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定向井和水平井鉆井技術

來源:    發布時間:2010-6-8 11:24:08    【關閉
 

[01/21] 定向井和水平井鉆井技術

   [折疊]

 第一節 定向井井身參數和測斜計算

    一.定向井的剖面類型及其應用

    定向鉆井就是使井眼按預定方向偏斜,鉆達地下預定目標的一門科學技術。定向鉆井的應用范圍很廣,可歸納如圖9l所示。


   

    定向井的剖面類型共有十多種,但是,大多數常規定向井的剖面是三種基本剖面類型,見圖92,稱為“J”型、“S”型和連續增斜型。按井斜角的大小范圍定向井又可分為:


    常規定向井井斜角<55°

    大斜度井井斜角5585°

    水平井井斜角>85°(有水平延伸段)

    二.定向井井身參數

    實際鉆井的定向井井眼軸線是一條空間曲線。鉆進一定的井段后,要進行測斜,被測的點叫測點。兩個測點之間的距離稱為測段長度。每個測點的基本參數有三項:井斜角、方位角和井深,這三項稱為井身基本參數,也叫井身三要素。

    1.測量井深:指井口至測點間的井眼實際長度。

    2.井斜角:測點處的井眼方向線與重力線之間的夾角。

    3.方位角:以正北方向線為始邊,順時針旋轉至方位線所轉過的角度,該方向線是指在水平面上,方位角可在0—360°之間變化。

    目前,廣泛使用的各種磁力測斜儀測得的方位值是以地球磁北方位線為準的,稱為磁方位角。磁北方向線與正北方向線之間有一個夾角,稱磁偏角,磁偏角有東、西之分,稱為東或西磁偏角,真方位的計算式如下:

真方位=磁方位角十東磁偏角

 真方位=磁方位角一西磁偏角

    公式可概括為東加西減四個字。

方位角也有以象限表示的,以南(S)北(N)方向向東(E)西(W)方向的偏斜表示,如N10°ES20°W。在進行磁方位校正時,必須注意磁偏角在各個象限里是加上還是減去,如圖 93所示。

 


   

    4.造斜點:從垂直井段開始傾斜的起點。

5.垂直井深:通過井眼軌跡上某點的水平面到井口的距離。

6.閉合距和閉合方位

l)閉合距:指水平投影面上測點到井口的距離,通常指靶點或井底的位移,而其他測點的閉合距離可稱為水平位移。

2)閉合方位:指水平投影響圖上,從正北方向順時針轉至測點與井口連線之間的夾角。

7.井斜變化率和方位變化率:井斜變化率是指單位長度內的井斜角度變化情況,方位變化率是指單位長度內的方位角變化情況,均以度/100米來表示(也可使用度/30米或度/100英尺等)。

8.方位提前角(或導角):預計造斜時方位線與靶點方向線之間的夾角。

三.狗腿嚴重度

狗腿嚴重是用來測量井眼彎曲程度或變化快慢的參數(以度/100英尺表示)。可用解析法、圖解法、查表法、尺算法等來計算狗腿嚴重度k

1.第一套公式


2.第二套公式

cosγcosa1cosa2sina1sina2 cosΔj………………………………………93

本式是由魯賓斯基推導出來的,使用非常普遍。美國人按上式計算出不同的a1a2Δj值下的狗腿角γ值,并列成表格,形成了查表法。

3.第三套公式


γ——兩測點間的狗腿角。

若將三套公式作比較,第一套公式具有普遍性,適合于多種形狀的井眼,第二套只適用于平面曲線的井眼(即二維井型),第三套是近似公式,用于井斜和方位變化較小的情況。

四.測斜計算的主要方法

測斜計算的方法可分為兩大類二十多種。一類是把井眼軸線視為由很多直線段組成,另一類則視其為不同曲率半徑的圓弧組成。計算方法多種多樣,測段形狀不可確定。主要的計算方法有正切法、平衡正切法、平均角法、曲率半徑法、最小曲率法、弦步法和麥庫立法。從計算精度來講,最高的是曲率半徑法和最小曲率法,其次是平均角法。以下各圖和計算公式中下角符號12分別代表上測和下測點。

    1.平均角法(角平均法)

此法認為兩測點間的測段為一條直線,該直線的方向為上下兩測點處井眼方向的矢量和方向。


測段計算公式:

    2.平衡正切法

    此法假定二測點間的井段為兩段各等于測段長度一半的直線構成的折線,它們的方向分別與上、下兩測點處的井眼方向一致。


   
如圖96,計算式為:


3.曲率半徑法(圓柱螺線法)

    此法假設兩測點間的測段是條等變螺旋角的圓柱螺線,螺線在兩端點處與上、下二測點處的井眼方向相切。

如圖97,測段的計算公式有三種表達形式。


    1)第一種表達形式


   
913)~(916)式中:

這四個公式是最常用的計算公式:


3)第三種表達形式

4)曲率半徑法的特殊情況處理


    第三種特殊情況,α1≠α2,且其中之一等于零。此時,按二測點方位角相等來處理,然后代入第二種特殊情況的計算式中。

    4.最小曲率法

    最小曲率法假設兩測點間的井段是一段平面的圓弧,圓弧在兩端點處與上下二測點處的井眼方向線相切。測段計算如圖98


   
測段計算公式如下:

 

    fM=(2/γ×tgγ/2),fM是個大于1但很接近1的值。在狗腿角γ足夠小的情況下,可近似認為fM1,這時上述四個計算公式就完全變成平衡正切法的公式了,它是對平衡正切法公式的校正。

    ΔS′是切線1MM2在水平面上的投影之和,即ΔS′1′M′ M′2′ΔS′并不是測段的水平投影長度ΔS。要作出井身垂直剖面圖,需要求出ΔS,而最小曲率法卻求不出ΔS,這是最小曲率法的缺點。為了作出垂直剖面圖,可用下式近似地求出ΔS′

  ……………………………………………………939

第二節 定向井剖面設計

    在開鉆前認真進行設計,可以大大節約定向鉆井的成本。影響井眼軌跡的因素很多,其中一些因素很難進行估算(如在某些地層中的方位漂移情況等)。因此,在同一地區得到的鉆井經驗很重要,這些經驗可以在其他井設計過程中起重要的參考作用。

    一.設計資料

    要進行一口定向井的軌道設計工作,作業者至少應提供靶點的垂深、水平位移和方位角,或提供井口與靶點的座標位置,通過座標換算,計算出方位角和水平位移。此外,定向井工程師還要收集下列資料:

    1.作業區域和地理位置。通過作業區域,通常可以找到該地區已完井的鉆井作業資料(野貓井除外),并對地層情況、方位漂移有一定的了解,根據地理位置,可以計算或查得到地磁偏角。

2.地質設計書和井身結構。了解有關地層壓力、地溫梯度、地層傾角、走向、巖性、斷層,可能遇到的復雜情況,以及油藏工程師的特殊要求等。

    3.作業者對造斜點、造斜率、增(降)斜率的要求,以及安全圓柱、最大井斜等井身質量的要求。

4.了解鉆井承包商的情況,如泥漿泵性能,井下鉆具組合各組件的基本情況等。

二.設計原則

    1.能實現鉆定向井的目的

    定向井設計首先要保證實現鉆井目的,這是定向井設計的基本原則。設計人員應根據不同的鉆探目的對設計井的井身剖面類型、井身結構、鉆井液類型、完井方法等進行合理設計,以利于安全、優質、快速鉆井。

    如救險井的鉆井目的是制服井噴和滅火,保護油、氣資源。因此,救險井的設計應充分體現其目的:一是靶點的層位選擇合理。二是靶區半徑小(小于10米),中靶要求高;三是盡可能選擇簡單的剖面類型,以減小井眼軌跡控制和施工難度,加快鉆井速度。四是井身結構、井控措施等應滿足要求。

    2.盡可能利用方位的自然漂移規律在使用牙輪鉆頭鉆進時,方位角的變化往往有向右增加的趨勢,稱為右手漂移規律。如圖99所示,靶點為T,設計方位角為j′。若按j′定向鉆進,則會鉆達T′點,只有按照j角方向鉆進,才會鉆達目標點TΔj角稱為提前角,提前角的大小,要根據地區的實鉆資料,統計出方位漂移率來確定,我國海上開發井一般取27度。

    目前流行的PDC鉆頭(如RC426型等),對方位右漂具有較好的抑制效果。在地

層傾角小、巖性穩定時,PDC鉆頭具有方位左漂的趨勢,這主要是由于PDC鉆頭的切削方式造成的。因此,要使用PDC鉆頭鉆進的定向井,提前角要適當地小一點。

3.根據油田的構造特征,有利于提高油氣產量,提高投資效益。

4.有利于安全、優質和快速鉆井,滿足采油和修井的作業要求。

三.剖面設計中應考慮的問題

    1.選擇合適的井眼曲率

    井眼曲率不宜過小,這是因為井眼曲率限制太小會增加動力鉆具造斜井段、扭方位井段和增(降)斜井段的井眼長度,從而增大了井眼軌跡控制的工作量,影響鉆井速度。

    井眼曲率也不宜過大,否則鉆具偏磨嚴重、摩阻力增大和起下鉆困難,也容易造成鍵槽卡鉆,還會給其他作業(如電測、固井以及采油和修井等)造成困難。因此,在定向井中應控制井眼曲率的最大值,我國海上定向井一般取716°100米,最大不超過20°100米。不同的井段要選用不同的井眼曲率,具體如下:

井下動力鉆具造斜的井眼曲率取:716°100米。

轉盤鉆增斜的增斜率取:712°100米。

    轉盤鉆降斜的降斜率取:3100米。

    井下動力鉆具扭方位的井眼曲率取:714°100米。

    導向馬達調方位或增斜的井眼曲率取:512°100米。

    說明:隨著中曲率大斜度井和水平井的迅速發展,對普通定向井的井眼曲率(或狗腿嚴重度)的限制越來越少,API標準中已不再規定常規定向井的狗腿嚴重度。


   
為了保證起下鉆順利和套管安全,必須對設計剖面的井眼曲率進行校核,以限制最大井眼曲率的數值。井下動力鉆具造斜和扭方位井段的井眼曲率Km應滿足下式:

 


        Dc――
套管外徑,厘米。

    2.井眼尺寸

    目前常規的定向井工具能滿足152445毫米(6171/2英寸)井眼的定向鉆井要求,一般地說,大尺寸井眼比較容易控制軌跡,但由于鉆鋌的尺寸也較大,形成彎曲所需的鉆壓較大,小井眼要使用更小、更柔的鉆具,而且地層因素對軌跡的影響也較大。因此小井眼的軌跡控制更困難一些。

