鉆井技術

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鉆井技術范文第1篇

【關鍵詞】井控技術 水合物 淺層氣 安全性

隨著我國科學技術的不斷進步，鉆井井控技術也取得了較快的發展。但面臨的問題依然非常嚴峻。眾所周知石油鉆井工藝是一項風險大、技術含量高、挑戰性強的工程。有些低層構造比較特殊，更使得鉆井面臨存在淺層氣、天然氣水合物、地基不穩定、地層破裂壓力低等諸多問題。井控是保證鉆井安全的重中之重，與常規鉆井相比，這些地方的井控在工藝和設備上有更嚴格的特殊要求。所以，針對出現的技術難點，必須制定相應的解決措施，確保井控作業的安全性。

1 鉆井井控技術難點

1.1 節流管線長，造成壓力損失

我們知道在整個鉆井過程中，節流管線必須保證一定的長度，這就導致了在壓井循環時出現摩擦壓力損失。節流管線內產生的壓力損失，加上地層破裂壓力梯度低，使得在壓井時，容易在開泵時造成薄弱地層破裂。如果氣體充當了溢流體，那么氣體在進入或排出管線時，體積迅速發生變化，使得環空壓力和節流管線內壓力也迅速發生變化，這時只能通過調節節流閥來增加套壓，保持壓力穩定。但事實上，對于操作者來說，要想突然間做到迅速、精確的調節節流閥，明顯是有難度的。

1.2 天然氣水合物

在鉆井過程中，由于壓力高、溫度低，極易產生天然氣水合物，堵塞隔水管、連接器、防噴器和節流管線，給井控作業帶來一定的風險。所以，在井控作業的各個環節，都要考慮到天然氣水合物可能產生的影響，盡量避免事故的發生。

1.3 淺層氣

淺層氣主要是指地表以下1000米內的氣體。這些氣體產生的壓力一般都比較高，且隨著下潛的距離增加，井底壓力和氣體的潛在流量都是不斷增加的。一旦發生事故造成淺層氣井噴，就會使氣體迅速向上膨脹、擴展，造成的影響非常大，影響的范圍非常廣。

1.4 破裂壓力與孔隙壓力安全窗口窄

不同地方和深度的巖石密度不同，所以當地層的深度相等時，上面覆蓋的巖石密度較小，產生的地層表面壓力就越低，造成的破裂壓力就越低。所以，上面受到的破裂壓力要遠大于底層受到的破裂壓力。這也就使得破裂壓力與孔隙壓力安全窗口窄，造成隔水管鉆井液安全增量、允許的最大關井套壓和井涌余量隨水深的增加而降低。越往下，地層越疏松，鉆井井壁的穩定性也就越差，使得井控作業難度不斷加大，甚至會導致井漏等事故的發生。

1.5 防噴器內圈閉氣

防噴器內圈閉氣是在處理氣體溢流時，在防噴器內殘存的氣體。在鉆井井控技術工藝上，圈閉氣的壓力是不可忽視的，因為節流管線很長，且圈閉氣的壓力大小與節流線內的靜液柱壓力相等。如果在壓井結束后，直接打開防噴器，就會導致氣體迅速在隔水管內膨脹，造成井噴，甚至會造成隔水管破裂。隨著深度的增加壓力增高，產生的危害就會越大。

2 井控中幾種主要難點的對策

2.1 天然氣水合物的處理

解決天然氣水合物帶來的困擾，必須實行預防和處理手段并行的辦法。

重在預防，主要有以下幾點：

（1）當鉆水合物地層時，最好采用無隔水管鉆井方式；

（2）在進行井控作業前，通過井場災害調查，對淺層水合物部分進行評價，在進行井位選擇時，應盡量避免水合物區；

（3）在平時，定期對BOP進行水合物抑制劑注射，防止產生水合物；

（4）采用合成油基泥漿和油基泥漿進行鉆井操作，這類泥漿含水量低、鹽度高，所以一般情況下不會產生水合物。在合成基泥漿不允許使用的場合，可以用高鹽度的水基泥漿代替；

（5）針對不同場合，采用不同的鉆井工藝，對施工設備進行改良等。

天然氣水合物一旦產生將很難除去，主要有以下四種方法解決：

（1）加熱法。在壓力一定的情況下，可以加入一定的循環熱流體，不斷增高水合物周圍的溫度，當溫度比平衡溫度還要高時，水合物就會慢慢溶解；

（2）機械法。就是采用一些機械力強力破壞水合物，比如施工設備生成水合物時，可以使用ROV將其除去；

（3）化學方法。利用化學反應的原理，注入水合物抑制劑，使水合物與抑制劑直接接觸，慢慢溶解；

（4）減壓法。當溫度一定的時候，可以通過降低水合物表面壓力，使其小于水合物的平衡壓力的方法，將天然氣水合物逐漸溶解。

2.2 淺層氣的處理

淺層氣的問題若處理不當，就會造成井噴，后果不堪設想。所以，當在井控作業時遇到淺層氣，必須采取合理的措施進行處理。

（1）井控作業無隔水管時，要保證鉆井液的密度小于壓裂梯度。若存在淺層氣，則在保證地層不被破壞的情況下，最大排量注入壓井液壓井。若這樣仍不能壓住井，必須停止作業，將工作平臺移到安全區域。

