欠平衡钻井装备的研究与应用

欠平衡钻井装备的研究与应用

近年来，四川对不平衡钻井设备的性能进行了10.5pma的旋转控制头、zqf-1400和1.5m钻井气压控制器、600kn不压井提升液压口、油压门均匀压力钻等关键井的钻孔，以及不同压力级别的不平衡钻井设备的支撑，以及不同压力级别的不平衡钻井和由气田制造的救援产品。其中，10.5ma旋转控制头、zqf1400和1.5m钻石液气源、垂直油压阀和600kv不压井的内压装置填补了国内空气压缩钻头设备的不足，为四川不同类型的不平衡井提供了安全可靠的基础设施。通过30多口井的欠平衡钻井实践,在及时发现和保护油气层、解决工程地质难题等方面取得了卓越的成效。旋转控制头和相关设备1.密封机理、润滑、冷却国产旋转控制头公称通径为>230、>280、>346;额定转速100r/min;密封机理为弹性密封和井压助封;轴承冷却、润滑方式为强制水冷却与润滑油润滑;适用介质为气体(空气、氮气、天然气)和各种钻井液;连接规范符合23—35、28、35、35、35API标准法兰连接。2.相关液动平板装置见表23.标准木材见表34.口井中管串密封性能目前,有3.5MPa、5MPa、7MPa、10.5MPa压力级别的旋转控制头,分别在川内30多口井中应用,在欠平衡钻进、取心、不压井起下管串时,其密封性能良好,能有效密封钻具和油管串,胶芯使用寿命大于100h、最长的达193h(未坏),液动平板阀动作灵活可靠。现场应用表明:旋转控制头及其配套设备设计先进、结构新颖合理、操作安装方便,具有先进性、实用性、可靠性和安全性,能满足欠平衡钻井工艺技术的需要。钻井液气分离器1.现场应用情况80年代末研制的ZQF—800/0.7型钻井液气体分离器,开始在川局内广泛应用,为了适应欠平衡钻井的需要,1998年又开始进行了改进设计。新设计、制造了ZQF2—800/0.8型、ZQF3—1200/1.0型和ZQF4—1400/1.5型钻井液气体分离器,通过近几年的现场应用又逐步进行了改进和完善。(1)采用差动排液阀和U型管结构组成的自动控制液面装置代替以前使用的U型管或气动蝶阀,其差动排液阀的开启依赖于浮球向上的浮力,在不需外界动力的情况下达到自动控制钻井液液面高度的目的。这样通过差动排液阀及U型管结构实行双重自动控制钻井液气分离器液面高度,解决了原钻井液气分离器在气源不稳定时,气动蝶阀不能开启或关闭,使钻井液从排气管涌出或气体从排液管喷出的问题。(2)在排液控制阀下端设计了水平带阀的排污管路,可定时开阀将沉砂排出,解决了存砂及输液不畅等问题。(3)其技术参数见表4。2.欠平衡钻井钻井液气运移特性近几年来,欠平衡钻井用液气分离器先后在川内和长庆油田的陕242、青海深88等30口井进行了现场应用,欠平衡钻井过程中都有油气显示,其中有18口井获得工业性油气流。现场应用表明:其钻井液气分离器配备完善、性能良好,差动排液阀和U型管双重自动控制液面高度的新型机构先进,动作灵活、可靠,排液通畅,无沉砂现象,液气处理量均达到较好水平,分离效果好,点火装置点火容易、且点火可靠。能满足欠平衡钻井工艺技术的需要。新型节流阀为了满足在大井眼段进行欠平衡钻井的工艺技术要求,开展了大通径、低摩阻的欠平衡钻井专用节流管汇的研制,管汇为>103大通径,管汇架为升降式。在本节流管汇中采用了一种新型的笼式节流阀,节流阀的阀芯、阀座为整体式硬质合金,具有耐擦伤、耐腐蚀、耐冲刷、使用寿命长等特点,该节流阀既能节流又能截止,改变了原节流阀阀芯的结构与阀杆的连接形式,使节流效果更加明显。其主要技术参数如下:主通径:>103;压力等级:35MPa;翼径:>103;节流阀的规格:>103(有效通径:>80);下流出口通径:>103;驱动形式:液动、手动。该节流管汇的样机已试制完毕,准备在灌口2井投入现场应用。旋转控制头控制图该系统具备以下功能特点:(1)采集功能:采集立压、套压、循环进口、出口的气体流量、循环进口、出口的气体温度、钻井泵冲数(排量)、钻井液池液面、井深和钻时。(2)控制功能:控制旋转控制头液动平板阀的开关动作、根据欠压值动态控制液动节流阀的开启大小、控制旋转控制头的卡箍动作。(3)整套系统安装在一个控制室,具有数据采集、存储、处理、控制和视频监视功能。本数据采集系统在麻5井和董10井进行了现场应用,结果表明:数据采集元件性能可靠、稳定,数据采集符合率在90%以上;界面以图表和数字两种方式显示,数据可以用不同时间间隔方式存入硬盘,软件界面友好、直观;现场使用方便。沙参金84井、川中矿区金53井四川在20世纪60年代后期开始不压井起下钻装备的研究。70年代成功地研制出了BY30-2型不压井起下钻液动加压装置以及相应的配套装备,1984年至1989年先后在华北油田泽85井、新疆塔北地区沙参2井、川中矿区金53井应用,取得良好效果。但该装置需ZJ32以上钻机才能工作,且仅用于下油管作业。