    在常規的井眼尺寸中,大多數定向井可采用直井的套管程序。如果實鉆井眼軌跡較光滑,沒有較大的狗腿,那么即使在大井斜井段,也能較順利地進行下套管作業。當然,在斜井段,應在套管上加扶正器以支撐套管,避免在下套管過程中發生壓差卡鉆,同時提高固井質量。另外,在大斜度井段,可根據井段長度和作業時間,決定是否使用厚壁套管。

    3.鉆井液設計:

    1)定向井鉆井液設計十分重要,鉆井液應有足夠的攜砂能力和潤滑性,以減少卡鉆的機會;

    2)鉆井液性能控制對減少定向井鉆柱拉伸與扭矩也很重要;

    3)鉆井液中應加潤滑劑,鉆井液密度與粘度必須隨時控制。

    4)如果用水基鉆井液,那么在正常壓力井段,應使用高排量和低固相含量的鉆井液,這樣有利于清潔井眼;

    5)水基鉆井液應具有良好的潤滑性能,以減少鉆具摩阻和壓差卡鉆;然而在海上鉆井,一定要避免污染問題。

    6)如果有異常高壓井段要求鉆井液密度達到1.45克/厘米3或更高,那么應考慮在鉆開該高壓地層前下一層保護套管,以封固所有正常壓力井段。

    4.造斜點的選擇

    造斜點的選擇要適當淺些,但是在極淺的地層中造斜時,容易形成大井眼。同時,由于地層很軟,造斜完成后下入穩斜鉆具時,要特別小心,以免出現新井眼,尤其是在穩斜鉆具剛度大或造斜率較高時。通常地說,淺層造斜比深層造斜容易一些,因為深層地層往往膠結良好,機械鉆速低,需花費較長的造斜時間。

    另外,造斜點通常選在前一層套管鞋以下3050米處,以免損壞套管鞋,同時減少水泥掉塊產生卡鉆的可能性。

    在深層地層造斜時,應盡量在大段砂層中造斜,因為砂層的井眼穩定,鉆速較快,而頁巖段較易受到沖蝕,鉆速較低,而且在以后長時間鉆井作業,容易在造斜段形成鍵槽而可能導致卡鉆。

    5.靶區形狀和范圍

    靶區形狀與范圍通常由地質構造、產層位置決定,并考慮油田油井的分布情況,靶區大小是由作業者確定的。通常認為,鞍區范圍不能定得太小,很小的靶區范圍不僅會增加作業成本,同時也會增加調整方位的次數,造成井眼軌跡不平滑,增加轉盤扭矩,同時也增加產生健槽卡鉆的可能性。

    通常,靶區形狀為圓形(嚴格地講,應該是球形)。淺井和水平位移小的定向井,其靶區范圍小一些,一般靶區半徑3050米,而深井和水平位移大的井,靶區范圍可以適當地大一些,一般靶區半徑為5070米。

    6.造斜率和降斜率選擇

    常規定向井的造斜率為714°100米,如果需要在淺層造斜并獲得較大的水平位移,造斜率可提高到1416°100米。但是,淺層的高造斜率容易出現新井眼,也容易對套管產生較大的磨損。因此,淺層造斜通常選擇較低的造斜率,而深層造斜(1000米~2000米)可選擇較高的造斜率。

    對于“S”型井眼,通常把降斜率選在3100米,如果降斜后仍然要鉆較長的井段,則必須采用較小的降斜率平緩降斜,以避免鍵槽卡鉆,同時,可降低鉆進時的摩阻力。

    7.最大井斜角

    常規定向井的最大井斜角,一般在1545°,如果井斜太小,則井眼的井斜和方位都較難控制。井斜大于60°時,鉆具的摩阻力將大大增加。

    8.允許的方位偏移與極限

    1)定向鉆進時,初始造斜方向通常在設計方位的左邊(即選定導角),然后通過自然漂移鉆達靶區,井眼軌跡是一條空間曲線。

    2)但是對導角也有一個限制,在井眼密集的井網中,要求定向井軌跡保持在安全圓柱內,以避免與鄰井相碰。

3)同樣,由于油藏特性和地質地層條件,也對導角的大小有一定的限制。

9.井身剖面類型

    在滿足設計和工藝要求的前提下,盡可能縮短井段長度,因為井段短則鉆井時間短。在設計井身剖面形狀時,要考慮井身結構,造斜點一般選在套管鞋以下3050米處。目前,我國海上定向井的井身剖面通常由作業者決定,往往選擇“J”型剖面。

    四.剖面設計

    1.設計步驟:

    l)選擇剖面類型;

    2)確定增斜率和降斜率,選擇造斜點;

    3)計算剖面上的未知參數,主要是最大井斜角;

4)進行井身計算,包括各井段的井斜角、水平位移、垂深和斜深;

5)繪制垂直剖面圖和水平投影圖。

    井身剖面的設計方法有試算法、作圖法、查圖法和解析法四種。我國海洋定向井通常采用解析法,并使用計算機完成。剖面設計完成以后,應向作業者提供下列資料:

    1)總體定向鉆井方案和技術措施。

2)剖面設計結果,包括設計條件、計算結果、垂直剖面圖和水平投影圖。

3)測斜儀器類型和該地區的磁偏角,以及測斜計算方法;

    4)設備和工具計劃。

    2.二維定向井設計(解析法)

解析法是根據給出的設計條件,應用解析公式計算出剖面上各井段的所有井身參數的井身設計方法。在使用計算機的條件下,還可同時給出設計井身的垂直投影圖和水平投影圖。

    解析法進行井身剖面設計所用公式如下(用于三段制J型、五段制S型和連續增斜型剖面)。

1)求最大井斜角αmax



   
2)各井段的井身參數計算:


   
增斜段

    穩斜段


   
降斜段


   
穩斜段


   
總井深L

 


3)設計計算中特殊情況的處理


Ho2So22RoSo0時,表示該井段設有穩斜段,此時可由下面三個公式中任一個公式來求最大斜角αmax:


   
2RoSo0時,可用下式求最大井斜角αmax:

Ho2So22RoSo0,說明此種剖面不存在,此時應該改變設計條件,改變造斜點深度、增斜率和降斜率或改變目標點坐標。

井身剖面設計計算結果應整理列表,并校核井身長度和各井段井身參數是否符合設計要求,還應該校核井上曲率,井身剖面最大曲率應小于動力鉆具和下井套管抗彎曲強度允許的最大曲率。

目前,應用計算機程序進行井身剖面設計時,設計結果列表和均可由打印機和繪圖儀自動完成。

4.設計方法舉例

     某定向井設計全井垂深H=2-000米(靶點),上部地層300米至350米是流砂層,1000米至1050米有一高壓水層,作出井身剖面設計。

井口座標     X13 246 535.0         Y12 054 875.0

井底座標     X23 245 972.95        Y22 054 665.0


先根據井口與井底座標,計算出水平位移和目標方位。

    1)根據提供的地質資料,在進行剖面設計時,應設法使動力鉆具造斜的井段和增斜的井段避開流砂層和高壓水層。

2)對于鉆井工藝及其它限制條件,在滿足(l)項條件的前提下,應選擇較簡單的剖面類型。

3)剖面類型選用直一增一穩三段制井身剖面。此種剖面簡單,地面井口至目標點的井身長度短,有利于加快鉆井速度。

    4)選擇造斜點。根據垂直井深和水平位移的關系,造斜點應選在350米至600米間。如選在1050米以下,會使井斜角太大,是不合理的。

    300米至350米是流砂層,在井深結構設計時應用套管封固,以利于定向造斜,防止流砂層漏失、垮塌等復雜情況出現。造斜點應選在套管鞋以下不少于50米的地方為宜。因此,造斜點與井口之間井眼長度不應小于450米。

    又因1000米至1050米是高壓水層,為了下部井段能順利鉆進,也應考慮下入一層中間套管封住高壓水層。為了減少井下復雜情況和有利于定向井井眼軌跡控制,在進行套管設計時,應避免套管鞋下在井眼曲率較大的井段中,中間套管的下入深度應進入穩斜井段150米左右為宜。在考慮上述因素后,造斜點的位置應在高壓水層以上不少于400米處,也就是造斜點與井口之間的井眼長度不應大于600米。

    經過上述的分析,如果造斜點應在450米至600米之間選擇,那么,把造斜點確定在500米處是比較合理的。

5)選擇造斜率K100米。根據造斜率計算造斜井段的曲率半徑R


6)計算最大井斜角αmax

        R——造斜段曲率半徑,米。

把已知條件代入上式得:

    αmax=24.4°

7)分段井眼計算:


增斜段


   
穩斜段

 

   


    4.三維定向井

    設計的井眼軸線,既有井斜角的變化,又有方位角的變化,這類井段為三維定向井,實際作業中,有時會碰到三維定向井的問題,大體上分為三種情況。

    第一種情況 原設計為兩維定向井,在實鉆中偏離了目標方位,如果偏得不多,只要調整鉆具組合或扭一次方位就可以了。嚴格地說,實鉆的定向井軌跡,都有井斜角的變化和方位角的變化,這種三維定向井可以簡化為二維的。

    第二種情況 在地面井位和目標點確定的情況下,在這兩點的鉛垂平面內,存在著不允許通過或難以穿過的障礙物,不能在鉛垂平面上設計軌道,需要繞過障礙,設計繞障三維定向井。在海上叢式井經常碰到這類井。

    第三種情況在地面井位確定的情況下,要鉆多目標井。地面井位和多目標點不在同一鉛垂平面內,只有井斜角和方位角都變化,才能鉆達設計的多個目標點。

三維定向井的軌跡設計和測斜計算很復雜,通常使用計算機軟件完成這些工作。

第三節 井眼軌跡控制技術

    井眼軌跡控制的內容包括:優化鉆具組合、優選鉆井參數、采用先進的井下工具和儀器、利用計算機進行井眼軌跡的檢測預測、利用地層的方位漂移規律、避免井下復雜情況等等。

    軌跡控制貫穿鉆井作業的全過程,它是使實鉆井眼沿著設計軌道鉆達靶區的綜合性技術,也是定向井施工中的關鍵技術之一。

    井眼軌跡控制技術按照定向井的工藝過程,可分為直井段、造斜段、增斜段、穩斜段、降斜段和扭方位井段等控制技術,其中直井段的控制技術見第七章第四節。

    一.定向選斜井段

    初始造斜方法有五類,即井下馬達和彎接頭定向、噴射法、造斜器法、彎曲導管定向、傾斜鉆機定向。目前,我國海洋定向井一般采用第一種方式,常用造斜鉆具組合為:鉆頭十井下馬達十彎接頭十非磁鉆鋌十普通鉆鋌( 030米)十撓性接頭十震擊器十加重鉆桿。

