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苏义脑:陆上8000米以上超深井钻完井技术及其装备进展

发布时间:2020年10月12日
来源:石油人公众号(2020-10-12) 作者:苏义脑,路保平,刘岩生,周英操,刘修善,刘伟,臧艳彬

摘要

高效开发深层超深层油气资源是实现中国能源接替战略的重大需求,也是当前和未来油气勘探开发的重点和热点。近年来,中国深井超深井钻完井技术发展迅速,2019年钻成井深为8882m的亚洲最深井,目前已基本形成陆上8000m油气井的钻完井技术体系,有力支撑了深层超深层油气勘探开发。

 

一、超深井钻机最新进展

 

1、国际首台9000m四单根立柱钻机

 

建立了四单根立柱三维空间移运轨迹分析计算模型,发明四单根立柱施工工艺方法和特殊的钻机结构,突破了钻井管柱稳定作业长度极限(38m)。解决了国际最高K型井架(74.5m)细长重荷结构件安全作业难题。在塔里木油田超深井开展应用,四单根立柱施工井段提速超过20%,复杂事故时效降低75%。

 

2、国内首台8000m四单根立柱钻机

 

突破小钻具四单根立柱的移运及靠放技术,形成小钻具四单根立柱的移运及靠放解决方案和四单根立柱钻机管柱自动化处理方案,实现二层台、管柱堆场无人值守。实现了大、小钻具四单根立柱自动化作业,双司钻安全、高效操控,可适用于戈壁、山地、平原及海洋等多地形地区进行钻井作业。

 

3、研制出新型8000m钻机

 

其技术先进性主要表现在以下方面:最大承载能力为5850kN的井架和底座、JC80DB绞车和JC80D绞车、ZP375Z加强型转盘、新型5850kN的天车和游车等,压实股钻井钢丝绳首次应用于深井大吨位钻机。


新型8000m钻机解决了7000m钻机大套管深下时承载能力不足、9000m钻机成本过高的难题,实现了大套管深下一次性封盐层,减少起下钻次数,钻井施工提速增效。相比9000m钻机节省成本20%,节省综合日费27%

 

4、7000m自动化钻机核心技术

 

定型自动井架工、铁钻工等11项自动化设备,形成“悬持式”和“推扶式”2套钻机管柱自动化处理系统,实现管柱上钻台自动化输送、自动化上卸扣、立柱自动化排放等自动化作业,攻克高压共轨电控电喷技术难题,成功研发12V175柴油机发电机组,在塔里木等地区应用,已成为超深井钻机动力标配。

 

二、钻井配套装备新进展

 

1、全系列顶驱装置

 

共有7大类12种型号,可为3000~12000m陆地、海洋、车载等钻机提供顶驱及个性化设计特殊用途顶驱,形成了大扭矩技术、主轴旋转定位控制技术、导向钻井滑动控制技术、转速扭矩智能控制(软扭矩)技术、智能钻机连锁控制接口技术等特色技术。

 

2、气体钻井配套装备

形成包括高压增压机、高压力级别旋转防喷器等6套气体钻井核心装备,国产化率提升至98%,可实现空气钻井、氮气钻井、雾化钻井、泡沫钻井等。在四川磨溪、高石梯推广应用,使5000m以上深井钻井周期同比缩短49.2%;。

 

川渝、塔里木、大庆等地区的出水地层应用,单井平均进尺714.57m,提高了34.61%;单井平均减少漏失9000m3,节约井漏复杂时间9.5d。

 

三、钻井提速工具进展

 

1、自动垂直钻井系统系列化产品

 

自动垂直钻井系统通过推靠方式纠斜,在塔里木、新疆、玉门等油田应用,提速防斜效果显著,最深下深7140m,单次入井工作时间242.6h,井斜控制在0.5°以内,整体性能达到国际先进水平,在库车山前规模试验应用350井次以上,机械钻速提高3~6倍,成为塔里木乃至中国高陡地层提速标配技术。

 

2、高效PDC钻头

 

针对砾岩/砂砾岩、火山岩地层等难钻地层提速难题,突破深度脱钴工艺、金刚石粉料处理与封装工艺,断裂韧性提高40%,脱钴深度提高40%,研制并定型9类22种型号非平面齿PDC钻头,在塔里木、大庆、川渝等油田难钻地层应用100余井次,机械钻速同比提高20%~250%,单只钻头进尺提高30%~518%

