石油鉆井工藝技術(shù)措施研究

譚橙

(長(zhǎng)江大學(xué)，湖北 荊州 434000)

0 引言

對(duì)石油后期的開采和剩余石油資源的有效利用，需要采用節(jié)能降耗的措施，這種情況顯著增加了石油開發(fā)施工的難度，但也是優(yōu)化石油鉆井工藝技術(shù)的關(guān)鍵契機(jī)，利用最新的工藝技術(shù)，是提高鉆井施工質(zhì)量的良好保障，也是繼續(xù)深化石油開發(fā)的有效途徑。在石油開發(fā)項(xiàng)目中如何優(yōu)化石油鉆井工藝技術(shù)措施，是目前各石油開采企業(yè)需要解決的主要問(wèn)題。

1 直井鉆孔的工藝技術(shù)

防斜打直技術(shù)是為保障鉆探出垂直的鉆孔井眼軌跡而存在的，在直井鉆孔中，其關(guān)鍵就在于防斜打直技術(shù)的應(yīng)用，嚴(yán)格根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果以及鉆進(jìn)施工要求，控制井筒的井斜角和方位角，并根據(jù)垂直的井眼軌跡，逐步確認(rèn)鉆孔施工是否達(dá)到其高質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)。合理使用鉆孔液，可有效降低鉆孔施工過(guò)程中意外故障發(fā)生的幾率，始終讓井眼軌跡保持垂直的狀態(tài)。井下工具的安裝出現(xiàn)了問(wèn)題，首先考慮直井鉆孔施工是否出現(xiàn)了打斜的情況，這一現(xiàn)象的出現(xiàn)會(huì)嚴(yán)重影響到整個(gè)油井的開發(fā)；其次，抽油桿的結(jié)構(gòu)也會(huì)受到抽油桿傾斜的影響，若傾斜嚴(yán)重還會(huì)致使井下探測(cè)的數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)誤差過(guò)大會(huì)給油井設(shè)計(jì)開發(fā)的方案與預(yù)估情況產(chǎn)生偏差，并造成不必要的損失，而導(dǎo)致直井鉆孔井斜的原因是多方位的，地質(zhì)發(fā)生變化、巖石的屬性發(fā)生變化等外界因素都可能是導(dǎo)致井斜的原因，而鉆頭的鉆進(jìn)、下部鉆具發(fā)生彎曲都會(huì)加劇斜角過(guò)大影響鉆井質(zhì)量，如果鉆孔施工過(guò)程中防斜措施做得不夠充足，也會(huì)導(dǎo)致井眼軌跡不合符設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，從而阻礙了石油井生產(chǎn)的進(jìn)度。利用鐘擺鉆具將防斜措施進(jìn)行優(yōu)化，加強(qiáng)對(duì)井眼軌跡垂直控制的同時(shí)也要注重直井鉆孔施工的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)完美鉆孔施工的效果。

2 水平鉆孔工藝技術(shù)

在定向鉆孔工藝中，有一種較為特殊的鉆孔工藝為水平鉆孔工藝，為了替鉆探水平鉆孔在施工的過(guò)程中的不同部分提供技術(shù)支持，總體來(lái)說(shuō)共分為四個(gè)部分：垂直井眼、傾斜井眼、穩(wěn)定傾斜井眼、水平井眼部分，有效利用鉆探工具組合對(duì)不同的鉆孔部分的斜率和方位角進(jìn)行優(yōu)化，定向鉆孔中的水平鉆孔工藝能夠很好地實(shí)現(xiàn)這一部分的施工工作。通過(guò)對(duì)井下鉆井工具的遠(yuǎn)程控制和管理，利用計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的集成實(shí)施到鉆井施工工作中，從而實(shí)現(xiàn)應(yīng)用自動(dòng)化的鉆井措施，并制定相應(yīng)的鉆探儲(chǔ)層方案以及合理規(guī)劃軌跡路線，結(jié)合工程質(zhì)地導(dǎo)向的鉆井和測(cè)井的技術(shù)措施，進(jìn)而達(dá)成水平孔在一定程度上滿足更高的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[2]。