    這種造斜鉆具組合是利用彎接頭使下部鉆具產生一個彈性力矩,迫使井下動力鉆具驅動鉆頭側向切削,使鉆出的新井眼偏離原井眼軸線,達到定向造斜或扭方位的目的。

    造斜鉆具的造斜能力主要與彎接頭的彎角和動力鉆具的長度有關。彎接頭的彎角越大,動力鉆具長度越短,造斜率也越高。

    彎接頭的彎角應根據井眼大小、井下動力鉆具的規格和要求造斜率的大小選擇。現場常用彎接頭的彎角為1.52.25度,一般不大于2.5度。彎接頭在不同條件下的造斜率見第四節。

    造斜鉆具組合使用的井下動力鉆具型號應根據造斜井段或扭方位井段的井深選擇。使用井段在2000米以內,一般采用渦輪鉆具或普通螺桿鉆具,深層走向造斜或扭方位應使用耐高溫的多頭螺桿鉆具。

    造斜鉆具組合、鉆井參數和鉆頭水眼應根據廠家推薦的鉆井參數設計。

    由于井下動力鉆具的轉速高,要求的鉆壓小[一般為29.4 78.4千牛(38噸)],因此,使用的鉆頭不宜采用密封軸承鉆頭,尤其是在淺層,可鉆性好的軟地層應使用銑齒滾動軸承鉆頭或合適的PDC鉆頭。

根據測斜儀器的種類不同,分為四種定向方式:

1.單點定向

    此方法只適用造斜點較淺的情況,通常井深小于1000米。因為造斜點較深時,反扭角很難控制,且定向時間較長。施工過程如下:

l)下入定向造斜鉆具至造斜點位置(注意:井下馬達必須按廠家要求進行地面試驗)。

2)單點測斜,測量造斜位置的井斜角,方位角,彎接頭工具面;

    3)在測斜照相的同時,對方鉆桿和鉆桿進行打印,并把井口鉆桿的印痕投到轉盤面的外緣上,作為基準點;

    4)調整工具面(調整后的工具面是:設計方位角十反扭角)。鎖住轉盤、開泵鉆進;

    5)定向鉆進。每鉆進24個單根進行一次單點測斜,根據測量的井斜角和方位角及時修正反扭矩的誤差,并調整工具面;

    6)當井斜角達到810度和方位合適時,起鉆換增斜鉆具,用轉盤鉆進。在單點定向作業中要注意:

    在確定了反扭角和鉆壓后,要嚴格控制鉆壓的變化范圍,通常在預定鉆壓±19.6千牛(2噸)內變化;

    每次接單根時,鉆桿可能會轉動一點,注意轉動鉆桿的打印位置至預定位置;

    如果調整工具面的角度較大(>90度),調整后應活動鉆具23次(停泵狀態),以便鉆桿扭矩迅速傳遞。

    2.地面記錄陀螺(SRO)定向

    在有磁干擾環境的條件下(如套管開窗側鉆井)的定向造斜,需采用SRO定向。這種儀器可將井下數據通過電纜傳至地面處理系統,并顯示或用計算機打印出來,直至工具面調整到預定位置,再起出儀器,施工過程如下:

l)選擇參照物,參照物應選擇易于觀察的固定目標,距井40米左右;

2)預熱陀螺不少于15分鐘,工作正常才可下井;

    3)瞄準參照物,并調整陀螺初始讀數;

4)接探管,連接陀螺外筒,再瞄準參照物,對探管和計算機初始化;

5)下井測量,按規定作漂移檢查;

6)起出儀器坐在井口,再次瞄準參照物記錄陀螺讀數;

7)校正陀螺漂移,確定測量的精度;

    8)定向鉆進。

    3.有線隨鉆測斜儀(SST)定向

    造斜鉆具下到井底后,開泵循環半小時左右,然后接旁通頭或循環接頭。把測斜儀的井下儀器總成下入鉆桿內,使定向鞋的缺口坐在定向鍵上。定向造斜時,可從地面儀表直接讀出實鉆井眼的井斜、方位和工具面,司鉆和定向井工程師要始終跟蹤預定的工具面方向,保持井眼軌跡按預定方向鉆進。

    4.隨鉆測量儀(MWD)定向

    MWD井下儀器總成安裝在下部鉆具組合的非磁鉆鋌內,其下井前要調整好工作模式和傳輸速度,并準確地測量偏移值,輸入計算機。儀器在井下所測的井眼參數通過鉆井液脈沖傳至地面,信息經地面處理后,可迅速傳到鉆臺。MWD不僅可用于定向造斜,也可用于旋轉鉆進中的連續測量,是一種先進的測量儀器。

    5.定向造斜中的注意事項:

    1)如果定向作業前的裸眼段較長,應短起下鉆一趟,保證井眼暢通。

2)井下馬達下井前應在井口試運轉,測量軸承間隙;記錄各種參數,工作正常方可下井;

3MWD等儀器下井前,必須輸入磁場強度、磁傾角等參數;

    4)定向造斜鉆進,要按規定加壓,均勻送鉆,以保持恒定的工具面。

    5)造斜鉆進或起下鉆,用旋扣鉗或動力水龍頭上卸扣,不得用轉盤上卸扣;

    6)起鉆前方位角必須在2030米井段內保持穩定,且保證預定的提前角。目前,一次造斜

到位法也經常在我國海洋定向井中使用,這種方法適用于造斜點較淺,且機械鉆速很快的造斜井段,常常配合使用隨鉆測量儀。

7)井下馬達出井時,按規定程序進行清洗、保養。

二.轉盤鉆增斜井段

    常用增斜鉆具組合為:鉆頭十近鉆頭穩定器十非磁鉆鋌十鉆鋌(非磁鉆鋌和鉆鋌的總長度為1830米之間)十穩定器十鉆鋌(10米)十穩定器十鉆鋌十隨鉆震擊器十加重鉆桿十鉆桿(見圖910,從下至上,增斜效果越來越強。圖中UG是指尺寸不足的扶正器)。


   
施工注意事項:

    1.按設計鉆井參數鉆進,均勻送鉆,使井眼曲率變化平緩。

    2.每鉆進2550米測量一次,隨時作圖,掌握井斜、方位的變化趨勢。如果增斜率不能滿足設計要求,應及時采取措施:

    1)調整鉆壓改變增斜率。增加鉆壓可使增斜率增大,減小鉆壓,則使增斜率降低。

    2)更換鉆具組合,改變近鉆頭穩定器與相鄰穩定器之間的距離。改變的范圍為1030米,距離越短,增斜率越低,距離越長,增斜率越高;

    3)改變近鉆頭穩定器與相鄰穩定器之間的鉆鋌剛性,剛性越高,增斜率越低;剛性越低,增斜度越高。

    4)鉆頭底部距近鉆頭穩定器翼片中部的距離為0.71.2米。

   3.如果增斜率比設計值稍低(100米以內),可采用強行增斜法。

 l)接單根后,開泵至設計排量,慢慢加壓至設計鉆壓的75%左右;

 2)轉動轉盤至設計轉速,同時逐步增加鉆壓至允許的最大鉆壓;

 3)鉆完一個單根時,馬上停轉盤,鉆壓不回零,上提鉆具。

 4)劃眼時,井底的最后2米左右不劃眼。

    采用強行增斜法要注意:一是當前鉆進的轉盤扭矩不應過大;二是啟動轉盤時,要保持鉆壓達到預定的數值;三是整個井下鉆具各組件質量應合格;四是采用這種特殊方法只能達到微增效果(增斜率可提高100米左右——經驗數據)。

    三.穩斜井段

    常用的穩斜鉆具組合(見圖911,從下至上,穩斜效果越來越強。圖中UG是指尺寸不足的扶正器)。

    鉆頭十近鉆頭穩定器十短鉆鋌(36米)十穩定器十非磁鉆鋌十穩定器十鉆鋌十鍵槽破壞器十撓性接頭十震擊器十加重鉆桿。


  

    施工措施:

    l.造斜或增斜結束后,下入第一趟穩斜鉆具時,從造斜點開始要慢慢下鉆。尤其是在軟地層、高造斜率的情況下,容易遇阻,并可能產生新井眼,必須注意:

    1)下鉆遇阻時,活動鉆具35次,切勿壓死鉆具;

    2)開泵,慢慢下放23次。

    3)在遇阻點以上1.5米左右,中高速轉動轉盤(8090轉/分),快速下放,鉆壓不超過98千牛(10噸);

    4)通過遇阻點以后,上、下活動鉆具l2次,繼續下鉆。

    注意:在硬地層時,穩斜鉆具在造斜段遇阻,仍可采用前述(l)、(2)步驟,只是活動鉆具的次數適當減少,仍然遇阻時,同樣要轉動轉盤,只是轉速適當地低一些,且控制鉆壓,慢慢下放,切勿壓死鉆具。

    2.在方位右漂嚴重的地層中鉆進,可采用超長翼的穩定器(鉆具組合相同),以穩定方位角。也可采用PDC鉆頭(如R426型),以利用PDC鉆頭具有方位左漂趨勢的特性。

    3.總結同一地層的自然增斜或降斜特性,合理地選擇穩斜鉆具組合。

    4.測斜,最大測斜間距不超過100米,特殊井的關鍵井段測斜間距應為30米左右,并及時繪制垂直剖面圖和水平投影圖,隨時掌握實鉆井眼軌跡情況。

    四.降斜井段

    常用降斜鉆具組合(見圖912,從下至上,降斜效果越來越強)。

鉆頭十短鉆鋌(38米)十穩定器十非磁鉆鋌十穩定器十鉆鋌十鍵槽破壞器十撓性接頭十震擊器十加重鉆桿十鉆桿。


   

    注意。

    1.定向井的降斜鉆具組合不宜采用大鐘擺式,否則降斜率過高,起下鉆困難。

    2.降斜段一般接近完井井段,井下扭矩和摩擦阻力較大,在滿足中靶的前提下,應盡量簡化鉆具組合,使用加重鉆桿加壓。

    五.扭方位

    一般地說,井斜的控制要比方位控制容易一些,如何實現方位的自由控制,也是定向井鉆井的一大難題。影響方位的因素很多,除地層這一不可改變的因素之外,鉆井參數和鉆具組合也對方位產生一定的影響。其影響規律如下:

    在鉆具組合方面,一般認為,對方位漂移產生主要的影響是前3060米的鉆具組件。穩定器能起到穩定方位漂移的作用,穩定器越多,方位漂移總趨勢的變化不會太大。也就是說,對穩斜鉆具組合,由于穩定器較多,方位的漂移趨勢變化不大,而對于增斜和降斜鉆具組合,方位的漂移趨勢可能變化。

    在鉆井參數方面,鉆壓和轉速也對方位產生影響。一般地認為,適當的高轉速(為90110轉/分)和中等鉆壓98147千牛(1015噸),抑制方位向右漂移的效果較好。由于影響方位漂移的因素很多,地層的變化也很難掌握,因此方位控制的確較困難。但是,要盡量少扭方位,一口井最多扭兩次方位,還是可以接受的。

    當實鉆井眼軌跡嚴重偏離靶區范圍,且根據當前的方位漂移趨勢無望進入靶區時,應下入造斜鉆具組合扭方位。

    1.施工要點:

    1)扭方位鉆具組合及其采用的鉆井參數和定向造斜施工基本上相同(建議盡量少下鉆鋌,防止壓差卡鉆);

    2)選擇可鉆性和穩定性較好的地層(尤其是大段砂層),實施扭方位作業;

    3)深井扭方位,由于反扭角較大,一般采用隨鉆測斜儀扭方位;

    4)井斜角較大井段(40°以上)扭方位,容易降斜。扭方位前一趟鉆,可以事先增加2井斜,以彌補扭方位時的降斜效果。當然,采用先扭完方位,井斜自然降低以后,再適當地增斜,也能保證較好的井眼軌跡;

    5)依據實鉆的垂直剖面圖,確定采用何種扭方位的工具面角度(增、降或穩斜)。

    2.方位扭轉角的計算

方位扭轉角的計算,可按如下步驟進行:

    l)進行測斜計算,算出目前的井底坐標位置。如圖 913所示, OT為設計的井斜方位線,ode為實鉆井眼軸線的水平投影,e為目前的井底。d為距井底較近的測點位置。目標點T的坐標為HTETNT,井深為LT。根據測斜資料及測斜計算可知,de二點的基本參數為井深LdLe井斜αdαe,方位jdjee點的坐標為垂深He,東位移Ee,北位移Ne


   
2)計算現用鉆具組合的方位漂移率Kp

    3)計算現用鉆具組合鉆達目標點的總方位漂移量Δjp


   
下式假定現用鉆具組合一直鉆到目標點。如果鉆了一段又換了鉆具組合,則應重新進行計算。

    4)計算對準目標的方位線的方位角jz


   
如圖914所示,自目前井底e,對準目標點T的方位線為eTeT的方位角為jzjz按如下公式計算。

    對于偏差Δjz,如果按照方位漂移率不變,那么從目前井底e鉆達目標T,需要的方位漂移(見圖915)。


 6)控制方位角的方法

    選擇方法的依據是將Δjp2Δjz進行對比,2Δjz是需要的方位漂移角,Δjp是用目前采用的鉆具組合可能達到的方位漂移角。

    2ΔjzΔjp,表示需要與可能正好相符,則用現用鉆具組合的自然漂移率就可以將方位扭過來,從而準確中靶。

    2ΔjzΔjp相差較大,甚至符號相反(一個是正號,一個是負號),則表明必須使用動力鉆具帶彎接頭強行扭方位。必須記住,在強行扭完方位之后的鉆進過程中,方位仍然會漂移。所以,在計算用動力鉆具(帶彎接頭)扭方位的方位扭轉角時,必須考慮方位漂移的影響。

    7)用動力鉆具強扭方位的扭轉角Δj可用下式計算:

ΔjΔjz1/2Δjp……………………………………………………………971

上式表明,用動力鉆具強扭方位時,要少扭一些角度,留下一些角度讓鉆具組合的自然漂移去扭。這個少扭的角度就是1/2Δjp

8)計算預計的井底井斜方位角jr

jrΔjeΔjΔjp……………………………………………………………972

    有一個問題需要特別強調。上述的計算是根據該井正在使用的鉆具組合和正在鉆進的地層的具體條件下的井眼方位漂移率來計算的。在繼續鉆進過程中,當鉆具組合和地層發生變化時,方位漂移率也發生變化,原來的計算也就無效了。這時需要根據井身水平投影圖及新的測斜資料,重新計算。定向井的方位控制是一個不斷進行的過程,不可能進行一次計算就能成功。但是每一次計算都只能是根據靠近目前井底的那個井段的方位漂移率來進行。

    3.圖解法扭方位的工具面


   
圖解法扭方位是一種近似計算工具面的方法,使用簡單,求解迅速,是現場常用的方法。造斜工具的工具面方向決定使用這種造斜工具鉆出的新井眼是增斜、降斜還是穩斜,是增方位還是減方位。工具面大小也決定著造斜工具的造斜能力用于井斜和方位上的分配比例。工具面對井斜和方位的影響,如圖916所示。

   

    由上圖可知:

    0°TF90°時,裝置角位于第一象限,增斜,增方位。

    90° TF180°時,裝置角位于第二象限,減斜,增方位。

180° TF270°(-90°)時,裝置角位于第三象限,減斜,減方位。

270°TF360°時,裝置角位于第四象限,增斜,減方位。

    916是一個扭方位的示意圖。圖中,OM所示為原井眼方位(高邊方向),OA為原井斜角α1),MAB為扭方位時的工具面角(w),AB為扭方位工具的造斜能力(ΔL)。 MOB是鉆進ΔL米井眼方位的增值(Δω),CB是井斜角的增值(Δα),OB是扭方位鉆進ΔL米時的井斜角αα1Δα。圖中,OAABOB分別表示原井斜角αl、工具的造斜能力ΔL和扭方位鉆進ΔL米時的井斜角α′,須用相同單位長度代表(如1厘米代表2厘米代表)。

    在全力扭方位時,理論上認為:工具面應放在右95°(全力增方位)或者是左95°(全力減方位),以保持井斜角不變和全力扭方位。右(或左)9095°之間的角差為偏增角(取)。

實際扭方位過程中,工具面通常選擇在8095°(全力扭方位)。圖解法扭方位的步驟如下。

已知條件:扭方位前的井斜角α1,方位角j1,扭方位后方位角j2Δjj2j1,彎接頭的造斜率K以及限定扭方位的井眼長度ΔL

    1)根據KΔL計算扭方位井段的狗腿角ggK×ΔL

    2)選取一定長度單位代表井斜角度值,如以 1厘米代表或以 2厘米代表 1.5°“等。

    3)選定原點O,作 NE坐標,根據j1作井斜方位線OQ,量得OAα1(長度代表角度),以A點為圓心,g(以長度代表角度)為半徑畫圓。

    4)以AOBΔj作線段OB,交圓于BB′兩點。

    Δj 0,表示方位增加,作圖時應以 OA為始邊,順時針轉動至 OB方向;Δj 0,表示方位減小,應以OA為始邊,逆時針方向轉到OB線。

5)用量角器量得QABQAB′QAB表示增斜扭方位,QAB′表示減斜扭方位的裝置角。

6)用直尺量得OB OB′的長度,按所選比例換成角度,即表示扭完方位后所能達到的井斜角。其中OB表示增斜減方位,OB′表示減斜增方位。如圖 9 17所示。


 

    六.長曲率大斜度井技術

    1.常用井身剖面

    大斜度井的井斜為5585°,大斜度井可以采用常規的定向鉆井工具來完成,但穩斜井段通常使用MWD測斜。根據水平位移大小,大斜度井常常采用兩種剖面,即:三段制“J”型和五段制“J”型剖面。通常,大斜度井的剖面中沒有降斜井段。

    水平位移在1000米左右或最大井斜為5570°的大斜度井,適合用三段制“J”型剖面。這種剖面要求連續造斜至預定的最大井斜,在大斜度的情況下穩斜鉆進,以便增加油層的裸露面積,穩斜井段一般較短,以防止摩擦阻力過大和降斜,增加施工困難。這種剖面尤其適合于地層傾角較大的油層。

    水平位移較大的大斜度井,適合采用五段制“J”型剖面,即第一增斜段至第一穩斜段至第二增斜段至第二穩斜段的剖面,在同等條件下,它比三段式剖面需要的垂直井深要長。這種剖面的施工方法可以這樣進行。鉆完直井段后下入表層套管,然后按24度/30米的增斜率鉆完第一增斜段,根據需要第一段井斜角可增至3040度左右,穩斜鉆進部分井段后,下入技術套管,再按1320度/100米的增斜率鉆至最大井斜角,如果余下的穩斜段還很長(一般超過300米),應在增斜段鉆完后再鉆部分穩斜段時下入一層技術套管,以保證下步施工順利。

    一般來說,進行大斜度井剖面設計,還應考慮下列問題:(1)井眼曲率過大以及重力問題,它們與摩擦阻力、鉆速、降斜趨勢、壓差卡鉆、機械卡鉆以及巖屑堵塞等有很大的關系,應采用計算機進行摩擦阻力的設計計算;(2)地層因素,油藏類型及厚度等地質資料,它們直接影響到井眼能否在正確的設計深度準確地穿過目的層。(3)設計合理的井身結構。

    2.大斜度井的鉆具組合選擇

    l)三段式“J”型剖面的大斜度井鉆具組合

    這種大斜度井的造斜、增斜、穩斜鉆具組合與普通走向井基本上一樣,但穩斜鉆具通常只使用2柱以內的鉆鋌長度(包括非磁鉆鋌),而加重鉆桿則達到1015柱、穩定器一般用2只.以降低鉆具失重,減少摩擦阻力。所用鉆具一般為微增斜組合,達到穩斜效果(因井斜大,出現自然降斜趨勢)。

2)五段制“J”型剖面的大斜度井鉆具組合:

    第一增斜段、穩斜段的鉆具組合與普通走向井一樣;

第二增斜段的增斜率通常比第一增斜段高,是比較關鍵的井段,常用鉆具組合為三種:

第一種 導向鉆進

    鉆頭十導向馬達十穩定器十MWD十鉆鋌(24根)十鍵槽破壞器十撓性接頭十震擊器十加重鉆桿。

    第二種 轉盤增斜

    鉆頭十近鉆頭穩定器十MWD十鉆鋌十穩定器十鉆鋌(36根)十鍵槽破壞器十撓性接頭十震擊器十加重鉆桿。

    第三種 吉列根(Gilligan)增斜鉆具

    鉆頭十近鉆頭穩定器十加重鉆桿(1根)或小尺寸鉆鋌l根十穩定器十MWD十鉆鋌(35根)十鍵槽破壞器十撓性接頭十震擊器十加重鉆桿。

如在311毫米(121/4英寸)井眼,小尺寸鉆鋌可以是159毫米(61/4英寸)。

第二穩斜段的鉆具組合與三段制剖面的穩斜井段一樣。

    3)大斜度井施工注意事項:

    使用高標準高質量的管材,特別是加重鉆桿,以防止鉆井過程中扭矩過大而發生鉆具斷裂。因此,所有井下鉆具必須經探傷合格,方可下井;

    選用扶正塊表面平滑的一體式穩定器和鉆柱擴眼器等可以降低摩擦阻力,特別是井較深的大斜度井;

    隨鉆震擊器的質量和位置非常重要,應該選用震擊力大的機械式鉆井震擊器。如果斜井段較長,有必要用兩個震擊器,一個位于下部鉆具組合附近以防壓差卡鉆,另一個在上部以防類似鍵槽等復雜情況。

    建議使用PDC鉆頭,因為這種鉆頭所需要的鉆壓較小、如果有條件,建議將PDC鉆頭與導向鉆井系統等聯合使用。這樣可以減少起下鉆的次數,縮短裸眼時間,同時也易于控制井斜和方位。

    使用計算機進行摩阻計算。根據實測的摩擦力情況,逐步調整校對摩擦系數,保證計算結果有一定的準確性;

大斜度井的鉆井液非常重要,要確保井眼暢通。下列方法是現場經常采用的:

A.調整鉆井液性能和流型來降低扭矩及防止巖屑堵塞穩定器;

    B.在不影響井眼穩定性的情況下經常短起下鉆劃眼;

C.在循環鉆井液過程中,上下活動鉆具有助于巖屑返出地面;

D.保證凈化系統始終處于完好狀態;

E.提高鉆井液潤滑性,降低摩擦阻力。

七.救險井的設計和施工要點

    1.確定失控井的井底位置。根據原有的測斜結果進行分析,對可能有的單點、多點、陀螺和MWD等幾種結果得到的不同井底位置,選擇最為精確的一種結果作為失控井的井底位置。

    2.進行救險井的軌道設計。救險井的井口必須選在失控井的上風、在盡可能縮短救險井軌跡長度的條件下,使其與失控井井口有足夠的距離,以保作業安全。在設計新老井眼連通井段時,使救險井連通井段與失控井有足夠的平行井段(這個平行井段應從失控井的走向背后采取尾隨跟蹤的方法平行鉆進),增加新老井眼交會的機會,使救險易于成功。

    3.隨時測斜,盡早發現新老井眼的連通。

    4.確定新老井眼是否接近的方法有:

    1)超長電極距電測(ULSEL)法

    利用地層電阻率測井對新老井眼連通點的地層進行分層電阻率模擬。在救險井靠近失控井時,由于失控井的套管會影響電阻率的變化,觀察到的ULSEL電阻率的比值可以確定新老井眼之間的距離,可監測距離達22.86米( 75英尺),但不能得到失控井的方位。

    2)磁場梯度確定法

    它對于套管接箍等引起的磁場變化十分敏感。根據磁場強度可確定失控井內套管與救險井的距離和方位。它可以監測到12.1915.24米( 4050英尺)處的套管。

第四節 定向井專用工具

    一.井下馬達

    井下動力鉆具是常用的造斜工具之一,它分為渦輪鉆具、容積式馬達和電動鉆具三大類。目前在我國海洋定向井的井下馬達使用方面,電動鉆具已不存在,渦輪鉆具也很少使用,通常使用容積式馬達(PDM型)、容積式馬達可分為迪那、納維和螺桿鉆具。容積式馬達具有下列優點:一是動力鉆具所鉆井眼尺寸與原井眼完全相同,不必再次下鉆擴眼;二是井內有橋塞時,這類鉆具可以鉆過,并能在開始造斜前將井底循環干凈;三是空轉轉速與工作轉速相差的幅度較小(與渦輪相比),有利于鉆頭選型。

在各種井下馬達中,將重點介紹廣泛使用的螺桿鉆具。

1.迪那(Dyna)鉆具

    l)結構和類型

    迪那鉆具主要由旁通閥總成、定子、轉子、萬向節總成和傳動軸總成組成。主要分為五種規格:即Δ200500Δ500Δ500 4Δ1000Δ1000低速。迪那鉆具的裝配扭矩見表92,其萬向節總成見圖918

 


 


      

    2)迪那鉆具規范和操作參數(見表93

 

 


   
3)迪那鉆具的反扭角經驗數據表(見表94

 

直井中的反扭角(α都看作直井)

造斜點深度(米)

0152

152305

305457

4571524

1524

反扭角

20°

25°

35°

50°

10°305

 

    4)迪那鉆具使用注意事項:

    根據鉆井條件選用合適的鉆具類型和合理的鉆井參數,以提高迪那鉆具的工作效率;

    下井前應認真檢查兩端連接螺紋和臺肩及外殼體有無變形,旁通閥是否靈敏完好,并測量軸承間隙。

    下井前應進行試轉,確定迪那鉆具工作正常后方可下井。

    迪那鉆具下井時應控制下放速度,下鉆遇阻不得硬砸硬壓;

    鉆進時應保持均勻送鉆,防止溜鉆、頓鉆。鉆進中應密切注意泵壓表的壓力變化。當發現泵壓突然上升時,應及時提起鉆具,重新加壓鉆進;

    保持鉆井液含砂量不大于l%,以提高迪那鉆具的使用壽命;

    起出迪那鉆具應認真檢查旁通閥總成并把鉆具內的鉆井液排凈,測量軸承間隙,加油保養旁通閥。

2.納維(NAVI)鉆具

l)納維鉆具種類

    Mach  l型多頭螺桿馬達

    Mach  2型單頭螺桿馬達

Mach  3型單頭螺桿馬達

2)結構

納維鉆具由旁通閥、定子、轉子、萬向軸、軸承總成和傳動軸組成。

3)特點

    Mach  l型。其主要特點是長度短、轉速低、扭矩大。適用于定向鉆井、深井、牙輪鉆頭鉆井和取心鉆井。

Mach  2型。扭矩中等,適用于大段直井鉆井,可以提高直井鉆井機械鉆速。

Mach  3型。長度短、反扭矩小,適用于定向鉆井、定向造斜和扭方位。


   
4)納維鉆具技術性能和技術參數(見表969697)。


 

 

 

 

 

    3.螺桿鉆具

    l)主要結構與工作原理。

    螺桿鉆具由旁通閥、馬達(轉子、定子)、萬向軸(節)和傳動軸四部分組成(見圖919)。

螺桿鉆具的工作動力來自循環鉆井液,在一定壓力下,鉆井液泵入鉆具,進入馬達的螺旋形空腔使轉子轉動,而后動力經萬向軸傳遞到傳動軸和鉆頭上。

    所設計的旁通閥是為了在起下鉆時使循環液繞過不工作的馬達,溝通鉆柱與環空的鉆井液通道(結構見圖920)。

    當無鉆井液循環或低泵沖循環時,在彈簧的作用下,閥心處于上部位置,此時旁通孔開啟,鉆井液可灌入鉆柱或自鉆柱泄出。閥心的移動由流量大小決定,當鉆井液泵量達到一定數值時,水力推力克服彈簧力,使閥心下移,關閉旁通孔,所有鉆井液流經馬達所作的功轉換為機械能。

    2)使用要求

    鉆井液的要求

    螺桿鉆具對于各種鉆井液都能有效地工作,包括油基、水基和乳化的鉆井液。鉆井液粘度和密度對鉆具的影響很小,但對整個系統的壓力有直接影響,如果推薦排量下的壓力大于額定泵壓值,就得減少鉆井液排量,或者有必要降低通過鉆具或鉆頭的壓力降。鉆井液中的砂粒等雜質會影響鉆具性能,加速軸承和馬達定子的磨損。因此,鉆井液中的含砂量必須控制在l%以內,每種型號的鉆具都有各自的流量范圍,只有在此范圍內,鉆具才能有較高的效率,一般情況下,流量范圍的中間值是鉆具最佳輸入流量值。

    流經螺桿鉆具的壓力降要求

    鉆具懸空時排量不變,則通過螺桿鉆具的鉆井液壓力降也不變,隨著鉆頭接觸井底鉆壓增加時,鉆井液循環壓力增加,泵壓也增加,司鉆可以用以下公式來控制操作:打鉆泵壓=循環泵壓十螺桿鉆具的負載壓降。

    循環泵壓,就是鉆頭沒有接觸井底時的泵壓,也叫離底泵壓。鉆頭接觸井底,扭矩增大,泵壓就要上升。這時壓力表的讀數就叫作打鉆泵壓。

    離底泵壓不是一個常數,它隨井深和鉆井液的特性變化而變化,但實際操作中,沒必要隨時測取循環泵壓的精確值,一般取每次接單根后的離底泵壓為近似值,這樣做完全可以滿足公式的精度要求。如果忘記測量,則必須將鉆具提離井底進行補測。

    鉆具工作中,打鉆泵壓達到最大推薦壓力時,鉆具產生最佳扭矩,繼續增加鉆壓將增加泵壓,當超過最大設計壓力時,馬達可能會停止轉動,此時應立即降低鉆壓,以防螺桿鉆具內部損壞。

    扭矩

    螺桿鉆具的扭矩與鉆井液流經馬達產生的壓力降成正比,轉速與輸入排量成正比,排量一定時,扭矩增加而轉速基本保持不變,螺桿鉆具從空載到滿載,速度降低一般不超過10%左右。

    3)使用方法

    下井前的地面檢查:

    A.用提升短節將鉆具提起,坐入轉盤卡瓦內,使旁通閥位于轉盤之上,裝上安全卡瓦,卸去提升短節;

    B.用木棒壓下旁通閥的閥心至下死點,然后松開閥心,檢查彈簧復位力(舊馬達有時因彈簧銹死,可能壓不下);

    C.用木棒壓下旁通閥心,向閥體內注水檢查密封性,如密封性好,則小孔無水流出,然后松開閥心,則有水從小孔流出;

