欠平衡钻井技术及技术规范课件

第三部分井下套管阀技术1 1 1 1、套管阀的技术现状、套管阀的技术现状、套管阀的技术现状、套管阀的技术现状2 2 2 2、套管阀的工作原理及结构特点、套管阀的工作原理及结构特点、套管阀的工作原理及结构特点、套管阀的工作原理及结构特点3 3 3 3、套管阀的作业流程及技术要求、套管阀的作业流程及技术要求、套管阀的作业流程及技术要求、套管阀的作业流程及技术要求4 4 4 4、应用实例介绍、应用实例介绍、应用实例介绍、应用实例介绍5 5 5 5、问题分析及总结、问题分析及总结、问题分析及总结、问题分析及总结l l解决了全过程的欠平衡作业衔接问题解决了全过程的欠平衡作业衔接问题解决了全过程的欠平衡作业衔接问题解决了全过程的欠平衡作业衔接问题l l大大提高井口作业效率大大提高井口作业效率大大提高井口作业效率大大提高井口作业效率,节约钻井时间节约钻井时间节约钻井时间节约钻井时间和钻井成本，提高钻井效益和钻井成本，提高钻井效益和钻井成本，提高钻井效益和钻井成本，提高钻井效益l l减少油层损害减少油层损害减少油层损害减少油层损害 不压井起下钻不压井起下钻不压井起下钻不压井起下钻 复杂完井管柱下入复杂完井管柱下入复杂完井管柱下入复杂完井管柱下入 欠平衡测井欠平衡测井欠平衡测井欠平衡测井可实现可实现井下套管阀井下套管阀1 1、套管阀的技术现状、套管阀的技术现状n n操作方式：液压控制，作业管柱控制操作方式：液压控制，作业管柱控制操作方式：液压控制，作业管柱控制操作方式：液压控制，作业管柱控制n n液压控制方式产品代表：液压控制方式产品代表：液压控制方式产品代表：液压控制方式产品代表：qq美国威德福公司美国威德福公司美国威德福公司美国威德福公司 qq中国中石油西部钻探克拉玛依钻井院中国中石油西部钻探克拉玛依钻井院中国中石油西部钻探克拉玛依钻井院中国中石油西部钻探克拉玛依钻井院n n作业管柱控制方式产品代表：作业管柱控制方式产品代表：作业管柱控制方式产品代表：作业管柱控制方式产品代表：qq美国哈里伯顿公司美国哈里伯顿公司美国哈里伯顿公司美国哈里伯顿公司 欠欠平平衡衡井井井井下下封封井井器器是是接接在在技技术术套套管管某某一一位位置置上上，能能将将井井眼眼封封死死的的封封井井工工具具，确确保保实实现现钻钻井井全全过过程程的的欠欠平衡钻井施工。平衡钻井施工。提提钻钻过过程程中中的的关关闭闭状状态态下下钻钻过过程程中中的的开开启启状状态态2 2、套管阀的工作原理及结构特点、套管阀的工作原理及结构特点 将井下套管将井下套管阀连接在套阀连接在套管上，下至管上，下至设计井深。设计井深。打开套管阀，下打开套管阀，下钻。钻。开始正常钻井。开始正常钻井。井下套管阀打开井下套管阀打开以后，提供的通以后，提供的通径和相应的套管径和相应的套管尺寸相同。尺寸相同。井下套管阀井下套管阀的开启关闭的开启关闭通过控制管通过控制管线实现。线实现。提钻时当钻提钻时当钻柱提到井下柱提到井下套管阀以上套管阀以上位置时关闭位置时关闭井下套管阀，井下套管阀，平衡地层压平衡地层压力。力。