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水平井钻井技术研究论文答辩

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水平井钻井技术研究论文答辩

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谭承军陈姝媚王梅玲赵立群

(西北石油局规划设计研究院 乌鲁木齐830011)

摘要本文从对直井、水平井钻井地质设计的显著区别入手,研究水平井地质设计最重要的几个设计参数:水平段垂深、水平段有效长度、储层非均质性对水平井地质设计的影响及其设计优化。根据塔河油田三叠系底水油藏7口水平井的地质设计优化过程,可以得出以下几点认识:①陆相地层散布有厚薄不等、形态各异的泥质或钙质夹层、隔层,尤其是当储层非均质性比较严重时。这时的油藏描述一定要满足水平井开发对油藏的要求;②储量有限的小规模油藏不宜过早上“规模性的水平井开发方案”;③技术装备、人员素质和软硬设施的相对滞后,将影响水平井相对于直井“开发优越性”的发挥。

关键词砂岩底水油藏水平井钻井地质设计优化水平段垂深水平段长度

每一口钻井(不论是勘探井,还是开发井)要想达到钻井目的,取得预期的效果,其钻井地质设计的优劣是成功的基础。而开发水平井由于与直井有着诸多的不同,要想取得好的效果,其水平井地质设计就显得更为关键了。

对于塔河油田1号、2号区块,这种非均质性强的三叠系薄油层底水砂岩油藏而言,钻开发水平井,风险很大。因此,必须对每一口开发水平井进行认真的钻井地质设计,才能保证水平井水平段既要位于油层内储层物性较好层段,又要有足够大的避水高度和最优的水平段有效长度,以取得最好的开发效果。

1水平井与直井钻井地质设计的最显著区别

水平井是一种井斜角较大(一般大于83°),在目的层井段有水平或近似水平段的特殊定向井。其井眼轨迹一般来说分为三段:直井段、斜井段和水平段。严格讲,水平井、直井和斜井并没有本质上的区别,其间没有截然界限:水平井和直井可以看成是斜井的两个极端。但即便是这样,由于三者在井身轨迹上的差异也造就了它们在钻井地质设计上的差别。以下是水平井钻井地质设计中区别于直井的最为显著的5点:

(1)水平井的水平段方位及井位优选;

(2)水平段完钻层位、水平段垂深及避水厚度;

(3)水平段长度及有效水平段长度;

(4)水平段附近的储层非均质性;

(5)水平段A、B靶点的相对位置。

1.1水平井的水平段方位及井位优选

水平井在平面上的投影不像直井那样是个点或长度非常有限的线段,故在布井时,存在一个方位问题。这个方位的选定一般要考虑这样几个因素:①构造应力方向;②最大水平渗透率方向;③与其他已有直井或水平井的合理配置;④剖面上和平面上,储层物性最好的部位(在满足避水厚度要求的同时);⑤在其他条件满足的前提下,尽量平行构造等深线(或者A点相对于构造较高部位)。

1.2水平段完钻层位、水平段垂深及避水厚度

对多油层砂岩底水油藏而言,有一个完钻层位问题。直井(开发井)一般完钻于最深油层的上部(探井或评价井可能钻穿所有油层);水平井则要求按“水平井开发方案针对目的层”完钻(该目的层也可能是最深一个油层)。

水平井要求在“钻井地质设计阶段”,钻前就得根据邻井资料研究、设计好该水平井的完井垂深。垂深一旦确定,水平井水平段的避水高度也就确定了;直井的完井深度(由于井斜度较小,一般把斜深当作垂深使用)并不意味着射孔完井深度,故直井最后的避水厚度可以等“该井完钻后”,由电测曲线解释的各种新信息来综合确定。

而且,两者在避水高度的确定及夹层的利用上都有明显的区别(表1)。

表1直井、水平井水平段避水高度及夹层利用方面的差异Table1The differences of avoiding water altitude and using intermediate layer of straight well and horizontal well's horizontal segment

1.3水平段长度及水平段有效长度

由水平井油藏工程理论研究可知,水平井水平段长度一般在300~500m为好。但在储层非均质性严重的情况下,水平段经常钻遇泥质或钙质夹层,这样,可根据MWD随钻电测资料,随时调整水平段的方位或水平段的长度(在地质条件允许的前提下)以满足水平井产能设计需求。

1.4水平段附近的储层非均质性

水平段附近的储层非均质性对水平井的产能影响很大。故应该做好以下几项工作:

(1)做好钻前预测

在钻前,就必须根据临井资料做好微相划分、小层对比工作(尤其是夹层的划分与对比),做到钻前心里基本有数。

(2)做好随钻跟踪工作

进入造斜段后,应该加强随钻地质跟踪工作,随时根据MWD资料校对、调整钻前预测数据,使之更接近油层实际,即将中A靶前,一定要分清所钻遇泥岩是“目的层上部泥岩段的泥岩”,还是“目的层中的泥岩夹层”,以免“误顶”(错误判断目的层顶面);反之亦然,所钻砂岩也有可能是“目的层上部泥岩段中的砂岩透镜体”,而不是“砂岩目的层”。

(3)随时调整

一旦发现实钻结果与设计不符,应该立即进行相应的动态调整,以指导生产。

1.5水平段A、B靶点的相对位置

一般情况下,水平段的A端:

(1)放在油藏的高部位,海拔高度略大于或等于B端海拔;

(2)远离出水井(在水平段无法调整的情况下,宁可让B点靠近出水井);

(3)在地面上,远离地面障碍,尽量靠近临井以便于管理。

2水平井主要设计参数的设计

2.1水平井垂深设计

由于水平井在油层中的位置是永久性的,所以选择水平井水平段垂深就显得非常重要。利用底水油藏水平井“无因次临界产量公式”和三叠系底水油藏有关数据,计算出的结果是:底水油藏最佳避水程度(避水厚度/油层厚度)为0.88h(即水平段离底水的距离为油层厚度的88%)。

该油藏水平井数值模拟结果为:底水油藏最佳避水程度为0.7~0.9h。

文献进一步指出:对于底水油藏而言,具体油藏开发地质条件参数无论怎么变,水平井水平段的避水程度几乎都是90%。

塔河油田三叠系底水油藏水平井水平段垂深设计时,避水程度原则上采用88%(由此损失的产能约10%)。

2.2水平井水平段有效长度

水平井的产能只在一定范围内才与水平井水平段有效长度成正比,故在水平井钻井地质设计时,一定要根据具体油藏开发地质特征,优化水平段长度。

塔河油田三叠系底水油藏水平井水平段都采用筛管完井,考虑“水平段筛管相对粗糙程度”和油管尺寸,水平段最优长度为300~500m。

塔河油田三叠系底水油藏水平井水平段优化设计时,一般都在300~400m之间。

3水平井钻井地质设计的跟踪调整

3.1实施过程中出现的问题

通过对塔河油田1号、2号区块7口水平井的钻井地质跟踪研究发现:

(1)原构造图不太落实

由于受超深层低幅背斜地震分辨率较低的限制,原构造图精度有限,经开发井实钻资料证实,塔河油田1号、2号区块三叠系底水油藏构造形态均有不同程度的变化。

如2号区块三叠系上油组:构造东部等值线向高点收缩,TK203井所在高点消失,含油边界内收,含油面积由原来的3.7km2减少至3.1km2;AN1井南东-S56井、AN2井北西为一低洼,TK202H-AN1井间构造高点移至AN1井,含油面积图由椭圆状变为马蹄状。

又如三叠系中油组:TK202H、AN1井南的构造西高点向东南移至TK201H及S56井东南一线,构造顶部变宽缓,西北部等值线向外略有延伸。TK202H为背斜相对低洼处。AN2井东北的构造东高点幅度减小,东部等值线向高点略有收缩。含油面积略有增加(从4.3km2增至4.9km2)。

(2)储层非均质性更趋复杂化

3个油组均存在严重的储层非均质性,层内分布不等数目泥质、钙质或泥质-钙质夹层,横向上夹层分布相当复杂。

3.2设计调整的主要步骤及方法

(1)先修编构造图

新钻的水平开发井,若有导眼,根据导眼实钻油组各界线顶底深度数据,修编原构造图,并与邻井对比;若无导眼,钻进进入关键阶段(造斜后、靶点前后)后,及时收集实钻砂泥岩段顶底深度,与邻井资料重新进行小层对比,及时修编构造图,为钻井地质设计的调整和优化提供精度更高的基本图件。

塔河油田1号区块下油组构造图改动较大的有4次;塔河油田2号区块上、中油组构造图改动较大的有2次。

(2)在小层对比的基础上,做井间泥质夹层分布图

根据新钻水平开发井的导眼或(和)造斜段所揭示的泥、钙质夹层和层厚,结合已有的相邻直井数据,运用沉积微相约束,进一步深入解释井间的夹层分布状况和连通情况。随钻指导水平井的钻进过程和井身轨迹,尤其是在水平段的钻进过程中的井身轨迹调整。

3.3井位调整

6口水平井在钻井地质设计提交后,随钻跟踪过程中共计调整8次(表2)。井位调整原因如下:

表2塔河油田1号、2号区块三叠系底水油藏水平井跟踪调整井次Table2The number of trace and adjustment for bottom water reservoir horizon well of Triassic in Tahe oilfield(No.1、2)