（2）井控作業有隔水管時，隔水管主要起到導流的作用，為鉆井流體提供了一個環形回流空間。目前，大多數鉆井平臺的導流系統都是將天然氣引向下風，減少火災發生的幾率，但這種情況僅僅滿足于小氣量、低壓的情況。當淺層氣數量較大時，也要采用加大鉆井液的方法來壓井。在保證地層不被破壞的情況下，最大排量注入壓井液壓井。若這樣仍不能壓住井，必須停止作業，將工作平臺移到安全區域。

（3）鉆領眼注意事項。在淺地層可以通過鉆領眼的方法對其進行評價，能夠一定程度上規避淺層氣風險。如果在鉆領眼時遇到淺層氣，就需要最大排量注入壓井液平衡壓力，如果氣流仍然得不到控制，就必須停止作業，將工作平臺移到安全區域，待淺層氣釋放完畢后，再回到井位繼續作業。

2.3 防噴器內圈閉氣的處理

壓井結束后，關閉的防噴器內殘存了一部分氣體，這些壓力較大的氣體就是圈閉氣。圈閉氣的壓力與節流管線內的靜液柱壓力相等，并且隨著鉆井深度的增加而增大。處理圈閉氣的方法主要有：

（1）關閉下面的防噴器閘板，隔離下部井眼；

（2）從壓井線一端注入壓井液，并且從節流線返出，直到節流線和壓井線內都充滿壓井液為止；

（3）關閉壓井線閥門，使用油氣分離器使節流線泄壓；

（4）打開環形防噴器，同時關閉分流器，通過壓井液不斷循環排除剩余氣體；

（5）關閉環形防噴器，通過壓井液將節流線內的海水和氣體排除。

3 結論

盡管鉆井井控技術仍然面臨著諸多的難點，但通過本文的分析，已經提出主要難點的解決措施，對其它的難點也提出了相應的解決策略。對于天然氣水合物的處理，要采取預防和處理并行的手段，具體問題具體分析。對淺層氣的處理和防噴器內圈閉氣的處理，也具體針對幾種特殊情況提出了相應的解決方案。另外，要想更好的完成鉆井井控作業，還要注意以下幾點：

（1）鉆井之前，必須準確預測地層破裂壓力和地層孔隙壓力，確定鉆井液密度和井身結構。對淺層氣出現的可能性做出準確分析和評價，在選擇井控井位時，盡量避開淺層氣位置，減少淺層氣傷害。

鉆井技術范文第2篇

關鍵詞：鉆井；新技術；優化

中圖分類號：TD353 文獻標識碼：A

本文以振動預防為例，闡述了新技術的發展及其對鉆井行業的影響。

一、為什么要進行鉆井技術優化

鉆井成本控制是決定石油和天然氣投資的關鍵因素。在鉆井成本高和鉆井事故可能發生的情況下，鉆井成本控制尤其重要。鉆井技術優化的關鍵在于減少非作業時間，諸如卡鉆、MWD/BHA失效、漏失、循環處理井眼、井壁坍塌等等。非生產時間占鉆機時間的20%，在復雜地區所占比例更高。在最近的一個關于墨西哥灣淺海鉆井非生產時間的研究顯示，非生產停工時間達到25%。以美元計算單井損失在1500，000$。因此，降低井下復雜事故發生的概率，可以極大地節約鉆井成本。除了降低成本外，鉆井優化也是提高鉆井效率、安全性和環境保護的關鍵因素。在一些極具挑戰性的鉆探環境中（例如在孔隙壓力和壓裂梯度接近），如果不進行鉆井技術優化就無法進行鉆探。

出于對以上原因的考慮，鉆井行業在過去的20多年中，采取了許多的新技術強化鉆井技術優化以提高鉆井效率。特別是以計算機為基礎的鉆井儀器儀表和數據采集系統、鉆井現場一體化以及MWD/LWD的應用。

二、什么是鉆井技術優化

鉆井技術優化就是通過井下和地面傳感器、計算機軟件、MWD和有經驗的專業人士來一起致力于降低井下事故發生率和提高鉆井效率。傳統的鉆井技術優化包括以下幾點：①鉆前運行表；②實時數據處理與監控；③鉆后分析及技術總結。在這個過程中，有經驗的技術專家是中心，他們可以提出建議來避免復雜事故的發生，從來提高鉆井效率。通常來說，全面的鉆井技術優化應包括以下三方面的解決方案：鉆柱完整性，水力參數的管理，井眼完整性。

三、新鉆井優化技術

新的鉆井優化技術強調信息管理和實時決策。傳統的3步優化過程將不能滿足實時工藝過程，必須進行革新。首先，鉆前運行表應該轉變為實時建模。這種革新是必須的，因為鉆前運行表的數據通常情況下都是過時的和不正確的。因此。這些數據對實時決策的制定是沒有多大用處的。其次，一體化的實時建模和數據是必要的，以對井下環境進行詳細診斷。最后，井場-辦公室的一體化的好處在于，一個信息團隊可以24h不間斷的監控優化過程。這3個新技術可以概括為：（1）實時建模；（2）一體化實時建模和數據；（3）實時控制中心（RTOC）。

