特殊工艺井（精选7篇）
特殊工艺井 篇1
自20世纪末期开始, 世界各大油田和油服机构逐渐加大对特殊井的开发力度, 如水平井、大斜度井等。这些特殊井的开发在减少地表土地占用面积的同时大大增加了井眼与油层的接触面积, 为油井高产奠定基础[1]。下套管固井, 然后射孔完井的防砂较为传统, 但是这两个过程都会对油层产生或多或少的污染, 影响油田的后期开发。裸眼完井技术在钻开油层前先注水泥固井, 然后钻开油层, 这样可以最大程度地降低固井和完井过程中对油层的伤害污染, 同时使油层完全裸露出来, 提高油井产量。使用裸眼完井的方式在油藏开发前期产量较高, 随着地层流体的流出, 地层岩石逐渐松动垮塌, 最终造成地层出砂, 堵塞井眼。所以对于易出砂油层的完井方式, 是否在油井开发初期进行了有效防砂最终决定了油井的寿命。
1 目前的防砂完井方式介绍
筛管与砾石充填相结合的方式是目前最为常用的防砂完井方式。筛管分为割缝筛管、冲缝筛管和精密复合筛管等。砾石充填方式分挤压充填和循环充填等。循环充填是将裸眼井壁或者套管与筛管之间的环空充填满砾石。挤压充填是在环空充填满砾石的同时, 将地层压裂, 把砾石向地层内挤压。砾石一般用颗粒均匀、圆度好的石英砂或者烧制陶粒。这样形成了砾石充填层和筛管多级防砂屏障。
防砂完井施工过程中, 将砾石用携砂液从油管打入井筒中, 一起进入筛管与套管或者裸眼之间的环空, 携砂液接着从筛管缝隙中流入到油套环空中, 砾石则被筛管挡住并逐渐积累, 最终将环空填实。这种方法开始在直井中被大量应用, 现在在水平井和大斜度井中的应用也越来越多。
以往的裸眼水平井防砂一般采用在油层段悬挂筛管的完井方法。近几年, 膨胀筛管的方式也有应用。目前, 采用独立筛管完井的裸眼水平井, 筛管非常容易早早就损坏掉, 主要原因是油层中的原油携带细砂, 在流经筛管进入井筒的过程中, 一直冲蚀筛管缝, 时间长了, 筛管就会被冲出孔洞, 导致地层砂大量进入井筒, 防砂失效, 产油量下降, 情况严重时直接油井报废。膨胀筛管完井时, 筛管入井前外径小于裸眼井壁, 到达预定层位后, 将筛管膨胀外径变大, 挤压在裸眼井壁上, 防止井壁坍塌, 阻止了油层出砂。但是膨胀筛管完井必须保证筛管膨胀后紧贴裸眼井壁, 否则其防砂完井效果与独立筛管是一样的。
所以, 筛管外井下砾石充填完井不失为一种好的防砂完井方式。相比其它防砂完井方式, 该方式能获得更高的油井产量和更长的油井寿命, 防砂效果较好。对于易出砂油层不做好防砂措施会导致许多严重后果, 如对地面和井下设备的磨损, 对环境的污染等, 甚至会产生潜在的井控问题。出砂量比较大的话会导致抽油泵堵塞, 耽误生产, 如果处理不当可能造成油井报废。
2 筛管防砂完井方案分析与优选
油井的出砂程度很大程度上取决于油层流体流出的流量大小, 所以很多油田将油井的产油量控制在油层出砂的临界值之下, 在一些低产量的油井, 该方法确实有效地延长了油井的防砂有效期, 降低了油井的表皮系数。但是对于开发成本较高的油井如海上油田或者人工岛, 该开发方案显然是不合适的。
目前, 有的油田采用化学胶结砂打入地层进行防砂[2], 理论上该方法可以最大程度地保证砾石充填带的稳定, 达到较好的防砂效果, 但是实际上, 该方法导致油层渗透率大大降低, 油井表皮系数急剧增大, 油井不出液, 最终油井废弃。现在的防砂技术包括化学防砂、砾石充填防砂、膨胀筛管或者独立筛管防砂、压裂防砂等。这些技术在以前都有过成功应用的案例, 在大斜度井和水平井中一般采用独立筛管完井或者裸眼砾石充填防砂完井的方式, 砾石充填又有循环充填和挤压充填之分。以前, 套管内循环充填在直井防砂完井中应用较为广泛, 但是该方法施工后油井的表皮系数较高。目前多数水平井和斜井采用先对固井套管射孔, 射孔时避开油层岩石最大主应力位置和方向, 然后进行挤压充填砾石的方式将砾石打入油层裂缝中的防砂完井方式, 最终阻止地层出砂。
压裂防砂和挤压充填防砂方法类似, 都是将砾石充填防砂与压裂技术结合起来, 将地层压出裂缝后, 用砾石将裂缝支撑或者填实, 在防砂的同时也起到增产作用。
当采用独立筛管完井时, 在油井开发初期, 油井产油量较高, 但是随着对油井的不断开发, 这种完井方式缺点就会慢慢暴露出来, 出现防砂失效的情形。一些油井采用独立筛管完井, 没有进行砾石充填, 在生产一段时间后筛管会出现被死油堵塞或者被砂子冲蚀损坏的情况, 此时必须降低油井产量或者进行重新防砂。砾石充填防砂完井能很好地保证井眼的稳定, 并且使油层充实, 避免了油层砂的随意流动。因此该工艺能更好地保证油井产量并起到良好的防砂效果。
3 结语
油田公司通常会充分考虑油井的经济效益, 在经济允许范围内, 选择能保证油井寿命和产量的最可靠的防砂完井方式。同时, 也要考虑油井开发后期的井下作业和二次完井的费用。特别是成本较高、预期产量较高的井更要严谨细致考虑这些综合因素对油井整体开发效益和费用的影响。
目前, 独立筛管完井和膨胀筛管防砂完井的失败率较大, 且后期油井产量下降较快。所以对于水平井和大斜度井等特殊井, 裸眼砾石充填防砂完井不失为一种好的防砂完井方式。特别是对于海上油田、人工岛等高投入、高产出的油井, 裸眼砾石充填防砂完井效果明显。
摘要：随着钻井技术的不断提高, 现在特殊井如斜井和水平井越来越多, 以前的直井防砂完井技术已不能满足其现场需求。同时在行业内, 水平井和斜井砾石充填防砂完井技术也普遍不被看好, 相关研究者认为, 砾石本身所具有的重力会影响砾石在筛管与套管或裸眼井壁环空之间的充填效果。通过深入研究砾石充填机理, 新的防砂完井技术不断出现, 如改变砾石充填位置、改变携砂液脱砂方向等。这些新技术大大增加了特殊井防砂完井的成功率。本文对各种防砂完井方法进行了分析研究, 总结了特殊井防砂完井的特点, 给出了较为合理的防砂完井建议, 对于特殊井防砂完井的进一步发展和提高具有重要意义。
关键词：特殊井,防砂,完井,研究
参考文献
[1]刘言理.水平井砾石充填完井技术研究[J].化工管理, 2015, 10:158+202.
[2]刘言理.水平井充填一体化化学防砂完井技术在海上油田的应用[J].化工管理, 2015, 7:149-150.