    D.將螺桿鉆具接上方鉆桿,下放螺桿鉆具使旁通閥處于轉盤下方易觀察的部位,慢慢開泵,當排量不足以使旁通閥關閉時,應有鉆井液從旁通孔流出,然后加大排量至馬達啟動,看驅動接頭是否旋轉,此時應記下泵的排量,停泵前,應再下放螺桿鉆具讓旁通閥閥口位于轉盤以下,檢查停泵時鉆井液是否經旁通閥閥口順利流出;

E.檢查軸承間隙,參閱后面起鉆檢查部分。

螺桿鉆具下井:

    A.地面檢查結束后,用吊鉗卡住驅動接頭,用鉆頭盒把鉆頭和螺桿鉆具接上,大鉗只可咬在旋轉傳動軸驅動接頭上;

    B.使用彎接頭時,定向裝置的定位鏡必須和工具面對正,如果要用浮閥,則可直接裝在旁通閥上方,千萬不要加在馬達下邊,否則,浮閥就不起作用了,原因是鉆井液可從旁通閥流入。如果在驅動接頭和鉆頭之間還要加轉換接頭,則對其長度應加以有限制,不宜超過250毫米;

C.下放螺桿鉆具時,依次把彎接頭、測量工具、非磁鉆具、鉆鋌、震擊器、加重鉆桿下入;

D.螺桿鉆具下井時應控制下放速度,以免下放過快而使馬達倒轉,從而造成內部連接螺紋脫扣。此外,控制下放速度,能夠防止螺桿鉆具在通過防噴器、砂橋、套管鞋等處撞壞鉆具;

    E.當下放深井段或遇到高溫井段時,應分段循環鉆井液冷卻鉆具,保護定子內襯橡膠。用MWD時,在下鉆過程中,每 500米應打通一次;

    F.下鉆接立柱時,必須用旋扣鉗,不能用轉盤;

    G.下鉆時鉆井液返出過多,可能是鉆井液過稠或旁通閥被堵,造成鉆井液不流入鉆具,此時應定時向鉆桿內輸入鉆井液,帶單流閥時更是如此;

    H.螺桿鉆具接近井底時要放慢下鉆速度,提前循環后再繼續下鉆。循環先用小排量,待井口近出鉆井液后再加大排量;

    I.不能頓鉆或將螺桿鉆具坐在井底開泵。

    用螺桿鉆具鉆進:

    A.鉆進前應充分循環,清除井底巖屑、井底巖屑清除不徹底對定向鉆井有較大的影響。具體方法是以正常的鉆井液循環轉動鉆具(每次轉動3045度),依次把沉積在井底的巖屑和沉砂清除,清理干凈后上提螺桿鉆具0.30.6米,循環并記錄、校對壓力值;

    B.開始鉆進時,如果井底還未清洗干凈,則應緩慢加壓,鉆進速度不能太快,否則鉆頭容易產生泥包,把螺桿鉆具和鉆頭卡死;

    C.施加鉆壓不要過猛,鉆壓不是監視螺桿鉆具工作的指標,只是作為參考指標,判斷螺桿鉆具工作的情況的主要依據是泵壓;

    E.鉆進時,隨時調整工具面到預定的數值;

F.連接每個單根調好工具面后必須穩定鉆壓,均勻送鉆,保證斜井段的曲線光滑和定向精度。

起鉆檢查螺桿鉆具:

    A.等井底的井斜、方位等參數達到要求后就可起鉆,不要循環;

B.起鉆之前,在鉆柱內注入一段加重鉆井液,使鉆桿內的鉆井液順利流出;

    C.將螺桿鉆具提到井口,坐好卡瓦和安全卡瓦,用清水從旁通閥頂部進行沖洗;

    D.用內鉗咬住螺桿鉆具.一邊用鏈鉗順時針轉動驅動接頭,一邊從旁通閥上部注入清水(如果反時針轉動驅動接頭,鉆井液將從旁通閥閥口流出),然后注人少量的礦物油,不可注入柴油;

    E.把螺桿鉆具提出轉盤,并卸下鉆頭,上好護絲,平穩放下鉆臺;

    F.起鉆過程中也應注意起鉆速度,以防卡鉆損壞鉆具,并且必須用旋扣鉗卸扣。不可用轉盤卸扣;

    G.每次從井里起出螺桿鉆具,都必須檢查軸承間隙(如圖921),如果軸承間隙超過最大允許值,必須更換新軸承(見表98)。

4)螺桿鉆具故障分析(見表99)。

5)國產螺桿鉆具性能表。


    目前,國產螺桿鉆具的質量提高較快,性能參數與進口馬達無明顯差異,加上價格合理,維修方便,因此,國產螺桿鉆具廣泛用于海上定向井。國產螺桿鉆具的主要生產廠家及性能參數見表910~表912。為滿足大排量的水力要求,國產螺桿鉆具具有中空分流的特性(見表913)。


    6)反扭矩分析計算

    由于螺桿鉆具右旋(順時針),故驅動接頭上方的組合將產生反扭矩,定向對應考慮提前裝置角,以消除這種反扭矩的影響。


   
查表法確定反扭矩(表914):

 

    A.下述反作用扭矩是近似的,準確的反扭矩圖可來自測量結果或隨鉆測斜儀的讀數;

B.全力扭方位時的裝置角為95°,估計的反扭角參見表915



公式法計算反扭角:

 

在計算jm≥時,先計算出臨界長度Lo 米,然后與當時的井深L比較。若LLo,則將L代入式中計算jm,若L≥Lo,則將Lo代入式中計算jm

    用經驗數據法確定反扭角。某種動力鉆具在一定的井下條件下,經過一段時間的使用,積累一定的資料,可以摸清反扭角的變化規律。在以后的使用中,只要了解井下條件,就可以借用過去的資料來確定反扭角。

    7)注意事項:

    彎接頭下井之前,必須測量彎曲度是否準確,高邊工具標線是否準確。

    SST及單點陀螺進行定向時,必須檢查定位鍵是否與彎接頭高邊標線一致,并確認高邊標線的方向;

    MWD時,檢查鉆頭到MWD脈沖器的距離(PTB),磁偏角及偏移(offest)是否打入計算機,偏移測量是否正確;

    盡量少用鉆鋌,滿足鉆壓需要即可,否則會影響造斜效果;

    鉆頭與馬達如需要配合接頭,則該接頭應盡量短,其長度不應大于250毫米,否則將影響鉆頭與馬達軸承的壽命,而且會在馬達傳動軸上增加橫向力,影響造斜效果;

    若需用浮閥,必須將它裝在螺桿鉆具的上端,不可將它裝在鉆頭與驅動接頭之間;

    調節彎接頭指向時、轉盤應按右旋定向,調整完畢,鉆柱需慢慢地提升和下放數次(上提高度應超過6米),消除井眼中鉆桿蹩勁,使其處于自由狀態。

    下入扭方位工具時,有可能遇阻,此時應將方鉆桿接上,將泵開到關閉旁通閥的泵沖數再加上10沖,低鉆壓快劃到底;

    造斜開始時,不要頻繁左右調節工具面,盡可能在一個方向調節。

    二.彎接頭

彎接頭能使造斜鉆具產生側向力,是定向鉆井中定向造斜、扭方位的一種專用井下工具。目前,彎接頭內通常安裝循環套,殼體上劃有彎曲方向的標線,用作單點或有線隨鉆側斜儀確定工具面的方向。


彎接頭分為固定角度和可調角度兩種。通常使用固定角度型(圖922),彎角一般為12.5°,彎角超過時,下井較困難,一般不用。不同彎角接頭造斜能力見表616

 

    可調角度彎接頭是一種較為先進的井眼軌跡控制工具。根據調節方式和工作原理的不同可分為電動式、機械式、液壓式等幾種類型。它們的共同特點是不起鉆,通過地面控制把彎接頭調到需要的角度(包括零度)。可連續進行定向、增斜、降斜、穩斜和扭方位。

    可調角度彎接頭的主要優點是。提高井眼軌跡控制的精度、減少起鉆次數、加快鉆井速度、降低鉆井成本。

三.非磁鉆鋌

1.組份和用途

l)組份:

    蒙乃爾鋼,含30%銅和65%鎳的合金;

鉻/鎳鋼,含約18%鉻和13%以上鎳的合金;

奧氏體鋼,錳含量大于18%的含鉻合金;

    鉻鐵銅合金。

    2)用途

    非磁鉆鋌是一種不易磁化的鉆鋌,其用途是為磁性測斜儀器提供一個不受鉆柱磁場影響的測量環境。常用的非磁鉆鋌由奧氏體鋼制造,與其他三種合金鋼相比,價格較低,但它對鹽水鉆井液的腐蝕較敏感。

    2.長度選擇。為了精確測量裸眼井段的磁方位角,應根據地理位置和測斜井段的井斜和方位值來選擇非磁鉆鋌的長度(見圖923、圖924)。


   

    關于儀器在非磁鉆鋌中的位置,推薦如下:

                                                         

6米鉆鋌中心以下,0.30.6  10米回鉆鋌中心以下,11.3 20米鉆鋌中心(曲線A

8米鉆鋌中心以下,0.6l   20米鉆鋌中心以下,2.33    20米鉆鋌中心以下

10米鉆鋌中心以下,11.3  30米鉆鋌中心                  2.33米(曲線B


                                                           30
米鉆鋌中心

 

    當非磁鉆鋌間需要用穩定器時,必須注意穩定器對羅盤的影響,最好的辦法是將穩定器制造成無磁鉆鋌心子加鋼套筒配合,這樣可以降低對羅盤的影響,又可以節省價格昂貴的非磁鋼材。

    四.穩定器

    定向鉆井中,穩定器有螺旋式穩定器和滾子式穩定器兩種,目前常用螺旋式穩定器。穩定器在定向鉆井的用途如下:

    1.在增斜鉆具組合和降斜鉆具組合中,穩定器起支點作用,通過改變穩定器在下部鉆具組合中的位置,可改變下部鉆具組合的受力狀態,達到控制井眼軌跡的目的;

    2.增加下部鉆具組合的剛性達到穩定井斜和方位的目的。穩斜鉆具組合,是減小鉆頭與穩定器之間,以及穩定器與穩定器之間的相對距離,增強下部鉆具的剛性,以限制下部鉆具受壓變形,達到穩斜效果;