井井 下下 套管阀套管阀 的的 基基 本本 构构 成成套管头旁通套管头旁通井下套管阀系统组成井下套管阀系统组成井下套管阀系统组成井下套管阀系统组成地面控制部分地面控制部分地面控制部分地面控制部分 (气动泵、油箱、气路管线、泄荷阀、闸阀、气动泵、油箱、气路管线、泄荷阀、闸阀、气动泵、油箱、气路管线、泄荷阀、闸阀、气动泵、油箱、气路管线、泄荷阀、闸阀、气压表、油压表、定滑轮、滚筒和计量器具气压表、油压表、定滑轮、滚筒和计量器具气压表、油压表、定滑轮、滚筒和计量器具气压表、油压表、定滑轮、滚筒和计量器具)中间连接部分中间连接部分中间连接部分中间连接部分 (液压副管、卡箍、管接头、液压软管和井液压副管、卡箍、管接头、液压软管和井液压副管、卡箍、管接头、液压软管和井液压副管、卡箍、管接头、液压软管和井口装置口装置口装置口装置)井下部分井下部分井下部分井下部分 (井下套管阀和管接头井下套管阀和管接头井下套管阀和管接头井下套管阀和管接头)高压软管高压软管井井 下下 套管阀套管阀 的的 结结 构构1 1上接头上接头2 2固定套固定套3 3管接头管接头4 4液液 缸缸5 5内滑套内滑套6 6本本 体体7 7阀阀 芯芯8 8下接头下接头序号序号名称名称液压副管的结构液压副管的结构液压副管结构液压副管结构倒线器倒线器管线管线接头接头金属管金属管保护层保护层钢丝绳钢丝绳液压副管固定器液压副管固定器井下套管阀的型号与规格井下套管阀的型号与规格 经过几年的攻关研究，研制出了两种规格经过几年的攻关研究，研制出了两种规格三种型号的井下套管阀。包括用于三种型号的井下套管阀。包括用于 245mm套管的套管的FJQ245型，用于型，用于 178mm套管套管FJQ178型和型和FJQ178a型。型。其中其中FJQ178型用于型用于 149.2mm钻具，钻具，FJQ178a型用于型用于 152.4mm钻具。钻具。型号型号密封压力密封压力（MPa）开关压力开关压力（MPa）开关开关次数次数抗内压抗内压MPa抗外挤抗外挤（MPa）抗拉强度抗拉强度（KN）FJQ-245350.757566616870FJQ-178350.757565433800FJQ-178a35 0.757565433800 采用地面控制，液压开关，金属接触密封，阀板开启后采用地面控制，液压开关，金属接触密封，阀板开启后隐藏保护等技术。反向密封承压大于隐藏保护等技术。反向密封承压大于35MPa。井下套管阀的性能参数井下套管阀的性能参数 目前井下目前井下套管阀套管阀已完善技术关键：已完善技术关键：1 1、井下封井器内径变化台阶处均有、井下封井器内径变化台阶处均有4545倒角，内部钻倒角，内部钻具通过畅通，不会发生卡挂现象。具通过畅通，不会发生卡挂现象。2 2、具有可检测井下封井器关闭后井下压力能力的技、具有可检测井下封井器关闭后井下压力能力的技术已完成室内试验，正在进行现场试验。术已完成室内试验，正在进行现场试验。井下封井器安装位置的确定原则井下封井器安装位置的确定原则 1 1、井筒内钻井液压力对钻柱形成的上推力与钻、井筒内钻井液压力对钻柱形成的上推力与钻柱自身重量的平衡点的位置。柱自身重量的平衡点的位置。2 2、完井衬管的长度、完井衬管的长度。井下套管阀的现场安装井下套管阀的现场安装1 1、定滑轮安装、定滑轮安装2 2、液压副管卷筒就位、液压副管卷筒就位3 3、液压副管穿过定滑轮、液压副管穿过定滑轮4 4、井下封井器安装、井下封井器安装5 5、液压副管卡箍安装、液压副管卡箍安装3 3、套管阀的作业流程及技术要求、套管阀的作业流程及技术要求6 6、高压软管及封堵法兰安装、高压软管及封堵法兰安装245245或或或或178mm178mm套管套管套管套管上层套管上层套管上层套管上层套管 高压软管及封堵法高压软管及封堵法高压软管及封堵法高压软管及封堵法兰安装时要求尽可能兰安装时要求尽可能兰安装时要求尽可能兰安装时要求尽可能套管头为标准卡瓦式套管头为标准卡瓦式套管头为标准卡瓦式套管头为标准卡瓦式套管头。