆柱躺在井壁上滑動，使井眼得到很好的清洗，同時允許根據(jù)地層選擇合適的鉆頭。這樣可顯著地減輕或消除滑動式導(dǎo)向工具的不足。
    目前旋轉(zhuǎn)式導(dǎo)向工具主要有：VDS自動垂直直井鉆井系統(tǒng)、SDD自動直井鉆井系統(tǒng)、ADD自動定向鉆井系統(tǒng)、RSD旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)，RCLS旋轉(zhuǎn)閉環(huán)鉆井系統(tǒng)等。

旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井特點

1）在鉆柱旋轉(zhuǎn)的情況下，具有導(dǎo)向能力；
2）可以與井下馬達(dá)一起使用；
3）配有全系列標(biāo)準(zhǔn)的地層參數(shù)及鉆井參數(shù)檢測儀器；
4）配有地面&井下雙向通訊系統(tǒng)，可根據(jù)井下傳來的數(shù)據(jù)，在不起鉆的情況下從地面發(fā)出指令改變井眼軌跡；
5）工具設(shè)計制造模塊化、集成化；
6）可以在150℃以上的高溫井中使用；
7）不需要特殊的鉆井參數(shù)，就可以保證最優(yōu)的鉆井過程；
8）導(dǎo)向自動控制，以保證準(zhǔn)確光滑的井眼軌跡。

旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向主要技術(shù)參數(shù)

1）測量井深：指井口至測點間的井眼實際長度。  

2）垂直井深：通過井眼軌跡上某點的水平面到井口的距離。

3）造斜點：從垂直井段開始傾斜的起點。  

4）井斜角：測點處的井眼方向線與重力線之間的夾角。  
5）方位角：以正北方向線為始邊，順時針旋轉(zhuǎn)至方位線所轉(zhuǎn)過的角度，該方向線是指在水平面上，方位角可在0—360°之間變化。

6）井斜變化率： 井斜變化率是指單位長度內(nèi)的井斜角度變化情況。以度／100米來表示也可使用度／30米或度等）。  

7）方位變化率：方位變化率是指單位長度內(nèi)的方位角變化情況，以度／100米來表示（也可使用度／30米等）。  
8）狗腿嚴(yán)重度：狗腿嚴(yán)重是用來測量井眼彎曲程度或變化快慢的參數(shù)（以度／30米表示），狗腿嚴(yán)重度 既包括了井斜角的變化也包括了方位角的變化，是鉆進(jìn)過程當(dāng)中需要重點關(guān)注的數(shù)據(jù)

9）GR-自然伽馬

    GR是測量地層里面的放射性含量，巖石里粘土含放射性物質(zhì)最多。通常，泥巖GR高，砂巖GR低。
10）CAL-井徑

   井徑就是測量井眼尺寸的大小。比如用八寸半的鉆頭鉆的井眼，測量的井徑或為八寸半，或大于八寸半（稱擴(kuò)徑），或小于八寸半（稱縮徑）。測量的井徑是對所鉆井眼尺寸大小的直觀認(rèn)識。

11）AC-聲波

   人們常說的聲波即是聲波時差，單位為毫秒每英尺，聲波時差小，也就是聲波在地層傳播的時間少，說明地層比較致密和堅硬。反之地層比較疏松。

12）CN-中子

    用放射源向地層發(fā)射高能粒子轟擊地層的原子來測量中子，我們也叫中子孔隙度，也叫總孔隙度，測量的是流體體積占整個巖石的百分比。
13）電阻率 resistivity

    電阻率分為微側(cè)向和雙側(cè)向（包括淺側(cè)向和深側(cè)向），它們的區(qū)別就在于探測深度不一樣，深側(cè)向探測深度最大，淺側(cè)向次之，微側(cè)向最小。由于泥漿對地層的侵入不同，井眼為圓心在不同的半徑范圍內(nèi)，地層有完全被泥漿侵入、部分被泥漿侵入、未被泥漿侵入，這分別對應(yīng)微側(cè)向、淺側(cè)向、深側(cè)向探測的地層。

