高含硫气井钻井

1、1、高含硫气藏高效钻井技术研究、高含硫气藏高效钻井技术研究u研究内容的合理性及可行性研究内容的合理性及可行性u能做出什么成果？是否有所创新？能做出什么成果？是否有所创新？u（1）高含硫气藏井身结构优化设计）高含硫气藏井身结构优化设计涉及到安全、效率涉及到安全、效率井身结构井身结构l层数、下深、钻头尺寸与套管尺寸的配合层数、下深、钻头尺寸与套管尺寸的配合l套管管材选择及强度设计套管管材选择及强度设计工程地质研究（岩性、压力预测）工程地质研究（岩性、压力预测）l陆相地层坍塌压力：空气钻井陆相地层坍塌压力：空气钻井l海相地层孔隙压力、破裂压力预测是一个世界性的难题海相地层孔隙压力、破裂压力预测是一个

2、世界性的难题l海相地层漏失压力：提高地层承压能力、承压试验验证海相地层漏失压力：提高地层承压能力、承压试验验证硫化氢气井的井身结构设计方法硫化氢气井的井身结构设计方法降低应力水平的设计降低应力水平的设计 应力水平概念应力水平概念u应力水平也可用无量刚数表示，即应力水平也可用无量刚数表示，即VME（VON MISES EQUIVALENT） 应力与钢材单向拉伸最小屈服强度（应力与钢材单向拉伸最小屈服强度（MYS）的百分比。在硫化氢、氯化）的百分比。在硫化氢、氯化物及二氧化碳环境中，降低应力水平是最重要的设计原则之一。物及二氧化碳环境中，降低应力水平是最重要的设计原则之一。高压气高压气井会有较大内

3、压力，井眼上部油套管承受较大拉伸应力。井会有较大内压力，井眼上部油套管承受较大拉伸应力。 应力水平应包括下述三类：应力水平应包括下述三类：u结构结构VME（VON MISES EQUIVALENT）应力，即当量复合应力。例）应力，即当量复合应力。例如按如按ISO10400计算的油管或套管管体在拉压弯和内外压外载下的当量复计算的油管或套管管体在拉压弯和内外压外载下的当量复合应力。合应力。u局部局部VME（VON MISES EQUIVALENT）应力，主要指应力集中。油）应力，主要指应力集中。油管连接螺纹和加厚消失点会产生较大应力水平或应力集中。管连接螺纹和加厚消失点会产生较大应力水平或应力集中

4、。u拉伸残余应力（拉伸残余应力（residual tensile stresses），残余应力与制造方法有关。），残余应力与制造方法有关。ISO15156已规定了不同制造方法消除残余应力的要求。已规定了不同制造方法消除残余应力的要求。硫化氢气井的井身结构设计方法硫化氢气井的井身结构设计方法（4）降低应力水平的设计）降低应力水平的设计 降低结构的应力水平可提高酸性环境材料的抗开裂能力，或延降低结构的应力水平可提高酸性环境材料的抗开裂能力，或延长服役寿命。长服役寿命。 在低应力水平下，裂纹扩展速度降低或发生断裂的时间延长。在在低应力水平下，裂纹扩展速度降低或发生断裂的时间延长。在低应力水平下，材料

5、可抗较高分压的硫化氢含量；低应力水平下，材料可抗较高分压的硫化氢含量； 在较高应力水平下，材料不发生环境断裂的硫化氢分压就会很低。在较高应力水平下，材料不发生环境断裂的硫化氢分压就会很低。在硫化氢环境中，如果构件有裂纹存在，即使外部应力低于材料的在硫化氢环境中，如果构件有裂纹存在，即使外部应力低于材料的屈服强度，断裂也会发生。描述以上概念的材料和力学方法是环境屈服强度，断裂也会发生。描述以上概念的材料和力学方法是环境断裂力学。断裂力学。 降低应力水平的井身结构设计降低应力水平的井身结构设计 改进井身结构设计是降低应力水平最有效的方法，改进井身结构设计是降低应力水平最有效的方法， 降低应力水平有