套管头。套管头。套管头。2001年年-自主立项，开始研发自主立项，开始研发2002年年-首次设计方案完成首次设计方案完成 申请集团公司立项，申请专利申请集团公司立项，申请专利2 2项（项（20022002年年9 9月）月）2003年年-完成方案优选，投入样机试制，专利授权（完成方案优选，投入样机试制，专利授权（20032003年年8 8月）月）2004年年-完成样机加工，完成样机加工，1111月首次在夏月首次在夏202202井现场应用，获得成功井现场应用，获得成功 这是国内自主研发的井下封井器的首次成功应用这是国内自主研发的井下封井器的首次成功应用2005年年-集团公司科技局组织招研，我院中标集团公司科技局组织招研，我院中标“井下控制阀研制井下控制阀研制”项项目目 同年完成夏同年完成夏7676、新光、新光1 1井现场技术服务井现场技术服务2006年年-完成广安完成广安8 8井井,核桃核桃2,2,邛西邛西006-x1006-x1井井,金龙金龙1 1井技术服务井技术服务 这是国内这是国内7 7 井下封井器首次成功应用。井下封井器首次成功应用。2007年年-进入推广应用阶段及二代封井器的研发进入推广应用阶段及二代封井器的研发我院井下套管阀的研发历程我院井下套管阀的研发历程新疆油田夏新疆油田夏202井现场试验井现场试验现场应用时间：现场应用时间：2004年年井下控制阀规格：井下控制阀规格：FJQ-245井下控制阀下深：井下控制阀下深：400m上层技术套管下深：上层技术套管下深：3900m井下工作时间：井下工作时间：46天天完成钻井进尺：完成钻井进尺：1000m井下控制阀开关次数：井下控制阀开关次数：7次次阀底最大负压：阀底最大负压：9MPa4 4、应用实例介绍、应用实例介绍夏夏202井试验数据（共开关井试验数据（共开关7次）次）井深井深m泥浆密度泥浆密度g/cmg/cm3 3关闭压力关闭压力MPaMPa关闭时间关闭时间MPaMPa开启压力开启压力MPaMPa开启时间开启时间MPaMPa阀底压力阀底压力MPaMPa4139.521.1513-19914-20151.34327.661.2212-191214-19141.34557.001.229-181413-19171.34750.491.2212-191313-19161.34824.001.208-19159-19181.34831.511.2113-191214-19151.34882.951.2315-191015-19139第七次开关时阀底压力达到了第七次开关时阀底压力达到了9MPa，7次开关均顺利完成。次开关均顺利完成。前前六六次次开开关关时时，其其阀阀芯芯上上下下的的欠欠压压值值较较小小。第第七七次次开开关关时时阀阀底底压压力力达达到到了了9MPa，通通过过关关半半封封防防喷喷器器，从从井井口口憋憋压压辅辅助助开开启启井井下下封封井井器器。关关闭闭半半封封后后开开始始井井口口打打压压，从从1MPa开开始始，压压力力每每次次增增加加1MPa,一一直直增增至至9MPa,地地面面显显示示井井下下封封井井器器开开始始动动作作，判判断断井井下下封封井井器器上上下下压压力力已已平平衡衡，开开始始逐逐渐渐开开启启。随随后后按按正正常常工工序序由由气气动动液液压压泵泵打打压压，将将井井下封井器完全打开。下封井器完全打开。通通过过此此过过程程说说明明井井下下封封井井器器密密封封效效果果良良好好，性性能能达达到到设计指标。