==鉆進(jìn)屏幕==

概述

     從事鉆井工作的人都知道封面圖代表的是什么？可是對于初學(xué)者來說，要充分理解并利用這些簡寫的英文參數(shù)，是非常有難度的。下面我們就一起來學(xué)習(xí)一下每個英文代表的具體參數(shù)是什么？

1. Bit Depth 鉆頭位置    
2. TVD Depth 垂深  
3. Tot Depth 井深    
4. LAG Depth 遲到深度       
5. WOH 懸重  噸  
6. HK Hght 大鉤高度  
7. WOB 鉆壓  噸  
8. HK spd 大鉤速度  
9. RPM 轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速   rpm  
10.ROP ins 瞬時鉆時  
11.TORQUE 扭矩  千牛*米  
12.ROP m/h 機(jī)械轉(zhuǎn)速  米／小時
13.SPP 泵壓  兆帕  
14.ROP 鉆時  分鐘／米
15.FLWPMPS 泵排量  升／分鐘  
16.Bitrun 鉆頭累計進(jìn)尺  米 
17.PUMP 1 一號泥漿泵  spm

18.PUMP 2 二號泥漿泵  spm  

19.Bittim 鉆頭累計純鉆時間  小時
20.LAGtim 遲到時間  分鐘    
21.Pit 1 一號泥漿池  立方米  
22.Pit 2 二號泥漿池  立方米  
23.Pit3 三號泥漿池  立方米  

24.Trip TK 計量罐  立方米  

25.SUM 1 泥漿總量  立方米  

26.Vol +/- 泥漿變化量  立方米  

27.MW OUT 泥漿出口比重  千克／升  

28.C1 main 甲烷  ppm

29.C2 main 乙烷  ppm

30.C3 main 丙烷  ppm

31.iC4 main 正丁烷  ppm
32.nC4 main 乙丁烷  ppm

33.T GAS main 氣體全量 ppm

34.H2S Dril 硫化氫鉆臺  ppm
35.H2S line 硫化氫氣測房  ppm

==卡鉆事故及預(yù)防==

概述

    鉆井過程中，由于各種原因造成的鉆具陷在井內(nèi)不能自由活動的現(xiàn)象，稱為卡鉆?？ㄣ@在鉆井過程中是常見事故。在定向井、水平井鉆井過程中不僅要確保鉆井效率和井眼軌跡，還要確保鉆井過程中井下安全，因此必須針對具體情況進(jìn)行分析，以便有效解卡。

卡鉆的概念
     鉆井過程中，由于各種原因造成的鉆具陷在井內(nèi)不能自由活動的現(xiàn)象，稱為卡鉆。主要有鍵槽卡鉆、沉砂卡鉆、井塌卡鉆、壓差卡鉆、縮徑卡鉆、落物卡鉆、砂橋卡鉆、泥包卡鉆及鉆具脫落下頓卡鉆等。地層構(gòu)造情況、鉆井液性能不良、操作不當(dāng)?shù)榷伎赡茉斐煽ㄣ@，必須針對具體情況進(jìn)行分析，以便有效的解卡。 

卡鉆的類型及預(yù)防措施 
1）鍵槽卡鉆

     鍵槽卡鉆多發(fā)生在硬地層中，井斜或方位變化大，形成了狗腿的地方。鉆進(jìn)時，鉆柱緊靠狗腿段旋轉(zhuǎn)，起下鉆時鉆柱在狗腿井段上下拉刮，在井壁上磨出一條鍵槽，起鉆時鉆頭拉入鍵槽底部被卡住。鍵槽卡鉆特征是下鉆不遇阻，鉆進(jìn)正常，泵壓也正常，但起鉆到狗腿處常遇卡。隨著井深的增加而愈加嚴(yán)重；能下放但不能上提，嚴(yán)重時可能卡死。 
      預(yù)防鍵槽卡鉆的發(fā)生，首先得確保井眼質(zhì)量，避免出現(xiàn)大斜度狗腿段；起鉆時或再次下鉆時應(yīng)在鍵槽井段反復(fù)劃眼，及時破壞鍵槽，并在起鉆到鍵槽井段時要低速慢起，平穩(wěn)操作，嚴(yán)禁使用高速起鉆。 
2）沉砂卡鉆