    3.修整井眼,使井眼曲率變化平緩、圓滑,有利于減少井下復雜情況。

    穩定器出、入井時,應認真測量穩定器的外徑,檢查磨損情況和穩定器在鉆具組合中的安放位置,    穩定器的外徑磨損不大干2毫米。

    五.鍵槽破壞器

    鍵槽破壞器的幾何形狀與螺旋式穩定器相似,外形尺寸較穩定器小而較鉆鋌大。它與螺旋式穩定器不同的是上下斜臺肩都用硬質合金焊條堆焊成錐形,具有切削、擴孔、破壞鍵槽的性能。鍵槽破壞器在鉆柱中的位置如下。

    1.專門用于破壞鍵槽的鉆具組合

    鉆頭十小尺寸鉆鋌( 5060米)十鍵槽破壞器十隨鉆震擊器十加重鉆桿。

對于長井段鍵糟的破壞,可采用鉆頭十小尺寸鉆鋌1柱十鍵槽破壞器十小尺寸鉆鋌1柱十撓性接頭十隨鉆進擊器十加重鉆桿。

    鉆柱中小尺寸鉆鋌的外徑應與鉆進時鉆桿的接頭外徑一樣,下鉆至預計鍵槽井段以上100米左右,控制下放速度,發現遇阻卡開始劃眼,嚴格控制鉆壓,一般小于49千牛(5噸)。

    2.隨鉆破壞鍵槽

    在定向鉆井中,從增斜井段開始,常常在井下鉆具組合中使用鍵槽破壞器。根據已鉆井眼的曲率大小和地層巖性,在容易形成鍵槽的狗腿井段,用鍵槽破壞器反復劃眼,以防形成鍵槽。

    六.旁通接頭、高壓循環頭

    1.用途

    采用有線隨鉆測斜儀進行定向造斜、扭方位時,電纜通過旁通接頭或高壓循環頭進入鉆具水眼,把測斜儀器送至井底。

    2.結構特點

    1)旁通接頭由接頭體、電纜密封總成和電纜卡子組成,其特點是:

    結構簡單,使用方便;

    旁通接頭應盡量接在極淺的井段,通常井深在200米以內;

    使用旁通接頭定向、扭方位時,中途不需要起下電纜。但由于旁通接頭以上的電纜在井口以下的鉆桿環形空間里,井口作業時應特別注意,不要擠壞電纜和防止電纜打扭。

    旁通接頭應配合缺口補心一起使用(或改造補心、切割一條槽),以便裸露在環空的電纜能通過轉盤面。

2)高壓循環頭主要由循環頭,密封頭和手壓泵組成。其特點是:

高壓循環頭直接和水龍帶連接,不用水龍頭;

    電纜從高壓循環頭的頂端密封頭進入鉆桿,電纜不易損壞;

    在每次接單根時,必須把井下儀器提到井口最上面的一根鉆桿(或工作立柱)里,接完單根后,再下放儀器到井底座鍵,用手壓泵打壓以密封電纜,壓力一般為6.8912.51兆帕(10001800磅/英寸2),卡電纜卡子(井深2000米內也不可用卡子)。

    七.導向鉆井系統

    導向鉆井系統主要由導向馬達、MWDPDC鉆頭組成。本節主要介紹導向馬達(DTU)。MWD可參閱本章第五節。

目前,有三種導向馬達,這就是可調彎度的導向馬達(AKO)。固定彎度的DTU和單彎馬達。

1.結構和工作原理

    導向鉆井系統(Navigation Drilling System。)是目前世界上先進的定向鉆井系列工具,使用這種系統,可使工程人員在不起下鉆的情況下就能夠準確、連續、經濟地完成多種定向作業以及復雜的長井段定向作業,即實現連續鉆進和連續控制井眼軌跡。因此,八十年代這種連續控制井眼軌跡的技術出現后,很快就得到發展,并被推廣應用于各類定向井及水平井中,而取得越來越顯著的經濟效益。

l)結構(見圖925

2)工作原理

    由于萬向節外殼在同一平面內呈反向彎曲,使鉆頭軸線相對于井眼軸線稍微傾斜。反向雙彎外殼先以一角度朝一方向彎曲,后在同一平面內以更大的角度朝相反的方向彎曲,兩彎曲角度之差就是鉆頭與中心軸線間的夾角(圖926)。由導向馬達的上穩定器、下穩定器及鉆頭三個支點,確定一固定圓弧,三點位置一經確定,就具有固定不變的增斜率,即全角變化率(圖927)。

    進行定向作業時,鎖住轉盤,即和普通的動力鉆具一樣工作,所鉆井眼為一圓弧;穩斜鉆進時,轉動鉆柱,由于鉆頭偏距和側向力都很小,鉆柱旋轉鉆出的井眼就是斜直的,達到穩斜的目的。由于配有MWD儀器,可隨時監測井眼軌跡,如果再配上耐用的PDC鉆頭,可實現在不起鉆的情況下連續控制井眼軌跡。

    2.導向鉆井系統的優點

    導向鉆井系統最大的特點是用一套鉆具組合實現多種定向作業,這樣就節省了大量的起下鉆時間,縮短了建井周期,節約了鉆井費用,因此對昂貴的海上鉆井有特別重要的意義。其主要優點有:

    l)及時控制井眼軌跡,提高鉆井的準確性。采用MWD跟蹤監測井眼軌跡,一旦發現軌跡不合要求,便可隨時進行方位和井斜的調整,提高井眼軌跡的精度;

    2)減少起下鉆次數,提高鉆井效率。由于使用一套井下鉆具組合,就能完成多種定向作業,減少了起下鉆的次數,從而避免許多井下事故的發生;

    3)充分發揮鉆頭潛力,提高機械鉆速。由于導向動力鉆具的多功能性,減少了為控制井眼軌跡而進行的起下鉆,從而得以優化鉆頭使用效果。鉆頭受到的側向力一般較小,也有利于延長鉆頭壽命和增加鉆頭進尺。

    4)利用計算機技術監測與預測井眼軌跡以及導向馬達和鉆頭的工作性能,能及時調整有關可控因素、鉆進方式,確保井眼軌跡控制得以安全、準確、迅速、連續地進行。


    3
.可控馬達DTU與普通馬達性能對比

    4DTUAKO導向馬達的性能參數

    可調彎角的導向馬達(AKO),其理論造斜率與彎角之間的關系,見圖928931。在各圖中區域,可用作旋轉和定向兩種模式,超過這一范圍,只能用作定向模式,當然調工具面時的慢速平穩轉動是允許的。


   
注:在圖928931中,僅陰影部分可以用作旋轉模式。

 

    八.井下可調穩定器(見表919和圖932

    在定向鉆井中,常常使用不同尺寸的穩定器達到穩斜、增斜和降斜目的。為此,通常采取更換穩定器的方法,但需起下一趟鉆,既浪費時間增加成本,又增加了勞動強度。井下可調穩定器的作用,就是不用起下鉆來改變鉆具組合,直接在井下改變穩定器外徑的大小即可達到上述效果。


   

    以安納聚爾斯倫貝謝公司的井下可調穩定器為例,說明其使用方法。使用時把該穩定器放在近鉆頭位置上,穩定器外徑調至最大時,起穩斜作用;縮小外徑時,起降斜作用。把該穩定器放在第二穩定器位置時,穩定器外徑調到最大時,起穩斜作用。縮小外徑時,起增斜作用。這種穩定器配合MWD穩斜鉆進,可起到類似導向鉆井系統的作用,有效地控制井斜角。

    井下可調外徑穩定器有三片呈螺旋型的扶正片,每個扶正片上安裝有五至六個可活動的活塞式墊塊。墊塊向外延伸穩定器外徑增大,墊塊向內縮回,穩定器外徑變小。扶正片與墊塊表面鑲裝有碳化鎢合金。墊塊的直徑63.5毫米(21/2英寸),18個墊塊與井壁接觸的總面積為58064毫米290英寸2),相當于套筒穩定器的接觸面積。

    1.增大穩定器外徑方法:

    1)轉動著將鉆頭接觸井底,同時降低泵的排量(通常減少50%);

    2)按工具預調定的鉆壓加壓,調節加壓范圍為22.2333.4千牛( 575千磅)。當工具受到預調定的壓力時,活塞式墊塊將被推出,穩定器外徑增大;

3)待懸重恢復到正常鉆進要求的鉆壓時,回復正常排量,繼續鉆進。

3.縮小穩定器外徑方法:

    1)降低排量,使工具鎖定機構脫鎖;

    2)將鉆具提離井底,使墊塊恢復到穩定器外徑減小的位置;

3)回復正常泵排量,鎖定機構鎖定,穩定器處于最小外徑狀態;

4)下放鉆具到井底,繼續鉆進。

    工具下井后第一次將穩定器外徑調大時,最好將施加的鉆壓加大22.244.5千牛(510千磅)以確保機構起作用。穩定器外徑被調大后的泵壓比穩定器處于最小外徑的泵壓要高1.031.38兆帕( 150200磅/英寸2)。掌握了這個規律,司鉆將隨時知道穩定器外徑變化的情況。

    在增大穩定器外徑操作過程中,加壓尚未達到調定值,卻因扭矩過大,出現轉盤蹩停時,可將轉盤摘去,繼續加壓直至工具的機構起作用,然后適當上提部分懸重,就可以重新啟動轉盤。為了避免這種情況出現,預調的加壓值最好接近將鉆進層段所選用鉆頭的最優或最大鉆壓。

    任何情況下,只要鉆具提離井底,穩定器就會回復到最小外徑狀態。如果繼續鉆進需要增大穩定器外徑,要重復增大穩定器外徑的操作步驟。

第五節 測量儀器


   
定向井測斜儀器可分為兩大類,十幾種規格,本節只介紹六種。


   
一.單點測斜儀

    這種儀器主要由外筒總成、測角機構總成和打撈桿總成三部分組成。其中測角機構總成為其心臟部分,包括羅盤、照像機、定時器(機械或電子式)或傳感器(蒙乃爾運動傳感器)、電池筒。常用的羅盤為10°20°90°三種。

    單點測斜儀可用于走向鉆井的各項施工作業,可用投測或吊測兩種方式測量井斜、方位和工具面,普通單點測斜儀的工作溫度<125,高溫單點測斜儀的工作溫度<250,測量精度為:井斜角±0.5°,方位角±l°

單點測斜儀價格便宜,但測斜時間長,易發生井下事故。目前我國海洋定向井使用較少。

二.電子多點測斜儀(ESSESI

    ESI電子多點測斜儀采用三軸磁通門和三軸加速度計分別測量方位和井斜。每個測點除記錄井斜和方位外,還可記錄溫度、電池電壓和井眼參數,所有測量結果全部儲存在探管的儲存器里。提出儀器后,再經過計算機、打印機把結果打印出來。

