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盡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(yōu)造斜點開始造斜,并且一次性增斜達到其設計井斜角。然后順著彎曲段的切線方向鉆進,井斜角無大的變化,一直鉆達靶區(qū)。這種類型的井一般設計在一個垂直平面內(nèi),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鉆達靶區(qū),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(guī)的造斜和(或) 穩(wěn)斜段以后降斜,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(wěn)斜一降斜”井。當一口井造斜以避免鉆遇落魚時,首先鉆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,然后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?zhèn)茹@最為容易,當避開落魚后再慢慢增斜。
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(fā)地質(zhì)師規(guī)定。多靶也許不會位于一個垂直平面內(nèi),或所選擇的完井設備也許對鉆至油層的井斜角有一定的限制。鉆新井必須安全地避開已鉆的井眼。也許對該地區(qū)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(yōu)井身軌跡時,如果能綜合各種因素考慮,則鉆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,造斜點較淺并且具有中等的井斜角。這種簡單的基本設計型式的優(yōu)點是,鉆桿所受的拉伸負荷、扭矩和疲勞負荷較小,出現(xiàn)鍵槽或卡鉆的可能性最小,方位控制穩(wěn)定、總的額外費用最低。
斜井鉆進所遇到的問題不只是某一特定類型的井眼問題。但是有些復雜問題斜井中頻繁出現(xiàn),或引起的后果較為嚴重。比較普遍的井眼問題包括包括鉆柱和井壁的摩擦對懸重和扭矩的直接影響,在井內(nèi)形成鍵槽以及壓差卡鉆等。
在石油天然氣工業(yè)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,則該井就屬于彎曲井眼。這樣,機械設備出現(xiàn)故障(如卡鉆、鍵槽)的風險性就會增加,從而導致高成本的打撈作業(yè),另外,這時也會發(fā)生套管和接頭的過度磨損。在設計好的深井鉆井過程中,如果在井深較淺的部位井眼方向突然發(fā)生變化,旋轉著的鉆桿就會承受過大的交變應力。而這正是鉆桿早期疲勞破壞的主要原因。
盡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(yōu)點。對于開發(fā)某一特定油藏來說,斜井甚至有可能是唯一可行而又經(jīng)濟的方法。在常規(guī)的直井中防斜或糾斜,有目的地按照設計的斜井軌跡鉆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(shù)油田已經(jīng)開始鉆斜井、拐彎井,并在這部分井中采油。經(jīng)過幾十年的發(fā)展,我國在斜井鉆井技術方面已有了很大的提高。目前,我們所鉆斜井的最大水平位移可達千米以上。
近年來,中國近海大陸架石油資源的開發(fā)工作已在渤海、黃海、東海等地區(qū)全面展開。海上采油多用平臺叢式井組方式,單井均采用斜井。
(1)地面井口集中,占地面積小,減少了地面的集油管線,簡化了井場設置,方便集中管理。
(2)斜井可從海岸或海堤上鉆到岸外水深的油氣圈閉處,也可在陸地上避開重要建筑物、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鉆而形成,這樣能節(jié)約成本,進行滾動開采。
轉盤鉆井方法是由Bake家族的兩兄弟于1895年在油田開始使用的。然后Lucas,一位由澳大利亞移民的采礦工程師采用了他們的技術并于1901年成功地鉆達Spindletop鹽丘。其他人在該地區(qū)鉆井但未能鉆穿松散的淺層。而Lucas采用了原始的水一粘土鉆井液,最后鉆這口井取得巨大的成功。也就是從這個時候開始,制造商開始設計和生產(chǎn)轉盤鉆機。然而,直到20年以后,轉盤鉆井方法才被人們普遍采用。同時,鉆井深度也超過了“沖擊鉆井”或“頓鉆”所能達到的深度。