（1）實時建模

傳統的建模通常是在鉆井期間運行，提供一組可預測的數據。隨著鉆井過程的進行，輸入的參數會隨時改變。因此，傳統的計算機軟件需要不斷地手動更新數據，以產生相關的結果。然而，這樣的一個程序，已被證明是不切實際的。與之相比，實時建模是自動更新，使用“合適”的輸入數據，毫無疑問更準確。此外，實時建模始終在線，允許連續監測，以防止鉆井事故。實時建模還允許實時數據的集成，以實現實時決策（見下一節）。

到目前為止，哈里伯頓已經開發出一些實時建模，或者正在開發的建模如下：

① 底部鉆井動力學

② 扭矩和阻力

③ 孔隙壓力/破裂壓力預測

④ 水力學

⑤ 井眼清潔（現場測試）

⑥ 井眼穩定性（現場測試）

（2）一體化實時建模和數據

雖然實時建模比傳統的獨立建模取得更好的結果，在“有用”模式下的“有用”信息的傳送，以及問題的診斷也需要井下數據建模與集成。例如，以下建模和數據的集成總是有益的：

① 井下鉆具振動數據的動力學模型

② PWD和FTWD數據的孔隙壓力模型

③ PWD數據的水力模型

④ PWD和固相含量的井眼清潔模型

⑤ LWD成像數據的井眼穩定性模型

（3）實時控制中心（RTOC）

首個實時控制中心是由殼牌石油能源公司于2002年初在新奧爾良建立。此后，根據不同操作者的使用，幾個其他的RTOC被開發出來專門用于海上平臺。

有許多理由來成立實時控制中心。第一，海上鉆井成本比較高，很顯然需要最優秀的人員。第二，關鍵決策通常需要多部門決定，但是來進行決策的多部門專家被安排在一個平臺是不現實的。第三，計劃的執行需要固定的人員和辦公場所，實時控制中心可以滿足這一點。最后，24h不間斷實時鉆井優化監測和信息管理可以避免危險，24h不間斷的對關鍵人員監測最好在實時控制中心。

因此，實時控制中心在鉆井優化中扮演著重要的角色。實時MWD數據比如震動、PWD等等在RTOC會實現24h不間斷檢測。鉆井技術優化專家通常是最有經驗的員工，他們可以在預期事件偏離鉆井計劃之前聯系鉆井隊長。RTOC的干預已被證明是最重要的價值之一。

四、案例研究-振動預防

1.實時振動建模

Sperry-Sun開發了一種BHA動力程序“WHIRL?”，用于預測臨界轉速。該程序由三部分組成：（1）BHA靜力分析采用半解析法預測上臨界點；（2）以有限元程序為基礎計算自熱頻率；（3）S梅椒計算臨界轉速。

WHIRL軟件通過錄井和（MWD）隨鉆測斜數據已經升級到實時模型。常規錄井在模型中使用的數據是底部鉆井結構、鉆壓、轉速、和泥漿比重。這些數據可以從地面一體化系統通過（井場信息傳輸標準）從第三方錄井或通過由鉆井承包商租賃的其他數字平臺監控系統獲得。用于建模的MWD（隨鉆測斜）數據，DLS（狗腿嚴重度），井眼尺寸（如果聲波測徑在使用）。

為了調查由于輸入錯誤信息而出現的誤差，已經對不同鉆壓、井斜以及井眼尺寸進行了敏感性研究。該研究所用鉆具是一個近鉆頭穩定器導向組件。結果表明，相比其他因素的影響，臨界轉速對鉆壓和井斜特別敏感，鉆壓和井斜微小數據的變化可能會導致在相當大的誤差。例如，模型中井斜從1°變成3°，在關鍵的RPM（機械鉆速）可能產生18%的誤差；而鉆壓從8klbs（千鎊）變成10klbs在關鍵RPM預測中可能產生16%的誤差。

2.實時振動建模與數據一體化

沒有現場信息系統，如INSITE?鉆機現場信息管理系統軟件，實時建模與井下振動數據的整合是不可能的。INSITE軟件用于采集錄井和井下數據，運行工程軟件，并對數據進行實時處理和展示。信息集成是通過“各種數據轉化為可用的信息智能”組合，并以信息的方式展示出來。此信息可以通過網絡上的任何工作站查看，這些工作站可能包括：鉆井辦公室，鉆臺，地質師和甲方辦公室，實時衛星或網絡鏈接使得這些數據也可以在基地辦公室進行展示。INSITE系統通過網絡使得平臺信息可以在世界的任何角落進行共享。

本文討論的一體化，實時振動建模和數據系統，于2002年在墨西哥灣進行了首次測試。自井場成功試驗以來，這套系統在墨西哥灣，加拿大東海岸，挪威和北海已經運行了20多口井。從客戶收到的積極反饋之一是，實時完整性系統提供了清晰、有針對性的信息，極大地促進了實時決策。

