什么是“点”与“面”的丛钻?
一般来说,丛式钻井只钻几口直井,大部分是定向斜井(图36)。开始钻井时,钻一个垂直井段。当钻至一定深度时,根据工程设计,井段开始倾斜,使用专用造斜器或其他造斜工具产生斜向力,使钻井斜向下钻进。钻至一定深度后,井底可从原来的垂直井段位移一大段距离。丛式钻井使使用了几十年的旋转钻井技术发展到一个新的水平。
图36定向钻井的作用
丛式钻井一出现就有明显的优势:一是使油田钻井技术更加完善。在油田勘探中,一旦发生钻具落井或井喷火灾等重大事故,就会延误工期,甚至报废钻井,造成极大的浪费。丛式钻井可以作为处理事故的救援井和辅助井。在大庆油田勘探中,有一口油井发生井喷,经多次处理仍无法制服。工程师们以这口井为中心,在相距几十米的两条对角线的顶点上钻了四个定向斜井,使他们钻的地层与井喷地层相连,然后用高压同时向这四口井内泵入水泥浆,最终抑制了井喷。
在钻井勘探中,经常会遇到地下储油构造好的地表是河流、湖泊或良田,或者在老油田打加密井遇到地面有建筑物时,可以采用丛式井,既省钱又提高效率。
二是可以有效节约钻井成本,加快油田勘探开发速度。丛式钻井不需要对原有的井场布局进行大的改动。只要移动钻台底座,调整一些传动设备,就可以快速安装,快速钻孔。这样可以大大提高钻机的利用率,特别是在海上油气勘探开发钻井中,这种节约效果更加明显。而且老井钻井液可以重复利用,节约钻井液材料成本。第三,丛式钻井方便了完井后油井的集中管理,减少了集输过程,大大节省了人力、物力和财力。因此,丛式钻井的经济效益是非常明显的。
丛式钻井技术除了提升、旋转和钻井液循环三大功能外,还需要钻井设备,特别是钻机传动设备的灵活布置,备件的标准化安装和互换性,机房和泵室独立的动力设备,井架和钻台的快速组装,高效的井底动力钻具、鞭式工具和专用钻头,准确可靠的井底定向测斜仪,配备比常规钻机多20%的功率。因此,丛式钻井技术也是一项非常复杂的系统工程,对钻井设备和操作人员的素质要求很高。
目前,美国在钻丛式井方面拥有世界上较高的技术。美国工程师和技术人员已经在加利福尼亚州圣巴巴拉海峡的钻井船平台上钻了96口井(图37),前苏联也创下了在陆地油田的一个井场周围钻30口丛式井的记录。
图37钻井船
从20世纪50年代末开始,中国开始研究定向斜井。四川、中原、大港、胜利等油田先后钻成最大井斜90°的定向斜井,水平位移1914.52米,为丛式钻井技术积累了丰富的经验。20世纪80年代中后期以来,丛式钻井技术在我国大部分油田得到发展。广泛应用于海上油气勘探开发。渤海石油钻井平台在渤中13井周围钻12丛式井,创造了国内海上丛式钻井记录(图38)。胜利油田在河50断块设计了43口井的丛式钻井群,创下了国内丛式井最多的纪录。
图38海上钻井
沈阳油田隶属于中国辽河油田,含油面积92.5平方公里,地质储量1.9亿吨。它是中国最大的高凝油油田,也是第一个完全采用丛式钻井开发的油田。该油田共建成丛式钻井平台105座,其中国家“七五”科技攻关项目安12区块10平台创下了钻井17口的纪录。由于投资大大减少,当年油田建成投产,1987年底日产量达到6800多吨。
在沈阳油田的开发中,工程技术人员经过精确计算,采用了优化完井方法和优化参数钻井技术。研究发现,钻一口2300米深的斜井,每米平均成本比钻一口同样深度的直井增加13.7元(80年代中期的成本),但同时建造6口井的丛式钻井平台,总成本可降低1565438。而且油井投产后,更容易向丛式油田提供集中供热供电,大大减少了地面管道的铺设,相应减少了热能损失,便于管理,经济效益十分可观。据初步测算,沈阳油田仅一口丛式井开发,就可减少占地1632亩,节约油田建设总投资3753.2万元。因此,丛式钻井新技术具有巨大的社会效益和经济效益。