(1)有“邻井后续资料”和“本井随钻资料”证实构造形态有变,在设计原则不变的情形下,井位挪向油层较厚处。

(2)随后的数值模拟研究结果:设计井有更好的水平段方位时,及时调整水平井水平段方位。

上述两种情况几乎各占总调整次数的50%。

3.4垂深调整

6口水平井在随钻跟踪过程中,共计调整10次(表2)。水平段垂深调整原因如下:

(1)有“邻井后续资料”和“本井随钻资料”证实构造形态有变,导致目的层顶面垂深变化和油层有效厚度的变化。在垂深设计原则不变的情形下,按比例调整垂深。

(2)随钻资料表明,原设计水平段所在油层剖面位置为泥质夹层,水平段被迫上移(在避水高度无法降低时)或下移(有足够的避水厚度,或水平段上部的储层物性太差时) (此时的设计参数可能并不最优)。

3.5水平段长度调整

6口水平井在随钻跟踪过程中,共计调整2次(表2)。水平段长度调整原因如下:

随钻资料表明,原设计水平段所在油层剖面位置为泥质夹层,而水平段无法上下移动时,只能考虑加长水平段设计长度,以满足最优水平段有效长度的油藏工程设计。

4水平井钻井地质设计的优化

(1)在油层较厚处布井,水平段位于油水界面之上油层厚度的88%左右,若在钻井过程中发现油层厚度减薄(构造原因),在确保水平井水平段不出油层顶面的前提下,尽量上移水平段,以增加避水厚度。

(2)尽量在构造高部位布井,塔河1号、2号油田的水平井均布在油层厚度大于15m以上的高部位。每完钻一口水平井就及时修编构造图,再根据新图设计下口水平井钻井轨迹,以避免造成不必要的损失。

(3)早期水平井水平段设计长度为360m。水平井投产后,根据开发效果与直井开发动态的对比和对储层非均质性的新认识,发现水平段中存在不同长度的泥质夹层,实际水平段的有效长度往往达不到设计长度,之后的水平井水平段长度就设计为400m,并在实际生产中灵活掌握。

如TK201H井,原设计水平段长度为360m,钻井中水平段钻遇泥质夹层259m,因而水平段加长至443m(油层有效长度仅184m)。

5结论与建议

5.1几点认识

(1)油藏描述要满足水平井开发对油藏的需求、

构造不太落实,储层非均质性认识不足都将影响水平井钻井地质设计的精度:既不能利用它来指导水平井井位、水平段方位的优选,也不能确保钻出(或满足设计要求)达到油藏工程目的的水平段,还有可能造成水平井“建井周期”的延长、“成井质量”的下降和后期“开发效果”的不理想。

(2)小规模油藏不宜采用“规模性的水平井开发方案”

储量规模小(油层薄、含油面积小)的超深层底水油藏,若采用“规模性的水平井开发方案”开发,往往等不到构造落实、精细描述油藏,就得上水平井。在资源具有不确定性的前提下,有可能造成一次投入过大的同时,还得靠水平井信息完善或进一步进行油藏评价,若等到构造落实时,井网密度已经满足开发要求(目前塔河油田1号、2号区块采取的动态调整方法把这种可能性造成的危害减小到最低限度)。

(3)生产、研究、管理的滞后,削弱了水平井相对于直井开发的优越性

技术装备、人员素质和软硬设置的不到位,使本企业的水平井开发费用(技术外协、设备租赁、随钻调整设计和解决随时可能出现的新问题等),比同条件下成熟地区或企业打水平井所需的费用要高。如此就会影响水平井的开发效益,甚至吃掉水平井开发优越于直井开发的全部效益,尤其是在构造、储层非均质性不太落实的情况下。

(4)储层非均质性特别严重时,不宜打平行于油层的水平井

我国油田储集体多数为陆相沉积,油层内或多或少散布着大大小小厚薄不等的夹层和隔层,尤其是两井间的夹层、隔层,往往很难认识到。油层中的夹层、隔层对直井的产能和采收率的影响不明显,但对水平井的产能和采收率影响显著,这样的油层不适合打平行于油层的水平井(除非油层太薄的底水油藏,水平段轨迹难于调整)。

5.2几点建议

5.2.1水平井A、B点垂深及A、B点位置的优化设计

在以下几种情况时,建议水平井A点垂深抬高(水平段自A向B倾斜):

(1)油藏厚度足够大,不至于因为AB段的倾斜而使B点过早见水(因为通常情况下,由于A点的生产压差最大,A点一般首先见水;提高A点的目的是:在B点垂深不变的前提下,延长A点的底水突破时间,从而延长水平井的无水期)。

(2)在地面条件和水平井井网要求等允许的情况下,水平井尽量从构造高部位向低部位打,一则可以保证A点有足够的避水厚度;二则可以尽可能让A点远离边水(以避免高渗带边水突进)。

(3)在见水井附近布水平井时,尽可能让A点远离见水井。

5.2.2水平井完井方式的优化设计

一般来讲,当水平井只横穿一个油层,仅有一种流体通过时,采用非选择完井方式(裸眼和砾石充填完井);但如果水平井开采的目的层具有非均质性、或为多油层油藏,具有底水和裂缝,为了便于油藏开发后期各种措施的顺利进行,可以采用选择性完井方式(如割缝衬管带管外封隔器或固井/射孔完井)完井。故建议今后在类似情况下,新打水平井有比例地尝试采用选择性完井方式完井。

5.2.3储层非均质性的认识和描述要“动、静结合”“平、直结合”

(1)动、静结合

如夹层的层数和厚度由直井给出,并通过沉积微相、小层对比研究得出尽可能接近油层实际的全油藏的夹层分布特征;与此同时,利用数值模拟方法既可验证,也可修改单井和油藏的夹层分布特征。

(2)平、直结合

若直井和水平井钻遇同一个夹层,那么直井给出层数和层厚(z轴),水平井则给出平面上的展布(x、y轴);根据沉积微相得出的“宽厚比”即可推出水平井揭示的是长轴还是短轴(虽不一定正确,但总比单靠“井距”来判断夹层的展布范围要好),然后进一步判定是否与邻井夹层相连。

况且,直井揭示的是储层纵向上的储层非均质性,水平井揭示的是水平方向上的储层非均质性;二者的有机结合才能客观的反映油藏的储层非均质性(这比直井间参数的插值要精确得多)。

参考文献

[1]万仁溥.中国不同类型油藏水平井开采技术.北京:石油工业出版社,1997

[2]S.D.Joshi,Ph.D,班景昌等译.水平井工艺技术.北京:石油工业出版社,1998

[3]罗英俊等译.水平井开采技术译文集.北京:石油工业出版社,1991

[4]范子菲.确定水平井水平段、垂直井射孔段最优位置研究.石油勘探与开发,1995,22(3)

[5]张义堂等.陆相沉积油层水平井水平段轨迹对产能及采收率影响的研究.石油勘探与开发,1999,26(2)

The Optimization of Geological Design for Drilling Horizontal Well of Triassic Oil Reservoir with Bottom Water in No.1-2 Tract of Tahe Oil Field

Tan ChengjunChen ShumeiWang MeilingZhao Liqun

(Academy of planning and designing,Northwest Bureau of Petroleum Geology,ürümqi 830011)

Abstract:The auther, starting from correlation geological design of straight well and horizontal well, analyzed some improtant design parameters in studying on geological design for horizontal well.The results indicated the geological design for horizontal well and it's optimization of design were controlled by vertical depth of horizontal segment (section),effective length of horizontal segment, influence of non-homogeneity of reservoir on geological design for horizontal well.

According to the optimization of geological design for 7 horizontal wells of Triassic oil poor with bottom water in Tahe oilfield,we came to the following conclusions:(1)terrestrial bed is provided with vary in thickness,different morphological shaly or calcic intermediate and isolation layer,expecially when non-homogeneity of reservoir is grave.Such being the case,reservoir description will do best to meet the development oil pool by mean of the horizontal well;(2)it's no good being design large-scale horizontal well development scheme for limited reservoirs and small scale oil pool;(3)backward technology and equipment,quality of personnel and treatment system of computer will decide the elaboration of the technology——horizontal well is better than straight well.

Key words:sandstone oil reservoir with bottom waterhorizontal welldrilling geological design optimizationvertical depth of horizontal segmentlength of horizontal segment

水基钻井液研究论文

首先,水基钻井液和油基钻井液各有优缺点,适应不同的地层情况,因此没有孰优孰劣,不能武断地说哪一个就是未来的发展趋势。API及IADC把钻井液体系共分为九类,前七类为水基型钻井液,第八类为油基型,最后一类以气体为基本介质。1、不分散体系,2、分散体系,3、钙处理体系,4、聚合物体系,5、低固相体系,6、饱和盐水体系,7、完井修井液体系,8、油基钻井液体系,9、空气、雾、泡沫和气体体系。水基钻井液具有成本低、配置处理维护较简单、处理剂来源广、可供选择的类型多、性能容易控制等优点,并具有较好的保护油气层效果,因此事国内外钻开油气层常用的钻井液体系。油基钻井液是指以油作为连续相的钻井液。早在20世纪20年代,人们就曾使用原油作为钻井液以避免和减少钻井中各种复杂情况的发生。但在实践中发现使用原油有以下缺点:切力小,难以悬浮重晶石,滤失量大,以及原油中的易挥发组分容易引起火灾等。于是后来逐渐发展成为以柴油为连续相的两种油基钻井液——全油基钻井液和油包水乳化钻井液。在全油基钻井液中,水是无用的组分,其含水量不应超过7%;而在油包水钻井液中,水作为必要组分均匀地分散在柴油中,其含水量一般为10%~60%。与水基钻井液相比较,油基钻井液具有能抗高温、抗盐钙侵、有利于井壁稳定、润滑性好和对油气层损害程度较小等多种优点,目前已成为钻高难度的高温深井、大斜度定向井、水平井和各种复杂地层的重要手段,并且还可广泛地用做解卡液、射孔完井液、修井液和驱心液等。但是,油基钻井液的配制成本比水基钻井液高得多,使用时往往会对井场附近的生态环境造成严重影响,而且与使用水基钻井液相比机械钻速一般较低。以上缺点大大地限制了油基钻井液的推广应用。为了提高钻速,从70年代中期开始,较广泛地使用了低胶质油包水乳化钻井液。为保护生态环境,适应海洋钻探的需要,从80年代初开始,又逐步推广使用了以矿物油作为基油的低毒油包水乳化钻井液。目前全油基钻井液已较少使用,因此通常所说的油基钻井液主要指以柴油或低毒矿物油(白油)作为连续相的油包水乳化钻井液。