6、三种方案：降低应力水平有三种方案：第一种：套管回接。第一种：套管回接。 在深井中一次性地下入套管柱，特别是油层套管，必然会遇到井口部在深井中一次性地下入套管柱，特别是油层套管，必然会遇到井口部分轴向拉力大，需要用高钢级套管。分轴向拉力大，需要用高钢级套管。 但在酸性环境，又不允许使用高钢级套管，而应采用较低屈服强度但在酸性环境，又不允许使用高钢级套管，而应采用较低屈服强度的钢种。采用套管回接技术，尾管部分用钻杆下入，下入回接套管就的钢种。采用套管回接技术，尾管部分用钻杆下入，下入回接套管就可减少一部分井段的重量，因此可用厚壁低钢级套管以提高应力腐蚀可减少一部分井段的重量，因此可用厚壁低钢级套管

7、以提高应力腐蚀开裂抗力。开裂抗力。 例如：有的油层套管为了提高应力腐蚀开裂，设计需要使用例如：有的油层套管为了提高应力腐蚀开裂，设计需要使用C125以以上的钢种，采用回接技术后，不用上的钢种，采用回接技术后，不用C125，更低的，更低的T95、C95、80就可就可使用。因此使用尾管长度应综合考虑全套管柱的应力分配。使用。因此使用尾管长度应综合考虑全套管柱的应力分配。降低应力水平的井身结构设计降低应力水平的井身结构设计第二种：在上部采用特厚壁套管同时降低钢级第二种：在上部采用特厚壁套管同时降低钢级 在上部采用特厚壁套管同时降低钢级在上部采用特厚壁套管同时降低钢级以提高硫化物开裂抗力，一以提高硫化

8、物开裂抗力，一些含硫化氢的气井应优先采用这些方法。例如，美国些含硫化氢的气井应优先采用这些方法。例如，美国1972年在派尼年在派尼伍兹西南气田气井下伍兹西南气田气井下6 5/8（ 168mm）油层套管，由于含硫化氢，）油层套管，由于含硫化氢，不宜用高强度套管。因此采用了钢材屈服强度仅不宜用高强度套管。因此采用了钢材屈服强度仅586Mpa（屈服强度（屈服强度85Ksi）的特厚壁套管，壁厚）的特厚壁套管，壁厚28.6mm。第三种：上大下小的复合套管柱和油管柱第三种：上大下小的复合套管柱和油管柱 这不仅有利于降低应力水平，以便采用较低钢级的套管，而且有这不仅有利于降低应力水平，以便采用较低钢级的套管

9、，而且有利于下入大直径油管以适应高产气井抗冲蚀的要求。利于下入大直径油管以适应高产气井抗冲蚀的要求。 硫化氢气井的井身结构设计方法硫化氢气井的井身结构设计方法（1）满足以临界应力百分比为基础的抗内压设计安全系数）满足以临界应力百分比为基础的抗内压设计安全系数 酸性环境油气井套管和油管设计安全系数的取值与一般井酸性环境油气井套管和油管设计安全系数的取值与一般井不不同。同。 ISO10400和和API 5C3中的套管和油管强度是按材料名义屈服中的套管和油管强度是按材料名义屈服强度计算的，抗内压设计安全系数可取为强度计算的，抗内压设计安全系数可取为1.0。 抗硫管材的性能要求只保证在一定硫化氢酸性水

10、溶液环境抗硫管材的性能要求只保证在一定硫化氢酸性水溶液环境中中不会发生开裂的拉伸应力值，这个应力值称为不会发生开裂的拉伸应力值，这个应力值称为环境断裂临界应环境断裂临界应力力，它与材料屈服强度的百分比称为临界应力百分比。不同套，它与材料屈服强度的百分比称为临界应力百分比。不同套管的临界应力百分比不同管的临界应力百分比不同硫化氢气井的井身结构设计方法硫化氢气井的井身结构设计方法（1）满足以临界应力百分比为基础的抗内压设计安全系数）满足以临界应力百分比为基础的抗内压设计安全系数 J55和和K55套管管体和接箍：临界应力百分比大于或等于套管管体和接箍：临界应力百分比大于或等于80%，安全，安全系数大

11、于或等于系数大于或等于1/0.8=1.25； L80，C90和和T95，临界应力百分比大于或等于，临界应力百分比大于或等于90%，安全系数大于，安全系数大于或等于或等于1/0.9=1.11。 C110ksi级别的抗硫钢种未列入标准，其临界应力百分比由厂家提级别的抗硫钢种未列入标准，其临界应力百分比由厂家提供，设计者认可。设计者可按上述方法计算设计安全系数。安全系数大供，设计者认可。设计者可按上述方法计算设计安全系数。安全系数大于或等于于或等于1/0.85=1.17 GB aq2102石油天然气安全规程：抗挤石油天然气安全规程：抗挤11.125，抗内压，抗内压1-1.25硫化氢气井的井身结构设计