3.RTOC的一體化系統

一體化振動建模和數據系統在RTOC和其他系統有了進一步的“整合”，并已成為一個重要的鉆井優化服務，該服務已得到客戶的好評。自從2003年一體化系統被應用于RTOC，使用該系統的井場客戶反饋中，沒有任何與振動相關的BHA或MWD故障發生。這樣的記錄表明，實時一體化系統可以顯著提高鉆井性能和效率。由于其巨大的成功，人們也對RTOC其他一體化系統發展趨勢進行了探討。

結論

統計表明，NPT（非生產時間）如卡鉆、MWD/BHA失效、漏失、清潔井眼、井壁穩定等，約占鉆機時間的25%，在復雜地區鉆進的占比更高。鉆井優化技術的出現是降低石油工業鉆探成本的關鍵。

全面的鉆井優化技術應考慮鉆柱的完整性，水力參數管理和井眼完整性。傳統的鉆井過程包括以下幾點：①鉆前運行表；②實時數據處理與監控；③鉆后分析及技術總結。已開發的新技術使得這3個工藝流程在實時的基礎上融合在成為一個。實時一體化的目的是通過協助實時決策來識別不安全的鉆井環境并降低NPT（非生產時間）。

此文中探討的新鉆井優化技術，比如：實時建模、一體化實時模型和數據以及RTOC，將會不斷地發展以滿足充滿挑戰性的可鉆性差的硬巖石、深水、深井、高溫高壓以及孔隙壓力和破裂壓力特別接近的地層鉆井條件。

參考文獻

鉆井技術范文第3篇

關鍵詞：鉆井防斜鉆具

井斜是鉆井工作中一個較為普遍的問題 ,它直接影響著鉆井井身質量和鉆井度。鉆井作業不但要求鉆速快，而且要求井身質量好。井身質量的好壞是油氣井完井質量的前提和基礎。它直接關系到泊氣田的勘探和開發工作是否成功。

1 井斜的危害

（1）對勘探開發的影響

對于勘探工作來說，井斜大了會使井深發生誤差，使所得的地質資料不真實；同時，由于井底遠離設計井位，會錯過油氣層，造成勘探工作的失誤，這對斷塊小油氣田顯得格外重要；如果井斜過大，也會打亂油氣田開發的布井方案。

（2）對鉆井施工的影響

如果井斜過大，惡化了鉆柱工作條件，鉆柱易發生疲勞破壞；易造成井壁坍塌及鍵槽卡鉆等事故；井斜過大，造成下套管困難，套管下入后不易居中，會直接影響固井質量，往往造成面井竄槽和管外冒油、冒氣。

（3）對采油工藝的影響

井斜過大會直接影響分層開采及分層注水工作的正常進行，如下封隔器因難、封隔器密封不好等；抽油井常引起油管和抽油扦的磨損和折斷，甚至造成嚴重的井下事故。

2 井斜的原因分析

（1）地質因素對井斜的影響。

地質條件是產生井斜的重要原因，一般影響井斜的地質因素有:地層傾角、層狀結構、各向異性、巖性的軟硬交錯以及斷層等。人們提出了許多理論，來解釋地質因素導致井斜的原因，其中最本質的是遞呈的可鉆性的不均勻性和地層的傾斜兩個因素。這種地層可鉆性的不均性表現許多方面，再與地層傾斜相結合，導致井眼傾斜。

（2）下部鉆具對井眼彎曲的影響

導致鉆具的傾斜和彎曲的原因一般有以下幾點：首先，由于鉆具直徑小于井眼直徑 鉆具和井眼之間有一定的間隙，所以鉆具在井眼內活動余地很大，這就給鉆具的傾斜和彎曲創造了空間條件。其次，由于鉆壓的作用下部鉆具受壓后必將靠向井壁一側而傾斜，當壓力超過一定值后，鉆柱將發生彎曲，彎曲鉆柱將使靠近鉆頭的鉆具傾斜更大。

下部鉆具彎曲引起鉆頭傾斜，在井底形成不對稱切削，新鉆的井眼將偏離原井眼方向；下部鉆具彎曲使鉆頭受到測向力的作用，迫使鉆頭進行測向切削，也使新鉆的井服將偏離原井眼方向，如圖所示。產生下部鉆具彎曲的原因主要是鉆具和井眼之間有一定的間隙，鉆具有彎曲的空間，當壓力超過一定值后，鉆柱將發生彎曲。

圖1 鉆頭不對稱切削導致井斜

3 井斜的控制措施

3.1 鐘擺鉆具組合控制井斜。

鐘擺鉆具原理如圖2所示，當鐘擺擺過一定角度時，在鐘擺上會產生一個向回擺的力 Gc，稱作鐘擺力， 。顯然，鐘擺擺過的角度越大，鐘擺力就越大。如果在鉆柱的下部適當位置加一個扶正器，該扶正器支撐在井壁上，使下部鉆柱懸空，則該扶正器以下的鉆柱就好像一個鐘擺，也要產生一個鐘擺力。此鐘擺力的作用是使鉆頭切削井壁的下側，從而使新鉆的井眼不斷降斜。