2.3.1 高温恶化钻井液性能

随着温度增加,钻井液的各种性能随之发生变化。一般而言,升温使钻井液造壁性能变坏,即泥饼变厚,渗透性变大,滤失量增高。而这种变化趋势与API滤失量的大小无直接的必然联系,即API滤失量小的钻井液在高温高压条件下的滤失量不一定就小。这说明,高温下具有不同的作用机理。

高温对钻井液的流变性的影响比较复杂,其影响情况可从黏度与温度的关系曲线详加研究。常见的此种黏度-温度曲线有以下几种典型形式(图2.2)。

其中曲线①表示了抗温能力较强的黏土含量较低的分散钻井液。这类钻井液流变性的构成中,非结构黏度所占的比重大于结构黏度,如由高分子处理剂提高钻井液塑性黏度的体系。而聚结性强,黏土含量高的钻井液,一般有可能表现为曲线③,此种钻井液的结构很强(包括“卡片房子结构”和聚合物——黏土粒子的空间网架结构),大大超过塑性黏度对于黏度的贡献。

图2.2 水基钻井液常见的几种黏温曲线

而各类水基钻井液在较宽的温度范围内(常温一高温)普遍表现出曲线②的变化规律,只是不同钻井液体系表现不同的塑性黏度(η有效)和温度(tB)极小数值而已。

若tB大于钻井液的使用温度则成为曲线①类型,若tB低于室温,则体系的黏-温曲线表现为曲线③。可以说曲线③是各类水基钻井液的普遍规律,而曲线①、②是其两种特例。研究表明,这种因温度而变化的性质有可能是可逆的。因此,它能较好地反映钻井液使用中从井口→井底→井口的循环过程中钻井液性能的实际变化情况。它是钻井液体系能否满足深井井段工程和地质要求的关键问题。显然这种高温变化的特性可造成井底高温与井口低温下钻井液性能的极大的差异,故绝不能用常规仪器测出的钻井液井口性能来衡量井下钻井液在高温下的实际性能。它只能用模拟井下实际高温高压条件的仪器来测定,并以此作为设计和维护深井钻井液性能参数及判断井下情况决定工程措施的依据。

2.3.2 高温降低钻井液的热稳定性

高温使钻井液中各组分本身及各组分之间在低温下本来不易发生的变化、不剧烈反应、不显著的影响都变得激化了,同时也使长段裸眼钻进不可避免的地层污染(盐、钙、钻屑、酸性气体等)加剧。所有这些作用的结果必然严重地改变、损害以致完全破坏钻井液原有性能,而这种影响是不可逆的永久性变化。它表明了钻井液体系受高温作用后的稳定能力(或钻井液抵抗高温破坏的能力),特称为钻井液体系的热稳定性。一般用钻井液经高温作用前后性能(同一条件测定)的变化来实际反映钻井液在使用过程中的井口性能的变化(有时甚至就是进、出口性能的变化)。

2.3.2.1 高温对钻井液流变性热稳定性的影响

(1)高温增稠

钻井液经高温作用后视黏度、塑性黏度、动切力及静切力上升的现象,属不可逆的变化。若钻井液经高温作用后丧失流动性则称为钻井液高温胶凝。显然可以把它看作是一种严重的高温增稠现象。高温增稠是深井钻井液最常见的现象。在使用中表现为钻井液黏、切力不断上升,特别在起下钻作业过程中钻井液经过长时间高温老化后升幅更大。因此,造成钻井液性能不稳定,处理频繁。常常给深井钻井液(特别是重钻井液)的使用带来麻烦,而且对于高温增稠严重的钻井液,使用稀释剂一般不能有效,甚至反而更加严重,这是一个突出的特点。

凡钻井液中黏土含量高、分散性强的钻井液则常表现出这种现象。

(2)高温减稠

钻井液经高温作用后,动、静切力下降的现象称为高温减稠。主要表现为动静切力下降。在劣土、低土量、高矿化度盐水钻井液中经常观察到这类现象,它不是由于钻井液组分变化而纯系高温引起的变化。在实际使用中它表现为钻井液井口黏、切逐渐缓慢下降。而这种下降用常规的增稠剂也难以提高。由于严重的高温减稠可导致加重钻井液重晶石沉淀,因此,在使用中也应充分注意。一般可采用表面活性剂或适当增加钻井液中黏土含量的办法加以解决。

(3)高温固化

钻井液经高温作用后成型且具有一定强度的现象称为高温固化。凡发生高温固化的钻井液不仅完全丧失流动性而且失水猛增。此种情况多数发生在黏土含量多、Ca2+浓度大,pH高的钻井液中。

实践证明,该钻井液经高温作用后,常表现出四种不同的现象,即高温增稠、胶凝、固化及减稠。这些现象不仅发生在不同的钻井液体系中,而且同一钻井液体系不同条件下,都有可能出现。这充分说明了高温对钻井液影响的复杂性。

2.3.2.2 高温对钻井液造壁性热稳定性的影响

钻井液经高温作用后,失水增加,泥饼增厚是常见的现象。其增加程度视钻井液体系不同而异。但有的钻井液体系,如SMC-SMP盐水钻井液体系却表现出相反的结果即高温作用后钻井液滤失量降低,泥饼质量变好。前者表现为井口温度下的滤失或HIHP滤失增加,井愈深,温度愈高,增加愈多。后者则钻井液愈用性能愈好,且表现出井愈深、温度愈高,使用时间愈长,效果愈好的趋势,即呈现出高温改善钻井液性能的趋向,见表2.3。

表2.3 高温对钻井液造壁性的影响

2.3.3 高温降低钻井液的pH值

实践证明,钻井液经高温作用后pH值下降,其下降程度视钻井液体系不同而异。钻井液矿化度愈高,其下降程度愈大,经高温作用后的饱和盐水钻井液pH值一般下降到 7~8。这种pH下降必然会使钻井液性能恶化,影响钻井液的热稳定性,使用中钻井液体系这种经高温后pH值下降的趋势,一般不能用加烧碱的办法来解决,加碱愈多,pH值下降愈厉害,钻井液性能愈不稳定。一般采用表面活性剂则可抑制体系pH值的下降或采用较低pH的钻井液体系。

2.3.4 高温高压对泥浆密度与分散性的影响

随着井深的增加,地层的温度和压力也会不断地增加,钻井液的性能会显著变化。其中,密度是发生变化的重要参数之一。而井眼内钻井液密度是进行各种钻井施工和设计的必要的基础数据,高温高压环境下的超深井钻井液密度不再是一个常数,而是随温度和压力的变化而变化。钻井液的高温高压密度特性直接关系到井眼内静液柱压力分布和循环压耗大小的准确计算。为了更加准确的预测钻井液在高温高压下的真实密度,高温高压水基钻井液的p-ρ-T特性研究具有重要的现实意义。

随着国内油气田勘探开发的不断深入,深井、超深井钻井数量持续增加,深井、超深井地层复杂,井下温度和压力高,钻井液密度易发生变化可能导致一些井下复杂情况发生。从这个角度上讲,对于深井、超深井而言,研究高温高压情况下的钻井液密度特性具有十分重要的意义。

2.3.4.1 高温高压条件下钻井液中固相的体积变化

根据美国石油协会(API)的规定,按照固相颗粒粒径的大小可将钻井液中的固相分为黏土(API胶质)、泥和砂(API砂)三大类。其来源主要是黏土粉中的无用成分、岩屑、加重材料(如重金石)等。高温高压下钻井液的密度发生变化可能受到这些固相体积受热膨胀、高压缩小的影响。

(1)高温高压下钻井液中黏土颗粒的体积变化

有研究表明,钻井液中的黏土成分在高温高压条件下,其特性会发生较大变化。根据前面(2.1.1部分)的说明,黏土水化分散性增强,ζ电势升高,颗粒周围形成较常温下更厚的水化膜,即发生高温分散现象。当钻井液中的黏土含量超过一定上限值时,钻井液在高温下发生高温凝胶现象:黏土迅速增大甚至凝聚成团。此时,与黏土颗粒的高温分散作用相比其自身的体积变化可以不予考虑。

目前尚无找到直接与钻井液中黏土颗粒体积变化对钻井液密度影响相关的研究,推测黏土颗粒本身的体积变化应当与无用固相相似。

(2)高温高压下钻井液中有害固相的体积变化

钻井液中的岩屑、黏土粉中的高岭石、伊利石等不能造浆的成分在钻井液中占有一定的比例。在普通不含加重剂的钻井液中比重更大。岩屑被钻头研磨或切削掉后,受力状态发生变化,体积相应变化;之后被钻井液携带不断上浮至井口排除。这期间岩屑体积不断变化,影响处于井筒环空部分的钻井液的密度(图2.3)。