現(xiàn)階段，“噴管式”水平鉆孔工具與旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)鉆孔工具是常有的兩種水平鉆孔工具，其中“噴管式”鉆孔工具主要有沖孔段、噴管液缸段、控制段、循環(huán)閥、過(guò)濾器以及錨定器組合而成，主要采用高壓噴射技術(shù)，在地層進(jìn)行水平通道鉆設(shè)中利用高壓管柱以及高壓泵組完成；旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)鉆孔工具是用液壓進(jìn)行控制的組合式遙控作業(yè)工具，具有可伸長(zhǎng)磨銑鉆頭以及金剛石鉆頭兩套鉆具組合，第一套可伸長(zhǎng)磨銑鉆頭可將套管開鑿出小孔，而第二套安裝可伸長(zhǎng)柔性鉆桿的金剛石鉆頭，由兩套鉆孔工具進(jìn)行組合，主要用于地層水平鉆孔，此水平鉆孔組合可完成一趟多條水平通道，通過(guò)馬達(dá)部分、控制部分以及磨銑部分提高水平鉆孔效率，實(shí)現(xiàn)石油鉆井效率，完成水平鉆孔工藝規(guī)范化使用。對(duì)水平鉆井經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)的總結(jié)，可以發(fā)現(xiàn)加強(qiáng)水平井的建設(shè)質(zhì)量能夠更好地對(duì)直井鉆探進(jìn)行控制，減少了在油田開發(fā)過(guò)程中不必要的資源浪費(fèi)并為后期的石油開采奠定了基礎(chǔ)，是提高生產(chǎn)質(zhì)量的關(guān)鍵。根據(jù)各項(xiàng)數(shù)據(jù)的反饋來(lái)看，我國(guó)石油的資源和油田數(shù)量在逐漸減少，且惡劣條件下的石油開采、生產(chǎn)越來(lái)越常見(jiàn)，不平衡鉆井技術(shù)的采用，能夠在最大程度上降低鉆井成本的投入同時(shí)也對(duì)水平鉆井不同階段的施工質(zhì)量給予保障，有效規(guī)避卡鉆等事故現(xiàn)象的發(fā)生，縮短了鉆孔的周期，從而促進(jìn)石油鉆探工作的順利進(jìn)行。

3 平衡鉆井施工中的井控技術(shù)

在現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)石油產(chǎn)業(yè)而言，平衡鉆井施工得到石油開采人員廣泛使用，隨著平衡鉆井工藝使用頻率增長(zhǎng)，極大地促進(jìn)了我國(guó)平衡鉆井的井控技術(shù)的發(fā)展。在實(shí)施壓井作業(yè)的過(guò)程中，難免會(huì)有井噴事故現(xiàn)象的發(fā)生，主要原因是由于井筒中液柱的壓力明顯大于儲(chǔ)層流體的壓力值，所以為了有效避免此現(xiàn)象的發(fā)生，在平衡鉆井施工的過(guò)程中要注意對(duì)鉆井液的使用，并控制鉆井液的使用量，規(guī)避其使用量過(guò)多導(dǎo)致其他事故的發(fā)生，在選用井鉆液時(shí)，應(yīng)結(jié)合井筒不同實(shí)際情況合理選擇，隨著氮?dú)忏@井液的出現(xiàn)，空氣鉆井液因氧氣易產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)及易燃燒的特效而被提取代，一般選擇氮?dú)獾炔灰兹紵臍怏w，以此避免鉆井著火事故地產(chǎn)生，在進(jìn)行井鉆液選擇時(shí)，應(yīng)以鉆井資料中顯示的最高地層壓力系數(shù)或工作人員實(shí)測(cè)壓力數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，對(duì)地層空孔隙壓力、油氣水層的埋藏深度、井控裝置以及鉆井液類型考慮。以鉆機(jī)施工的設(shè)計(jì)規(guī)范作為制定防止井噴事故預(yù)防措施的參考依據(jù)，并在鉆井施工的準(zhǔn)備階段，備好鉆井液和壓井液，使其一旦發(fā)生井噴事故，可以在第一時(shí)間采取應(yīng)急措施并解決事故，及時(shí)啟動(dòng)井控裝置以及封井器的關(guān)井處理工作，促進(jìn)石油鉆孔施工效率提升的同時(shí)也降低其施工成本，在一定程度上避免了井噴事故的發(fā)生給石油鉆探施工帶來(lái)的損害。