设计指标。夏夏202井第七次开启过程的具体情况井第七次开启过程的具体情况新疆油田夏新疆油田夏76井现场试验井现场试验现场应用时间：现场应用时间：2005年年井下控制阀规格：井下控制阀规格：FJQ-245井下控制阀下深：井下控制阀下深：390m上层技术套管下深：上层技术套管下深：3326m井下工作时间：井下工作时间：42天天完成钻井进尺：完成钻井进尺：774m井下控制阀开关次数：井下控制阀开关次数：14次次井深井深m泥浆密度泥浆密度g/cmg/cm3 3关闭压力关闭压力MPaMPa关闭时间关闭时间MPaMPa开启压力开启压力MPaMPa开启时间开启时间MPaMPa阀底压力阀底压力MPaMPa3349.461.05151015101.33454.201.06151015101.33455.951.06151015101.33645.621.07151015101.33648.381.07151015101.33744.961.06151015101.33768.101.07151015101.33772.221.06151015101.33896.001.07151015101.34003.461.06151015101.34040.001.06151015101.34042.501.08151015101.34100.001.08151015101.34100.001.0815101510 P Pbottomholebottomhole=P Phydrostatichydrostatic+P+Pfrictionfriction+P+Pchokechoke纯气体纯气体充气充气泡沫泡沫雾化雾化纯液体纯液体泥浆帽泥浆帽回压（套压）控制回压（套压）控制完井完井节流控制节流控制密度调整密度调整注气量、注液量注气量、注液量调整调整工艺流程和操作程序工艺流程和操作程序原则原则安全极限安全极限工艺选择工艺选择地层适应性地层适应性储层特征储层特征经济性经济性安全性安全性欠平衡钻井设备、工具与仪表欠平衡钻井设备、工具与仪表井口设备井口设备地面设备地面设备不压井起下钻装置不压井起下钻装置套管阀套管阀气体压缩机、气体压缩机、增压器增压器系统仪表系统仪表气体钻井旋转控制头气体钻井旋转控制头被动式旋转控制头被动式旋转控制头主动式旋转控制头主动式旋转控制头井口液控阀井口液控阀节流控制系统节流控制系统回压（套压）控制回压（套压）控制随钻监测控制系统随钻监测控制系统节流管汇节流管汇液气分离液气分离密闭循环密闭循环分离系统分离系统井底欠压值有效控制井底欠压值有效控制制氮、注入制氮、注入及雾化及雾化除气器除气器控制管路控制管路液氮液氮地面控制系统地面控制系统分离系统分离系统录井取样装置及其他录井取样装置及其他液压控制系统液压控制系统固控系统固控系统撇油系统撇油系统排气系统排气系统燃烧系统燃烧系统膜制氮膜制氮制氮增压制氮增压雾化泵雾化泵系统软件系统软件井下阀体井下阀体欠平衡钻井井控欠平衡钻井井控井控思想及原则井控思想及原则井控工艺及流程井控工艺及流程安全钻井分级安全钻井分级欠平衡钻井的概念欠平衡钻井的概念纯液相纯液相气液混相气液混相IADCIADCUBDUBD分类分类保持有控的地层保持有控的地层流体流入状态流体流入状态所钻地层特征的识别所钻地层特征的识别气液混相的油气上窜评价气液混相的油气上窜评价油气组分的识别油气组分的识别有毒气体的监测与防范有毒气体的监测与防范不同介质钻井的装备要求不同介质钻井的装备要求配套井控设施的特殊要求配套井控设施的特殊要求钻具组合组件的特殊要求钻具组合组件的特殊要求其他特殊要求其他特殊要求0 0级级 只是特性增强；没有含碳氢化合物的地层。