同步钻完井技术提高井眼极限延伸能力

当前大位移井(ERD)技术虽然应用广泛,但还存在瓶颈。目前井深一般受限在约12千米内,水平位移也不到10千米。本文介绍了一种能够同时钻井和完井的技术,可以大幅扩展钻井作业范围,最终目标是完成井深30千米井筒的建设。井深更大意味着利用现有生产设施能够开采到更远的油藏,并且拥有进入环境敏感区域储层的能力。

该技术能建立超长延伸井眼的核心模块是多封隔器滑动牵引单元和双套管钻井系统(套管内带油管)。封隔器滑动牵引单元有两个主要功能:沿着井眼长度连续的井控和提供轴向牵引以克服摩阻。另外牵引封隔器可提供稳定底部井眼的“钻井台”以避免例如粘滑跳钻等钻井不稳现象。双套管钻井系统提供钻井液循环通道,使井底岩屑返至地面。钻井液从套管与内部油管环空泵入,岩屑从内部油管排出,确保了低压耗的有效岩屑运移。

该技术创建了一种建井新方法。在钻井作业期间,封隔器封闭环空,维持同一个井径钻至最终靶点。利用导向钻井模块执行钻井作业,双层套管取代了钻柱,钻屑通过内层油管运移至井口。管柱在钻井过程中不旋转,而是由牵引系统向前

牵引。该牵引系统由多个牵引装置沿管柱以120米的间隔组合而成。防砂筛管、传感器与控制系统等完井工具都集成在双层套管中。

这一概念有两种实现方式:针对12 1/4井眼的套管钻井系统和针对8 1/2井眼的尾管钻井系统。目前该项目重点集中于尾管钻井系统。在尾管钻井技术的基础上,形成了一套尾管钻井解决方案。可从现有的生产套管鞋位置将井延伸。由于部署尾管的极限深度受限于生产套管鞋的深度,该方案下建井深度最高可达20千米。尾管是通过标准钻杆下入井底,因此传统的钻机设备可用于该项钻完井作业。相比之下,完整的套管钻井技术可钻至更深的井,实现30千米井筒的建设,但需要对地面设备进行大量的改造。尾管钻井系统的主要设备是双层管柱的循环系统与多个液压动力牵引装置,该装置用于克服机械摩阻并提供钻压。尾管系统利用下入工具安装在钻杆上,该下入工具除了连接地面与底部钻具组合(BHAs)之间的数据通信之外,还提供灌浆功能并可切割回收。通过施加液压可使封隔器径向膨胀,一旦封隔器膨胀,就可向牵引装置滑套的任一侧提供驱动压力,从而施加相对于井眼的牵引力。沿着压力所作用的侧面,可将尾管推入井中或将其从井中起出。在正常作业期间,轴向力克服尾管与井眼之间的摩阻,并为钻头提供钻压。封隔器膨胀所产生的压力与地层摩擦系数结合起来,将会决定系统输送的最大轴向力。在行程结束时,封隔器缩回,然后重新定位以进行新的行程。

该项目组历时五年完成了同步钻完井的开发,目前建立了全尺寸模型并进行了相关测试,包括牵引系统在12 1/48 1/2井眼内的多循环加载,多循环磨损和牵引载荷性能等测试内容。测试表明封隔器在5000次载荷循环后未出现明显磨损现象;高载荷测试下封隔器系统可承受18吨的牵引力而不出现滑动现象。该模型在由水泥做成的8 1/2井眼内进行钻井测试,测试中用水力牵引单元为6 1/2钻井马达和8 1/2 PDC钻头提供钻压,结果表明每套滑动封隔器牵引单元均可以较大轴向力推动钻头或拉动完井管串。今后将进一步测试多牵引系统的连续钻井能力。

这一概念将高级完井技术并入钻井系统,代表了一种新的建井方法。它可提供超长大位移井的钻完井,并在复杂压力区域如生产导致的压力耗竭或注水注气的高压区域作业。

同步钻完井技术提高井眼极限延伸能力

1生产套管鞋处延伸尾管

同步钻完井技术提高井眼极限延伸能力

管中管尾管/套管及中间牵引单元

同步钻完井技术提高井眼极限延伸能力

3双向牵引单元

秦星 编译)

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