4 欠平衡鉆井施工中的井控技術(shù)

需主動(dòng)預(yù)防石油鉆井施工中安全事故，改善井筒內(nèi)液柱壓力，一般在生產(chǎn)中可選擇欠平衡鉆井工藝；生產(chǎn)期間要注意保持理想的欠平衡鉆井條件，這是實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的關(guān)鍵。

為了有效提升欠平衡鉆井的施工效率，利用氣體鉆井、泡沫鉆井來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)井控技術(shù)措施的優(yōu)化，確保欠平衡鉆井施工的順利實(shí)施以及避免施工過(guò)程中事故的發(fā)生。例如：氣體鉆井包括氮?dú)忏@井技術(shù)、天然氣鉆井技術(shù)，氮?dú)忏@井技術(shù)，而氮?dú)饽軌蜃鳛殂@井液或鉆井液組成成分在欠平衡鉆井中存在，相較于空氣而言，氮?dú)獠灰子谧茻稍谝欢ǔ潭葍?nèi)降低井內(nèi)著火事故出現(xiàn)概率；泡沫鉆井技術(shù)是以泡沫作為鉆井內(nèi)循環(huán)流體，泡沫流體一般為氣液混合構(gòu)成的乳化液，其具備漏失量小、油氣層損害小、靜液柱壓力低以及攜屑能力強(qiáng)的特點(diǎn)，適用于低壓、易漏、水敏性底層鉆井。除此之外，欠平衡壓力鉆進(jìn)技術(shù)必須與完全成熟的井控技術(shù)、設(shè)備互相結(jié)合才能保證石油鉆井施工工作安全地進(jìn)行，最大程度發(fā)揮欠平衡鉆井施工中井控技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

欠平衡鉆井技術(shù)經(jīng)幾十年的發(fā)展，人們對(duì)其逐漸熟悉與重視，早期人們認(rèn)識(shí)到欠平衡鉆井能夠在一定程度內(nèi)提高硬地層的機(jī)械鉆井水平，減少井漏以及防止壓差卡鉆的優(yōu)勢(shì)，經(jīng)過(guò)鉆井技術(shù)不斷完善，欠平衡鉆井還能夠減少地層損害、提高產(chǎn)量且能及時(shí)發(fā)現(xiàn)油氣井地層等眾多優(yōu)點(diǎn)，除此之外，欠平衡鉆井技術(shù)能夠提高鉆井的機(jī)械鉆速、提升鉆頭使用壽命、減少井眼循環(huán)漏失等優(yōu)勢(shì)，經(jīng)國(guó)外實(shí)例表明，欠平衡鉆井技術(shù)產(chǎn)量為常規(guī)鉆井方法的10倍左右，并且有利于環(huán)境保護(hù)以及降低作業(yè)費(fèi)用，因此對(duì)于欠平衡鉆井技術(shù)可大力推廣。為確保欠平衡鉆井技術(shù)能夠在不同情況下起到同樣優(yōu)勢(shì)作用，應(yīng)在確保石油開發(fā)安全的基礎(chǔ)上，控制循環(huán)內(nèi)鉆井液密度，控制鉆井液在井筒內(nèi)形成的靜液液柱壓力低于地層空隙壓力，此時(shí)實(shí)施欠平衡鉆井技術(shù)能夠發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。在欠平衡鉆井施工的過(guò)程中，對(duì)于鉆井口的壓力控制十分重要，使其能夠承受上部地層和下部井段共同產(chǎn)生的抗內(nèi)壓力，根據(jù)自身結(jié)構(gòu)特征保持欠平衡鉆井井段地層的穩(wěn)定性，并做好對(duì)欠平衡鉆井井段防塌陷和液體流動(dòng)層位的保護(hù)工作。與常規(guī)的鉆井工藝相比，欠平衡鉆井具有較高的經(jīng)濟(jì)性價(jià)比，根據(jù)我國(guó)各項(xiàng)研究和應(yīng)用的數(shù)據(jù)來(lái)看，這項(xiàng)技術(shù)雖然在某些部分存在著不足，但有著非常好的發(fā)展前景和應(yīng)用空間，對(duì)我國(guó)未來(lái)石油工業(yè)方面的開發(fā)工作有著一定的輔助作用。