只是特性增强；没有含碳氢化合物的地层。1 1级级 没有自然流至地面的能力。井眼没有自然流至地面的能力。井眼“稳定稳定”并且从井并且从井控风险低。控风险低。2 2级级 可自然流至地面，用常规压井方法可控制，在严重可自然流至地面，用常规压井方法可控制，在严重的设备失效的情况下，只可能发生有限的后果。的设备失效的情况下，只可能发生有限的后果。3 3级级 地热井和非烃类生产井。最大关井压力小于欠平衡地热井和非烃类生产井。最大关井压力小于欠平衡钻井设备的额定工作压力。严重失效有严重后果。钻井设备的额定工作压力。严重失效有严重后果。4 4级级 烃类生产井。最大关井压力小于欠平衡钻井设备的烃类生产井。最大关井压力小于欠平衡钻井设备的额定工作压力。严重失效有严重后果。额定工作压力。严重失效有严重后果。5 5级级 最大的设计井口压力超过欠平衡钻井设备的额定工最大的设计井口压力超过欠平衡钻井设备的额定工作压力，但是小于防喷器组合的额定值。严重失效有严作压力，但是小于防喷器组合的额定值。严重失效有严重后果。重后果。风险评价及应急预案风险评价及应急预案设备安全控制能力设备安全控制能力地层流体能量、性质预测地层流体能量、性质预测欠平衡钻井延伸欠平衡钻井延伸欠平衡水平井（定向井）欠平衡水平井（定向井）欠平衡分支井欠平衡分支井理论理论工艺工艺设备与工具设备与工具煤层气羽状分支井煤层气羽状分支井欠压差下的欠压差下的井壁稳定问题井壁稳定问题欠平衡压差欠平衡压差控制工艺控制工艺钻具组合设计钻具组合设计斜井眼安全密度窗斜井眼安全密度窗口的计算与选择口的计算与选择携岩、清洁、稳定井壁、携岩、清洁、稳定井壁、减摩降阻、保护储层减摩降阻、保护储层地层抗钻强度地层抗钻强度与造斜率关系与造斜率关系管柱摩阻管柱摩阻及钻柱强度及钻柱强度水平井管流、环流水平井管流、环流水力摩阻及携岩水力摩阻及携岩井眼轨迹井眼轨迹控制工艺控制工艺钻井液与完钻井液与完井液工艺井液工艺欠平衡水平欠平衡水平井完井工艺井完井工艺钻井参数控制钻井参数控制待钻轨迹预测待钻轨迹预测轨迹测量工艺轨迹测量工艺定向与水平钻进定向与水平钻进测量仪器测量仪器专用造斜马达专用造斜马达2 2、结束语、结束语1.1.欠平衡钻井技术从最初到现在，虽然经历了很长的时间，并且积累了欠平衡钻井技术从最初到现在，虽然经历了很长的时间，并且积累了欠平衡钻井技术从最初到现在，虽然经历了很长的时间，并且积累了欠平衡钻井技术从最初到现在，虽然经历了很长的时间，并且积累了很多的经验，取得了理论和实践上的突破。但该技术在国内的应用并很多的经验，取得了理论和实践上的突破。但该技术在国内的应用并很多的经验，取得了理论和实践上的突破。但该技术在国内的应用并很多的经验，取得了理论和实践上的突破。但该技术在国内的应用并未达到人们期望的效果。这不仅仅是个认识问题，客观地说，在部分未达到人们期望的效果。这不仅仅是个认识问题，客观地说，在部分未达到人们期望的效果。这不仅仅是个认识问题，客观地说，在部分未达到人们期望的效果。这不仅仅是个认识问题，客观地说，在部分技术环节还有很多未解决的问题；技术环节还有很多未解决的问题；技术环节还有很多未解决的问题；技术环节还有很多未解决的问题；2.2.