圖2 鐘擺鉆具原理圖

（1） 鐘擺鉆具組合的鐘擺力隨井斜角的大小而變化。井斜角大則鐘擺力大，井斜角等于零，則鐘擺力也等于零。所以，鐘擺鉆具組合多數用于對井斜角已經較大的井進行糾斜。

（2） 鐘擺鉆具組合的性能對鉆壓特別敏感，鉆壓加大，則增斜力增大，鐘擺力減小。鉆壓再增大，還會將扶正器以下的鉆柱壓彎，甚至出現新的接觸點，從而完全失去鐘擺組合的作用!所以鐘擺鉆具組合在使用中必須嚴格控制鉆壓。

（3） 在井尚未斜或井斜角很小時，要想繼續鉆進而保持不斜，只能減小鉆壓進行“吊打”，由于“吊打”鉆速很慢，所以這時多使用滿眼鉆具組合，僅在對軌跡要求特別嚴的直井（段）中，才使用鐘擺鉆具組合進行“吊打”。

（4） 扶正器與井眼間的間隙對鐘擺鉆具組合性能的影響特別明顯，當扶正器直徑因磨損而減小時應及時更換或修復。

3.2 滿眼鉆具組合控制井斜

從上述對井斜原因的分析可知，井斜的原因可歸結為：鉆頭對井底的不對稱切削； 鉆頭軸線相對于井眼軸線發生傾斜；鉆頭上側向力導致對井底的側向切削，我們防斜的措施就是要想辦法克服這三個原因，滿眼鉆具組合就是這樣設計的。

（1） YXY組合的結構

YXY組合一般包括四個扶正器，如圖3所示，自下而上依次為：近鉆頭扶正器；中扶正器；上扶正器；第四扶正器。

（2） 滿眼鉆具組合的使用需要注意的問題：

在已經發生井斜的井內使用滿眼鉆具組合并不能減小井斜角，只能做到使井斜角的變化（增斜或降斜）很小或不變化。所以滿眼鉆具組合的主要功能是控制井眼曲率+ 而不能控制井斜角的大小。

使用滿眼鉆具組合的關鍵在于一個“滿”字，即扶正器與井眼的間隙對滿眼鉆具組合的性能影響非常顯著。在使用中應使間隙盡可能小。設計間隙一般為0.8―1.6mm。在使用中，因扶正器的磨損，間隙將增大。當間隙達到或超過兩倍的設計值時，應及時更換或修復扶正器。

保持“滿”的另一個關鍵在于井徑不得擴大。這要求有好的鉆井液護壁技術，但即使鉆井液護壁技術不好，井徑的擴大總要經過一定的時間才會發生。只要搶在井徑擴大以前鉆出新的井眼，則仍可保持“滿”的效果。這就要求加快鉆速。我國現場技術人員將此概念總結為“以快保滿，以滿保直”。

在鉆進軟硬交錯，或傾角較大的地層時，要注意適當減小鉆壓，并要勤劃眼，以便消除可能出現的“狗腿”。

4 結束語

鉆井技術范文第4篇

關鍵詞：欠平衡鉆井；設備；壓力控制；連續油管；防噴器

一、欠平衡鉆井技術的定義及作用

目前，國內外關于欠平衡鉆井的定義有以下幾種：

API定義：鉆井過程中主體產層流體可流入井眼，并可將其循環到地面，地面可有效控制。

ERCB的定義：設計鉆井液柱壓力低于產層壓力，若液柱壓力不夠低時，在鉆井液中加入空氣或氮氣，較低液柱壓力必然引起地層流體流進井眼，并且這種地層流體必須循環出地面，并在地面進行控制。

CNPC的定義：地層流體受負壓差的作用，向井筒內連續流動的條件下，所進行的有控制的鉆井過程。

欠平衡鉆井的基本概念有多種表述，無論哪種表述都包含以下兩個主要方面，即：第一，井筒環空中循環介質的當量循環密度一定要低于所鉆地（儲）層的孔隙壓力當量密度，這個差值即為欠壓值。第二，地層流體一定要有控制地流入井筒，并把它循環到地面再分離出來。通俗稱欠平衡鉆井技術為“邊噴邊鉆”，關鍵是在鉆井過程中使地層流體連續進入井筒，因此欠平衡鉆井技術的實質就是二次井控技術。因此它是不同于常規鉆井的存在一定技術風險的新型技術。

欠平衡鉆井在勘探開發中的作用主要體現在：

（1）在油氣勘探上，欠平衡鉆井技術可以提高低壓、復雜巖性、水敏性、裂縫性等類儲層油氣的發現和保護，因此，對于油氣勘探來說它是一種油氣層識別技術；

（2）在油氣開發上，欠平衡鉆井技術可以通過有效地保護儲層，提高單井產量，降低開發綜合成本。因此，對于油氣開發來說它是一種油氣層保護技術；

（3）在工程上，欠平衡鉆井技術可以解決低壓地層漏失問題，提高機械鉆速、減少壓差卡鉆。因此，對于鉆井工程來講，它是二次井控技術、保護油氣層鉆井技術、防漏技術和提高機械鉆速的方法。

二、欠平衡鉆井裝備

欠平衡鉆井所用的地面常規裝備有：氮或壓縮氣供應裝置、容 積小且壓力大的注液泵、液-氣混合管匯、節流管匯、鉆屑或鉆井液取樣器、化學劑注射泵、采油分離系統和自動燃燒氣體系統，以下是國外目前比較先進的專用裝備。