在這段期間,所用的變徑鉆柱由各種尺寸的普通鋼管組合而成。由于沒有指重表或只有很原始的指重表,所以鉆壓無法控制。鉆井進尺是唯一用于評價鉆井性能的一個標準。按照我們現(xiàn)在的觀點,在這樣的條件下所鉆的井眼發(fā)生彎曲也并不足為奇。但是那時人們認為井眼彎曲是轉盤鉆井方法的主要缺點。許多大的鉆井公司反復試用新鉆機鉆井,但不得不再使用頓鉆鉆井方法,因為頓鉆鉆井的井眼直,并且事故相對較少。
早在1877年,就出現(xiàn)了設計用于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,他設計的一臺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(nèi)灌有部分氫氟酸。測量井斜角時將儀器靜置于規(guī)定的井深處,瓶內(nèi)的酸就會腐蝕玻璃瓶的內(nèi)壁并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(xiàn)了用擺錘確定井斜角、用浮羅盤測量井眼方位的儀器,其優(yōu)點是能夠通過照相的辦法記錄下測量數(shù)據(jù)。
一直到1924年,石油工業(yè)界才系統(tǒng)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(fā)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(shù)值。
在20年代,石油工業(yè)界開始對俄克拉何馬州Seminole所發(fā)生的問題引起了注意。由于是在城鎮(zhèn)鉆井,井距小,因此出現(xiàn)了井眼相交、油井鉆入生產(chǎn)井、兩臺鉆機鉆同一口井以及井眼從某一構造中心開鉆卻完全錯過產(chǎn)層等情況。
Anderson所獲得的數(shù)據(jù)促使美國石油協(xié)會鉆井實踐委員會發(fā)起了廣泛的研究。研究結果表明,要想盡可能使井眼鉆直,最好使用低鉆壓。他們還得出結論,可以在靠近鉆頭處接一段大尺寸或剛性鉆柱(即鉆鏈)來提供鉆壓。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。后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范圍,地層構造的地層傾角相對較小。
因此,人們提出,任何鉆頭都受到外力的作用,而這些外力又促使鉆頭的鉆進方向偏離原來井眼的方向。于是人們采用了最為有效的控制鉆頭漂移的鉆井措施,并且有些措施仍然沿用至今。
直到50年代初期,Eubinski發(fā)表了重要的著作。他詳細研究了井眼偏斜的程度與作用在鉆具組合上的機械力的關系以及各種地層對牙輪鉆頭切削效應的影響。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鉆具組合性能的因素以來,石油工業(yè)在開發(fā)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(wěn)定器、用加重鉆桿替代一些鉆鋌以及在制造長壽命、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鉆井的適用范圍。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(shù)據(jù)手段也有了驚人的改進。盡管鉆井成本仍然較高,但在斜井鉆井中從造斜點開始已經(jīng)能夠連續(xù)較好地控制井眼方向。
斜井主要是為了提高某些類型油田的生產(chǎn)率和采收率,斜井鉆井技術也可望在煤層氣和地熱鉆井中得到應用。2100433B
斜井是指提升礦石、廢石、升降材料和設備、運送人員、數(shù)設管道電纜等的傾斜井筒。井口直接通地面的叫明斜井,不直接通地面的叫盲斜井。長度從幾百米到千多米。斜井按所裝備的提升設備類型分為箕斗斜井、串車提升斜井和膠帶斜井,按斷面形狀,分為直墻拱形斜井和梯形斜井。斜井中一般還設置水溝、人行道、避車俐室以及管路電纜等 。2100433B
用斜井對礦床進行開拓的一種地下礦開拓方法。適用于礦體傾角在12°-15°之間的礦床,對于急傾斜側翼傾覆的礦床,也可用側翼斜井開拓。斜井與礦體的相對位置主要決定于礦區(qū)地形、工程地質(zhì)和礦體賦存條件。斜井的提升方式有串車(臺車)提升、箕斗提升和帶式輸送機輸送三種。斜井開拓方法的基本型式有下盤斜井開拓法、脈內(nèi)斜井開拓法和偽傾斜斜井開拓法二種 。
1、斜井井筒長,輔助提升能力少,提升深度有限
2、通風路線長,阻力大,管線長度大
3、斜井井筒通過福含水層,流沙層施工技術復雜2100433B