图2.3 井下岩屑应力状态分析

已有的理论推导和计算表明,在10000m深孔条件下,取高温300℃、高压260MPa,计算出钻井液中的有害固相变形在0.25%~0.45%之间(图2.4)。

图2.4 温度及压力引起的岩屑体积变形

根据上图可知,线A的宽度由下到上在27~49之间,线B的宽度在30~46之间。

估取总体岩屑变形为40,即0.4%。假设上返钻井液中固相体积含量为5%,则由于固相成分体积发生变化引起的钻井液体积变化量为:

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钻井液密度变化量为:

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如果钻进10000米超深井所用钻井液密度为1.76g/cm3,由于固相体积变化引起的钻井液变化量为0.0007g/cm3,这种影响是很小的。

2.3.4.2 高温高压下钻井液中液相的体积变化

高温高压对钻井液密度的影响主要是受到钻井液中液相成分高温高压条件下体积变化的影响,而且从已有的前辈的研究结果说明,液相对钻井液密度的影响要远大于固相的影响。这是可能是因为两个方面的原因:其一是液相组分在钻井液中占据了相当主要的部分,液相的微小变化累加起来结果可能会被放大;其二液相分子间作用力小,受温度影响后比固相分子更易发生变化。

根据同济大学祁德庆等编写的《工程流体力学》一书的描述:实验指出,在一个大气压下,温度较低时(10~20℃),每增1℃,水的体积改变1.5×10-4。温度较高时改变量约为T×10-4。

由此可大致推导出,当钻井液温度升高至300℃时,流体的体积变化量约为:

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是其原体积的0.0017倍。

钻井液密度变化比率为:

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假设超深井钻井液密度为1.76g/cm3,则单由于水基钻井液中水介质高温体积变化所引起的钻井液密度变化量为:0.003g/cm3。由此可看出液相体积变化对钻井液密度的影响要比钻井液中固相含量的影响大一个数量级。

2.3.4.3 高温高压对钻井液密度的影响

密度特性主要决定于体积的变化,而体积受温度和压力的影响。温度的影响表现为膨胀性,压力的影响表现为压缩性。高温高压密度测试主要测量钻井液在不同温度、压力组合状态下的体积相对常温(室温)、常压下体积的变化量,试液体积变化量由吸入或排出多少来计量,然后用称重法得到。已知常温常压下的试液密度和体积时,根据质量守恒原理计算出每种温度和压力组合状态下的试液密度,即

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式中:ρ(p,T)为压力p和温度T下的试液密度,g/cm3;ρ0为钻井液初始密度,g/cm3;V0为试液初始体积,m3;ΔV为体积变化量,m3。

(1)温度对钻井液密度的影响

根据王敏生(2007)等使用高温高压钻井液密度特性试验装置对胜科1井现场配制的超深井钻井液、王贵(2007)等实验室内钻井液的研究,压力为10MPa、30MPa、50MPa时温度对密度的影响如图2.5、图2.6所示。

图2.5 温度对钻井液密度的影响1

图2.6 温度对钻井液密度的影响2

图2.5中的曲线关系为:

10MPa时:R2=0.9998;ρ=-1×T2+0.0007T+1.7408

20MPa时:R2=0.9999;ρ=-1×T2+0.0008T+1.7363

30MPa时:R2=1;ρ=-1×T2+0.001T+1.7266

由图2.5可知,压力一定时,随着温度的增加,钻井液密度下降,且下降幅度较大,在压力50MPa、温度60℃时密度为1.758g/cm3,而温度达到150℃时,密度降为1.703g/cm3,下降幅度约为3%。同时,在相同压力下,随着温度的增加,其下降趋势更加明显,表明高温下钻井液更加具有可压缩性,曲线非线性程度更严重。从图2.6可以看出,在一定的压力条件下,水基钻井液的密度与温度呈二次曲线的关系。并且密度的下降幅度在几个百分点内。

(2)压力对钻井液密度的影响

压力对钻井液密度的影响见图2.7和图2.8。

图2.7 压力对钻井液密度的影响1

图2.8 压力对钻井液密度的影响2

图2.7中压力与密度可用直线关系描述为:

100℃时:ρ=0.0004p+1.7102,R2=0.9997;

120℃时:ρ=0.0006p+1.6771,R2=0.9999;

140℃时:ρ=0.0007p+1.6408,R2=0.9996;

170℃时:ρ=0.0009p+1.5664,R2=0.9986。

由图2.7可以看出,温度一定(温度分别为60℃、90℃、120℃、150℃)时,钻井液密度随压力增加而增加,当压力增加到某一值时,钻井液密度不再明显增加。对比曲线2、图2.7可知,钻井液受温度影响较大,受压力的影响较小。从图2.8可以看出在一定的温度条件下,水基钻井液的密度与压力呈线性关系,并且随着温度的升高,直线的斜率的逐渐变大。

(3)理论模型的推导

目前已有的分析钻井液密度在高温高压下的变化规律的理论模式很多,大致可将钻井液密度随温度和压力变化的模型可分为复合模型、经验模型两种。

对于复合模型来说,钻井液由水、油、固相和加重物质等组成,每种组分的性能随温度和压力而改变的情况有所不同。在确定了这些单一组分的高温高压变化规律后,便可以得到预测钻井液密度变化的复合模型。这类模型大同小异,以Hoberock、Scolle等的模型为代表,在模型中考虑了钻井液中不同液相成分的压缩性和热膨胀特性,同时忽略了固相的压缩和膨胀性。使用复合模型需要对钻井液的不同成分(水、油、固相等)分别进行试验,掌握其规律,因此其应用受到了一定限制。

经验模型有不同的表达形式,使用精度尚可。该模型只需对所用钻井液进行有限的几组试验,以确定模式中的常数,然后便可根据该模型计算钻井液静液柱压力和当量静态密度大小。由于实验设备的限制,试验压力与温度与实际温度、压力尚有一定距离,且液相成分复杂,因此只能采用经验模式。对图中实验数据进行拟合,得方程

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式中,x1为表示温度,℃;x2为表示压力,MPa。

由方程(2.6)可知,若井底压力为100MPa、温度为220℃时,密度变为1.62g/cm3,与常温1.75g/cm3 相比时降幅为7.5个百分点。根据上述模型,取低温梯度2.5℃/100m,地表温度为25℃,当井深超过10000米后,温度和压力对钻井液密度的影响应在几个百分点之内。

根据王贵等研究,对实验数据分别进行五种模式回归:

线性形式:ρ=ρ0(a+bp+cT);

多项式形式:ρ=ρ0(aT2+bT+cp+dpT+e);

对数函数形式:ρ=ρ0ln(aT2+bT+cp+dpT+e);

指数函数形式:ρ=ρ0exp(aT2+bT+cp+dpT+e);

经验模型:ρ=ρ0exp(aT2+bT+cp+d);

计算出各回归模型的回归系数、相关系数、回归平方和,剩余平方和以及F值。通过对回归模型进行F检验,优选出最优模型。最终得出本文所举例子中钻井液密度与温度压力间的关系式为

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表2.4 模型误差对比

由表2.4可以看出,采用王贵等的指数模型计算得出的水基钻井液密度模型具有更高的精确度。

2.3.5 高温增加了处理剂耗量

经验表明,高温钻井液比浅井常规钻井液消耗多得多的处理剂,表2.5是美国统计数据。

表2.5 不同温度对处理剂的耗量变化

虽然此资料记载的数据不一定适用于各类钻井液,但是随着井深增加温度升高,钻井液处理剂耗量明显增加的总趋势是相同的。其原因有二:其一是为维持高温高压下所需的钻井液性能要比低温消耗更多的处理剂;其二是为弥补高温的破坏作用所带来的损失而作的必要的补充。因此,温度愈高,使用时间愈长,处理剂耗量必然愈大,且增加了深井钻井液的技术难度。