1、高壓旋轉分流器-防噴器系統

又稱旋轉防噴器(BOP)。國外有好幾個廠家都有專利產品，其中美國Williums工具公司生產的旋轉防噴頭使用最多，壓力級別最為齊全。該公司供應的高壓系統有7000型和7100型兩種：7000型的靜試驗壓力為21MPa，工作壓力為10.5MPa；7100型包括旋轉控制頭總成、熱傳遞-裝置、遙控監控臺和遙控防爆電源設備。旋轉控制頭總成殼體試驗動壓力可達70MPa，靜壓力為35MPa，工作壓力為17.5MPa。

2、液流導向系統

國外研制了一種電磁閥導向系統，可增加鉆深。馬達被設計成一種金屬對金屬的葉片，采用非彈性體制成的正容積馬達，不會由于失速而使轉速過快。

3、地面分離系統

2006年前后，國外加強了地面分離系統研制，包括壓力額定值為35MPa的地面分離裝置、自動節流系統及各種分離器，這些設備可處理大量液體、巖屑和鉆井液。此外，有一種密封循環分離器，每天可處理566336立方米容量的液流；還有一種高效小型分離器，適用于近海地區。委內瑞拉Mamdbo湖有一口近岸井，為了降低化學劑成本，首次使用密封循環地面分離系統，還使用配有全套連續油管的駁船和2000bbl（原油標準桶）容量的泡沫裝置。泡沫循環液密度降低到179.74～359.4千克/立方米，在分離后，泡沫可再循環使用，以降低配制化學劑和水的成本。

4、隔水管帽(Riser Cap)旋轉防噴器系統

一種回流裝置，所用主要設備是旋轉控制頭，裝在水上隔水管頂部，可代替隔水管系統的滑動接頭、球形接頭和分流器。將高壓軟管接到旋轉控制頭雙流管出口端，可提高井控能力，防止鉆井液流失。高壓機械密封置裝于鉆臺下面的鉆桿與隔水管之間，鉆井液通過軟管回流井下。

5、實用隔水管(Virtual Riser)裝置

該裝置包括旋轉控制頭、封隔器―鎖定總成和環形壓力控制―排放系統三大部件，其中封隔器―鎖定總成是一個經改進的直徑508mm可膨脹套管封隔器，起到控制頭及井口下面套管間的壓力密封作用。其元件是一個3m長的密封，置于660.40～914.40mm套管里面，用遙控船可遙控該封隔器。

6、地面數據采集系統

欠平衡鉆井時，要測量并記錄壓力、速度、氣含量、液含量和溫度，并實時顯示這些數據，避免出現過平衡和井噴現象。該系統可在鉆井作業時，通過與現有鉆井控制與監測系統接口，提供實時信息，還可與動態多相流量模型接口，允許將實際參數與計算參數加以比較。

三、欠平衡鉆井設計

1、欠平衡鉆井取得成功的關鍵

欠平衡鉆井要想取得成功必須做到以下幾點：完全搞清楚油藏和地質情況；選擇合適的欠平衡鉆井技術；合理的設計與多相流計算機模擬和制定應急計劃。

2、欠平衡鉆井參數設計

參數設計主要體現在以下幾點：氣體鉆井主要是設計攜帶巖屑所需要的最小氣體流量；霧化鉆井主要是設計攜帶巖屑和液體所需要的氣體流量；泡沫、充氣鉆井設計氣體流量和液體流量；溢流鉆井主要是設計鉆井液密度和氣體、霧化、泡沫和充氣要用多相流軟件設計。

多相流流動模型：常用的模型有均相流模型、分相流模型和漂移流動模型等；氣體、霧化、泡沫鉆井采用均相流模型，即氣、液兩相的運行速度相同；而充氣、溢流鉆井采用漂移模型，漂移模型考慮了各相之間的相互作用和相對運動，即氣相滑脫速度和油相的漂移速度。

四、對國內欠平衡鉆井技術的建議

1、進一步研究欠平衡鉆井工藝技術

雖然國內對欠平衡鉆井技術已進行了一些理論上的研究，并已取得一些研究成果，但是，研究的范圍較窄，過去的研究工作，主要放在自然形成欠平衡條件下的邊噴邊鉆技術上，其它方式的欠平衡鉆井技術，如使用空氣、氮氣、泡沫、充氣鉆井液進行欠平衡鉆井，還很少涉及到，或者還沒有深入地涉及到，所以需擴大研究內容。

2、加強國內欠平衡鉆井設備系列配套的研制

隨著欠平衡鉆井技術的發展，開發出了一些較先進的欠平衡鉆井地面設備，如旋轉防噴器（額定的動密封壓力已達17.5MPa）、閉式四相分離處理系統等，這為安全、有效地欠平衡鉆井提供了必要條件，有些設備國內有些油田已引進。而國內也早在1980年代就開始進行研制旋轉防噴器和鉆井液/氣體分離器，但這些設備在某些設計結構上及技術指標上，與國外相比，還有一些差距，因此，還需在吸收國外設備先進技術的基礎上，加強國內的研制工作，使其系列配套，滿足欠平衡鉆井的需要。