浅谈坍塌井特殊修井工艺应用 篇2
1.1 坍塌井之我见
坍塌井在油气勘探、矿石勘探中是很常见的, 因为, 油气井或矿石井的坍塌在一定程度上还是有不稳定因素存在的。也就是说, 它不仅会因为工程施工等专业方面的问题坍塌, 而且也会因为自然因素的问题而坍塌。比如:地质、地下水等自然因素。
1.2 坍塌事故
在我国, 油气行业和采矿业一直是我国的重点工业。随着油气行业和采矿业的发展, 危险当然也是并存的。下面举一个我国油气行业井坍塌事故, 以此来分析。2004年10月, 胜利油田布署在昌潍坳陷潍北凹陷央子洼陷带央5体高部位的央6井, 在炮队取心和钻杆测试时, 划眼到底循环出大量砂子, 最终导致井壁坍塌。类似这样的坍塌事故, 在我国还是有很多的, 只是危害程度大小的问题。这些悲剧向人们发出了警告, 因此, 解决坍塌井事故是现在油气行业人员和采矿人员的一项重要工作。
2 坍塌井事故原因
为了更好的解决坍塌事故, 了解坍塌井事故发生的原因很有必要。一般来说, 坍塌井事故原因有两种:工程因素和自然因素。
2.1 工程原因
(1) 设计的钻井液密度偏低。因为当钻井液与地层泥页岩相互作用而水化时, 相应的合理钻井液密度范围将小于纯力学状态下的合理钻井液密度范围, 这势必会稀释当时设计工程时所配比的钻井液。这也将会使井上限破裂压力降低, 下限坍塌压力升高, 即使钻井液体柱压力平衡了地层孔隙压力, 但是没平衡井眼坍塌压力, 这也容易造成井壁的坍塌。
(2) 钻井液抑制性差, 防塌性能差。这个是由于很难控制低密度无固相钻井液失水量, 且很难在井壁形成性能良好的滤饼, 致使钻探过程中钻井液自由水沿微裂隙进入泥页岩中, 使其发生水化膨胀, 从而使井眼在负压下坍塌。
(3) 其他措施影响。在钻井时会有很多措施, 这也会对井坍塌造成一定的负面影响。比如说:钻进时钻井液返速过高冲刷井壁、开泵过急憋塌地层、定点循环和不适合的起下钻速度均会造成井眼失稳坍塌。还有在预探井时, 长时间的负压钻杆测试和井壁取心也会让井壁的破坏加剧。
2.2 自然因素
(1) 地质条件。这个是最影响井坍塌的原因, 同时这类坍塌事故也最难处理。当要对地下石油或天然气、矿石进行开采时, 势必会影响挤土效应的发生, 从而导致井坍塌事故的发生。比如2004年潍北地区深层井眼坍塌的一个原因就是因为潍北地区孔二段地层以深灰色泥岩为主, 泥岩间夹杂薄层粉砂岩和碳质页岩及煤层, 黏土矿物以伊利石、蒙脱石为主, 水化膨胀不均匀, 降低了泥页岩的内部结构稳定性, 从而造成井眼失稳。
(2) 水文条件。地下水埋藏条件及含水层特征也是会从井底部毁坏井的根基和井壁。比如地下水的硫酸根离子含量过多, 就会产生结晶类腐蚀, 形成一种铝和钙的复合硫酸盐, 俗称水泥杆菌, 该物质结合了许多结晶水, 体积比化合前增大很多, 在混凝土中产生很大的内应力, 使混凝土的结构遭受破坏;另外, 酸性水或弱酸性水对基础的混凝土的腐蚀作用也比较强, 主要是分解类腐蚀, 特别是当基础处在流动的酸性或弱酸性地下水时, 该腐蚀尤为突出。地下水中的其他离子也会对混凝土有一定的腐蚀作用。还有的地下水补给、排水径流会受其临近的河流影响, 从而影响地下水的深度, 进而使井壁的压力处于变动状态, 这也会给井壁造成失稳坍塌。
3 坍塌井特殊修井工艺应用
随着井坍塌事故的频繁发生, 众多的悲剧在继续上演着。为了让井坍塌的事故更少的发生, 笔者提出了以下几点修井工艺:
3.1 更换钻井液体系, 科学配比钻井液密度
从上面的分析当中, 我们可以看到坍塌井事故的一个原因就是钻井液密度的问题。因为, 有一部分的油气公司钻井时用的钻井液是无固相充气钻井液, 这种钻井液体系在一定程度上来讲是有缺陷的。建议可以将其转换为多元醇防塌钻井液。这种钻井液基本配方如下:3%膨润土、0.1%--0.3%烧碱、0.3%--0.5%PAM、3%--5%MMH、0.3%--0.5SJ—1、0.3%--0.5%NPAN。但是要保持一定量的膨润土, 以便在砂泥岩为主的井眼形成优质滤饼, 保护井壁。在配比钻井液密度之前, 要对当地的地层进行地层测试和所取岩心的物性分析, 计算出钻井液的适合密度, 保持近平衡压力钻井, 使钻井液柱压力略大于井眼坍塌压力。钻井液柱压力要把握好尺度, 太大的话会影响周围土层压力, 太小就不能抵抗井眼坍塌的压力。
3.2 科学调整钻井液性能并用好固控设备
钻井时要从以前出现的事故中吸收经验, 这其中比较重要的一项就是科学调整钻井液的性能。如果在钻进的途中发现井眼不是很正常, 就要及时补充PA-1、SJ-1和超细碳酸钙, 这些物质可以增强钻井液的抑制性、润滑性、防塌性, 还能降低滤失量, 形成致密低渗的滤饼, 从而提高井壁的整体强度, 达到稳定井眼的目的。如果井眼正常, 就只要以维持为主, 保持钻井液中的各处理剂含量不变。在钻井过程还要注意的一点就是要用好固控设备, 特别是除砂器和除泥器, 清除多余无用钻井液固相, 以此来控制钻井液密度在设计范围之内。
3.3 防砂工艺
此工艺可广泛用于高滤失层和流沙层的防砂作业。防砂工艺是油气藏开发过程中一项重要的工艺措施, 在油气藏开发和生产过程中起着重要作用。机械防砂是目前常用的防砂方法, 主要采用不同类型的滤沙器或丝筛管砾石充填的方法。该工艺的原理就是让洗井液通过防砂总成的内置洗井通道将底层沉砂冲起后, 缓慢下入防砂总成, 将防砂总成送至预订位置。再坐挂防砂总成, 将防砂管柱安全、准确地做到预订防砂层段。井内的岩石、碎屑和砂砾大部分属于粗大颗粒型, 粉砂含量为微量, 采用割缝筛管防砂能满足该井的要求。
4 总结
在蒸蒸日上的油气、采矿行业中, 钻井是工作的必经手段。通过钻井开采能够给企业和国家带来良好的经济效益, 但是利益往往是和危机并存的。井坍塌的事故给所有行业人员敲了警钟, 引起了行业人员的注意, 这几年, 井坍塌的事故也有所减少, 但还是存在。要避免此类事故的发生, 行业人员在作业的时候应及时、准确的了解井的运行状态, 更加认真的观察周围环境以及自然因素的变化。笔者相信, 通过更多的资金投入, 加强管理, 我国的油气以及采矿行业会更上一层楼。
摘要：本文通过对坍塌井事故的形成和危害分析, 结合全国各地的坍塌井事故实例, 提出了一些关于修井工艺的措施。
关键词：油气、采矿行业,坍塌井,修井工艺
参考文献
[1]刘志明, 孙友宏.干旱缺水地区深水井泡沫钻井技术研究[J].长春科技大学学报.2000, (3) .[1]刘志明, 孙友宏.干旱缺水地区深水井泡沫钻井技术研究[J].长春科技大学学报.2000, (3) .