目前对于新技术的应用，国内因为机制、体制的问题并没有太好的解目前对于新技术的应用，国内因为机制、体制的问题并没有太好的解目前对于新技术的应用，国内因为机制、体制的问题并没有太好的解目前对于新技术的应用，国内因为机制、体制的问题并没有太好的解决方式和方法。目前见到的可喜的效果可以说只是很小的一部分，还决方式和方法。目前见到的可喜的效果可以说只是很小的一部分，还决方式和方法。目前见到的可喜的效果可以说只是很小的一部分，还决方式和方法。目前见到的可喜的效果可以说只是很小的一部分，还远未达到技术本身能够创造的效果；远未达到技术本身能够创造的效果；远未达到技术本身能够创造的效果；远未达到技术本身能够创造的效果；3.3.对于新技术的关注无论是甲方还是工程技术服务方，应该更加注重技对于新技术的关注无论是甲方还是工程技术服务方，应该更加注重技对于新技术的关注无论是甲方还是工程技术服务方，应该更加注重技对于新技术的关注无论是甲方还是工程技术服务方，应该更加注重技术的发展远景。但短期和近期效益的问题是个实际问题，这需要集团术的发展远景。但短期和近期效益的问题是个实际问题，这需要集团术的发展远景。但短期和近期效益的问题是个实际问题，这需要集团术的发展远景。但短期和近期效益的问题是个实际问题，这需要集团公司层面出台相关的政策和机制来确保一项新技术研发的正常开展；公司层面出台相关的政策和机制来确保一项新技术研发的正常开展；公司层面出台相关的政策和机制来确保一项新技术研发的正常开展；公司层面出台相关的政策和机制来确保一项新技术研发的正常开展；4.4.欠平衡技术将来的趋势必将是与水平井、分支井等各分项技欠平衡技术将来的趋势必将是与水平井、分支井等各分项技欠平衡技术将来的趋势必将是与水平井、分支井等各分项技欠平衡技术将来的趋势必将是与水平井、分支井等各分项技术的有机结合，因此对于技术集成使用带来的储层伤害研究、术的有机结合，因此对于技术集成使用带来的储层伤害研究、术的有机结合，因此对于技术集成使用带来的储层伤害研究、术的有机结合，因此对于技术集成使用带来的储层伤害研究、井眼稳定技术、智能完井技术等迫切需求是下一步攻关的重井眼稳定技术、智能完井技术等迫切需求是下一步攻关的重井眼稳定技术、智能完井技术等迫切需求是下一步攻关的重井眼稳定技术、智能完井技术等迫切需求是下一步攻关的重点和焦点；点和焦点；点和焦点；点和焦点；5.5.本次课件内容大量借鉴并纳入了中石油集团系统开展欠平衡本次课件内容大量借鉴并纳入了中石油集团系统开展欠平衡本次课件内容大量借鉴并纳入了中石油集团系统开展欠平衡本次课件内容大量借鉴并纳入了中石油集团系统开展欠平衡技术攻关以来各个油田、地区公司、石油院校的研究成果和技术攻关以来各个油田、地区公司、石油院校的研究成果和技术攻关以来各个油田、地区公司、石油院校的研究成果和技术攻关以来各个油田、地区公司、石油院校的研究成果和实践认识，在此一并感谢为欠平衡钻井技术进步作出贡献和实践认识，在此一并感谢为欠平衡钻井技术进步作出贡献和实践认识，在此一并感谢为欠平衡钻井技术进步作出贡献和实践认识，在此一并感谢为欠平衡钻井技术进步作出贡献和付出努力的同行！付出努力的同行！付出努力的同行！付出努力的同行！6.6.最后，感谢集团公司工程技术分公司为我们提供这个良好的最后，感谢集团公司工程技术分公司为我们提供这个良好的最后，感谢集团公司工程技术分公司为我们提供这个良好的最后，感谢集团公司工程技术分公司为我们提供这个良好的学习机会和技术交流平台！学习机会和技术交流平台！学习机会和技术交流平台！学习机会和技术交流平台！