鉆井技術范文第5篇

關鍵詞：高職；鉆井技術專業；鉆井模擬培訓系統；實訓教學

中圖分類號：G718 文獻標識碼：A 文章編號：1672-5727（2013）07-0171-02

高職鉆井技術專業的培養目標是具備石油與天然氣鉆井專業理論與實際操作基本知識和基本技能，可在石油與天然氣勘探開發生產一線從事鉆井、完井、試油及井下作業等生產技術和管理方面工作的高技能應用型人才。

該類專業是實踐性很強的專業，學生通常在接受了一定的理論知識后，通過相應的實訓和實習來鍛煉素質和培養自身技能。所以，實踐教學是該專業教學的一個重要環節。但實踐教學也是目前教學的薄弱環節，主要體現在學生實踐經驗缺乏、工程意識淡薄、技術及原理講解困難等方面。

目前，高職鉆井技術專業在實踐教學的組織上，采用的方法主要有案例教學、課程設計教學、校內實訓教學和校外實習教學，其中校內實訓教學主要采用仿真模擬教學方法。仿真模擬可以分為物理模擬和計算機模擬兩大類，物理模擬主要通過對實物模型的觀摩認識、講解說明、模擬演示、拆裝練習等方式完成實訓，它的優點是直接、形象、易信，但模型受限、易破壞、難以重用。鉆井模擬培訓系統屬于計算機模擬。計算機模擬在實踐教學中有很多優勢，它可以模擬先進的工藝措施、儀器設備，而且可以重復演示、反復使用，這種模擬是多方面、多角度的。

高職鉆井技術專業鉆井模擬培訓系統的特點

鉆井模擬培訓系統能夠創造出一種以鍛煉受訓者專業實踐技能為目的，與鉆井施工現場非常相似的模擬實訓環境。受訓者在該環境下進行實踐操作，能強化他們對理論知識的理解和掌握，同時也能提高他們將理論轉化為實際應用的能力。以西南石油大學計算機學院開發的DS-7B鉆井模擬培訓系統為例，該系統提供了鉆井現場共23種工況的模擬，每一種工況按照現場施工預先設計了操作程序，受訓者必須按照現場的操作程序一步一步地進行操作才能夠完成相應的工況。而在完成每一種工況的操作過程中，受訓者需要不斷思考自己所學的鉆井工程理論知識，不斷嘗試每一個步驟的操作。DS-7B鉆井模擬培訓系統的絕大多數操作和真實鉆機完全相同，司鉆操作臺、司鉆關井控制臺、遠程控制系統等設備都是按照一比一的比例仿真實鉆機設計，操作者有完全真實的操作體驗和感受。鉆井模擬培訓系統的優點如下。

經濟性 對像鉆井施工這種設備復雜、耗材多的大型工程項目，若使用真實的鉆機進行現場實戰性培訓，其費用是相當驚人的。而鉆井模擬器的使用可以使受訓者在最終接受實戰訓練前，對鉆井施工中的各種工況進行反復練習，達到相當的熟練程度，并大大減少實戰培訓的次數和惡性事故發生的幾率可以極大地減少費用。

可重復性 對于鉆井施工人員來說，除了熟練掌握常規鉆井技術和操作外，對突發性事件也需要進行快速的判斷和處理。在實際鉆井中，突發事件的發生應是盡量避免的。而如果使用鉆井模擬器，則可以重復性地模擬各種突況，使受訓者有足夠的機會接受突發事件的挑戰。

高效性 在具體操作訓練中，鉆井模擬培訓系統省去了對材料、儀器、設備的準備過程，操作完成后，也節省了回收時間。學員可以輕松地對操作過程初始化，有些實際操作只需要按一個按鈕就能完成，這極大地提高了培訓效率。

直觀性 鉆井模擬培訓系統通過大量動畫直觀再現鉆井工藝過程和原理。在DS-7B系統中，可以看到環形防噴器和閘板防噴器開關井的動作，可以看到鉆頭在地層中鉆進的情形。在壓井過程中，可以看到壓井液循環的情形和立管壓力、套管壓力變化曲線，而這些在實鉆現場都是看不到的。

可普及性 由于鉆井模擬培訓系統主要是通過計算機程序結合一些硬件設備來完成相應操作的，它不受實際鉆機設備和材料的影響，也不受時間和環境限制，因此可以在任何油田企業或職業教育培訓部門安裝應用，具有很好的推廣普及性。

鉆井模擬培訓系統實訓教學法的實施

制定鉆井模擬實訓計劃 教師在授課之前應根據高職鉆井技術專業人才培養方案和《鉆井施工技術》課程標準制定鉆井模擬實訓計劃，實訓計劃包括實訓科目及要求、計劃及進度、課時分配、重難點、時間及地點等內容。然后，根據實訓計劃制定課表并告訴學生相應的安排。