ESIESS具有操作簡單、經久耐用、測量精度高等優點,是一種較先進的測斜儀器。

1ESI互的技術指標

工作壓力:95.5兆帕(13848磅/英寸2

工作溫度:0125

    溫度精度:±3

方位精度:(井斜>10°,磁傾角<70°

井斜精度:±0.l°

地磁場強度:±0.2°微泰斯拉(micro Teslas

地磁傾角:±0.2°

    存儲量:1500測點

測量間隔:10600

延遲時間:109999

    抗壓管長:3.70米(12英尺)

抗壓管直徑:44.5毫米(13/4英寸)

2ESS的技術指標

工作溫度:不超過125

溫度測量精度:±l

    井斜角測量范圍:018°

井斜角測量精度:±0.1°

方位角測量范圍:0360°

    方位角測量精度:±1°(井斜角>10°,磁傾角<70°

磁性工具面測量精度:±1°(井斜角>10°,磁傾角<70°

高邊工具面測量精度:±1°(井斜角>10°

    磁場強度測量精度:±0.2°微泰斯拉

    重力測量精度:±0.003G

    儀器外徑:35毫米(13/8英寸)

    儀器長度(包括電池筒):單點工作方式  1.42米(553/4英寸)

                            多點工作方式  2.07米(811/2英寸)

    3ESI電子多點儀操作步驟

    1)地面設備的連接:

    斷開電源插座的開關(電源為110伏交流電),連接HP85B計算機、ESI接口和打印機,并接上電源;

    檢查電池能量。檢測5號和7AA電池的短路電流分別在4安培和3安培AMP)以上。;

用電池筒試驗器檢查電池筒,綠燈亮通過;紅燈亮電壓低;黃燈亮指示電池裝反了;

連接探管和電池筒,連線與 ESI接口相接;

    探管初始設置。裝入磁盤,接通電源開關,幾分鐘后按顯示屏的顯示步驟,及當時的實際情況,按順序輸人,直到完成初始設置。初始設置的最后兩項為輸入測點時間間隔(輸入1060秒),和輸入延遲時間109999秒);

拔下探管上的電纜,同時用秒表開始計時。

2)井下儀器的連接。

    根據非磁鉆鋌的長度選擇加長桿;

    電池筒朝上裝配好儀器。

    3)儀器測量:

    起鉆時,根據儀器設置的延遲時間把儀器投入鉆桿內,井斜較大時,可用低泵沖送入;

    記錄井深和該井深的秒表運行時間,一直記錄到預定的測斜深度為止(事先準備好鉆具長度表);

起出儀器,取出探管,把探管連到ESI接口;

卸掉電池筒,7AA電池可以記憶數據28天。

    4)數據轉儲。把探管里的數據轉存到HP85B計算機內。

    5)輸入深度和時間。在計算機上,根據MINS(分鐘)、SEC(秒)、DEPTH(深度)的輸入模式,依次鍵入各參數。

    6)輸出時間、井深、井斜、方位等原始測斜資料,檢查探管數據,計算測斜數據,打印計算結果,最后將結果記錄到磁盤上。

    三.有線隨鉆儀

    有線隨鉆測斜儀主要由井下測量系統、地面計算機系統和絞車三部分組成。探管是井下測量系統的心臟,它主要由兩套傳感器(三軸磁通門和三軸加速度計)、其他傳感器及電子線路組成。探管的功能是測量井眼的各種參數,電子線路把各種參數變成電信號,通過單心電纜把電信號輸給地面計算機系統。計算機把各種電信號進行放大、譯碼處理,分別以數字形式直觀顯示在顯示屏、司鉆讀數器和輸入打印機,然后由打印機把各種井眼參數的測量結果打印出來。

    地面計算機系統是有線隨鉆儀的控制中心,為井下儀器提供電源,監測井下儀器的工作狀況,選擇儀器的工作方式,測量所需要的井眼參數。絞車用于起下電纜(井下儀器),電纜通過旁通接頭和高壓循環頭進入鉆桿內。


   
斯派里森SST1000系列指標見表920

四.無線隨鉆儀( MWD

1.工作原理簡介

    無線隨鉆儀(MWD)由井下儀器總成、地面接收儀表和地面處理系統三大部分組成。以斯派里森MWD為例,簡述MWD的工作原理如下:

    MWD的井下部分,在下井之前,預先按定向井工程師對所采集測量數據的要求,進行特定的模式設置,組裝在專用的非磁懸掛短節內,隨鉆具組合一起下井。由井下發電機(通過泥漿流動)供應電源,測量信號的輸出由泥漿壓力脈沖來完成。在立管上安裝信號接收裝置(壓電感應器),信號接收裝置接收壓力脈沖信號,并將信號轉換成電信號傳輸給地面計算機,計算機系統對電信號進行放大、處理、譯碼,分別以數字形式直觀顯示在顯示屏、司鉆讀數器和輸入打印機,也可傳輸到遙遠的基地辦公室。

    2MWD的類型

    MWD信號傳輸系統可分為泥漿壓力脈沖和電磁波兩種,通常采用第一種傳輸方式。泥漿壓力脈沖又可分為正脈沖、負脈沖、連續波三種形式。井下儀器部分有可回收式和不可回收式兩種。

    我國海上常用的三種MWD類型如下:

    斯派里森MWD屬于正脈沖形式,井下儀器不可回收。

    哈里伯頓BGDMWD為負脈沖形式,井下儀器不可回收。

安納聚爾slim MWD為正脈沖形式,井下儀器可以回收。

 3MWD的特性

    以斯派里森MWD為例,說明MWD的特性(表921~表923


 

 

 


    4.操作規程簡介

以斯派里森MWD為例,說明的MWD的安全操作步驟(具體見操作手冊)。

1)運輸前的準備:

    檢查所有現場的設備、儀器,保證其工作性能及測量精度;

    列出集裝箱和設備清單、打印數份交現場資料員及運輸等部門;

    與甲方及定向工程師討論有關問題,獲取設計書,了解目前的作業情況,并填寫工作裝備單;

    按準備單配備零部件,做好集裝箱的防震、防潮等工作,待命出發。

2)現場工作。在作業前24小時就應保證現場上有兩名熟練操作人員,開始下列工作:

1)按安全原則擺放集裝箱,必要時連接掃氣管線;

    2)安全地把電源引到集裝箱,并檢查工作間的輸出電源;

    3)檢查現場所有井下設備及實際數量,根據現場經驗安全地布置所有電纜,擺放所有電子儀器設備,并通電測試;

4)將壓力傳感器安裝到立管上,將泵沖開關安裝到泥漿泵上(事先通知司鉆和鉆井監督);

5)將司鉆讀數器及對講機安裝到司鉆臺上;

    6)檢查非磁鉆鋌、銅保護接頭和懸掛短節,并給鉆井監督提供連接方法,并核對上述接頭與BHA的連接;

    7)完成探管(PROBE)的現場質量測試(每次下井前必做)完成脈沖器(PULSER)的電子及液壓動力功能的現場測試(下井前必做);

    8)獲取所有機架(NPSR)所需的各項資料,檢查磁場強度及磁傾角值,建立文件名并輸入各項內容;

    9)運用系統計算機的軟件指令進行工作;

    10)從定向工程師那里獲取有關參數,包括最低/最高可能鉆井液密度,最高含砂量,可能使用的堵漏材料,最低/最高排量等;

    11)應用計算機及有關圖表計算或選擇鉆頭噴嘴,并及時告知鉆井監督;

12)確立并設置探管(PROBE)工作模式,運行探管,完成下井儀器的組裝,計算并配置加長墊,根據鉆具組合表,連接單流閥、非磁鉆鋌、懸掛器、銅保護接頭,把MWD井下總成裝入懸掛器內(非磁鉆鋌內);

13)使用標志桿測量MWD標線與彎接頭標線的偏差值,計算偏差(offset)角度,并輸入計算機;

14)淺層試驗,信號不好時,調整傳感器位置及空氣包壓力。信號正常后,方可繼續下鉆;

    15MWD儀器下到底后,指導司鉆完成正確的測斜步驟;

    16)分析測量結果,判斷井下儀器的工作狀況和磁干擾情況;

    17)正常鉆進測量中的信號監測及各種報表的填寫,做好各項設備的日巡回檢查,包括布線、傳感器、濾網等。每日按時上交測量報告;

    18)完成井下儀器的清洗、拆卸工作,檢查儀器各部件的磨損情況,必要時更換,領取補充備件;

    19)完成MWD使用報告,工作結束后拆線及安全包裝、放置設備。

    五.隨鉆測井系統(LWD)簡介

    1992年,我國海洋石油開始使用最先進的隨鉆測井系統(LWD),它可以進行實際測井,完全替代電測。在大斜度井、水平井等方面具有很大的優勢。LWD是在MWD的基礎上,增加了多種用于電測的井下傳感器,

使井下傳感器增加到三十多個。因此,除了測量井眼參數以外,LWD還可以測量井下鉆壓、扭矩,以及測井資料,如伽馬、地層電阻率、中子等。但LWD價格昂貴,維修保養也比較困難。

    無論MWD還是LWD,其最大的優點是可以使司鉆和地質家能有效地到井下實時發生的情況。由于井下測量參數與地面接收數據之間只有幾分鐘的滯后時間,從而改善和縮短了決策過程。

六.地面記錄陀螺(SRO

1.系統描述

    1)井下儀器總成(見圖933)。

    SRO探管;

    水平轉子陀螺;

儀器外筒(包括儀器帽、電纜頭、扶正短節、連接器、儀器筒、電池筒、加長桿、定向桿)。

2)地面儀表及設施

    地面計算機和打印機;

    陀螺預熱箱;

定向三角架總成;

瞄準器組合;

    司鉆讀出器;

電纜絞車、滑輪及手工具和萬用表。

2.用途

l)在有磁干擾的井眼中走向造斜及扭方位作業。

2)在套管內定向開窗側鉆。

    3.特點

    1)使用地面記錄陀螺進行定向、扭方位、側鉆,可以從地面讀數器監視井下造斜工具的工具面角,定向井人員可以把工具面調到需要的方向上。

    2)操作地面記錄陀螺的人員必須熟練掌握有線隨鉆測斜儀(SST)和水平轉子陀螺測斜儀的操作程序。

    3)地面記錄陀螺校正漂移和中心校正均由計算機完成,由打印機打印出測量結果,比單點陀螺操作簡便、效率高。

  

 

 

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