開採石油和天然氣時如何在地下深處打水平井?

大龍131388851


小油瓶先用張圖展現一下打水平井的意義所在


圖1 直井和水平井

如圖所示,水平井可以有效提高油層穿越的面積,增加單井產量。通俗的來說原先打直井的時候一天能產10噸油,採用打水平井的方式,一天能產100噸油,不過水平井一般前期產量比較高,到了後期就衰退的比較厲害,而打直井的話,雖然看著每天產的油少,但是能穩產時間較長。

水平井是開採石油時,為提高單井產量的一種手段,將鑽井軌跡控制在目的層中維持一定長度的水平井段的特殊鑽井。

那麼明明鑽桿是垂直的從井口下入井底的,怎麼到了地下能變成水平的呢?

主要依靠3大方面的配合才能實現,分別是螺桿+鑽頭完成造斜、鑽井液的潤滑、鑽桿的彎曲

螺桿+鑽頭完成造斜實現“指哪打哪”

依靠鑽頭上面的一種帶彎曲的“螺桿”,他有一定的曲率,通過控制螺桿工具面的方位,來引導鑽頭往哪個方向鑽進,實現指哪打哪!

圖2 螺桿一般有一定的彎曲率

圖3左是定向鑽進此時螺桿不動,鑽頭轉動就會有一定的彎曲,這叫造斜

圖3右是複合鑽進此時螺桿和鑽頭一起動,這樣就不會造斜,就會垂直鑽進。

當螺桿彎曲的面一直向上並且固定時,隨著鑽頭的轉動,螺桿就會引導鑽頭偏離直線,往上翹,這樣就使得鑽井井眼不是垂直的了,有了一定的斜度。

如果一直造斜,井眼和垂直線的夾角a就越來越大,直到井眼軌跡跟垂直線成90度夾角的時候,就成為了水平井。

鑽井液的潤滑作用保障井眼順暢

當然由垂直井眼變成傾斜井眼甚至水平井眼時,就會面臨兩個問題

鑽具貼井壁

由於鑽具是有重量的,從造斜段開始,鑽具受力狀況相對於直井就發生了根本的變化,

鑽具會躺在下井壁,對井壁就會帶來一定的壓力,使得鑽具起下鑽和鑽具旋轉的阻力大大增加,有時鑽具的壓力直接作用到了井壁上,鑽頭上都傳遞不到壓力,那麼就無法進行鑽進和增斜。

這時候就需要向泥漿中加入大量增加潤滑性的材料,使得鑽具在井眼中非常的暢通和順滑。

鑽桿的彎曲保障鑽井井眼軌跡

首先鑽桿一定能彎曲的,如果寧折不彎,是絕對無法實現井眼的水平的。


鑽桿是一種尾部帶螺紋的鋼管,它們一節一節首尾相連,用於連接鑽機地表設備和鑽井井底鑽頭,鑽桿會與鑽頭一起提高、降低或旋轉,因此鑽桿必須能承受巨大的內外壓、扭曲、彎曲和振動。

不要小看每根鑽桿的微小形變,積少成多可以創造“奇蹟”。

以地球為例,實際上地球表面是弧形,但是在比較短的距離內,曲率比較小,咱們看地面都是平的。

同樣的道理,對於水平井來說,從垂直的井眼增斜到水平的井眼時,增斜的角度很大,但是鑽井的井深非常深,只要每根鑽桿承受微小的形變就能實現所需要的弧度了。

正是憑藉鑽桿的彎曲度,鑽井液的潤滑,螺桿的造斜,我們才可以將一個垂直的井眼變成一個水平的井眼,這就是在地下深層打水平井的大概原理!


小油瓶侃歷史


恕我孤陋寡聞,開採石油天然氣,都是打垂直井的,還真沒有聽說過打水平井的,尤其是在地下深處打。或許這是一項新研發的技術吧,倒是想聽賜教。


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