第一節(jié) 水平井、定向井、鉆井裝備及器具產(chǎn)品定義及基本屬性
一、產(chǎn)品定義、性能
水平井、定向井、鉆井裝備及器具是在定向井鉆采中所用的專用設(shè)備及器具，主要包括井下工具和地面工具兩部分。
井下工具主要包括井下馬達(dá)、穩(wěn)定器、無(wú)磁鉆鋌、螺旋鉆鋌、加重鉆桿、定向接頭、彎接頭、定向彎接頭、定向造斜專用 PDC 鉆頭、井底動(dòng)力鉆具(螺桿動(dòng)力鉆具、渦輪鉆具) 和液力加壓器、水平井取心工具等。
地面工具主要包括斜井鉆機(jī)、轉(zhuǎn)盤量角器、鉆桿量角器、鉆鋌量角器、方鉆桿標(biāo)定尺、鉆桿劃線規(guī)、定向鍵調(diào)節(jié)扳手、可調(diào)變徑穩(wěn)定器等。
主要工具定義性能如下：
1、斜井鉆機(jī)
斜井鉆機(jī)是利用井架傾斜一定角度后，由地面開(kāi)始鉆斜井，適用于鉆定向井、淺層水平井等井型。由于這種鉆機(jī)屬于車載撬裝鉆機(jī)，與常規(guī)鉆機(jī)相比，可減少井場(chǎng)占地面積和鉆機(jī)的移運(yùn)時(shí)間。
2、井下馬達(dá)
井下動(dòng)力鉆具是常用的造斜工具之一，它分為渦輪鉆具、容積式馬達(dá)和電動(dòng)鉆具三大類。目前在我國(guó)海洋定向井的井下馬達(dá)使用方面，電動(dòng)鉆具已不存在，渦輪鉆具也很少使用，通常使用容積式馬達(dá)（PDM型）、容積式馬達(dá)可分為迪那、納維和螺桿鉆具。容積式馬達(dá)具有下列優(yōu)點(diǎn)：一是動(dòng)力鉆具所鉆井眼尺寸與原井眼完全相同，不必再次下鉆擴(kuò)眼；二是井內(nèi)有橋塞時(shí)，這類鉆具可以鉆過(guò)，并能在開(kāi)始造斜前將井底循環(huán)干凈；三是空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速與工作轉(zhuǎn)速相差的幅度較?。ㄅc渦輪相比），有利于鉆頭選型。
3、定向接頭
目前國(guó)內(nèi)常用的定向接頭有兩種：定向直接頭和定向彎接頭，定向直接頭用于彎殼體螺桿定向鉆進(jìn)，而定向彎接頭則用于直殼體螺桿定向鉆進(jìn)。定向彎接頭因其具有制造簡(jiǎn)單、使用方便、成本低廉等特點(diǎn)，目前使用較為普遍。
4、無(wú)磁鉆鋌
由于所有磁性測(cè)量?jī)x器在測(cè)量井眼的方向時(shí)，感應(yīng)的是井眼的大地磁場(chǎng)，因而測(cè)量?jī)x器必須是一個(gè)無(wú)磁環(huán)境。然而在鉆井過(guò)程中，鉆具往往具有磁性，具有磁場(chǎng)，影響磁性測(cè)量?jī)x器，不能得到正確的井眼軌跡測(cè)量信息數(shù)據(jù)，利用無(wú)磁鉆鋌可實(shí)施無(wú)磁環(huán)境，并且具有鉆井中鉆鋌的特性。國(guó)外已有相當(dāng)數(shù)量的無(wú)磁鉆鋌產(chǎn)品于1990年列入API標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)根據(jù)國(guó)外產(chǎn)品和產(chǎn)品樣本制訂了SY/T 5145-86《無(wú)磁鉆鋌》標(biāo)準(zhǔn)。
5、可調(diào)變徑穩(wěn)定器
可調(diào)變徑穩(wěn)定器是一種在鉆進(jìn)過(guò)程中，用于控制或調(diào)整井眼的井斜角的一種工具。它通過(guò)調(diào)整穩(wěn)定器的尺寸大小，改變下部鉆具的井斜控制能力，從而較準(zhǔn)確地控制井眼的并斜角。
6、非旋轉(zhuǎn)鉆桿保護(hù)器
在延伸鉆大位移井中，摩擦阻力過(guò)大，使鉆柱扭矩過(guò)高和套管嚴(yán)重磨損，是必須解決的重點(diǎn)問(wèn)題之一。鉆柱扭矩過(guò)高，超過(guò)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)能力或鉆柱所能承受的扭矩，將會(huì)導(dǎo)致鉆具事故，甚至無(wú)法鉆進(jìn)。為此，在大位移井中，常常采用非旋轉(zhuǎn)鉆桿保護(hù)器，它的主要作用是降低鉆柱的扭矩和防止套管的嚴(yán)重磨損。
6、液力加壓器
液力加壓器具有將鉆頭處的壓力降轉(zhuǎn)換成軸向鉆壓傳遞給鉆頭，改善了井下鉆柱的受力狀態(tài)，并能在鉆井過(guò)程中起到良好的減震作用，對(duì)提高機(jī)械鉆速、防止鉆柱損壞發(fā)揮重要作用。
7、穩(wěn)定器
穩(wěn)定器用途最為廣泛，不論是增斜降斜段，還是穩(wěn)斜穩(wěn)平段，都是不可缺少的工具之一。根據(jù)不同生產(chǎn)段的需要和水平井自身的特點(diǎn)，有著不同穩(wěn)定器的形狀及幾何尺寸。綜合考慮各種客觀因素，確定穩(wěn)定器在鉆具組合中的最佳位置。
二、產(chǎn)品所屬 行業(yè) 界定
在國(guó)家統(tǒng)計(jì)局規(guī)定的 行業(yè) 劃分標(biāo)準(zhǔn)中，鉆采裝備 行業(yè) 被歸于【36】專用設(shè)備制造業(yè)項(xiàng)目下的【3722】石油鉆采裝備制造。