特殊井管理方案的优化创新与实施 篇3
本矿管理着本油区共13个含油断块,所辖单元油藏类型复杂,原油物性差异大,油稠、结蜡等现象较为普遍。其中辛68、辛15、辛23等断块特殊井较多,全矿稠油井52口,结蜡井31口,其它特殊类(如结盐等)油井23口,这些井总的日油能力约占全矿产量比例的27.4%,成为日常生产管理的重点对象。
针对日常管理难度较大的特殊油井,本矿从自身实际出发,紧围绕油田开发生产的重点和难点,以经济效益为中心,群策群力,除采取常规技术手段外,优化并创新出一系列适用于各类油井的专项治理方案,并在全矿范围内推广使用,为提高油井时率,控制自然递减提供了可靠保障,取得了显著的效果。
1 优化创新特殊井管理办法,提高措施有效率
1.1 稠油井的治理
稠油井具有粘度大、流动性差,井筒、地面输送困难的特点,主要表现为:一是回压高,需掺水或合走,影响精确计量,二是频繁烧皮带、烧电机,影响油井时率,三是光杆缓下甚至下不去倒井,生产周期缩短。
1.1.1 安装双皮带轮
针对油稠井因负荷重造成皮带频繁断脱现象,通过安装使用双皮带轮,增加油井生产时率。
将原5槽电机皮带轮改为10槽,皮带由5v5型优化为5V8型,通过提高皮带强度,增加皮带与轮之间的摩擦力,从而延长皮带使用寿命。如辛6X61井原油粘度28460MPa·s,通过皮带轮改造,皮带断脱频率由2次/月减少为1次/4月。目前全矿已有16口井安装了新型电机皮带轮,改造井平均生产时率提高了0.6%,月均减少产量损失21吨。
1.1.2 套掺热水辅助降粘
针对稠油井井筒里有油而抽不出来的现状,创新实施了通过套管掺热水同时伴加降粘剂实现降粘的措施,确保油井正常生产,取得了明显的增油效果。如辛6X75井原油粘度20046MPa·s,以往每天套加降粘剂25kg,定期锅炉车洗井,但效果不好,月均因光杆下不去、烧控制柜、电机故障、烧皮带等原因共停井29小时。
通过安装地面加热炉,从100米之外的辛6-17油井上接引套管气将污水加热升温至90℃以上再掺进套管,控制日掺水量2m3,同时伴加降粘剂,降粘效果明显,维护洗井频次由2次/月降为1次/2月。
1.1.3 井口加药罐的改造与应用
部分稠油井对降粘剂依赖较大,日加降粘剂超过20kg,这类井一旦药剂未及时供应,就会出现电机、皮带烧、光杆下不去等问题。随着冬季气温降低,药剂容易上冻,加药管线经常堵塞,加药方式也由原来的滴加改为每天倒加,降粘效果变差。为此,我们根据附近是否存在气源,研制出两种井口加药设备,确保了冬季大剂量加药井的连续加药。
(1)改造单井水套炉
单井水套炉炉膛与外壁空间用来存储超导液,这部分体积为1m3左右,可将超导液放出并保存,使用降粘剂代替超导液,通过点火对药剂保温。以辛100X57井为例,该井原油粘度6450MPa·s,进入冬季后,降粘剂在滴加过程中,管线易冻堵。针对这一问题,我们改造旧的水套炉,连接同台井辛100X56套管气,对药剂加温。实践证明,在环境温度近零下10℃的条件下,入井药剂温度可达到40℃以上,加药周期也由1天延长至15天,从而实现了冬季连续加药。
(2)使用简易电加热罐
对于没有气源可用的加药井,通过改造储水罐,以电加热的方式保温药剂。该加药罐主体部位为壁厚6mm的2m3方形罐,用于储存药剂混合液,罐内液位通过液位计读取,药剂流出口安装四分闸门,用来控制药剂流出速度。进水管可连接附近水井流程,并用高压针型阀控制进水量,罐体接入1根3k W电热管负责给罐内液体加热。
以辛100X52井为例,该井原油粘度3799MPa·s,因油稠,日常管理难度大,皮带断脱现象频繁,尤其是进入冬季,每隔10天左右就会因油稠造成光杆缓下甚至下不去而洗井。通过安装新型加药装置,药剂与污水按照1:9比例加入罐内,加药周期由1天延长至10天,加药量能够保证在20kg/天,冬季罐内药剂温度可达35℃以上,实施后一直未出现电机、皮带烧或光杆缓下现象,洗井次数降为零效果显著。
1.2 结蜡井的治理
油井结蜡主要原因是由于流体从井底上升到井口过程中,压力和温度逐渐下降,造成原油对蜡质的溶解能力下降,从而加速原油中蜡质结晶析出并不断聚集直至长大,出现所谓的结蜡现象。现行主要清防蜡手段为热洗清蜡和化学药剂清防蜡,为提高清防蜡效果,分别对热洗及加药技术上进行了优化。
1.2.1 推广应用空心杆热洗
针对油井结蜡,日常维护热洗成为治理这类油井的重要手段,目前热洗方式主要有以下几种:
(1)高压锅炉车套管热洗:该方式最为普遍,是常规的清蜡手段,但洗井液会进入地层而污染油层,含水恢复期长甚至减产。
(2)热油循环车热洗:该方法所用洗井液为原井产出液,对油层污染小,但洗井设备庞大,须由卡车装载,且洗井占产时间长。
(3)空心杆热洗:在洗井过程中,洗井液只在空心杆与油管内流动,未接触地层,避免了油层污染,而且洗井时不占用产量。利用低压锅炉车机动性强,热洗及时,排量适中,升温效果好等优点,洗后不会出现载荷上涨的现象,洗井时通过1寸快速接头连接空心杆与低压炉,实现了全矿11口空心杆热洗的自给自足。
如结蜡井辛109X106,以往高压炉热洗洗后含水3-5天恢复正常。实施空心杆洗井,正常洗井压力2~2.5MPa,入口温度110℃,出口温度65℃,洗井前后最大载荷由79.7k N降至73.6k N。
1.2.2 加药方式的优化
清防蜡剂具有溶蜡效果好,油井见效快的优点,因此套加清防蜡剂已得到广泛应用,但其挥发性强,在日常加药方面,尤其对于液面较深的井,常规的连续小剂量均匀加药会导致药剂大部分吸附管壁,造成挥发浪费,不能有效地清蜡和防蜡,而采用间隔大剂量冲击式加药方法效果会更好一些。我们依据单井电量分析,合理制定加药方案,由每天一定数量的清防蜡剂优化为按周期一次性倒加,提高加药有效率。
以辛1X28井为例,前期采用滴加的方式日加清防蜡剂5kg,每月热洗1次。通过优化,改为每周50kg一次性倒入套管,热洗周期延长至每3月1次,免修期延长64天。
1.3 结盐井的治理
辛176断块为我矿重点区块,部分油井结盐严重,制约油井正常生产。我们以提高盐分在地层水中的溶解度作为抑制油井结盐的主要技术思路,根据盐的溶解度随温度升高而增大的特性,安装单井水套炉,对掺入清水加热,将低矿化度的高温清水代替高矿化度的低温污水,通过升温、稀释,增加盐分溶解度,缓解油井结盐。如辛176X15井2008.10月含水开始上升,地层水矿化度达27万mg/L。随着含水上升,结盐现象日益严重,投产至今因盐卡倒井6井次,免修期最短仅有25天,2009.8-10月实施过套加抑盐剂,未达到预期效果。
通过掺清水,该井日产液增加4.2方,泵效提高了8.4%。2012年8月20日井下电缆烧倒井,生产时间270天,免修期增加了84天,作业过程中未发现结盐。
2 取得成绩及认识
(1)近些年,我们长期遵循“单井深挖潜,人增一吨油”理念,群策群力,以解决影响油井正常生产的突出问题为出发点,积极开展“管理增油”活动,对各类特殊井进行专项治理。2014年,通过强化单井管理,油井检泵周期650天,同比延长76天,倒井率3.4%,同比降低1.6%。
(2)单井管理措施的制定是一个不断优化并完善的过程,需要根据油井不同时期的生产情况变化采取针对性强的管理办法,除采取常规技术手段外,还需配套其它利于生产的保障性方案,提高措施有效率。