中文八千字。

石油钻井技术论文

中文八千字。

深水石油钻井技术现状及发展趋势*摘要:随着世界深水油气资源不断发现,近几年来深水钻探工作量越来越大。随着水深的增加和复杂的海况环境条件,对钻井工程提出了更高的挑战,钻井技术的难度越来越大。从目前国内外深水钻井实践出发,对深水的钻井设备、定位系统、井身结构设计、双梯度钻井技术、喷射下导管技术、动态压井钻井技术、随钻环空压力监测、钻井液和固井工艺技术和钻井隔水管及防喷器系统等关键技术进行了阐述,对深水的钻井设计和施工进一步向深水钻井领域发展具有重要导向作用。关键词:深水钻井;钻井设备;关键技术全世界未发现的海上油气储量有90%潜伏在水深超过1000 m以下的地层,所以深水钻井技术水平关系着深海油气勘探开发的步伐。对于海洋深水钻井工程而言,钻井环境条件随水深的增加变得更加复杂,容易出现常规的钻井工程难以克服的技术难题,因此深水钻井技术的发展是影响未来石油发展的重要因素。1国内外深水油气勘探形势全球海洋油气资源丰富。据估计,海洋石油资源量约占全球石油资源总量的34%,累计获探明储量约400×108,t探明率30%左右,尚处于勘探早期阶段。据美国地质调查局(USGS)评估,世界(不含美国)海洋待发现石油资源量(含凝析油)548×108,t待发现天然气资源量7815×1012m3,分别占世界待发现资源量的47%和46%。因此,全球海洋油气资源潜力巨大,勘探前景良好,为今后世界油气勘探开发的重要领域。随着海洋钻探和开发工程技术的不断进步,深水的概念和范围不断扩大。目前,大于500 m为深水,大于1500 m则为超深水。据估计,世界海上44%的油气资源位于300 m以下的水域,其中,墨西哥湾深水油气资源量高达(400~500)×108桶油当量,约占墨西哥湾大陆架油气资源量的40%以上,而巴西东部海域深水油气比例高达90%左右。20世纪90年代以来,由于发现油气田储量大,产量高,深水油气倍受跨国石油公司青睐,发展迅速。据估计,近年来,深水油气勘探开发投资年均增长30. 4%, 2004年增加到220亿美元。1999年作业水深已达2000 m, 2002年达3000 m。90年代以来,全球获近百个深水油气发现,其中亿吨级储量规模的超过30%。2000年,深水油气储量占海洋油气储量的12. 3%,比10年前增长约8%。2004年,全球海洋油气勘探获20个重大深水发现(储量大于110×108桶)。1998-2002年有68个深水项目,约15×108t油当量投产; 2003-2005年则增至144个深水项目,约4216×108t油当量投产, 2004年深水石油产量210×108,t约占世界石油产量的5%。2目前深水油气开发模式深水油气开发设施与浅水油气开发设施不同,其结构大多从固定式转换成浮式,因此开发方式和方法也发生了变化。国外深水油气开发中常用的工程设施有张力腿(TLP)平台、半潜式(SEMIOFPS)平台、深吃水立柱式(SPAR)平台、浮式生产储油装置(FPSO)以及它们的组合。3深水钻井关键技术3.1深水钻井设备适用于深水钻井的主要是半潜式钻井平台和钻井船2种浮式钻井装置。3.1. 1深水钻井船钻井船是移动式钻井装置中机动性最好的一种。其移动灵活,停泊简单,适用水深范围大,特别适于深海水域的钻井作业。钻井船主要由船体和定位设备2部分组成。船体用于安装钻井和航行动力设备,并为工作人员提供工作和生活场所。在钻井船上设有升沉补偿装置、减摇设备、自动动力定位系统等多种措施来保持船体定位。自动动力定位是目前较先进的一种保持船位的方法,可直接采用推进器及时调整船位。全球现有38艘钻井船,其中额定作业水深超过500 m的深水钻井船有33艘,占总数的87%。在这33艘深水钻井船中,有26艘正在钻井,有5艘正在升级改造。在现有的深水钻井船中, 20世纪70年代建造的有10艘, 80年代和90年代建造的各有7艘,其余9艘是2000-2001年建造的。其中2000年建成的钻井船最多,有8艘;其次是1999年,有4艘。目前在建的7艘钻井船中,均是为3000多米水深建造的, 2007年将建成1艘, 2008年和2009年将各建成3艘。钻井船主要活跃在巴西海域、美国墨西哥湾和西非海域。2006年7月初,正在钻井的26艘深水钻井船分布在8个国家。其中巴西8艘,占1/3;其次是美国,有6艘;安哥拉、印度和尼日利亚分别有4艘、3艘和2艘;中国、马来西亚和挪威各1艘。3.1. 2半潜式钻井平台半潜式钻井平台上部为工作甲板,下部为2个下船体,用支撑立柱连接。工作时下船体潜入水中,甲板处于水上安全高度,水线面积小,波浪影响小,稳定性好、支持力强、工作水深大,新发展的动力定位技术用于半潜式平台后,到本世纪初,工作水深可达3000 m,同时勘探深度也相应提高到9000~12 000 m。据Rigzone网站截至2006年7月初的统计,全球现有165座半潜式钻井平台,其中额定作业水深超过500 m的深水半潜式钻井平台有103座,占总数的62%。在这103座深水半潜式钻井平台中,有89座正在钻井,有11座正在升级改造。其中31座是20世纪70年代建造的,最长的已经服役30多年; 40座是20世纪80年代建造的; 13座是90年代建造的; 19座是2000 -2005年建造的。此外,还有24座深水半潜式钻井平台正在建造。深水半潜式钻井平台主要活跃在美国墨西哥湾、巴西、北海、西非、澳大利亚和墨西哥海域。2006年7月初,处于钻井中的89座深水半潜式钻井平台分布在18个国家,其中美国最多, 24座,占总数的27%;巴西17座,挪威10座,英国6座,澳大利亚、墨西哥和尼日利亚各5座,其余国家各有1~3座。3.2深水定位系统半潜式钻井平台、钻井船等浮式钻井装置在海中处于飘浮状态,受风、浪、流的影响会发生纵摇、横摇运动,必须采用可靠的方法对其进行定位。动力定位是深水钻井船的主流方式。在现有的深水钻井船中,只有6艘采用常规锚链定位(额定作业水深不足1000 m),其余27艘都采用动力定位(额定作业水深超过1000 m)。1000 m以上水深的钻井船采用的都是动力定位,在建的钻井船全部采用动力定位。动力定位系统一般采用DGPS定位和声纳定位2种系统。声纳定位系统的优点: (1)精确度高(1% ~2% )、水深(最大适用水深为2500 m); (2)信号无线传输(不需要电缆); (3)基本不受天气条件的影响(GPS系统受天气条件的影响); (4)独立,不需要依靠其他系统提供的信号。声纳定位系统的缺点: (1)易受噪声的影响,如环境噪声、推进器噪声、测试MWD等; (2)折射和阴影区; (3)信号传输时间; (4)易受其他声纳系统的干扰,如多条船在同一地方工作的情况。3.3大位移井和分支水平井钻井技术海上钻井新技术发展较快,主要包括大位移井、长距离水平钻井及分支水平井钻井技术。这些先进技术在装备方面主要包括可控马达及与之配套的近钻头定向地层传感器。在钻头向地层钻进时,近钻头传感器可及时检测井斜与地层性质,从而使司钻能够在维持最佳井眼轨迹方面及时做出决定。由于水平井产量高,所以在国外海上油气田的开发中已经得到了广泛的应用。目前,国外单井总水平位移最大已经达11 000m。分支水平井钻井技术是国际上海洋油气田开发广泛使用的技术,近年来发展很快。利用分支井主要是为了适应海上需要,减少开发油藏所需平台数量及平台尺寸(有时平台成本占开发成本一半还多)。具体做法是从一个平台(基础)钻一口主干井,然后从主干井上急剧拐弯钻一些分支井,以期控制较大的泄油面积,或者钻达多个油气层。3.4深水双梯度钻井技术与陆地和浅海钻井相比,深海钻井环境更复杂,容易出现常规钻井装备和方法难以克服的技术难题:锚泊钻机本身必须承受锚泊系统的重量,给钻机稳定性增加了难度;隔水管除了承受自身重量,还承受严重的机械载荷,防止隔水管脱扣是一个关键问题;地层孔隙压力和破裂压力之间安全钻井液密度窗口窄,很难控制钻井液密度安全钻过地层;海底泥线处高压、低温环境影响钻井液性能产生特殊的难题;海底的不稳定性、浅层水流动、天然气水合物可能引起的钻井风险等。国外20世纪60年代提出并在90年代得到大力发展的双梯度钻井(DualGradi-entDrilling,简称DGD)技术很好地解决了这些问题。双梯度钻井技术的主要思想是:隔水管内充满海水(或不使用隔水管),采用海底泵和小直径回流管线旁路回输钻井液;或在隔水管中注入低密度介质(空心微球、低密度流体、气体),降低隔水管环空内返回流体的密度,使之与海水相当,在整个钻井液返回回路中保持双密度钻井液体系,有效控制井眼环空压力、井底压力,克服深水钻井中遇到的问题,实现安全、经济的钻井。3.5喷射下导管技术海上浅水区的表层套管作业通常采用钻孔、下套管然后固井的作业方式。在深水区,由于海底浅部地层比较松软,常规的钻孔/下套管/固井方式常常比较困难,作业时间较长,对于日费高昂的深水钻井作业显然不合适。目前国外深水导管钻井作业通常采用“Jetting in”的方式。常规做法是在导管柱(Φ914. 4 mm或Φ762 mm)内下入钻具,利用导管柱和钻具(钻铤)的重量,边开泵冲洗边下入导管。3. 6动态压井钻井技术(DKD)DKD(Dynamic killDrilling)技术是深水表层建井工艺中的关键技术。该技术是一种在未建立正常循环的深水浅层井段,以压井方式控制深水钻井作业中的浅层气井涌及浅层水涌动等复杂情况的钻井技术。其工作原理与固井作业中的自动混浆原理相似,它是根据作业需要,可随时将预先配好的高密度压井液与正常钻进时的低密度钻井液,通过一台可自动控制密度的混浆装置,自动调解到所需密度的钻井液,可直接供泥浆泵向井内连续不断地泵送。在钻进作业期间,只要PWD和ROV监测到井下有地层异常高压,就可通过人为输入工作指令,该装置立即就可泵送出所需要的高密度钻井液,不需要循环和等待配制高密度钻井液,真正意义上地实现边作业边加重的动态压井钻井作业。3. 7随钻环空压力监测(APWD)由于深水海域的特殊性,与浅水和陆地钻井相比,部分的上覆岩层被水代替,相同井深上覆岩层压力降低,使得地层孔隙压力和破裂压力之间的压力窗口变得很窄,随着水深的增加,钻井越来越困难。据统计,在墨西哥湾深水钻井中,出现的一系列问题,如井控事故、大量漏失、卡钻等都与环空压力监测有关。随钻环空压力测量原理是主要靠压力传感器进行环空压力测量,可实时监测井下压力参数的变化。它可以向工程师发出环空压力增加的危险报警,在不破坏地层的情况下,提供预防措施使井眼保持清洁。主要应用于实时井涌监测和ECD监控、井眼净化状况监控、钻井液性能调整等,是深水钻井作业过程中不可缺少的数据采集工具。3. 8随钻测井技术(LWD /MWD /SWD)深水测井技术主要是指钻井作业过程中的有关井筒及地层参数测量技术,包括LWD、MWD和SWD测井技术。由于深水钻井作业受到高作业风险及昂贵的钻机日租费的影响,迫使作业者对钻井测量技术提出了多参数、高采集频率和精度及至少同时采用2套不同数据采集方式的现场实时数据采集和测量系统,并且具有专家智能分析判断功能的高标准要求。目前最常用的定向测量方式是MWD数据测量方式,这种方式通常只能测量井眼轨迹的有关参数,如井斜角、方位角、工具面。LWD是在MWD基础上发展起来的具有地层数据采集的随钻测量系统,较常规的MWD增加了用于地层评价的电阻率、自然伽马、中子密度等地层参数。具有地质导向功能的LWD系统可通过近钻头伽马射线确定井眼上下2侧的地层岩性变化情况,以判断井眼轨迹在储层中的相对位置;利用近钻头电阻率确定钻头处地层的岩性及地层流体特性以及利用近钻头井斜参数预测井眼轨迹的发展趋势,以便及时做出调整,避免钻入底水、顶部盖层或断裂带地层。随钻地震(SWD)技术是在传统的地面地震勘探方法和现有的垂直地震剖面(VSP———VerticalSeismic Profiling)的基础上结合钻井工程发展起来的一项交叉学科的新技术。其原理是利用钻进过程中旋转钻头的振动作为井下震源,在钻杆的顶部、井眼附近的海床埋置检波器,分别接收经钻杆、地层传输的钻头振动的信号。利用互相关技术将钻杆信号和地面检波器信号进行互相关处理,得到逆VSP的井眼地震波信息。也就是说,在牙轮钻头连续钻进过程中,能够连续采集得到直达波和反射波信息。3.9深水钻井液和固井工艺随着水深度的加大,钻井环境的温度也将越来越低,温度降低将会给钻井以及采油作业带来很多问题。比如说在低温情况下,钻井液的流变性会发生较大变化,具体表现在黏、切力大幅度上升,而且还可能出现显著的胶凝现象,再有就是增加形成天然气水合物的可能性。目前主要是在管汇外加绝缘层。这样可以在停止生产期间保持生产设备的热度,从而防止因温度降低而形成水合物。表层套管固井是深水固井的难点和关键点。海底的低温影响是最主要的因素。另外由于低的破裂压力梯度,常常要求使用低密度水泥浆。深水钻井的昂贵日费又要求水泥浆能在较短的时间内具有较高的强度。3.10深水钻井隔水管及防喷器系统深水钻井的隔水管主要指从海底防喷器到月池一段的管柱,主要功能是隔离海水、引导钻具、循环钻井液、起下海底防喷器组、系附压井、放喷、增压管线等作用。在深水钻井当中,隔水管柱上通常配有伸缩、柔性连接接头和悬挂张力器。在深水中,比较有代表性的是Φ533. 4 mm钻井隔水管,平均每根长度为15. 2~27. 4 m。为减小由于钻井隔水管结构需要和自身重量对钻井船所造成的负荷,在钻井隔水管外部还装有浮力块。这种浮力块是用塑料和类似塑料材料制成的,内部充以空气。在钻井隔水管外部,还有直径处于50~100 mm范围的多根附属管线。在深水钻井作业过程中,位于泥线以上的主要工作构件从下向上分别是:井口装置、防喷器组、隔水管底部组件、隔水管柱、伸缩短节、转喷器及钻井装置,井口装置通常由作业者提供。4结论深水石油钻井是一项具有高科技含量、高投入和高风险的工作,其中喷射下导管技术、动态压井钻井技术、随钻环空压力监测、随钻测井技术、ECD控制等技术是深水钻井作业成功的关键。钻井船、隔水管和水下防喷器等设备的合理选择也是深水钻井作业成功的重要因素。另外,强有力的后勤支持和科学的作业组织管理是钻井高效和安全的重要保障。参考文献:[1]潘继平,张大伟,岳来群,等.全球海洋油气勘探开发状况与发展趋势[J].中国矿业, 2006, 15(11): 1-4.[2]刘杰鸣,王世圣,冯玮,等.深水油气开发工程模式及其在我国南海的适应性探讨[ J].中国海上油气,2006, 18(6): 413-418.[3]谢彬,张爱霞,段梦兰.中国南海深水油气田开发工程模式及平台选型[ J].石油学报, 2007, 28(1): 115-118.[4]李芬,邹早建.浮式海洋结构物研究现状及发展趋势[J].武汉理工大学学报:交通科学与工程版, 2003, 27(5): 682-686.[5]杨金华.全球深水钻井装置发展及市场现状[J].国际石油经济, 2006, 14(11): 42-45.[6]赵政璋,赵贤正,李景明,等.国外海洋深水油气勘探发展趋势及启示[J].中国石油勘探, 2005, 10(6): 71-76.[7]陈国明,殷志明,许亮斌等.深水双梯度钻井技术研究进展[J].石油勘探与开发, 2007, 18(2): 246-250.

