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新興的連續(xù)油管鉆井技術(shù)(上)

[加入收藏][字號: ] [時間:2010-06-01 《石油與裝備》 關(guān)注度:0]
摘要: 連續(xù)油管起初作為經(jīng)濟有效的井筒清理工具,在市場上贏得了立足之地。傳統(tǒng)的修井和完井作業(yè)的經(jīng)濟收入占連續(xù)油管作業(yè)總收入的四分之三以上。隨著連續(xù)油管設(shè)備在油氣田上的應(yīng)用范圍持續(xù)擴大,近年來,連續(xù)油管鉆井技術(shù)和連續(xù)油管壓裂技術(shù)成為發(fā)展最快的兩項技...
   連續(xù)油管起初作為經(jīng)濟有效的井筒清理工具,在市場上贏得了立足之地。傳統(tǒng)的修井和完井作業(yè)的經(jīng)濟收入占連續(xù)油管作業(yè)總收入的四分之三以上。隨著連續(xù)油管設(shè)備在油氣田上的應(yīng)用范圍持續(xù)擴大,近年來,連續(xù)油管鉆井技術(shù)和連續(xù)油管壓裂技術(shù)成為發(fā)展最快的兩項技術(shù)。
連續(xù)油管鉆井技術(shù)的發(fā)展
    連續(xù)油管鉆井(CTD)研究始于上世紀六十年代。在上世紀七十年代中期,利用連續(xù)油管進行了鉆井作業(yè)。當時的連續(xù)油管裝置包括16英尺直徑的滾筒、6150FPM注入頭、3000psi防噴器以及由40英尺長的管子經(jīng)端面焊接而成的3000英尺長的連續(xù)油管。利用該裝置和轉(zhuǎn)速為300rpm的 5″容積式馬達、三牙輪鉆頭等鉆井工具,鉆6-1/4″井眼的淺井。鉆了10口井后不再使用該裝置。
在上世紀八十年代,傳統(tǒng)鉆井在淺油氣藏鉆井市場有很強的競爭力,連續(xù)油管鉆井則不景氣。這不僅是因為傳統(tǒng)的鉆井設(shè)備更為便宜,而且由于人們當時沒有認識到連續(xù)油管鉆井在改善鉆井工藝或降低鉆井成本上的優(yōu)勢。
    從上世紀九十年代初開始,連續(xù)油管鉆井技術(shù)進入了發(fā)展和應(yīng)用時期。1991年,在巴黎盆地成功地進行了連續(xù)油管鉆井先導(dǎo)性試驗,同年在德克薩斯利用連續(xù)油管進行了3井次的重鉆井作業(yè)。此后,連續(xù)油管鉆井技術(shù)迅速發(fā)展,至1997年,共完成了4000個連續(xù)油管鉆井項目(見圖1)。
連續(xù)油管鉆井技術(shù)的迅速發(fā)展歸功于以下幾個因素:連續(xù)油管行業(yè)已經(jīng)發(fā)展到能提供必要的設(shè)備和基本技術(shù)的成熟階段;連續(xù)油管鉆井技術(shù)在市場上具有競爭力,有時甚至占上風(fēng);在定向鉆井和欠平衡鉆井方面處于技術(shù)優(yōu)勢地位;油氣工業(yè)界對于連續(xù)油管鉆井的能力和局限性有了更多的理解,能更合理地選擇鉆井對象,最終使連續(xù)油管鉆井的成功率更高。
    近年來,連續(xù)油管鉆井每年達到900~1000口,其中,老井側(cè)鉆鉆定向井約120口,新鉆淺直井約800口。連續(xù)油管鉆井技術(shù)已經(jīng)成為經(jīng)濟高效地在各種油氣藏進行加深鉆井、老井側(cè)鉆、鉆淺井的重要技術(shù),在鉆井市場,特別在欠平衡水平鉆井市場贏得了地位。
連續(xù)油管
鉆井系統(tǒng)的優(yōu)缺點

    連續(xù)油管鉆井系統(tǒng)的優(yōu)點,包括:一、控制壓力能力強,能在欠平衡條件下安全、高效地鉆井。二、適合于現(xiàn)有井的加深鉆井和側(cè)鉆作業(yè),與用常規(guī)鉆井設(shè)備或修井設(shè)備達到同樣的目標相比,用連續(xù)油管可以節(jié)約費用25%~40%。三、容易提高鉆井工藝自動化水平,操作人員少。四、裝備的機動性好,安裝、拆卸容易,節(jié)約時間。五、起下鉆快,鉆進快,鉆井作業(yè)周期短。六、地面設(shè)備占地少,適合于地面條件受限制的地區(qū)或海上平臺作業(yè)。七、連續(xù)油管的撓性好,能鉆短彎曲半徑的水平井。八、地面設(shè)備少,噪音低,污物溢出量少,對環(huán)境影響小。
    連續(xù)油管鉆井系統(tǒng)的缺點,包括:一、連續(xù)油管直徑較小,限制了能鉆的井眼尺寸和泥漿流量。二、連續(xù)油管不能象常規(guī)鉆桿那樣旋轉(zhuǎn),鉆頭的旋轉(zhuǎn)動力只能來自井下馬達,使其水平位移受到限制。三、連續(xù)油管的壽命比常規(guī)鉆桿的壽命短。四、用通常的連續(xù)油管裝置還不能完成從開鉆到完鉆的所有作業(yè),需要借助于常規(guī)鉆機或修井機做鉆井前的準備工作,例如起出生產(chǎn)油管和封隔器、清洗井眼等,以及下入長段套管或尾管柱。
連續(xù)油管鉆井系統(tǒng)的組成