 

3、新型长寿命抗高温大扭矩螺杆

 

螺杆钻具由等壁厚向等应力发展,依据应力幅值调整橡胶壁厚,应力幅值降低30%以上、提高效率、增大输出扭矩,螺杆扭矩功率较常规产品提升30%,机械效率提升20%,橡胶耐介质性能提升70%,在油基钻井液中平均使用时间193h

 

4、液动旋冲工具等辅助破岩工具

 

通过在钻头施加高频动态轴向冲击力提高破岩能量,已形成4个规格型号的系列产品,成为深层提速关键利器,在大庆、吉林、塔东、塔河、川渝、准南、中东等地区现场推广应用550余支,可调频率脉冲提速工具使用寿命超200h、提速30%以上,射流式冲击器在硬地层机械钻速提高30%以上

 

5、井下增压射流破岩钻井工具

 

通过钻柱的纵向振动带动井下柱塞泵的柱塞上下运动,利用钻压波动压缩钻井液使之增压并通过钻头上的某一特制喷嘴产生可达100MPa以上超高压射流,既减小了钻柱振动,保护了钻头和钻柱,又提高了射流压力,实现水力破岩,机械钻速是邻井的5.17倍。

 

6、减振稳扭复合冲击提速工具

 

集成减震稳扭、复合冲击破岩、降摩阻防托压多种功能为一体,具有提高机械钻速、保护钻具和井下仪器、延长钻头寿命等功能,钻井速度提高37%以上。

 

7、降摩减阻水力振荡器

 

研发了涡轮式和螺杆式2种工具,接入BHA产生轴向振动,将静摩擦转变为动摩擦,降低钻具摩阻,在大斜度井、水平井现场应用50余井次,提高了钻压传递效率和工具面稳定性,滑动钻进提速30%以上。

 

四、安全钻井技术与装备进展

 

1、精细控压钻井技术与系列装备

 

“蹭头皮”裂缝溶洞型碳酸盐岩水平井精细控压钻井技术,避免了压力波动压漏储层,集成工程地质一体化技术,采取30~50m“蹭头皮”策略,水平穿越大型缝洞储集体;适时进行随钻动态监测,及时调整井眼轨迹,避免直接进洞,始终保持“蹭头皮”作业;待完井时进行大型酸化压裂,有效沟通油气通道。

 

在中石油、中石化、中海油等国内外15个油气田现场应用300余口井,有效解决了“溢漏同存”等钻井难题。在塔里木碳酸盐岩地层TZ721-8H井上创造最长水平段1561m、日进尺150m纪录。

 

在印尼JABANG区块Basement基岩层采用欠平衡精细控压钻井技术,油气发现取得重大突破。在克深9-2井、克深21井(井底190MPa/170℃,安全窗口<0.01g/cm3)实现实时流量监控和压力控制,有效解决了高压盐水层安全钻井难题。在新疆南缘高探1井成功应用,有效解决了复杂压力窄窗口钻井难题,保障了钻井安全高效。在中海油海洋平台上应用,解决了窄窗口溢漏复杂问题。

2、连续循环钻井系统

 

研制出阀式连续循环钻井工具,包括连续循环阀和地面控制系统,实现正循环时侧循环自动关闭和密封,侧循环时正循环自动关闭和密封,随钻具一起入井,气密封压力35MPa、液密封压力70MPa,其抗拉、抗扭强度均高于配套S135钻杆强度,实现了液相/充气钻井接立柱(单根)、起下钻连续循环,延长钻井进。

 

3、膨胀管封堵技术

 

通过高强度和高延伸性能材料研发,研制出膨胀管强度可达P110级套管及抗硫化氢膨胀管,延伸率由原来的27%提高到35%,形成了适用于深井复杂地层的膨胀管钻井封堵系统及配套完井技术,突破国内深层侧钻井无法下入技术套管进行二开次钻井的技术瓶颈,在塔河油田应用创造了连续管连续膨胀长度527m、入井深度6065m的纪录。

[责任编辑:dc]

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