特殊井修套打捞技术研究与应用 篇4
辽河油田曙光区块的生产井大部分为稠油井, 由于长期注汽, 油井套管寿命大幅降低, 套管变形复杂。在套变井中经常出现套管弯曲段达到200m左右, 同时伴有错断、破裂、缩径等情况, 针对这类套变井的修复尚未有好的解决办法。常规胀管器类工具在这种情况下基本无法使用, 而铣锥类磨铣工具常有出套、钻具被割断等情况, 导致施工一次成功率低, 影响修井时率。机动采油过程中造成的井下事故的处理上也比较棘手, 捞油抽子上下接头、配重等部件多为非标准件, 常规的打捞工具无法打捞, 不得不通过多种工序转换才能够将其打捞上来, 严重影响了施工效率。
2 研究内容
2.1 特殊井修套
在部分特殊的复杂套变井中, 常常有缩径、破裂、错断、弯曲等情况同时出现。我们设计制定出该种情况下的修套施工工艺和配套工具, 主要包括: (1) 特殊高效磨铣工具 (特制领眼铣锥、打通道专用磨铣工具) 。 (2) 活动肘节。 (3) 钻具保护短节。 (4) 液压扩刀。
特殊高效磨铣工具主要包括特制的高效领眼铣锥和打通道专用磨铣工具这两大类。领眼铣锥主要用于防止在修套过程中容易出套的情况;打通道专用磨铣工具主要针对部分套变井无井眼通道的情况, 这种工具能够有效的找出原井眼通道, 保证不会出套。
活动肘节主要用于套变弯曲情况下的修套施工, 能够有效防止钻具、工具、钻铤等连接扣不被别断, 降低修套施工中不可预见质量事故的发生。钻具保护短节主要用于修套过程中钻具、工具、钻铤容易被划伤割断的情况, 该工具能够有效的保护下井工具的接箍和钻具。液压扩刀主要用于修套后出现的缩径情况, 该工具能够有效对井眼缩径部位进行扩径, 实现补贴、衬管加固或防砂等完井工艺。
2.2 特殊井打捞
针对部分特殊的井下落物, 研制了具有针对性的打捞工具, 该工具综合滑块捞矛和短鱼头捞筒的优点, 能够有效实现非标准件落物的打捞, 解决了非标准件落物给施工带来的困难, 提高施工工序一次成功率, 缩短施工周期。
3 技术原理
3.1 特制高效领眼铣锥
采用示踪原理设计制作, 铣锥的下端可以连接示踪管, 保证铣锥在工作时始终在原井眼内, 有效避免出套, 在施工过程中, 通过示踪管加的钻压在修套时更能有效提高工具的效率。铣锥本体设计制作时, 采用YD合金条、YD合金柱、YD合金块相结合, 通过孕嵌、堆焊相结合的制作工艺, 大幅度提高了工具的使用寿命。有效提高了铣锥各个部位工作面的使用频率, 实现了修套过程中修复和扩径工艺的结合。
3.2 打通道专用工具
打通道专用工具是依据磨鞋而进行改进设计的专用工具, 整体设计采用内凹、台阶式, 各个台阶部位采用YD合金柱与YD合金块相结合, 提高了各个台阶面的工作效率;工具在旋转磨铣时, 能够有效抓住损坏部位的套管进行切割式磨铣, 保证高效磨铣的同时不会出现丢井眼的情况。
3.3 活动肘节
该工具依据汽车的万向轴设计制作, 主要由上接头、球体、球座、下接头四部分组成, 通过球体的自由偏转实现工具整体角度的360°偏转, 通过球体“十”字设计和上接头部位的吻合实现扭矩的传递。通过该辅助工具的自由偏转可有效避免处于套变弯曲段内的工具、钻铤、钻具不被别弯或别断, 实现安全磨铣修套的目的。使用时可以根据套变弯曲的幅度确定使用的数量, 此外, 在示踪修套时, 还可以连接在示踪管的上部, 确保示踪管不会断掉。
3.4 钻具保护短节
采用轴承的原理设计, 通过心轴承受扭矩和拉伸挤压载荷、外部保护轴套实现保护钻具的目的。该工具的外保护轴套可以根据需要设计外径大小, 整体的长度也根据施工需要而定。在修套磨铣施工工艺中, 我们将该工具连接在容易划伤钻杆的井段部位, 通过轴套的旋转达到钻具保护目的, 磨铣时的扭矩和钻压则通过心轴进行传递, 轴内采用修井液进行冷却润滑。
3.5 液压扩刀
该工具采用液压扩张的原理设计制作。在使用时, 通过地面循环系统提供液压动力, 迫使刀片张开, 从而建立循环, 刀片的张开最大为Φ240mm, 张开幅度受地面液压动力大小而定。一般情况下, 刀片的驱动压力为1.5-3.0MPa, 当遇见特殊的井壁时, 需要的液压动力就相应增加。液压动力主要由地面泥浆泵提供, 因此, 当地面提供液压动力越大时, 刀片的扩张度越大, 反之, 地面液压动力越小, 刀片的扩张度也就越小。
扩刀刀片采用硬质合金制作, 当磨损后可以定制相应的刀片进行更换, 而其他的部件不需要进行更换。
设计抗拉强度:150k N。
该打捞筒与其他工具相比具有以下的优点: (1) 打捞范围比较大, 相对常规的卡瓦捞筒只能够打捞一个尺寸的标准件落物来说, 具有更加广泛的实用性。 (2) 相对母锥必须造扣打捞的情况, 该工具更加适合于打捞活动的小件落物, 这是母锥无法实现的。 (3) 打捞行程短, 更适合于打捞鱼顶露出少的落物。 (4) 在退出落物时比较容易, 不会对工具造成伤害。
4 技术要求
活动肘节的设计满足两个条件:一是能够有足够的强度传递扭矩, 二是保证径向360°可自由偏转, 偏转角度在8°左右。钻具保护短节的设计满足两个条件:一是能够有足够的强度传递扭矩, 二是能够有效保护钻具不被划伤或割断。高效磨铣修套工具有效工作时间在48小时以上。扩孔工具必须能够有效扩大井眼直径, 7″井眼扩径后能达到Φ165mm以上。不规则打捞筒的设计必须符合强度及合理实用的要求。
5 现场实施情况
以杜813-45-50井为例:井下技术状况主要是套变, 包括缩径、长距离弯曲变形、破裂、错断这四种情况。套管在H:761.61m处通井遇阻, 打印侧面有刮痕;最小通径约为Φ130mm。该点通过简单修复后探至H:808.52m, 发现钻具弯曲, 铅印为缩径:Φ140-150mm, 对上部套变进一步修整后, 对该点进行修复时发现地层出砂。
针对该井技术状况分析, 常规施工很容易出套。在施工中首先保证修套时下井工具、钻铤、钻具的安全, 确保施工中不出现任何质量事故的发生, 充分利用特殊井修套工具, 历时13天, 成功完成该井修复工作。
6 结论
(1) 与原有工具相比, 特制高效领眼铣锥、活动肘节、钻具保护短节等修套工具有效工作时间大幅延长, 提高了施工效率。施工结束后经检查可重复利用, 使用寿命有很大提高。 (2) 活动肘节和钻具保护短节的使用, 保证了钻铤、钻具以及下井工具的安全, 降低了修套施工中存在的质量风险。 (3) 液压扩刀的使用, 使衬管一次性成功下到预定位置, 保证了完井工艺的顺利进行。 (4) 通过现场试验来看, 特制高效磨铣工具及其配套工具 (活动肘节、钻具保护短节) 、液压扩刀满足现场施工的需要, 保护下井工具、钻铤、钻具的同时, 提高了施工效率, 推广应用前景很好。
摘要：在大修作业过程中, 套变井经常遇到套管弯曲段达到200m左右, 同时伴有错断、破裂、缩径等情况, 严重影响修井时率。通过调查分析, 研制针对性的高效铣锥、活动肘节、钻具保护短节、液压扩刀等工具, 显著提高了大修施工效率。
关键词：套变特殊井,套管,大修,磨铣,打捞
参考文献
[1]陈浩等.用有限元法对下步钻具组合的动态分析[J].石油学报, 1991, 12 (3) :120-127.
