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蘇義腦：陸上8000米以上超深井鉆完井技術及其裝備進展

發布時間：2020年10月12日
來源：石油人公眾號（2020-10-12） 作者：蘇義腦，路保平，劉巖生，周英操，劉修善，劉偉，臧艷彬

摘要

高效開發深層超深層油氣資源是實現中國能源接替戰略的重大需求，也是當前和未來油氣勘探開發的重點和熱點。近年來，中國深井超深井鉆完井技術發展迅速，2019年鉆成井深為8882m的亞洲最深井，目前已基本形成陸上8000m油氣井的鉆完井技術體系，有力支撐了深層超深層油氣勘探開發。

 

一、超深井鉆機最新進展

 

1、國際首臺9000m四單根立柱鉆機

 

建立了四單根立柱三維空間移運軌跡分析計算模型，發明四單根立柱施工工藝方法和特殊的鉆機結構，突破了鉆井管柱穩定作業長度極限(38m)。解決了國際最高K型井架(74.5m)細長重荷結構件安全作業難題。在塔里木油田超深井開展應用，四單根立柱施工井段提速超過20%，復雜事故時效降低75%。

 

2、國內首臺8000m四單根立柱鉆機

 

突破小鉆具四單根立柱的移運及靠放技術，形成小鉆具四單根立柱的移運及靠放解決方案和四單根立柱鉆機管柱自動化處理方案，實現二層臺、管柱堆場無人值守。實現了大、小鉆具四單根立柱自動化作業，雙司鉆安全、高效操控，可適用于戈壁、山地、平原及海洋等多地形地區進行鉆井作業。

 

3、研制出新型8000m鉆機

 

其技術先進性主要表現在以下方面：最大承載能力為5850kN的井架和底座、JC80DB絞車和JC80D絞車、ZP375Z加強型轉盤、新型5850kN的天車和游車等，壓實股鉆井鋼絲繩首次應用于深井大噸位鉆機。

新型8000m鉆機解決了7000m鉆機大套管深下時承載能力不足、9000m鉆機成本過高的難題，實現了大套管深下一次性封鹽層，減少起下鉆次數，鉆井施工提速增效。相比9000m鉆機節省成本20%，節省綜合日費27%。

 

4、7000m自動化鉆機核心技術

 

定型自動井架工、鐵鉆工等11項自動化設備，形成“懸持式”和“推扶式”2套鉆機管柱自動化處理系統，實現管柱上鉆臺自動化輸送、自動化上卸扣、立柱自動化排放等自動化作業，攻克高壓共軌電控電噴技術難題，成功研發12V175柴油機發電機組，在塔里木等地區應用，已成為超深井鉆機動力標配。

 

二、鉆井配套裝備新進展

 

1、全系列頂驅裝置

 

共有7大類12種型號，可為3000～12000m陸地、海洋、車載等鉆機提供頂驅及個性化設計特殊用途頂驅，形成了大扭矩技術、主軸旋轉定位控制技術、導向鉆井滑動控制技術、轉速扭矩智能控制(軟扭矩)技術、智能鉆機連鎖控制接口技術等特色技術。

 

2、氣體鉆井配套裝備

形成包括高壓增壓機、高壓力級別旋轉防噴器等6套氣體鉆井核心裝備，國產化率提升至98%，可實現空氣鉆井、氮氣鉆井、霧化鉆井、泡沫鉆井等。在四川磨溪、高石梯推廣應用，使5000m以上深井鉆井周期同比縮短49.2%；。

 

川渝、塔里木、大慶等地區的出水地層應用，單井平均進尺714.57m，提高了34.61%；單井平均減少漏失9000m³，節約井漏復雜時間9.5d。

 

三、鉆井提速工具進展

 

1、自動垂直鉆井系統系列化產品

 

自動垂直鉆井系統通過推靠方式糾斜，在塔里木、新疆、玉門等油田應用，提速防斜效果顯著，最深下深7140m，單次入井工作時間242.6h，井斜控制在0.5°以內，整體性能達到國際先進水平，在庫車山前規模試驗應用350井次以上，機械鉆速提高3~6倍，成為塔里木乃至中國高陡地層提速標配技術。

 

2、高效PDC鉆頭

 

針對礫巖/砂礫巖、火山巖地層等難鉆地層提速難題，突破深度脫鈷工藝、金剛石粉料處理與封裝工藝，斷裂韌性提高40%，脫鈷深度提高40%，研制并定型9類22種型號非平面齒PDC鉆頭，在塔里木、大慶、川渝等油田難鉆地層應用100余井次，機械鉆速同比提高20%~250%，單只鉆頭進尺提高30%~518%。