5 定向井鉆井工藝技術(shù)

為了可以滿足企業(yè)對(duì)后期油田開發(fā)方面的節(jié)能降耗技術(shù)的要求，降低對(duì)剩余油田開采時(shí)石油鉆探施工工作的成本投入，采用定向井鉆井工藝技術(shù)是最為妥善的手段。定向鉆井工藝技術(shù)能夠有效避免油田環(huán)境中的一些特殊因素，確保對(duì)石油資源的充分利用，使其開采流程更加安全，減少鉆井?dāng)?shù)量，最大程度上節(jié)約了人力和物力資源[3]。

在進(jìn)行油田開發(fā)時(shí)，常因油田所處地面不利于鉆井作業(yè)施工的環(huán)境下，或是在鉆井安裝時(shí)具有較大困難時(shí)，可采用定向井鉆井技術(shù)，例如英國(guó)的北海油田，我國(guó)的長(zhǎng)慶、勝利、大港以及塔里木油田，以上油田皆因地面受限而選用鉆定向井，如長(zhǎng)慶油田鉆定向井的原因主要為地處黃土高原，千溝萬(wàn)壑，鉆定向井以更好地實(shí)現(xiàn)油田開采工作。除此之外，定向井鉆井技術(shù)還具有海上生產(chǎn)集輸需要的作用，例如我國(guó)南海定向井。除因地面限制、海上運(yùn)輸?shù)茸饔猛?，定向井還可作為救援井存在，主要為搶救某一口井的著火、井噴而設(shè)計(jì)的定向井。例如：我國(guó)新疆柯3井井噴失控著火，但因我國(guó)定向救援井技術(shù)不完善未能及時(shí)控制。幾年后由美國(guó)人鉆設(shè)定向救援井予以處置。而我國(guó)自行設(shè)計(jì)并施工完成了中原油田濮2-151井、勝利油田永59井、青海油田南2-1井，并成功控制了井噴失控事故。定向井還具有多目標(biāo)井、繞障井、立槽斜井及多底井，多目標(biāo)井為鉆達(dá)多個(gè)目的層面而設(shè)計(jì)施工的定向井，繞障井是為繞過(guò)地下某種障礙而設(shè)計(jì)施工的定向井，立槽斜井采用斜直鉆機(jī)施工，從井口開始傾斜的定向井。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，根據(jù)石油開發(fā)的實(shí)際施工情況，才能合理的優(yōu)化石油鉆井工藝技術(shù)，在確保提升石油鉆探質(zhì)量的同時(shí)也要保證鉆井性能進(jìn)一步的完善。通過(guò)對(duì)定向井鉆井工藝、平衡鉆井施工中的井控技術(shù)以及欠平衡鉆井施工中的井控技術(shù)的應(yīng)用，不僅可以減少鉆井施工成本的投入也可縮短鉆孔施工周期，提高施工效率，盡可能的滿足石油開發(fā)中的需求，確保石油勘探工作的順利進(jìn)行。