钻井技术毕业论文

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[材料科学与工程] 人工煤气输配管网向液化石油气混空气过渡过程中值得探讨的问题 [佚名][2006年8月23日][119]简介:无内容:近几年来,在我国沿海城市都陆续相继抛弃了原行成本高昂、环境污染严重的人工煤气,转向为液化石油气混空气的称之为人工制造天然气(Manufactured Mixed Gas)的新气源的技术。这就解决了这些区域内现在急需用天然气(Natural Gas)与暂时还不能接通天然气的矛盾,使之将来天然气到达该地区后,再置换天然气,而输配管网和户内设备无需更换,使一次投资到位。实践证明:这种新的气源的确具有工艺……15. [材料科学与工程] 液化石油气低NOx燃烧技术探讨 [佚名][2006年8月23日][144]简介:无内容:随着燃气事业的发展,我国燃料结构发生了很大的变化,燃煤向燃气转换,天然气置换人工煤气,既满足了人民生活水平提高的要求,也使环境质量有了很大的改善。一直以来,液化石油气就是燃气供应中不可缺少的重要组成部分,特别是在城市煤气管网达不到的地方以及城市煤气的发展不能及时满足供应的城乡地区,都需要大量使用液化石油气。任何燃气燃烧设备在供给热能的同时,都要产生大量烟气p烟气中的有害成分会直接污染大气或首先污染……16. [材料科学与工程] 车用液化石油气气质的研究、开发 [佚名][2006年8月23日][52]简介:无内容:为了推进我市燃气汽车的发展,根据市政府的安排,我们在市公交总公司和一汽汽研所的配合下,从九七年十月起,围绕着车用液化石油气气源的选择和气质的净化开展了大量的试验研究工作。在气源选择上,我们根据我国东北地区,特别是大庆地区炼治企业多,液化石油气资源丰富,且价格较低的特点,始终坚持了以选择国产气,特别是大庆地区几个大炼油企业生产的硫和丁二烯含量低的炼厂气或油田伴生气为主的选择原则。两年未、我们先后选择……17. [材料科学与工程] 浅谈在中、小城市和地区发展液化石油气燃料汽车 [佚名][2006年8月23日][86]简介:无内容:前言 北京市液化石油气公司是全国最早开展液化石油气燃料汽车项目的单位之一,早在95年就已装出样车数部,并做了大量的试验工作。为了更好的适应液化石油气燃料汽车市场需求,北京市液化石油气公司集中了大量优秀的技术人才,专门进行液化石油气燃料汽车的开发、小型加气装置的研制、加气站的设计与施工,以及液化石油气燃料汽车及其项目的推广与应用。北京市液化石油气公司在稳固并扩大北京市场的同时,还积极开拓全国市场。我……18. [材料科学与工程] 大型液化石油气气化站运行管理模式的探讨 [佚名][2006年8月23日][123]简介:无内容:一、概况 深圳市从一九八二年开始,借鉴和移植香港地区小区气化的经验,采用了投资省、见效快的城市气化途径一—液化石油气小区中央气化管道供气方式,以适应深圳这个现代化城市的建设需求,在《全面规划,分区建设,逐步联网,逐步实现石油气供应管道化》的方针指引下,十多年来已先后建成了罗湖、滨河、木头龙、百花、东乐、莲花、金湖、罗芳、南油等十多个中央气化站,为特区内30多万居民和公福用户提供着优质的气源。随……19. [材料科学与工程] 液化石油气管道建设应注意的若干问题 [佚名][2006年8月23日][134]简介:无内容:摘要:从安全监查的角度。针对液化场站工艺管道设计方面。提出应加以注意的问题。近几年来,国内液化石油气管道漏气着火或爆炸事故屡有发生,给人民生命财产安全造成严重危害。分析其原因,主要是由于液化石油气管道在设计、安装、监理检验、使用维护等方面没有完全执行国家或行业有关法规、技术规范或技术标准的要求,存在质量问题或安全隐患,最终导致事故的发生。本人从事锅炉压力容器和压力管道安全监察工作多年、曾对本市二十……20. [材料科学与工程] 液化石油气区域气化站与天然气高中压调压站台建的设计实践与探讨 [佚名][2006年8月23日][88]简介:无内容:摘要:对液化石油气区域气化站与天然气高中压调压站合建的规划,设计,建设之间关系的探讨。1前言 城市燃气化是城市现代化的重要标志,燃气工程是城市重要基础设施之一。随着经济的快速增长和城市规模的不断扩大,深圳市城市煤气无论从规模,还是从气源的性质都难于适应城市的发展要求,根据国务院批准的《深圳市城市总体规划》(1996—2010),深圳市的管道燃气供应区域将不断扩大,气源从液化石油气逐步过渡到天然气,……