      在使用粘度小、切力小的鉆井液鉆進(jìn)時，由于其懸浮攜帶巖屑的能力差，稍一停泵巖屑就會沉下來，停泵時間越長，沉砂就越多，嚴(yán)重時可能造成下沉的巖砂堵死環(huán)空，埋住鉆頭與部分鉆柱，形成卡鉆。此時若開泵過猛還會憋漏地層，或卡的更緊。沉砂卡鉆的表現(xiàn)是：重新開泵循環(huán)，泵壓很高或憋泵；上提遇卡，下放遇阻且鉆具的上提下放越來越困難，轉(zhuǎn)動時阻力很大甚至不能轉(zhuǎn)動。其表現(xiàn)是接單根或起鉆卸開立柱后，鉆井液噴勢很大。

     為了預(yù)防沉砂卡鉆，應(yīng)確保鉆井液的性能滿足清巖和懸浮巖屑的要求，隨時做好設(shè)備和循環(huán)系統(tǒng)的檢查維護(hù)，在因故停止鉆進(jìn)時，避免停止井內(nèi)循環(huán)；縮短接單根時間，在發(fā)現(xiàn)泵壓升高及巖屑返出量較小時要控制鉆速，加大排量洗井，停泵前要將鉆具提離井底并隨時活動鉆具。 
3）井塌卡鉆

      在吸水膨脹的泥、頁巖，膠結(jié)不好的礫巖砂巖等地層，在鉆進(jìn)或劃眼過程中發(fā)生較多。主要原因是由于鉆井液的失水量較大，浸泡地層的時間較長；鉆井液密度小，或起鉆未及時灌鉆井液以及抽吸作用使井壁產(chǎn)生坍塌而造成卡鉆。一般在嚴(yán)重井塌之前，先有大塊泥餅和小塊地層脫落，換鉆頭后下鉆不能到底；有時在鉆井液中攜帶出大塊未切削的上部巖石；在鉆進(jìn)中突然發(fā)生憋鉆，上提遇阻泵壓上升，憋泵甚至鉆具不能轉(zhuǎn)動等現(xiàn)象，都說明可能是井塌卡鉆。 
      預(yù)防井塌卡鉆的主要措施有：使用低失水，高礦化度和適當(dāng)粘度的防塌鉆井液，在破碎易塌地層適當(dāng)增大鉆井液密度，隨時保證鉆井液柱的高度；避免鉆頭泥包和抽吸作用引起的井壁坍塌。

 4）壓差卡鉆（粘附卡鉆）

      水平井鉆井中井下鉆具由重力作用靠近下井壁，在井下壓差作用下，鉆柱的一些部位會貼于井壁，鉆柱與井壁泥餅粘合在一起，靜止時間越長則鉆具與泥餅的接觸面積就越大，由此而產(chǎn)生的卡鉆，稱為壓差卡鉆。 
      產(chǎn)生壓差卡鉆的原因主要是鉆井液性能不好，密度過高造成井內(nèi)壓差太大；失水量大，泥餅厚，粘附系數(shù)大，一旦停止循環(huán)，不活動鉆具，鉆具就會與井壁泥餅接觸，時間增加則會使接觸面積和深度加大，泥餅對鉆具的粘附力增加，導(dǎo)致鉆具無法上下活動和轉(zhuǎn)動，但能夠開泵循環(huán)，且泵壓正常穩(wěn)定。 
     壓差卡鉆的預(yù)防措施主要是調(diào)節(jié)好鉆井液性能，盡可能的降低鉆井液的密度，提高鉆井液的潤滑性能，降低泥餅的粘附系數(shù)；并要加強(qiáng)活動鉆具或采用加扶正器的方法使鉆具居中。在鉆井過程使用欠平衡鉆井可以避免井漏，有效防止粘附卡鉆。 
5）縮徑卡鉆

