基本介紹
- 中文名：斜井
- 外文名：inclined shaft
- 定義：鑽井中具有傾斜角度的井
- 屬性：石油工業
簡介,斜井技術採油的特點,斜井設計,斜井的鑽井問題,發展歷史,斜井鑽井的套用,
簡介
在石油天然氣工業中，絕對的直井是少有的。但是，如果一口井的井身軌跡偏離垂線太遠，甚至超出了最大許可偏斜值，則該井就屬於彎曲井眼。這樣，機械設備出現故障(如卡鑽、鍵槽)的風險性就會增加，從而導致高成本的打撈作業，另外，這時也會發生套管和接頭的過度磨損。在設計好的深井鑽井過程中，如果在井深較淺的部位井眼方向突然發生變化，旋轉著的鑽桿就會承受過大的交變應力。而這正是鑽桿早期疲勞破壞的主要原因。
儘管存在這些潛在的問題，但是只要井斜控制得當，斜井相對直井來說仍具有許多優點。對於開發某一特定油藏來說，斜井甚至有可能是唯一可行而又經濟的方法。在常規的直井中防斜或糾斜，有目的地按照設計的斜井軌跡鑽達離井場有一定水平距離的地下目的層。
六十年代中期，我國有少數油田已經開始鑽斜井、拐彎井，並在這部分井中採油。經過幾十年的發展，我國在斜井鑽井技術方面已有了很大的提高。目前，我們所鑽斜井的最大水平位移可達千米以上。
斜井技術採油的特點
(1)地面井口集中，占地面積小，減少了地面的集油管線，簡化了井場設定，方便集中管理。
(2)斜井可從海岸或海堤上鑽到岸外水深的油氣圈閉處，也可在陸地上避開重要建築物、山嶺、稻田等。將井場設在構造邊部，用定向斜井將油采出。
(3)定向斜井還可以在老井中進行側鑽而形成，這樣能節約成本，進行滾動開採。
斜井設計
儘管斜井井身軌跡形式各有所異，但是按其形狀一般可以分為單彎或雙彎形。
在單彎井中，一般從所選擇的最優造斜點開始造斜，並且一次性增斜達到其設計井斜角。然後順著彎曲段的切線方向鑽進，井斜角無大的變化，一直鑽達靶區。這種類型的井一般設計在一個垂直平面內，該垂直平面是由地面井口和靶坐標軸構成的一個平面。在特殊情況下，比如當需要避開一個障礙物(如另外一口井)時，井眼也許需要通過一個間接的路線鑽達靶區，參考方位以及相應的垂直平面就不止一個了。
雙彎井是指在進行了常規的造斜和(或)+穩斜段以後降斜，通過降斜，井斜角減小，或降至垂直方向。這種型式稱為S型，稱之為“造斜一穩斜一降斜”井。當一口井造斜以避免鑽遇落魚時，首先鑽一足以得到所需要的水平位移(與舊井眼或落魚之間)的短井段，然後將井斜降為原井斜角值。在具有中等井斜角的井中，在舊井下面側鑽最為容易，當避開落魚後再慢慢增斜。
影響井眼設計的主要因素包括垂直深度和靶的坐標，這些通常由開發地質師規定。多靶也許不會位於一個垂直平面內，或所選擇的完井設備也許對鑽至油層的井斜角有一定的限制。鑽新井必須安全地避開已鑽的井眼。也許對該地區地層走向已十分有把握，在打井時可以加以利用。要考慮的實際因素有最大增斜率和狗腿角限制。井斜角的問題主要是考慮到影響測井儀器的下井和下井速度的。在選擇最優井身軌跡時，如果能綜合各種因素考慮，則鑽井成本就會相對較低。
如果周圍條件允許，那么斜井軌跡最好設計成單彎型，方位不變，造斜點較淺並且具有中等的井斜角。這種簡單的基本設計型式的優點是，鑽桿所受的拉伸負荷、扭矩和疲勞負荷較小，出現鍵槽或卡鑽的可能性最小，方位控制穩定、總的額外費用最低。
斜井的鑽井問題
斜井鑽進所遇到的問題不只是某一特定類型的井眼問題。但是有些複雜問題斜井中頻繁出現，或引起的後果較為嚴重。比較普遍的井眼問題包括包括鑽柱和井壁的摩擦對懸重和扭矩的直接影響，在井內形成鍵槽以及壓差卡鑽等。