[2]苏华等.钻柱力学发展综述之三:钻柱动力学[J].大庆石油学院学报, 1994, 18 (3) .
探析超高速电梯井道的特殊设计 篇5
随着人类的不断进步,高层建筑大量涌现,高楼必备的垂直交通工具——电梯技术也得到飞速发展。由于国家标准规定电梯从最底层到最高层的运行时间不能超过30秒,因此,随着楼高的不断攀升,电梯速度也在不断增加。本文所谓的超高速电梯指的是速度超过6.0m/s的电梯。
与水平交通工具相似,一般来说,当电梯速度过低时,空气阻力对轿厢运行的影响可以忽略不计。但是当电梯的运行速度过高时,此影响就会成为决定轿厢运行平稳的重要因素,需要进行减小及排除处理。由于轿厢运行在狭长的井道内,速度过高时,运行前方的空气会被急剧压缩,产生压力波。另一方面,一般轿厢与井道之间的间隙在850mm左右,相对较小。电梯运行时,此间隙间的气体会被急速摩擦,在垂直方向产生较大阻力,同时由于轿厢周围间隙不均,高压气体对轿厢水平方向的平衡也会产生冲击。对乘坐的舒适性及运行安全性都会产生较大影响[1]。
那么,如何避免及解决超高速电梯运行时的气动问题,是一项非常具有现实意义的课题。
1 超高速电梯运行中的气动问题
目前超高速电梯的制造、安装和验收没有严格的国家标准,各种速度的电梯标准一样。一般来说,判断电梯的好坏,噪声和振动两个指标非常重要。超高速电梯运行时,轿厢内噪声≤60d B,垂直方向的振动加速度≤25cm/s2,水平方向振动加速度≤15cm/s2[2]。
目前行业上对超高速电梯减振减噪的研究有两个方向:电梯本身的机械系统及轿厢周围气动影响,一般来说电梯本身机械系统的改进由相应的生产企业完成,此类研究成果较多,成果应用相对成熟。由于气动方面的研究需要投入大量的物力精力,一般企业不会进行相应的研究,只能由科研院校来承担完成。因此,此类研究成果相对较少。只是随着电梯速度的不断提升,气动问题的影响在最近几年才受到重视,也取得了相应的一些研究成果,但是还远远不能满足实际需要[3]。
电梯运行时,从空间及气压大小两方面考虑,可以将井道分为四个部分,如图1所示。第一部分为截面D-D之上与截面A-A之下,此空间内的空气可认为不受轿厢运行的影响。第二部分为截面A-A与截面B-B之间的空间,由于轿厢运行时的诱导风压,这部分空间的气体速度会较快上升。第三部分为截面B-B与截面C-C之间的空间,电梯运行时,两个截面之间的气体从轿厢的前侧通过轿厢与井道的间隙绕到轿厢的后侧。第四部分为截面C-C与截面D-D之间的空间,该空间内的气体速度会沿着运行方向逐渐减小。
根据前文分析,井道内的高速气流会对轿厢会产生风阻噪声和横向振动等两个不利因素,会严重影响轿厢的乘坐舒适度及运行的安全性,同时也会降低产品的使用寿命。
(1)产生风阻噪声[4]
根据图1所示,当电梯在井道里超高速运行时,轿厢前被急剧压缩的气体以及轿厢与井道之间缝隙处的气体都会对轿厢产生较大影响。尤其是缝隙中的气体影响更大,该气体受到井道壁空间的限制,在运行时,会与井道壁以及轿厢壁快速摩擦,产生类似于气缸活塞运动引发的空气流动,称之为活塞风[2]。此类风会产生很大的风阻,这些阻力与轿厢作用,就产生风阻噪声。同时气流在厢体尾部会生产很大分离和不连续的漩涡,轿厢尾部会形成一段时间的“空穴”,由轿厢尾周围的空气就近补充,这个过程也会产生涡流噪声。
如对气压不进行任何控制,瞬间的快速上升或下降会造成轿厢内的气压发生急剧变化,而使轿厢发生抖动,甚至会产生共振现象,轿厢内的乘客很难适应。另外,高速气流也会破坏井道内的部件,例如会使选层器叶片、随行电缆等发生振动,与其他部件或井道壁发生碰撞,严重缩短其使用寿命。
(2)产生横向振动[5]
如图2所示,由于轿厢四面到井道壁的距离不同,且相差较大。水平来看,电梯在井道中呈现不对称放置,电梯四周的气体量不同,在轿厢四周产生的气压也不同,此时电梯在运行时会受到侧向力及倾覆力矩,使轿厢产生横向振动。
2 气动噪声的解决方法
由于轿厢是在封闭狭窄的井道中运行,要想避免“活塞风”现象的产生,使轿厢平稳运行,就需要对超高速电梯的井道进行特殊设计。根据一些学者的理论模拟计算及笔者的实际工作经验,提出以下几点改良措施,以供探讨。
(1)尽量避免单井道
对于同时使用多台超高速电梯的楼宇,要尽量避免使用单井道设计,而是尽可能的采用通井道的形式,如图2所示。
对于单井道而言,电梯轿厢在一个完全密封的空间内运行,与打气筒类似。轿厢运行时,其周围的受迫气体不能及时外排,形成高速气流,与井道壁及轿厢壁激烈摩擦,产生风阻噪声。
通井道至少有一面没有墙壁,轿厢运行时,气体环流顺畅,能够较好的避免活塞风的产生,轿厢运行平稳。
(2)增加井道面积
该方法可以有效减小风压对电梯运行效果的影响,但是却相应增加了建筑及电梯生产制造成本。因此,需找到一个临界点,即在最小成本下,设计井道尺寸,使其满足超高速电梯的运行要求。那么对于一台额定载重量一定的超高速电梯,井道尺寸应该取多少才是合适的呢?根据理论模拟计算及实际设计经验,对于速度大于6m/s的超高速电梯,其井道布置主要参数一般做如下定义:
A≥300mm,B≥150mm,C≥100mm,如图2(a)所示,其中A:轿厢外壁到井道内壁距离;B:轿厢外壁到对重相邻面的距离;C:对重面到井道内壁距离。
(3)在井道特定处对外做自由通风处理
为了避免风阻噪声的产生,可以在井道特定地方设置相应的卸风孔,将高速气流引走,可以有效降低风压及减少活塞效应。
1)层门处开风压窗口
层门门头是突出于井道壁的,即当电梯轿厢运行至层门时,轿厢与井道壁的间隙突然减小,等于高速气流再次遇阻,此时会产生更大的风阻噪声,同时也会对门头部件产生破坏作用。为了避免该现象的产生,设计井道时,一般在层门的上方开对外的通风窗口(如图3所示),以使高速气体向外排放,减小气压。
2)机房地板上开通风孔
当电梯轿厢运行至最高一层时,高速气体被挤压在轿厢与顶板之间,同样会产生很大破坏作用。因此须在机房地板上开通风口,以使气流顺畅流出。通风口大小一般为500mm×500mm。
(4)井道内相关部件的特殊设计
井道内安装有大量的机械及电气部件,轿厢运行时产生的高速气流会对这些部件产生相应的破坏作用,从而导致电梯故障的产生。因此,需对一些部件进行相应的特殊设计。
1)选层器叶片设计
选层器叶片厚度要加厚,一般由普通电梯的1.0mm增加到1.5mm。同时选层器叶片的安装支架由原来的一个增加为两个。以上两个改进可以有效防止电梯运行产生的风压引起叶片震动,从而较少噪音,防止部件损坏。