近几年根据欠平衡钻井过程中不压井起下管串的工艺技术要求,对BY30-2型不压井起下钻液动加压装置进行了改造和完善,完善后的装置具有了提升功能,并且能够在无钻机的情况下工作;新研制的600kN不压井起下井内管串装置技术参数见表5。BY30-2型不压井起下钻液动加压装置改造后,先后在8口井中进行了使用,均按要求安全顺利地完成了任务,达到了目的。单定压软管1.单向定压阀为了满足欠平衡钻井中的不压井下油管的需要,四川石油管理局钻采工艺技术研究院新研制了适用于>73和>60.3油管的单向定压阀,并申请了国家专利。其技术规范见表6。这种单向定压阀的特点是在下油管过程中它允许向油管内灌流体,解决了油管定压接头在下油管过程中油管内流体因惯性作用力剪断定压销,从而导致定压接头失效的问题。并且在下油管过程中允许正循环,而现有定压接头、玻璃接头和油管堵塞器都不能进行正循环。2.成功应用井本油管定压阀目前已在潼南1井、井浅2井和公54井进行了成功应用。现场应用证明该结构的单向定压阀安全、可靠,安全能够解决不压井下油管时的油管内密封问题。缺乏平衡控制措施1.欠平衡取心钻具组合欠平衡取心与常规取心不同,在欠平衡取心作业时,需要进行不压井起下取心钻具和欠平衡取心钻进;因此,在欠平衡取心钻具组合中必须加钻具内防喷工具,这样就不允许向钻具内投球,并且取心工具外筒的外径必须与取心作业时的钻铤外径相同,以便于不压井带压起下钻时能够安全有效地卡紧取心工具外筒。为了满足欠平衡取心工艺技术的特殊要求,四川石油管理局钻采工艺技术研究院新研制了欠平衡专用取心工具,其技术规范见表7:2.关井求压后损害情况欠平衡专用取心工具在邛西4井进行欠平衡取心试验,本井采用1.15g/cm3的(地层压力系数1.23)聚磺钻井液从井深3524.80m开始欠平衡取心钻进,欠平衡钻至井深3528.50m见强烈显示,液面累计上涨4m3,套压0升至4.7MPa,分离器排气点火焰高7~8m。关井求压后采用密度为1.18~1.19g/cm3的钻井液继续欠平衡取心钻进。共欠平衡取心6筒,取心进尺41.20m(3524.80~3566m;层位:须二;岩性:石英砂岩),取心收获率100%。而在同一构造的邛西3井采用常规取心工具进行欠平衡取心,采用1.20g/cm3的钻井液进行欠平衡取心钻进,取心进尺7.74m(3503.00~3510.74m;层位:须二;岩性:石英砂岩),取得心长2.13m,取心收获率只有27.5%。通过现场应用证明欠平衡专用取心工具结构设计合理、适用,能够适应欠平衡取心工艺技术的需要,取心收获率高,达到了预期的目的。非压井压井的配套设备1.u3000研究和试验方案不压井测井是一项崭新的测井技术,即是在地层压力大于泥浆柱压力的状态下的一种测井方法,在裸眼井中的带压测井作业中还未曾试验过。由于井内处于负压状态,在井口存在着一定的井口套压,所以在测井时井口要在密封的状态下进行,同时测井仪器的下入也与常规测井有所不同,这就要求解决好测井过程中的井口密封和测井工具如何顺利下入井底的问题。四川石油管理局测井公司根据生产测井的工艺原理,结合裸眼钻井液中测井的不同特点进行一系列研究和试验:(1)大直径电缆动密封研制;(2)大通径高压防喷管的研制;规格为外径:>160,内径:>140,耐压:35MPa。(3)大直径电缆防喷器的研制采用双闸板式、可液压或手动进行关闭。它的内径:>140,耐压:35MPa。(4)电缆防喷器与环形防喷器配接的变径转换接头研制;(5)加重杆的研制。它可以保证直径为12mm的电缆在井口压力25MPa以下能够正常起下。2.仪器上下阻力利用不压井测井配套设备与测井仪器先后在邛西3井、邛西4井、潼南1井和公54井进行了不压井测井,成功地完成了双侧向、微自然伽玛、补偿声波、井径、井斜、自然伽玛、补偿中子、补偿密度等测井项目。在井口4~5MPa的情况下仪器上下畅通无阻。从测井资料角度来看,测出的自然伽玛、补偿中子、井径全部合格;但由于井下出气泡,测出的声波曲线跳波比较严重,虽经反复重复测量,但一次比一次更差;由于没用加长电极,测出的双侧向走双轨,深侧向曲线低于浅侧向半个模数。通过这4口井的实际测井,证明测井的各项配套设备设计思想基本合理、适用,能够适应欠平衡钻井中的不压井测井的需要,达到了预期的目的。欠平衡钻井配套装备研究(1)近几年四川在欠平衡钻井配套装备实现国产化方面取得了重大突破,为四川气藏不同储层开展多种形式的欠平衡钻井提供了安全、可靠的物质基础;其中10.5MPa旋转控制头、ZQF1400/1.5钻井液气分离器和油管单向定压阀、600kN不压井起下井内管串装置等填补了在欠平衡钻井装备上的国内空白。(2)研制的欠平衡钻井专用配套装备基本上满足了目前四川盆地内开展各种循环介质的欠平衡钻井配套装备的需要,并提高了盆地内地层孔隙压力纵横向差异大的钻井安全可靠性。(3)基本上能够满足四川盆地的欠平衡钻进、欠平衡取心、不压井电测和不压井起下井内管串的工艺技术要求。(4)欠平衡钻井、完井配套装备尚需从以下几方面进一步研究与完善:①进一步完善旋转控制头尺寸系列