鉆井模擬實訓教學的具體方法 （1）觀摩認識。學生第一次接觸鉆井模擬培訓系統時，應該先對整個系統作一個初步了解，內容包括了解系統各部分的名稱和組成、各部分的作用和工作原理、系統的工作原理、操作注意事項、開關系統的步驟、初始狀態的調節、簡單故障的處理等。這些內容可以減少學生在后續實訓中遇到的麻煩。（2）理論講解。每一個工況實訓之前都應有講解說明，講解內容包括該工況最基本的原理，操作時的準備工作、操作步驟、注意事項等。以DS-7B鉆井模擬培訓系統為例，在模擬正常鉆進條件下的關井工況時，必須講清楚什么是關井，為什么要關井，關井的原理是什么，關井要用到哪些設備，“四七”動作是如何進行關井操作的，關井的準備工作和注意事項有哪些。這些內容可以消除學生在實訓操作時的許多疑問。（3）操作示范。理論講解完畢并基本理解之后，由教師對具體的工況進行操作示范，操作示范可以重復2～3次，在操作示范中對每一個操作步驟進行詳細講解。操作示范必須嚴格按照模擬器操作使用指導書進行規范操作，這可能需要教師在上課之前做較長時間的準備。（4）操作訓練。操作示范之后，由學生進行嘗試性操作，也就是操作訓練，這個過程持續的時間比較長，原則是要保證每名學生都有充分的時間來熟練每一個工況的操作，同時注意操作的規范性和準確性。在學生操作過程中，教師要注意與學生的交流互動，對出現的問題進行及時解答并參與探討。（5）操作點評。所有學生操作訓練完成之后，要進行操作點評，當然可以針對某一名學生的情況進行點評，或者對多數學生的共同特點進行點評，指出其操作的可取之處和需要努力改進的方向。（6）實訓考核。實訓考核是校內實訓教學一個很重要的環節。DS-7B鉆井模擬培訓系統設計的考試系統，將實訓考核變得簡單方便。可以預先在主控機上將培訓模式設置成考試模式，這樣每個學生在操作完畢之后，計算機就會對他們的操作給出相應的成績。

鉆井模擬實訓教學的實施 以DS-7B鉆井模擬培訓系統為例，它共設計了23種工況的模擬，這些工況可以概括為6大類，分別是下鉆操作、起鉆操作、鉆進操作、事故及復雜處理、關井操作和壓井操作。在實訓教學中，可以將這6大類工況分為6個項目或6個情境進行組織和實施，每一個項目作為一個獨立的教學單元，有教學目的和要求，教學重點和難點，教學方法和實施步驟，教學效果的評估等。實訓教學最好能與《鉆井施工技術》課程進度相適應，在學生掌握一定專業知識的基礎上，重點講解和訓練每一個項目中的一兩種工況，其余的工況可以作為課外延伸的內容讓學生自己思考和探索，從而有助于他們綜合能力的提高。

鉆井模擬培訓系統的應用效果

鉆井工藝過程變得更直觀 DS-7B鉆井模擬培訓系統的所有操作都是通過動畫展現在受訓者面前的，這些動畫形象地展現了現實的場景、設備動作、人員操作、施工過程，再結合逼真的音響效果，使復雜的鉆井工藝過程變得一目了然。

鉆井工藝操作變得更現實 DS-7B鉆井模擬培訓系統的絕大多數操作和現場是完全一致的，而且很多設備也是按照一比一的比例設計的。比如，剎把的外形和手感、指重表的反映、離合器的操作都和真實鉆機完全相同。這樣，學生就有更多機會接觸并感受鉆井工藝的操作。

鉆井工藝理論變得更有趣 對于一些復雜抽象的鉆井工藝理論，單向和被動的接受通常會使人感覺乏味和無趣。DS-7B鉆井模擬培訓系統可以充分調動人的各種感官和肢體動作，同時結合大腦的記憶、分析、聯想和決策，將所學復雜抽象理論應用到實際中，這樣就使學習變得更有趣味。

鉆井工藝課程教學變得更有效 鉆井模擬培訓教學具有很好的交互性，學生在培訓中完全沉浸在模擬器所設置的鉆井場景中，與虛擬環境之間有多維信息交互作用。學生在定性和定量綜合集成的虛擬環境中，可以獲得對操作對象的感性和理性認識。

鉆井模擬培訓系統發展展望

鉆井模擬培訓系統還在不斷的發展和完善中，其發展趨勢有以下三方面。

精細化 DS-7B鉆井模擬培訓系統主要模擬帶頂驅的電動鉆機在陸地鉆井時的相關操作，隨著鉆井技術的發展，各種鉆井新技術不斷出現，各種鉆井新設備不斷應用，這就需要更為精細的鉆井模擬設備和程序來完成相應模擬。

智能化 DS-7B鉆井模擬培訓系統將具體的鉆井操作設計成了一系列固定的程序，這些程序的智能化程度還不是很高，不能完全按照鉆井現場的操作進行訓練。如果能夠將這些程序變得更智能化，使它們模擬的場景和現場完全一致，就可以進一步提高培訓的效率。

網絡化 DS-7B鉆井模擬培訓系統屬于單機版培訓系統，不能在線升級，也不能提供其他網絡服務。如果鉆井模擬培訓系統能夠和互聯網結合起來，通過網絡實現網上模擬、更新、升級等，模擬培訓功能將會變得更強大。

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