2)随行电缆防护装置设计
由于电梯的随行电缆是挂在轿厢的下边,随轿厢一起运行。超高速电梯一般用在运行高度较大的大楼内,随行电缆比较长,运行时会左右晃动,甚至有可能钩住井道内的其它部件,造成电梯故障的产生。因此需要进行相应的特殊设计。
(1)采用开放式线槽,可以防止随行电缆摆动。尤其采用通井道时,可以有效避免其进入相邻的井道,避免勾住井道部件的危险。
(2)在线槽上面固定磁铁,可以随时吸附随行电缆,防止其左右摆动。
3)层门的特殊设计
为了防止高速气流从层门缝中卸出,对乘客造成伤害,超高速电梯的层门需采用迷宫式双层门板结构,如图4所示。门套与门板要互扣,减小缝隙。同时增加门头悬挂件挡风板和盖板,增加护脚板盖板,并且将层门护脚板直接下边缘直接固定在井道壁上。从而减小气流对护脚板冲击所产生的噪音,同时保护部件不受破坏。
3 结论
由于超高速电梯在国内还处于起步阶段,其运行的安全性、舒适性等很多难题尚待解决。本文所述方法都是经过具体项目实践检验过,是切实可行的。但是这些方法只能尽量减小噪音和振动,不能从根本上避免二者的产生。希望国内专家学者及工程人员共同努力,加快国产超高速电梯的发展。
参考文献
[1]梅尚先.浅析超高速电梯的关键技术及应用[J].机电工程技术,2007(7):74-77.
[2]付朝学.浅析超高速电梯的噪声和振动控制[J].科技资讯,2010(5):146.
[3]周志翔,刘剑.超高速电梯发展中存在的问题与研究方向[J].控制工程,2003(5):1-4.
[4]李晓冬,王凯.高速电梯气动特性研究与优化[J].哈尔滨工业大学学报,2009(6):83-85.
特殊工艺井 篇6
1 煤矿建井过程中常见的特殊施工条件
对煤矿建井施工能够产生一定影响的常见的特殊施工条件主要以断层的影响及其它冲击层、流沙层、岩石结构为首, 以其它可能遇到的发掘风险为辅, 给矿井工人的建井施工带来一定技术上的难题和安全上的威胁。这些施工过程中的威胁不但影响施工的工期, 更存在安全上的隐患。
1.1 煤矿建井特殊施工条件中因断层结构受到的影响
断层结构是一种常见的地质现象, 也是煤矿施工建井经常会遇到的一种特殊的地质结构。对于煤矿的建井施工来说, 断层对煤矿建井施工的影响不仅仅与断层结构之间的落差和倾角有直接的关系, 还与断层结构在矿井发掘的走向上有一定的关系。一般来说, 只有确定了断层结构之间的落差和倾角, 并对断层结构在一个矿井内的走向有足够认识的基础上, 才能对断层结构对煤矿建井施工的影响更进一步的研究, 为今后的建井施工保驾护航。
1.2 其他特殊因素下的煤矿建井施工条件
由于煤矿的施工应以原煤的存在位置为主要的施工方向, 因此在建井施工的过程中常会遇到不同地质条件的考验。除比较棘手的断层结构外, 松软的冲击层、流沙层结构的地质条件也是煤矿建井施工的一项巨大的考验。除地理条件外, 天气情况也是一个影响的因素所在。在雨雪天的施工操作也应该进行特殊的施工处理, 随着井田开掘深度的增加, 井田面积的扩展, 瓦斯、通风、岩爆、防尘、排供水、提升运输等也都需要施工人员在施工的过程中进行特殊处理。
2 特殊施工条件下建井施工的解决设计方案
在特殊的施工条件下, 我国建井施工主要采取冻结法凿井、淹水沉井法凿井、钻井法凿井等凿井方法来应对不同的建井特殊施工状况。这些建井施工的方法能够在不同的地质条件下灵活的应用, 为当今特殊施工条件下的建井施工提供了技术上的支持和安全上的保障。
2.1 煤矿建井施工采用冻结法凿井的施工方案
冻结法凿井的施工主要是利用物质的气化过程所吸收的热量来使得土体中的水分冷却、结冰的目的。这种方法的制冷系统主要以氨作为制冷的物质, 由氨循环系统、盐水循环系统、冷却水循环系统三大循环系统构成。液态的氨经过一系列的反应变为气态, 再由气态变为液态, 如此反复来达到冰冻的效果。近年来, 冻结法凿井施工技术的应用越来越广泛, 在越来越多的煤矿建井施工中得到了实际的应用。在一些特殊的施工条件下, 如在冲击层较厚的煤矿建井施工中, 冻结法能够起到既安全又高效快速的效果, 是当今矿井建井工程的一种重要的方法。
2.2 煤矿建井施工采用淹水沉井法凿井的施工方案
淹水沉井法是沉井法的一部分, 除了淹水沉井法外, 还有不淹水沉井法。淹水沉井法主要分为两类, 即泥浆沉井和压气沉井。淹水沉井凿井技术的实质就是将井筒设计的位置上预置好底部附有刃脚的一段井筒, 在其掩护下, 井筒不断的掘进出土并依靠自己的自身的重量不断的下沉, 反复进行此操作就能下沉到设计的位置。一般的操作设计是将沉井的井筒内灌满水以保持井内外的水压平衡, 防止地表塌陷。与此同时, 在井筒的外壁灌注触变泥浆或者施放一定量的压气以减少沉井侧面的阻力。在井筒下降的过程中不断的就成下降的角度, 防止发生角度的偏移。淹水沉井法对土层不均匀、地层倾斜、软硬不一的地质条件有较好的施工效果。但值得注意的是, 在这种条件下的施工中, 一定要保证井壁和刃脚的施工质量, 防止降水迫降和突沉, 防止沉井的偏离。
2.3 煤矿建井施工采用钻井法凿井的施工方案
钻井法凿井技术是当今应用最为广泛的一种煤矿建井技术, 它可以应用于任何结构和状态的地层之中, 是一种广泛的煤矿建井施工手段。一般来说, 在井筒直径较小的情况下和岩层较软的情况时可以采用钻井法凿井。钻井法具有节约施工时间, 缩短工期的优点。尽管利用钻井法凿井在遇到岩石地质时会遇到一些困难, 但相对于其他的凿井方法来说还具有一定的优越性。钻井法的工作原理是利用钻头来钻破难以挖掘的岩石类的结构, 再利用洗井液进行洗井排渣和护壁。钻井法能够实现所有的建井施工工作在地面上进行, 这不但减轻了工人的劳动强度, 而且还具有安全高效、质量合格的优点。
结束语
建设矿井是煤矿安全生产的一项重要的内容, 由于煤矿的建井施工工作情况复杂, 在各种特殊的施工条件下会产生一定的危险性, 所以要对各种特殊施工条件下的煤矿建井施工有足够的重视。随着科学技术的逐渐提高, 越来越多的煤矿建井挖掘技术应用到了实际的开采之中。面对不同的地质结构和施工条件, 施工人员必须要采取灵活的施工方法来应对。
参考文献
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[4]张彦宾, 高昆, 张付立.浅谈煤矿建井施工企业加强安全生产工作的基本思路[J].重庆城市管理职业学院学报, 2013, 2.