     縮徑卡鉆常發(fā)生在膨脹性地層和滲透性孔隙度良好的井段。由于鉆井液性能不好，失水量大，在井壁易形成膠狀疏松的泥餅，當(dāng)泵排量小，鉆井液上返速度低時，易在泥餅上面沉淀較多的粘土顆粒巖屑及加重劑，致使井徑縮小。 
    縮徑卡鉆的主要表現(xiàn)是：遇阻的位置固定，循環(huán)時泵壓增大，上提困難，下放容易，起出的鉆桿接頭的上部經(jīng)常有松軟的泥餅。采用低密度低固相低失水的優(yōu)質(zhì)鉆井液，或混油其中，并在下鉆遇阻井段劃眼以擴(kuò)大縮徑處的直徑，?；顒鱼@具則可有效的預(yù)防縮徑卡鉆。在塑性蠕變地層包括鹽層、膏層或含膏巖層、塑性泥巖地層在一定的應(yīng)力和溫度作用下，具有明顯的塑性蠕變能力。鉆井中如鉆井液形成的液柱壓力不足以抵抗其塑性變形時，容易迅速產(chǎn)生嚴(yán)重的縮徑卡鉆。
6）落物卡鉆

    由于操作不小心，將油抹布、卡瓦牙、吊鉗牙或其他小工具掉落井內(nèi)，卡在井壁與鉆具或套管與鉆具之間而造成落物卡鉆。這種卡鉆是顯而易見的，只要嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程，加強(qiáng)責(zé)任心就可避免的。 
7）砂橋卡鉆

     由于在地層或井筒內(nèi)砂粒的堆積而形成的砂拱或砂塞卡住鉆柱的現(xiàn)象稱為砂橋卡鉆。預(yù)防的措施是及時清除“大肚子”井段，對“大肚子”井段加強(qiáng)循環(huán)。此外，還有泥包卡鉆、鉆具脫落卜頓卡鉆等類型，由此可以看出卡鉆的原因很多，因此，除積極預(yù)防卡鉆發(fā)生外，還要在一旦發(fā)生卡鉆時進(jìn)行正確的判斷分析，找出卡鉆的真正的原因，正確地采取有效措施及時解卡，避免事故進(jìn)一步惡化。 