發展歷史
轉盤鑽井方法是由Bake家族的兩兄弟於1895年在油田開始使用的。然後Lucas，一位由澳大利亞移民的採礦工程師採用了他們的技術並於1901年成功地鑽達Spindletop鹽丘。其他人在該地區鑽井但未能鑽穿鬆散的淺層。而Lucas採用了原始的水一粘土鑽井液，最後鑽這口井取得巨大的成功。也就是從這個時候開始，製造商開始設計和生產轉盤鑽機。然而，直到20年以後，轉盤鑽井方法才被人們普遍採用。同時，鑽井深度也超過了“衝擊鑽井”或“頓鑽”所能達到的深度。
在這段期間，所用的變徑鑽柱由各種尺寸的普通鋼管組合而成。由於沒有指重表或只有很原始的指重表，所以鑽壓無法控制。鑽井進尺是唯一用於評價鑽井性能的一個標準。按照我們現在的觀點，在這樣的條件下所鑽的井眼發生彎曲也並不足為奇。但是那時人們認為井眼彎曲是轉盤鑽井方法的主要缺點。許多大的鑽井公司反覆試用新鑽機鑽井，但不得不再使用頓鑽鑽井方法，因為頓鑽鑽井的井眼直，並且事故相對較少。
早在1877年，就出現了設計用於測量礦井井斜角的儀器。同年，德國Dortmund一位名In]Gustav Nolten的工程師獲得了一項專利，他設計的一台裝置由一帶羅盤的玻璃燒瓶和一個機械時鐘組成。玻璃燒瓶內灌有部分氫氟酸。測量井斜角時將儀器靜置於規定的井深處，瓶內的酸就會腐蝕玻璃瓶的內壁並留下酸液面的位置而記錄下來，同時井眼方位也可通過固定磁羅盤指針的時鐘來確定。在1909年，又出現了用擺錘確定井斜角、用浮羅盤測量井眼方位的儀器，其優點是能夠通過照相的辦法記錄下測量數據。
一直到1924年，石油工業界才系統地研究井眼彎曲問題。也就是在這一年，一位名叫Anderson的工程師開始使用他自己設計的一種儀器測量井眼。1929年，他發表了他在美國，特別是在加種福尼亞州255口井中所測得的數值。
在20年代，石油工業界開始對俄克拉何馬州Seminole所發生的問題引起了注意。由於是在城鎮鑽井，井距小，因此出現了井眼相交、油井鑽入生產井、兩台鑽機鑽同一口井以及井眼從某一構造中心開鑽卻完全錯過產層等情況。
Anderson所獲得的數據促使美國石油協會鑽井實踐委員會發起了廣泛的研究。研究結果表明，要想儘可能使井眼鑽直，最好使用低鑽壓。他們還得出結論，可以在靠近鑽頭處接一段大尺寸或剛性鑽柱(即鑽鏈)來提供鑽壓。這時，人們公認轉盤轉速和地層傾角對井身軌跡只有輔助性的影響。後面一個結論在當時的條件下是成立的，因為在所考慮的井中，轉盤轉速常常超出臨界範圍，地層構造的地層傾角相對較小。
因此，人們提出，任何鑽頭都受到外力的作用，而這些外力又促使鑽頭的鑽進方向偏離原來井眼的方向。於是人們採用了最為有效的控制鑽頭漂移的鑽井措施，並且有些措施仍然沿用至今。
直到50年代初期，Eubinski發表了重要的著作。他詳細研究了井眼偏斜的程度與作用在鑽具組合上的機械力的關係以及各種地層對牙輪鑽頭切削效應的影響。而在此之前這方面的研究工作進展不大。
自從人們開始比較透徹地了解了影響斜井中鑽具組合性能的因素以來，石油工業在開發新的和更有效的設備方面取得巨大的進展。其中包括引入穩定器、用加重鑽桿替代一些鑽鋌以及在製造長壽命、高效率井底馬達方面所取得的巨大成就。這些具有代表性的進展大大地擴展了斜井鑽井的適用範圍。在過去15年中，測量技術的水平、測量儀器的準確度以及記錄和轉輸數據手段也有了驚人的改進。儘管鑽井成本仍然較高，但在斜井鑽井中從造斜點開始已經能夠連續較好地控制井眼方向。