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昌试1井煤层气掏穴井施工工艺 篇7
(1) 设计数据。设计井深910 m, 地面海拔标高为+1 226 m, 设计目的层为侏罗系中统西山窑组, 设计完井层位为侏罗系中统西山窑组, 完钻以钻穿西山窑组下段8#煤40 m为准, 拟采用5#煤洞穴完井。
(2) 实际施工数据。实际井深为1 106.00 m, 地面海拔标高为+1 223.50 m, 目的层和完钻层位与设计数据相同。完钻以钻穿西山窑组下段8#煤38 m为准, 实际采用8#煤洞穴完井。其中, 玻璃钢套管位置在1 060.28～1 068.50 m, 造穴井段位置为1 062.00～1 067.00 m。
1钻探目的
(1) 取全、取准煤层气含量、物性、产能等各项资料, 评价准噶尔盆地南部地区煤层气可采性和产能, 兼探砂岩含气性。
(2) 总结准噶尔盆地南缘煤层气成藏规律, 寻找高产富集区, 评价煤层气勘探前景。
区内煤层气勘探工作基础薄弱, 因此在开展煤层气勘探的同时, 必须相应进行跟踪分析和综合研究, 深化认识, 在寻找富集区带的同时总结成藏规律。
2地层概况
昌试1井钻遇地层情况自下而上介绍如下。
(1) 中生界侏罗系中统西山窑组下段 (Jundefinedx) 。该段为一套湖泊相、湖滨相、泥炭沼泽相沉积, 岩性主要为灰色、深灰色粉砂岩、砂岩、泥岩、砂质泥岩及煤层互层, 钻遇厚度为121.0 m (未穿) 。该段为西山窑组主要含煤段, 钻孔见煤共6层 (51#、52#、61#、62#、7#、8#) , 总厚度27.40 m。
(2) 西山窑组中段 (Jundefinedx) 。该段覆盖于西山窑组下段之上, 主要由湖滨相、湖滨三角洲相的含煤岩屑沉积而成, 岩性主要为灰色、灰白色粗砂岩、中砂岩、细砂岩与泥质粉砂岩、粉砂岩互层, 钻遇厚度166.0 m。该段为西山窑组次要含煤段, 钻孔在874.00～875.00 m、930.00～931.00 m、940.00～941.00 m、986.00～987.00 m分别见4层煤线。
(3) 西山窑组上段 (Jundefinedx) 。该段主要由湖滨相、湖滨三角洲相至浅湖相的沉积旋回组成, 岩性为灰色、灰白色含砾粗砂岩、中砂岩、细砂岩与灰色、深灰色泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩互层, 钻遇厚度198.0 m。
(4) 中生界中统头屯河组 (J2t) 。该段为一套以河流相、湖泊相为主的半干旱条件下的杂色碎屑沉积, 主要岩性为灰色、灰褐色粗砂岩与泥质粉砂岩、粉砂岩、砂质泥岩互层, 不含煤, 钻遇厚度381.0 m。与下伏西山窑组呈平行不整合接触。
(5) 中生界上统齐古组 (J3q) 。该段为一套以湖泊相为主的半干旱条件下的杂色碎屑沉积, 主要岩性为灰色、紫红色、紫褐色泥岩、粉砂岩、细砂岩互层, 不含煤。钻遇厚度229.7 m。与下伏头屯河组呈整合接触。
(6) 新生界第四系 (Q) 。该段为土黄色未胶结的黏土和砂砾互层, 钻遇厚度9.1 m。
钻遇主力煤层情况见表1。
3钻井施工简况
昌试1井由河南省煤田地质局二队221井队承担钻井施工。该井于2006年9月18日一开, 使用Ø311.1 mm牙轮钻头钻进至77.51 m, 下Ø244.5 mm×8.94 mm表层套管, 下深77.51 m;固井施工时, 注入G级油井水泥 5.0 t, 水泥浆密度最大1.93 g/cm3, 最小1.88 g/cm3, 平均1.90 g/cm3, 水泥浆返出地面, 符合技术要求。
(1) 一开钻井液体系:
水基钻井液。于2006年10月2日二开, Ø215.9 mm牙轮钻头及Ø215.9 mm PDC钻头钻进, 12月23日井深达1 101.85 m, 进行标准测井和综合测井, 12月26日钻进加深, 至1 106.00 m完钻。12月27日下入Ø177.8 mm×8.05 mm气层套管, 下深至1 102.52 m。12月28日固井。12月30日声放磁测井, 软探人工井底至1 097.0 m, 水泥返高540 m;套管柱密封试压, 10 MPa/ (30 min) , 压降为0, 试压合格, 满足后期试气排采要求。
(2) 二开钻井液体系:
水基钻井液。于2007年1月1日使用Ø148.00 mm锻铣钻头锻铣玻璃钢套管, 1月7日使用Ø148.00 mm掏穴刀造穴、循环清洗井筒, 1月11日完井, 造穴井段在西山窑组8#煤 (1 062.0～1 067.0 m) , 造穴直径0.5 m, 符合造穴技术要求。
昌试1井套管、固井数据:①表层套管钢级为J55, 外径为244.5 mm, 壁厚8.94 mm, 内径为226.62 mm, 下入深度77.51 m, 联入1.20 m, 固井时井深为77.51 m;水泥为G级油井水泥, 水泥用量为5.0 t, 水泥浆密度为1.90 g/cm3, 水泥塞面深66.79 m, 水泥返至地面。②气层套管钢级为N80, 外径为177.8 mm, 壁厚为8.05 mm, 内径为161.7 mm, 套管总长1 101.62 m, 下入深度为1 102.52 m, 联入0.90 m, 阻位为1 100.05 m, 短套管位置为988.40～990.92 m;玻璃钢套管位置为1 060.28～1 068.50 m;固井时井深为1 106.00 m;水泥为G级油井水泥, 水泥用量为36.0 t, 水泥浆密度为1.85 g/cm3, 水泥塞面深为 1 097.00 m, 水泥返高为540.00 m。
该井完钻井深为1 106.00 m, 超出设计井深196.00 m, 无心钻进1 045.86 m, 取心钻进60.14 m, 共取出岩煤心55.72 m, 平均收获率92.7%。全井最大井斜角9.989° (在井深1 068.75 m处) , 方位177.098°;井底闭合位移51.77 m, 闭合方位184.0°。建井周期分解见表2。