真给石油工程的人抹黑

[中图分类号] P634.8 [文献码] B [ 文章 编号] 1000-405X(2013)-7-229-2 中国地质调查局是我国目前唯一组织公益性地质钻探技术研究开发和推广应用的单位,自1999年成立以来,在组织地质钻探技术研究开发和推广应用方面开展了大量工作并做出了显著的成绩,对我国地质钻探技术的发展起到了较好的推动作用。面对地质工作大发展的新形势和实现地质工作现代化目标的要求,地质钻探技术如何发展,如何更好地起到对地质工作的支撑作用,笔者对这些问题有些不成熟的想法,在此发表,希望能抛砖引玉,与大家共同探讨地质钻探技术的发展问题。 1地质工作对钻探技术的需求 目前我国矿产资源紧缺,资源问题成为制约国家建设和国民经济发展的瓶颈问题,引起了国家政府和领导的高度重视。在国务院关于加强地质工作的决定提出的地质工作主要任务中,突出能源矿产勘查和加强非能源重要矿产勘查是两项首要任务。国家为此投入了大量经费,除了正在实施的国土资源大调查专项基金之外,又启动了危机矿山接替资源找矿专项基金和地质勘查基金。此外,地方、甚至个人也在找矿方面表现出很大的热情,并进行积极的投资。近年来,随着地质工作的加强,地质钻探工作量成倍增长,一些省区的年钻探工作量达到了几十万米。钻探工作项目资金来源有国土资源大调查、矿产资源补偿费、中央财政补贴、省资源补偿费、地方财政补贴、市场项目等。钻探工作量加大,使得对钻探设备和技术的需求同时加大。 2地质钻探技术应用现状 与世界先进的钻探技术相比,目前我国地质勘探工作中采用的钻探技术总体水平比较落后。钻探施工主要采用立轴式岩心钻机,基本上是20世纪80年代左右的设计。现代的全液压动力头钻机依靠进口,我国自己研制的产品已经开始出现,但还未得到大面积推广应用,而且现在只有个别钻深能力(1000m)的钻机,还未形成系列。钻探工艺方面,一些先进的钻进工艺方法还没有得到推广应用。金刚石绳索取心钻进方法虽得到了较多的应用,但还未能大面积普及。液动锤钻进(液动冲击回转钻进)方法的优点虽然为人们所认识,但由于该方法在恶劣的泥浆条件下使用时,钻具可靠性和寿命方面存在着一些问题以及这些年钻探现场管理水平的下降,使其在地质钻探中的应用较以前更少。一些具有较好前景的先进的钻进工艺方法,如绳索取心液动锤钻进方法和不提钻换钻头方法虽然都已研制成功,但实际应用很少。空气反循环取样钻进方法尽管具有高效率、低成本的特点,但由于没有得到地质人员的认可,至今未能得到推广。除此之外,目前地质钻探施工中所用的钻孔护壁堵漏技术、测斜技术等,基本上也是20世纪80年代左右的水平。由于采用的钻探技术水平不高,地质勘探中钻探工作的效率和效果不太理想,表现在台月效率较低、复杂地层钻进问题多、深孔钻进能力差、钻进成本高。这些问题的存在,使得钻探技术对地质工作的技术支撑效果受到影响。 3地质钻探技术发展目标 笔者认为,考虑地质钻探技术发展目标时应该分阶段,应该分成近期、中长期和远期。划分原则是:至2010年为近期,至2020年为中长期,至2050年为远期。 3.1远期(至2050年)目标 实现地质钻探技术的现代化应该是钻探技术发展的远期目标。在国务院关于加强地质工作的决定和国务院温家宝就贯彻决定所作的重要批示中,都明确地提出了要实现地质工作现代化。关于地质工作现代化的定义,目前尚无统一的说法。笔者的理解是:地质工作现代化的标志应该是,在地质工作中普遍采用具有现代世界先进水平的地质勘查技术。钻探技术是地质勘查技术的种类之一,地质钻探技术的现代化也应该符合此项标准。然而,此项目标的实现是一项长期和艰巨的任务,因为只有国家的整体工业技术水平达到了世界先进水平后,我国的地质钻探技术才有可能从总体上达到世界先进水平,地质钻探技术现代化与国家的现代化应该是基本同步的。邓小平同志在介绍中国实现现代化的三步走战略时,明确提出到2050年中国基本实现现代化,达到世界中等发达国家的水平。1999年10月22日,时任国家主席江泽民在英国剑桥大学发表演讲时向公众宣布:我们的目标是,到下世纪中叶,即中华人民共和国成立一百周年时,基本实现现代化。由此看来,我国地质钻探技术现代化实现的时间应该是21世纪中叶。 3.2中长期(至2020)年目标 地质钻探技术发展的中长期(至2020年)目标应该是:自主创新能力显著增强,地质钻探技术水平显著提高,自主研发的新型钻探设备和先进钻进工艺方法得到较大面积的推广应用,钻探装备与施工技术总体上接近发达国家水平。 3.3近期(至2010年)目标 地质钻探技术发展的近期(至2010年)目标应该是:初步完成2000m深度以内的新一代地质岩心钻探设备系列研制;改进完善一批先进的钻进工艺方法,使之达到推广应用的水平;取得一批深孔钻探、复杂地层钻探和高精度定向钻探技术研究成果;研发成功现代的深水井和煤层气井钻探用全液压动力头钻机;地质钻探科技成果转化和推广取得较显著的成效。 4地质钻探技术近期研发工作重点 中国地质调查局近期组织开展的地质钻探技术研发工作基本上是按照上述的近期目标的思路安排的,重点研究内容如下: (1)2000m深度以内的新一代地质岩心钻探设备系列;(2)满足覆盖区化探和异常查证需求、适应复杂地层条件的轻便、高效、多功能取样钻机及其配套的钻进工艺方法和器具;(3)1000m全液压动力头水井和煤层气井钻机及其配套的钻进工艺方法和器具;(4)改进完善一批先进的钻进工艺方法,包括冲击回转钻进方法、绳索取心冲击回转钻进方法、不提钻换钻头方法和深孔绳索取心方法;(5)解决复杂地层钻进技术难题,包括复杂地层钻孔护壁堵漏技术问题、复杂地层取心技术问题等;(6)高精度定向钻探技术,包括提高钻孔测量精度和定向钻进施工中靶精度的技术以及取心定向钻进技术;(7)万米科学超深孔钻探技术方案预研究。除了研究与开发工作以外,钻探新方法、新技术推广应用也是中国地质调查局钻探技术管理工作的重点之一,拟开展以下一些工作: ①新型岩心钻探机具应用培训;②地质调查浅层取样钻技术应用培训;③地质钻孔测量技术应用培训;④新型地质钻探泥浆体系应用培训;⑤节水钻进技术应用培训;⑥空气反循环取心钻进技术培训和应用示范;⑦车载式浅层取样钻机应用示范。 5几个值得强调的问题 5.1加强技术创新 技术创新的核心内容是科学技术的发明和创造,其直接结果是推动科学技术进步,提高社会生产力的发展水平,进而促进社会经济的增长。通过技术创新可实现技术跨越式发展,在短期内获得显著的技术经济效果,使一些常规方法难以解决的问题得到解决。这里举2个钻探技术领域技术创新取得显著成效的实例。第一个实例是科拉超深钻。前苏联的工业技术发达程度比不上西方国家,却钻成了世界上唯一一口深度超万米的钻井——12262m深的科拉超深井。钻万米超深井的难度非常大。这口井之所以能钻进成功,是因为前苏联人在施工这口井时进行了大量的钻探技术创新,其中3项对钻进施工的成败起决定性作用的重大创新是:超前孔裸眼钻进方法;铝合金钻杆;带减速器的涡轮马达井底驱动。第二个实例是中国大陆科学钻探工程科钻一井。该项目是在坚硬的结晶岩中施工5000m连续取心钻孔。这种施工在我国没有先例,在世界上也属高难度钻井工程。该井在施工时采取了一系列的技术创新,涉及套管和钻进施工程序、取心钻进技术、扩孔钻进技术和井斜控制技术,最终获得了高效、优质的施工效果。由于采用螺杆马达-液动锤-金刚石取心钻进方法,使机械钻速提高50%以上,回次长度由3m提高到8~9m,大大节省了施工时间和成本。 5.2加强新方法、新技术推广应用 新方法、新技术从研发出来,到在钻探施工中得到普遍应用,通常需要花很长的时间,做大量的推广应用工作。推广应用工作包括宣传、现场演示、技术培训和技术交流等。这些环节工作效果的好坏,都会直接影响到科技成果转化及其得到实际应用所需的时间,影响地质钻探技术现代化的进程。为获得好的效果,该项工作应有计划、有组织地开展,因为研发单位通常只是从本单位的利益和眼前的利益考虑推广应用工作,而该项目工作的计划和组织实施需要一种全局性和长远的考虑。这些年来,在钻探技术研究与应用的所有环节中,科技成果推广应用是相对比较薄弱的环节,加强此方面工作是当务之急。 参考文献 [1]王达.探矿工程(地质工程)未来20年科技发展战略研究[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2004,31(1).看了“地质钻探技术论文”的人还看: 1. 工程地质勘探中的钻探技术应用论文 2. 工程地质勘查论文 3. 工程地质勘察论文 4. 地质毕业论文范文 5. 地质学毕业论文范文