第二節(jié) 水平井、定向井、鉆井裝備及器具產(chǎn)品應(yīng)用概況
一、產(chǎn)品主要應(yīng)用領(lǐng)域
水平井、定向井、鉆井裝備及器具產(chǎn)品應(yīng)用情況列表
二、產(chǎn)品應(yīng)用成熟度 分析
如今，水平井、定向井鉆井技術(shù)已日趨完善，由單個(gè)水平井、定向井向整體井組開(kāi)發(fā)轉(zhuǎn)變，并以此為基礎(chǔ)發(fā)展了水平井各項(xiàng)配套鉆井裝備及器具。
水平井、定向井鉆井裝備能夠得到廣泛應(yīng)用，主要得益于水平井、定向井較高的投入產(chǎn)出比，可以最大限度地提高油氣井產(chǎn)量和采收率，特別是能夠?qū)崿F(xiàn)薄油層的高效開(kāi)發(fā)。
至2010年底，僅勝利油田累計(jì)投產(chǎn)水平井2000口，年水平井?dāng)?shù)量突破400口，形成了比較成熟的水平井完井、采油、修井系列技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；瘧?yīng)用。
第三節(jié) 水平井、定向井、鉆井裝備及器具產(chǎn)品發(fā)展歷程
我國(guó)定向井鉆井技術(shù)的發(fā)展可以分為五個(gè)階段，50—60年代開(kāi)始起步，首先在玉門和四川油田鉆成定向井及水平井:玉門油田的C2—15井和磨三井，其中磨三井總井深1685米，垂直井深表遺憾350米，水平位移444.2米，最大井斜92°，水平段長(zhǎng)160米；70年代擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)，推廣定向井鉆井技術(shù)；80年代通過(guò)進(jìn)行集團(tuán)化聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)，使得我國(guó)從定向井軟件到定向井硬件都有了一個(gè)大的發(fā)展。
“九五”期間是國(guó)內(nèi)水平井鉆井技術(shù)提高與推廣應(yīng)用的重要時(shí)期。該時(shí)期水平井技術(shù)的主要特點(diǎn)為:新鉆井多為中半徑水平井，進(jìn)行了套管開(kāi)窗側(cè)鉆中半徑、短半徑水平井的技術(shù)攻關(guān)，擴(kuò)大了長(zhǎng)裸眼應(yīng)用范圍，鉆具組合普遍采用了彎螺桿動(dòng)力鉆具并得到了優(yōu)化和簡(jiǎn)化，推廣應(yīng)用了電子單、多點(diǎn)測(cè)量?jī)x器。由于工藝技術(shù)的不斷完善，水平井的應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)大，先后成功用于砂泥巖油氣藏、灰?guī)r油氣藏、高壓低滲油氣藏、稠油油氣藏的等特殊油氣藏的開(kāi)發(fā)。同時(shí)，開(kāi)展了套管開(kāi)窗側(cè)鉆短半徑水平井技術(shù) 研究 ，形成了配套技術(shù)。
在測(cè)量?jī)x器方面，配套了MWD隨鉆測(cè)斜儀，淘汰了落后的人工單點(diǎn)定向施工模式。引進(jìn)了FEWD地層評(píng)價(jià)隨鉆測(cè)量?jī)x，使水平井技術(shù)由幾何導(dǎo)向逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榈刭|(zhì)導(dǎo)向，一些難以動(dòng)用的邊際油藏和超薄油藏得到了開(kāi)發(fā)。
“十五”以來(lái)，針對(duì)勘探開(kāi)發(fā)提出的新要求，國(guó)內(nèi)鉆井技術(shù)進(jìn)入了新的發(fā)展時(shí)期。以欠平衡壓力鉆井、大位移井鉆井、分支井鉆井、地質(zhì)導(dǎo)向鉆進(jìn)技術(shù)為代表的先進(jìn)鉆井技術(shù)取得了新的突破。國(guó)內(nèi)各油田先后完成了十余口分支井現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，形成了分支井鉆井工藝技術(shù)，配套完善了井下工具；在成功研制開(kāi)發(fā)具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的MWD無(wú)線隨鉆測(cè)量系統(tǒng)、自然伽瑪和感應(yīng)電阻率測(cè)量系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，形成了地質(zhì)導(dǎo)向鉆井配套技術(shù)。2004年8月，完成了國(guó)內(nèi)最深的雙分支水平井ＴＫ908ＤＨ井。第一分支完鉆井深5234.55ｍ,水平段長(zhǎng)450.00ｍ,水平位移754.49ｍ。第二分支完鉆井深5239.88ｍ，水平段長(zhǎng)500.06ｍ,水平位移700.00ｍ。
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