    許多連續(xù)油管鉆井作業(yè)能使用常規(guī)修井作業(yè)使用的連續(xù)油管設(shè)備。然而,隨著CTD實踐的增加和CTD作業(yè)的復(fù)雜性增加,逐漸趨向于制造CTD專用設(shè)備。后來也發(fā)展了特殊的混合式設(shè)備,它可以起下連續(xù)油管,也可以起下常規(guī)連接管。這類設(shè)備也允許CTU做更多的鉆井相關(guān)工作,例如起下完井管柱等。
    鉆井作業(yè)的類型、地點和作業(yè)的復(fù)雜性將決定需要裝備哪些地面設(shè)備。完成大部分CTD作業(yè)所需的主要設(shè)備有:一、基本連續(xù)油管設(shè)備:滾筒;連續(xù)油管;連續(xù)油管注入頭;動力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng);起重機和支座。二、管子操作設(shè)備。三、壓力控制設(shè)備(防噴器組)。四、輔助地面設(shè)備。五、監(jiān)測和記錄設(shè)備。六、安全和應(yīng)急設(shè)備。七、鉆井流體混合、儲存、循環(huán)和處理設(shè)備。八、鉆井、測量底部工具組合。下期,將著重介紹一些重要設(shè)備。
應(yīng)用范圍及技術(shù)水平
    連續(xù)油管鉆井的應(yīng)用領(lǐng)域為:鉆小井眼井、現(xiàn)有井側(cè)鉆定向井、現(xiàn)有井加深鉆井、鉆淺井、欠平衡(負壓)條件下鉆井、在3-1/2″(8809毫米)或更大直徑油管中過油管鉆井、在不用永久性安裝鉆井設(shè)備的海上平臺或浮動生產(chǎn)設(shè)施上鉆井、鉆救援井、環(huán)境敏感區(qū)(降底噪音、場地限制、防止漫濺、光學(xué)干擾)鉆井。   
常用的連續(xù)油管鉆井按鉆井類型分類,有現(xiàn)有井定向重鉆和直井鉆井兩類;按工藝方式分類,有欠平衡鉆井、平衡鉆井和過平衡鉆井。目前連續(xù)油管鉆井廣泛用于鉆淺直井、現(xiàn)有井側(cè)鉆定向井、欠平衡鉆井。
    在鉆井過程中連續(xù)油管的其它應(yīng)用有取心、安放造斜器、伽碼射線測量、導(dǎo)向工具的有線測量、下尾管和懸掛器、泡沫或液體鉆井、空氣霧化鉆井等幾個方面。
    在早期的技術(shù)水平方面,大部分井是用2″英寸連續(xù)油管和2-7/8″底部鉆具組合鉆成的。隨后出現(xiàn)了2-3/8″連續(xù)油管和3-1/2″底部鉆具組合鉆4-3/4″井眼。后來發(fā)展到采用2-7/8″連續(xù)油管和4-3/4″底部鉆具組合鉆6-1/4″井眼。井眼通常小于7″,但已經(jīng)成功鉆過井眼達到13-3/4″的井。
    1991年至1997年初,ARCO公司在德克薩斯、阿拉斯加、加里福尼亞和新墨西哥用連續(xù)油管共鉆了70多口井,其中,約58%的井為套管開窗側(cè)鉆,42%的井為套管鞋下方鉆的延伸井(包括加深井和定向水平井),在世界上用連續(xù)油管所鉆的定向水平井中占了很大比例。ARCO公司用連續(xù)油管在阿拉斯加普魯?shù)禄魹炽@的井,垂深(造斜點)大約在2700~3000米,總井深在3350米左右,連續(xù)官鉆井長度為360米左右。這些井通常是通過4-1/2″或5-1/2″生產(chǎn)油管鉆的,也有通過3-1/2″油管鉆的,其中有3口多分支井。1995年至1997年,ARCO公司在普魯?shù)禄魹秤眠B續(xù)油管鉆的定向水平井的平均成本是每口井大約100萬美元,而用修井機完成類似的井需要大約200萬美元。連續(xù)油管所鉆的井平均單井日產(chǎn)量為1500桶左右,平均投資回收期為85天。這一連續(xù)油管鉆井計劃,大約90%的鉆井目標與5%的經(jīng)濟目標獲得了成功。
    1997年5月,殼牌英國勘探與生產(chǎn)公司在北海的北CORMORANT油田CN30井中用連續(xù)油管在5″和7″尾管中開窗側(cè)鉆,窗口深度為3862~3866米,總井深為4137米。該井中,用連續(xù)油管開窗、鉆3-7/8″井眼,測井,下2-7/8″尾管,射孔,日產(chǎn)油1780噸。
    1994~2000年,BP阿拉斯加勘探公司在阿拉斯加的北坡油田,采用連續(xù)油管設(shè)備側(cè)鉆了250口井,2001年側(cè)鉆62口井,2002年計劃側(cè)鉆46口井。大部分的側(cè)鉆井是通過4-1/2″的油管鉆3-3/4″井眼,偶爾也通過3-1/2″油管鉆3″井眼。這些井的總深度為3300~3700米,側(cè)鉆水平井長度為450~720米。連續(xù)油管鉆井已經(jīng)成為該油田的常規(guī)鉆井作業(yè)。
據(jù)報道,2004年3月,BP公司在阿拉斯加的Niakuk油田的一口井中鉆至17515英尺,創(chuàng)造了連續(xù)油管鉆井的世界記錄。
    計算機模擬技術(shù)已經(jīng)成為進行連續(xù)油管鉆井工藝設(shè)計、確定技術(shù)可行性、現(xiàn)場監(jiān)控鉆井作業(yè)、鉆后評價鉆井技術(shù)效果等不可缺少的手段。隨著連續(xù)油管鉆井技術(shù)應(yīng)用日益增多,它的技術(shù)水平在不斷發(fā)展提高。
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