12、方法硫化氢气井的井身结构设计方法（2）按三维按三维MISES应力核算安全系数应力核算安全系数 若前述（若前述（1）不符合要求，）不符合要求，按三维按三维MISES应力核算安全系数，应力核算安全系数，MISES三轴应力计算安全系数应大于三轴应力计算安全系数应大于1.25，参照，参照NORSOK STANDARD D-010 Rev.3， August 2004 Well integrity in drilling and well operations标标准，准，MISES三轴应力计算安全系数应大于三轴应力计算安全系数应大于1.25。 生产套管和技术套管、油管均应按上述方法取抗内压设计安全系数，

13、并生产套管和技术套管、油管均应按上述方法取抗内压设计安全系数，并且不考虑外挤压力和水泥环的补偿作用。且不考虑外挤压力和水泥环的补偿作用。 酸性环境管柱设计的安全系数：酸性环境管柱设计的安全系数：MISES应力核算安全系数应力核算安全系数? ISO10400和和API 5C3中已规定了中已规定了MISES应力的计算方法。应力的计算方法。建议的井身结构规划建议的井身结构规划第三类第三类 超深井，含硫气井、过膏超深井，含硫气井、过膏/盐层井盐层井五层套管 钻头：2617 1/2 12 ”或13 1/89 1/26 1/24 套管：2014 3/810 ” 7 5/8 5 (11”、 11 1/8)六

14、层套管(11”或11 1/8) 钻头：2617 1/213 1/89 1/27 1/25 套管：2014 3/810 3/48（8 1/8”）6 1/44 1/2六层套管 钻头：2617 1/212 ”或13 1/89 1/27 1/25 1/2 套管：2014 3/8 (11”或11 1/8) 8（8 1/8”）6 1/4 4 1/21、高含硫气藏高效钻井技术研究、高含硫气藏高效钻井技术研究u（2）高陡构造防斜打快技术）高陡构造防斜打快技术多稳定器下部钻具组合多稳定器下部钻具组合偏轴钻具偏轴钻具小角度单弯螺杆钻具小角度单弯螺杆钻具VDSu（3）高效破岩方式方法研究高效破岩方式方法研究气体钻井

15、气体钻井可钻性和钻头优选、个性化钻头设计可钻性和钻头优选、个性化钻头设计复合钻井复合钻井2、高含硫气藏安全钻井工艺技术、高含硫气藏安全钻井工艺技术u高含硫气井井控技术高含硫气井井控技术井控工具装备及工具研制井控工具装备及工具研制l防硫橡胶件的研制防硫橡胶件的研制处于超临界的二氧化碳对橡胶件的危害极大处于超临界的二氧化碳对橡胶件的危害极大井控工艺技术井控工艺技术气侵早期监测气侵早期监测高压超高产气井井控技术研究高压超高产气井井控技术研究u高含硫气藏防漏堵漏技术高含硫气藏防漏堵漏技术u高含硫环境下高含硫环境下入井管材（套管、钻杆、油管）、井口装置的选择入井管材（套管、钻杆、油管）、井口装置的选择（

16、H2S主要是主要是导致环境断裂导致环境断裂、CO2导致腐蚀、二者同时存在时导致导致腐蚀、二者同时存在时导致腐蚀及腐蚀及环境断裂环境断裂）u高含硫气井钻井液技术高含硫气井钻井液技术除硫剂类型及用量及其对钻井液性能的影响除硫剂类型及用量及其对钻井液性能的影响v高压超高产气井井控技术高压超高产气井井控技术v 常规压井是指发生溢流后关井控制了井口，井内有钻常规压井是指发生溢流后关井控制了井口，井内有钻柱，能进行循环作业，节流管汇的节流阀能操作并能柱，能进行循环作业，节流管汇的节流阀能操作并能控制井口回压的条件下的压井作业过程。其主要特点控制井口回压的条件下的压井作业过程。其主要特点是：钻头在井底或者在喷层，地面高压系统能满足压是：钻头在井底或者在喷层，地面高压系统能满足压井过程控制回压。井过程控制回压。v 现有井控理论、软件是基于常规井控，常规井控技术现有井控理论、软件是基于常规井控，常规井控技术较为成熟。较为成熟。工程师法、司钻法、边循环边加重法、超重密度压井工程师法、司钻法、边循环边加重法、超重密度压井法。法。 2、高含硫气藏安全钻井工艺技术研究、