卡鉆事故的處理方法 
     卡鉆事故發(fā)生后，首先要根據(jù)上提，下放，轉(zhuǎn)動，開泵循環(huán)情況，以及了解到的井眼情況和卡鉆前的各種現(xiàn)象進(jìn)行分析，準(zhǔn)確判斷出卡鉆的原因，再采取相應(yīng)的措施。但不管哪種性質(zhì)的卡鉆，都要設(shè)法調(diào)整鉆井液的性能，及時清除巖屑，清洗井眼，一般常用以下幾種方法進(jìn)行解卡。 
1） 浴井解卡 
    對于壓差卡鉆、泥包卡鉆、縮徑卡鉆、沉砂卡鉆等情況可以采用浴井解卡。這種方法即是向井內(nèi)泡油，泡鹽水或采用清水循環(huán)等方式，泡松粘稠的泥餅，降低粘附系數(shù)，減少與鉆具的接觸面積，減少壓差，從而活動鉆具解卡。 
   在浴井之前，首先要計算出卡點的深度，根據(jù)虎克定律，在彈性極限內(nèi)，鉆桿的絕對伸長量與軸向伸長和拉力成正比,而與橫截面積成反比，   知道卡點深度后，計算出所需要的泡油量，將其注入到卡鉆井段，使粘附等卡鉆解除。一般要求注入的原油量要返至卡點以上100m左右，卡點以下鉆具全部泡上原油，并使鉆桿內(nèi)的油面高于管外油面。 
2） 上擊、下?lián)艚饪?nbsp;
   在鉆進(jìn)中遇到垮塌、粘性、膨脹性等易卡地層，可在鉆桿與鉆挺之間或在鉆挺之間接上震擊器，一旦遇卡，便立即上擊或下?lián)艚饪?。起鉆中遇卡，如縮徑、鍵槽等引起的卡鉆經(jīng)活動不能解除時，可以在卡點處倒開鉆具，再接上震擊器，對扣后，下?lián)艚饪ǎ缓笱h(huán)洗井，慢慢上提鉆柱，如還不能解卡，可以轉(zhuǎn)動鉆具倒劃眼輕輕上提。下鉆過程中遇阻，未能及時發(fā)現(xiàn)而導(dǎo)致卡鉆，或較輕的泥餅粘附卡鉆時，均可以用上擊器向上震擊解卡。 
3） 上提下放和轉(zhuǎn)動鉆具解卡 
   在循環(huán)鉆井液洗井的同時配合活動鉆具，若卡的很嚴(yán)重時可以得到解決，但活動鉆具要針對不同類型的卡鉆來進(jìn)行，如果是沉砂卡鉆或井塌卡鉆則不能上提鉆具，以免卡的更死，那么可以下放和旋轉(zhuǎn)鉆具，并設(shè)法建立循環(huán)，用倒劃眼的方法慢慢上提解卡。起鉆遇卡(鍵槽，縮徑或泥包卡鉆)時，可提到原懸重后猛放鉆，切不可猛力上提，以免將鉆頭卡的更死。下鉆遇阻，壓得過大而卡鉆時，則應(yīng)用較大的力量上提解卡，對于壓差卡鉆，可以采取猛提猛放和旋轉(zhuǎn)鉆具的方法使粘附卡鉆得以解卡。 
   4） 倒扣套銑解卡 
   遇到嚴(yán)重的卡鉆時用以上方法不能解除且不能循環(huán)時，現(xiàn)場常用倒扣、套銑的方法來取出井內(nèi)全部或部分鉆具。倒扣是使轉(zhuǎn)盤倒轉(zhuǎn)，將井內(nèi)正扣鉆桿倒出。每次能倒出的鉆桿數(shù)量取決于井內(nèi)被卡鉆具絲扣松緊是否一致，通常希望從卡點處倒開。對卡點以下的鉆具要下套銑筒將鉆具外面的巖屑或落物碎屑等銑掉，然后再倒出鉆具，這是一種比較復(fù)雜的處理方法，費時較長。 
5） 爆炸倒扣、套銑 
    這是處理卡鉆的一種新倒扣方法。首先測出卡點位置，然后用電纜將導(dǎo)爆索從鉆具內(nèi)送到卡點以上第一個接頭處，在導(dǎo)爆索中部對準(zhǔn)接頭的同時，將鉆具卡點以上的重量全部提起，并給鉆具施加一定的倒扣力矩，點燃爆炸索使其爆炸；導(dǎo)爆索爆炸時產(chǎn)生劇烈的沖擊波及強(qiáng)大的震動力，足以使接頭部分發(fā)生彈性變形，及時把扣倒開。

    同時，由于導(dǎo)爆索爆炸產(chǎn)生大量的熱，使鉆桿接頭處受熱，熔化其中的絲扣油，并產(chǎn)生塑性變形，也有助于卸開絲扣。這種方法具有安全、可靠、速度快、鉆具一般不易破壞，不需要反扣鉆具和打撈工具等優(yōu)點，同時加快處理卡鉆的速度，但要嚴(yán)格控制炸藥量，并合理操作，倒扣后套銑、打撈。 
 6）爆炸、側(cè)鉆新井眼 
    當(dāng)用上述各種方法無效，或卡點很深，用倒扣方法處理很費時間，會使井眼嚴(yán)重惡化時，可將未卡部分鉆具用炸藥炸斷起出，然后在留在井內(nèi)的鉆具頂上打水泥塞，進(jìn)行側(cè)鉆。 
    鉆井過程中由于遇到特殊地層構(gòu)造、鉆井液的類型與性能選擇不當(dāng)、井身設(shè)計等原因都容易造成井下卡鉆事故，在鉆井中鉆井液尤為重要，鉆井液的好壞決定了整個鉆井成功與否，鉆井液中的固相對鉆速有較大影響，設(shè)清水的鉆速為100%，固相含量升高到7%時鉆速降為50%。研究表明，固相含量每降1%，鉆速至少可提高10%，固相含量越高越易造成井下卡鉆事故。 
結(jié)論 
    隨著勘探開發(fā)的逐步深入，水平井鉆井面臨更加復(fù)雜的地質(zhì)條件，同時也面臨著工程技術(shù)復(fù)雜所帶來的成本壓力，因此更加迫切需要配套技術(shù)支持以降低綜合成本。怎樣更好有效的防止和解決卡鉆問題是一個不斷探索的過程，需要所有石油人共同努力。