 

3、新型長壽命抗高溫大扭矩螺桿

 

螺桿鉆具由等壁厚向等應力發展，依據應力幅值調整橡膠壁厚，應力幅值降低30%以上、提高效率、增大輸出扭矩，螺桿扭矩功率較常規產品提升30%，機械效率提升20%，橡膠耐介質性能提升70%，在油基鉆井液中平均使用時間193h。

 

4、液動旋沖工具等輔助破巖工具

 

通過在鉆頭施加高頻動態軸向沖擊力提高破巖能量，已形成4個規格型號的系列產品，成為深層提速關鍵利器，在大慶、吉林、塔東、塔河、川渝、準南、中東等地區現場推廣應用550余支，可調頻率脈沖提速工具使用壽命超200h、提速30%以上，射流式沖擊器在硬地層機械鉆速提高30%以上。

 

5、井下增壓射流破巖鉆井工具

 

通過鉆柱的縱向振動帶動井下柱塞泵的柱塞上下運動，利用鉆壓波動壓縮鉆井液使之增壓并通過鉆頭上的某一特制噴嘴產生可達100MPa以上超高壓射流，既減小了鉆柱振動，保護了鉆頭和鉆柱，又提高了射流壓力，實現水力破巖，機械鉆速是鄰井的5.17倍。

 

6、減振穩扭復合沖擊提速工具

 

集成減震穩扭、復合沖擊破巖、降摩阻防托壓多種功能為一體，具有提高機械鉆速、保護鉆具和井下儀器、延長鉆頭壽命等功能，鉆井速度提高37%以上。

 

7、降摩減阻水力振蕩器

 

研發了渦輪式和螺桿式2種工具，接入BHA產生軸向振動，將靜摩擦轉變為動摩擦，降低鉆具摩阻，在大斜度井、水平井現場應用50余井次，提高了鉆壓傳遞效率和工具面穩定性，滑動鉆進提速30%以上。

 

四、安全鉆井技術與裝備進展

 

1、精細控壓鉆井技術與系列裝備

 

“蹭頭皮”裂縫溶洞型碳酸鹽巖水平井精細控壓鉆井技術，避免了壓力波動壓漏儲層，集成工程地質一體化技術，采取30~50m“蹭頭皮”策略，水平穿越大型縫洞儲集體；適時進行隨鉆動態監測，及時調整井眼軌跡，避免直接進洞，始終保持“蹭頭皮”作業；待完井時進行大型酸化壓裂，有效溝通油氣通道。

 

在中石油、中石化、中海油等國內外15個油氣田現場應用300余口井，有效解決了“溢漏同存”等鉆井難題。在塔里木碳酸鹽巖地層TZ721-8H井上創造最長水平段1561m、日進尺150m紀錄。

 

在印尼JABANG區塊Basement基巖層采用欠平衡精細控壓鉆井技術，油氣發現取得重大突破。在克深9-2井、克深21井(井底190MPa/170℃，安全窗口<0.01g/cm³)實現實時流量監控和壓力控制，有效解決了高壓鹽水層安全鉆井難題。在新疆南緣高探1井成功應用，有效解決了復雜壓力窄窗口鉆井難題，保障了鉆井安全高效。在中海油海洋平臺上應用，解決了窄窗口溢漏復雜問題。

2、連續循環鉆井系統

 

研制出閥式連續循環鉆井工具，包括連續循環閥和地面控制系統，實現正循環時側循環自動關閉和密封，側循環時正循環自動關閉和密封，隨鉆具一起入井，氣密封壓力35MPa、液密封壓力70MPa，其抗拉、抗扭強度均高于配套S135鉆桿強度，實現了液相/充氣鉆井接立柱(單根)、起下鉆連續循環，延長鉆井進。

 

3、膨脹管封堵技術

 

通過高強度和高延伸性能材料研發，研制出膨脹管強度可達P110級套管及抗硫化氫膨脹管，延伸率由原來的27%提高到35%，形成了適用于深井復雜地層的膨脹管鉆井封堵系統及配套完井技術，突破國內深層側鉆井無法下入技術套管進行二開次鉆井的技術瓶頸，在塔河油田應用創造了連續管連續膨脹長度527m、入井深度6065m的紀錄。

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