[石油工程]气藏水平井合理配产摘 要目前,运用水平井开发油气藏受到越来越多的油田工作者推崇。但用水平井开发气藏要受到多种因素的制约,诸如渗透率各向异性、水平井长度、气层厚度、水平井位置、地层损害程度等,对于低渗透气藏还要考虑启动压力梯度、应力敏感等因素的影响。不同的气藏类型,其所考虑的因素也有所不同,产能公式求解也相应不同。运用水平气井流入动态曲线分析可以更直观的分析参数变化所引起的产量变化关系,了解影响产能的因素。本文就气藏水平井合理配产方面,总结了各类气藏水平井开发的实用公式,讨论了气藏开发的影响因素,分析了相关因素对水平井产量和流入动态的影响,最终得到了气藏水平井开发的实用范围及特点。在获得确定气藏水平井产能实用公式基础上,根据气藏水平井配产的相关方法,通过实例分析,了解了气藏水平井长度、避水程度因素对水平井产能的影响,绘制了无阻流量增量随避水程度变化的关系曲线图,最终确定了合理的水平段长度和避水程度,最后应用经验法配产,获得了该井的合理产量。关键词:气藏;水平井;影响因素;配产目 录1 绪论 11.1立论依据及研究的目的及意义 11.2国内外研究现状 11.2.1水平气井产能公式的提出 11.2.2水平井产能分析概要 21.2.3气井配产研究 31.2.4气藏水平井产能影响因素 41.2.5气井配产限制因素 51.3本文的研究目标、技术路线及所完成的工作 61.3.1研究目标 61.3.2技术路线 61.3.3本文完成的工作 62 气藏水平井开发公式及影响因素分析 72.1裂缝性气藏水平井求解公式 82.1.1非达西流动对水平井产能的影响 92.1.2裂缝性有水气藏水平井公式及分析 122.2凝析气藏水平井的公式及分析 122.3启动压力梯度和应力敏感效应对低渗透气藏水平井产能的影响 132.4气藏水平井产能影响因素 192.4.1气层厚度及水平井段长度的影响 202.4.2各向异性的影响 212.4.3地层损害的影响 222.5底水驱气藏水平井 242.5.1底水锥进气井临界产量确定常用方法 242.5.3边、底水气藏气井开采特征 252.6气井工作制度分析 262.7水平气井流入动态曲线分析 272.7.1水平气井长度对水平气井流入动态曲线的影响 272.7.2气层厚度对水平气井流入动态曲线的影响 282.7.3各向异性对水平气井流入动态曲线的影响 292.7.4地层损害对水平气井流入动态曲线的影响 313 气藏水平井合理配产方法 333.1气藏配产方法 333.1.1经验法 333.1.2系统分析方法 333.2各种方法剖析 343.2.1经验法剖析 343.3.1.1单点法 353.2.1.2指数式 373.2.1.3二项式 393.2.2节点分析法剖析 423.2.3在节点分析基础上引入时间变量的配产方法 423.3优化配产方法 434 实例计算 445 结论及建议 495.1结论 495.2建议 49谢 辞 50参考文献 51

石油工程钻井技术的发展研究论文

中文八千字。

石油工程钻井论文

随着经济的发展,人们对石油的需求不断增长,为满足人们需求,石油工程技术也呈现出了不断发展的趋势。以下是我搜索整理一篇石油工程钻井论文,欢迎大家阅读!

摘要: 石油钻井工程技术是石油工程技术中的重要部分,为提升钻井速度,提高钻井质量,黑龙江大庆油田有限公司也加强了对这一技术的研究。本文就石油工程技术钻井技术进行了研究分析。

关键词: 石油工程技术;钻井技术;研究

石油的开采中,石油工程技术具有重要地位,石油钻井技术则是石油工程技术中的重要部分。为充分满足现阶段人们对石油的需求,石油企业也应加强对石油工程技术中钻井技术的研究,以提升钻井效率和工作质量,以推动我国石油开发与勘探工作的进一步发展。

1、石油钻井技术相关概述

近年来,我国石油产业得到了巨大的发展,石油技术方面也取得了显著的成就。尤其是近十年,越来越多的先进技术被引入石油工程[1]。尤其是钻井技术的应用,使我国的油气储备量大大增加,对石油的开采也从以往的地面转向了海洋、深层等难度较大的区域,有效提升了我国的'油气产量。而石油工程钻井技术的创新发展,也成为了现阶段石油企业发展的关键。

2、主要石油钻井技术研究

2.1石油工程技术水平钻井技术研究

水平钻井技术是一种定向钻井技术[2]。在实际运用过程中,需要利用井底动力工具、随钻测量仪器等,钻井完成时的斜角应保持86°以上。这一技术的应用时间较早,大庆油田在这一技术的研究应用中,抓住了动态监控、上下方位调整,钻具平稳、多开转盘等技术要点。其中,上下调整是要求工作人员能够对井斜角和铅垂位置进行调整,动态监控是实现对已钻井段、钻具组合定向状态等进行分析,以便进行科学调整的过程,钻具平稳是要求钻具稳定性能较强,这一要点主要受钻具选型和组合设计所影响,而多开转盘则是通过减少摩擦力提升钻速,以保证水平段开钻盘进尺度能够不小于总进尺的75%。

2.2石油工程技术地质导向钻井技术研究

地质导向钻井技术的运用需要将导向工具和仪器相结合,并实现了钻井技术与测井技术和油藏工程技术的协同使用。因其具备的电阻率地质参数等,使这一技术在运用中,能够给对地质构造进行准确判断,并对储层特性进行明确,有效实现了对钻头轨迹的控制,使钻井工程的开采成功率提升,成本降低。

2.3石油工程技术大位移井钻井技术研究

这一技术是现阶段石油工程技术中的高精尖技术之一,能够实现定位井和水平井技术的有效统一。现阶段,这一技术的运用中还存在着很多难点,我国大庆油田企业也加强了对这一技术的研究,不但优化器配套技术和相关理论,并将其应用于浅海区域油田,以充分发挥其实际价值。

2.4石油工程技术连续管与套管钻井技术研究

连续管与套管钻井技术主要应用于小眼井、侧钻以及老井加深等方面,由于其所用设备和空间较小,因此具有较大的优势,能够在海上或是限制条件较多的地面的钻井工作中。这一技术在运用时,需要在防喷器上设置环形橡胶,以保证欠平衡压力钻井工作的顺利进行,并起到保护油气层的作用,钻井时通常不需要停泵,钻井液会在这一技术的运用下始终处于循环状态,有效避免井喷。

2.5石油工程技术深层钻井提速技术研究

为提升钻井速度、加快石油勘探工作,大庆油田企业对深层钻井提速技术进行了研究。深层勘探主要是对超过两千五百米深度的地质层进行勘探的工作,这一工作多由深层气藏岩性的复杂,导致工作很难进行,硬度较大的岩石会造成钻头的严重磨损,并影响钻井工作效率,而地下的高温也会对钻井设备造成极大的伤害,地下压力层和胶质性较差的破碎性地层会为工作人员的工作造成极大的安全隐患。大庆油田公司对深层钻井提速技术进行了研究,深入研究钻井设计、提速工具、配套技术等。钻井设计优化有利于深层钻井提速提效[3]。大庆油田公司综合考虑了井深、岩性、地层压力等方面的因素,要求深层直井全部采用三开井身结构,例如对古深3井进行优化,使其表层套管下深为352m,二开井段采用气体钻井技术,套管下深为3180m,三开井段采用气体技术与涡轮技术等相结合的方式。最终完钻井深4920m,钻井时间与以往相比缩短了19.37d。同时,根据不同井段选择了相应的高效钻头。另外,大庆油田公司对提速工具进行了研制。其中,液动旋冲提速工具能够实现钻井液流体能量向机械能的转化,减轻了钻头的磨损度,有效提升了机械钻速。涡轮钻具则能够利用钻井液的冲击产生机械能,推动钻头高速运转,有效提升了对高硬、极硬地层的钻井速度。同时,其在地层出水预测技术、气体钻井技术等方面也进行了完善。建立了不同渗透率、不同流动方式等条件下底层出水的判别公式,有效提升了预测精度。完善后的气体钻井技术也在石油钻井中中得到了成功运用,平均钻井周期缩短了25.70d。

3、结语

石油工程技术在石油勘探工作中起到了重要的作用,尤其是其中的钻井工程技术的有效运用,能够有效减少安全事故的发生。我国大庆油田公司针对这一技术进行了积极研究,并实现了深层钻井提速技术的有效研究运用,对我国石油工程技术的发展做出了巨大的贡献。

参考文献:

[1]马春宇.浅谈石油工程钻井技术的发展[J].科技资讯,2015,5(5):69-70.

[2]魏斌.关于石油钻井工程技术的探讨[J].中国石油石化,2015,7(14):86-87.

[3]李瑞营.大庆深层钻井提速技术[J].石油钻探技术,2015,1(1):38-42.

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