钻进主要设备:①号SPS-2000型钻机1台;②TBW-1200/7B型泥浆泵1台;③发电机组2台;④12V135/240HP 6135AN-2与WD240TK28型柴油机 (功率为280 kW) , 分别为2台与1台;⑤JNS-1型除砂器1套;⑥JJ50/24A型井架, 荷载500 kN;天车为TC-50型, 荷载500 kN;YC-50型游动滑轮, 荷载500 kN;SLT-30型水龙头, 荷载300 kN;DG-50型大钩, 荷载500 kN;⑦SQ单点测斜仪1套;⑧绳索取心组合钻具2套;⑨绳索取心绞车2台。
4井身结构
昌试1井第四系深度10.30 m, 为了防止井塌, 保证孔内安全, 下入Ø425 mm×6 mm导管10.30 m, 有效封固了表土层, 在钻进到井深77.51 m时下入Ø244.5 mm×8.94 mm表层套管, 直接封固第四系与齐古组的不整合接触面, 避免了二开钻进过程中井塌、卡钻等事故的发生。完井井身结构数据见表3, 井身结构如图1所示。
5钻井设备及参数的选用
5.1钻头
(1) 根据设计及该区地层情况, 一开选用3A311.1/H517钻头钻进, 采用低钻压、中钻速及小排量, 保证一次开眼成功。
(2) 本区地层既有湖泊相沉积, 也有河流相沉积, 岩层岩性变化频繁, 软硬变化快, 在钻进过程中, 应关注钻进进尺情况, 适当选择Ø215.9 mm牙轮或PDC钻头, 尽可能提高钻进效率。钻头使用情况及钻井参数统计见表4。
5.2钻具
为了使机械钻速达到较为理想的水平, 在一开及二开正常钻进阶段主要采取了塔式钻具组合, 同时为了控制井身质量, 在防斜纠斜阶段及钻进取心阶段选用了不同的钻具结构, 在锻铣玻璃钢套管及造穴阶段又使用了另一种钻具组合, 既控制了井身结构, 又提高了钻进效率。不同阶段使用的钻具组合见表5。
5.3钻井参数
在上部地层采用高钻速、中钻压钻进, 有效提高了钻进效率。轻压吊打防斜、纠斜钻进过程中, 选择了低钻压和较低转速钻进。钻开煤层后, 为了保持井壁的稳定性, 选择使用了低钻压、低转速、小排量钻进。钻井参数统计情况见表6。
6掏穴工艺及技术措施
6.1锻铣玻璃钢套管
使用Ø148 mm的PDC锻铣钻头锻铣玻璃钢套管。下钻前, 试验锻铣钻头的性能及参数, 打开泥浆泵后, 刀具伸缩自如, 然后开始下钻。当下钻至井深1 062.00 m时, 先打开泥浆泵, 采用低转速缓慢旋转, 且试着下放钻具, 钻具能被托住后, 加大转速、钻压, 锻铣玻璃钢套管, 锻铣井段1 062.00～1 067.00 m, 共计5.00 m, 采用清水锻铣, 钻压12～24 kN, 转速20～40 r/min, 泵压4 MPa, 排量16 L/s。
锻铣玻璃钢套管的操作方法:①锻铣刀下井前, 必须认真检查, 并开泵试验, 取得打开刀头的排量与泵压等正常工作参数, 避免下井后锻铣工具刀翼打不开。②锻铣刀下井前, 必须在接头处安放滤网, 在最后一根钻杆处安放滤网, 避免锻铣后刀头收不起来。③锻铣开始和结束的位置要计算准确, 控制准确, 玻璃钢套管锻铣开口后才能正常锻铣。④工具下放到掏穴井段后, 要先开车慢速回转并试开泵, 泵排量逐渐增大至试验值。如果扭矩大则减小泵量, 这样可以减小刀体的直径, 使回转阻力变小。逐步调整好泵量达到刀体最大时, 可以给压钻进实施铣割作业[2]。⑤锻铣时, 应严格控制锻铣速度, 锻铣速度要慢, 一般一根玻璃钢套管需要锻铣8 h左右。⑥锻铣结束后, 要对锻铣段进行多次划眼, 清除残余玻璃钢, 为掏穴打好基础。
6.2造穴
2007年1月7日, 下入Ø148 mm水力机械联合扩孔钻头, 从1 062.00 m处开始造穴, 一直造穴至1 067.00 m, 洞穴直径0.50 m。采用清水造穴, 钻压12～24 kN, 转速20～40 r/min, 泵压4 MPa, 排量16 L/s。
2007年1月10日17:30下钻洗井, 至1月11日14:00完井, 共返出煤屑约1.0 m3。
造穴操作:①掏穴前应将井内的岩屑冲干净, 确保井眼畅通。②掏穴刀下井前, 必须认真检查, 并开泵试验, 记录打开刀头的排量与泵压, 注意观察工具开合是否灵活、打开后的直径是否符合设计要求。③掏穴刀下井前, 必须在接头处安放滤网, 在最后1根钻杆处安放滤网, 避免水路堵塞影响造穴速度。下钻时要稳、慢, 防止刀具碰撞套管或损伤刀刃, 一旦遇阻应上提钻具, 人工回转钻具后试着下放, 顺畅后继续下钻, 否则起钻通井[3]。④造穴中, 为防止对储层的伤害, 钻井液应使用清水, 避免使用泥浆堵塞储层的割理裂隙。⑤造穴的开始位置和结束位置要计算准确, 控制准确, 掏穴刀完全打开后才能正常造穴。⑥开始造穴时, 要先开钻机后开泵, 钻机慢转, 泵排量逐渐增大至试验值。⑦造穴时, 严格控制造穴速度, 造穴速度要慢, 注意蹩钻, 一般一根玻璃钢套管的长度需要1个班左右的时间造穴。⑧造穴结束后, 要对造穴段进行多次划眼, 使造穴段具有足够大的直径。⑨造穴后, 提钻带钻头下入井内进行通井、洗井, 将沉渣段内的沉渣及煤屑冲洗干净。⑩在造穴及洗井过程中, 必须及时捞取煤屑, 并堆放在一起, 以便计算掏穴直径。洗井结束, 将钻具下到井底硬探人工井底, 确定沉渣段长度。
7结语
昌试1井钻井施工历时4个月, 此次施工中使用的掏穴工艺和技术措施不但缩短了施工工期, 降低了施工成本, 且有效保证了钻井工程质量, 也为今后煤层气掏穴井勘探施工奠定了坚实基础。
参考文献
[1]李胜利.昌试一井录井报告[R].廊坊:中国石油天然气股份有限公司廊坊分院, 2007.
[2]胡向志.煤层气掏穴井钻井工艺浅析[J].中国高新技术企业, 2010 (17) :133-134.