¿Cómo controlar los pozos de petróleo y gas?
Los trabajos de perforación requieren no sólo alta velocidad, sino también buena calidad. La calidad del pozo es la premisa y fundamento de la calidad de terminación de pozos de petróleo y gas, y afecta directamente el buen progreso de los trabajos de exploración y desarrollo de campos de petróleo y gas.
El fenómeno de que el eje del pozo se desvíe de la dirección vertical se llama desviación del pozo. Una gran cantidad de práctica ha demostrado que una desviación severa de los pozos traerá diversos peligros a la perforación, el desarrollo de campos de petróleo y gas y la producción de petróleo, e incluso causará accidentes. Por lo tanto, algunos indicadores de desviación del pozo son parámetros importantes para medir la calidad de un pozo.
Si la desviación del pozo es grande, aumentará el metraje necesario para perforar hasta la misma capa objetivo. Esto no sólo es costoso, sino que también puede conducir a conclusiones erróneas debido a errores de profundidad, lo que hace que los datos geológicos sean poco realistas y faltan capas de petróleo y gas. La inclinación excesiva del pozo y la desviación excesiva entre el fondo del pozo y la posición diseñada destruirán el plan de distribución del patrón de pozo para el desarrollo del campo de petróleo y gas y afectarán la tasa de recuperación del yacimiento de petróleo y gas.
La desviación del pozo hace que el pozo sea curvo. Las herramientas de perforación que giran en un pozo curvo son propensas a fracturarse por fatiga. Las herramientas de perforación en secciones del pozo muy curvadas experimentan menos tensión de perforación, lo que traerá presión de contacto a la pared del pozo y al revestimiento, agravando el desgaste de las herramientas de perforación y el revestimiento. Al mismo tiempo, durante la rotación prolongada y la perforación hacia arriba y hacia abajo, la pared del pozo será desgastada por el "chavetero" perforado por la herramienta de perforación, lo que provocará que la perforadora se atasque.
Al cementar, en secciones de pozo muy curvadas donde la inclinación del pozo cambia mucho, el revestimiento y los instrumentos de registro con mayor rigidez que las herramientas de perforación no son fáciles de bajar al pozo y son propensos a atascarse en el revestimiento; el pozo Si el pozo no está alineado debido a la desviación, es difícil que la lechada de cemento llene todo el espacio anular fuera de la carcasa, lo que afecta la calidad de la cementación.
En resumen, los peligros de la desviación de un pozo son multifacéticos y las consecuencias son graves, lo que requiere la atención de los trabajadores de perforación.
Con el desarrollo de la perforación rotativa, todavía resulta difícil perforar un pozo vertical completamente no inclinado. Los pozos siempre están más o menos inclinados. El daño de la desviación del pozo para la perforación y la minería está relacionado con la gravedad de la desviación del pozo. Los pozos ligeramente inclinados no suponen ningún peligro; los pozos muy inclinados pueden provocar accidentes o incluso inutilizar el pozo. Entonces, ¿qué tipo de desviación del pozo está permitida? Existe un estándar de control de desviación de pozos. Los pozos perforados bajo esta norma pueden considerarse "pozos verticales" calificados, evitando así la búsqueda inútil de pozos absolutamente rectos. La calidad del cuerpo del pozo se basa en la ingeniería real.
El estándar de control de inclinación de pozos de mi país es que la curvatura del pozo no debe exceder los 3°/100 metros. En cuanto al ángulo de inclinación del pozo y otras regulaciones, se determina de acuerdo con las condiciones específicas de cada región. La evaluación del campo petrolífero de Shengli se muestra en la Tabla 5-1.
Evaluación del control de desviación del pozo
2. Control de presión del pozo 1. Relación de equilibrio de presión Durante el proceso de perforación, la presión de formación ps se equilibra con la presión de la columna de fluido de perforación p0 que actúa sobre el fondo del pozo. Dependiendo de la magnitud relativa de estas dos presiones, pueden darse tres situaciones:
(1) p0=ps, lo que se denomina estado de equilibrio. Este es el estado más ideal. En este estado se puede lograr una perforación rápida, segura, eficiente y económica.
(2)p0gt;ps, llamado estado de sobreequilibrio. Si la diferencia de presión es demasiado grande, provocará algunos accidentes de ingeniería, como formaciones fracturadas, perforadoras atascadas, etc., y también reducirá la velocidad de perforación. Si la diferencia de presión se controla dentro del rango permitido, todavía es factible en la práctica de producción de perforación.
(3) p0lt; ps, llamado estado desequilibrado. En términos generales, este estado provocará explosiones y colapsos. Sin embargo, en algunas áreas de baja presión y baja permeabilidad, este estado puede exponer completamente las capas de petróleo y gas y lograr buenos resultados de producción.
Se puede inferir del análisis anterior que bajo diferentes condiciones de perforación, la presión p0 ejercida por la columna de fluido de perforación en el fondo del pozo es diferente. Si no se considera por el momento la influencia de los recortes, la invasión de gas o la invasión de petróleo (agua) sobre la presión de la columna de fluido de perforación, se presentan las siguientes situaciones:
En reposo, p0=pm(5- 1) taladrar Al perforar, p0=pm-psb-pdp(5-2) Al perforar, p0=pm pc(5-3) Al perforar, p0=pm psb(5-4) Al perforar, p0=pm pc psb (5 -5) En la fórmula, p0 - la presión de la columna de fluido de perforación que actúa sobre el fondo del pozo; pm - la presión generada por la gravedad de la columna de fluido de perforación; psb - presión de fluctuación; pérdida de presión de circulación; pdp - fuerza de disparo El nivel del líquido cae, reduciendo la presión.
Al perforar y perforar, la presión de la columna de fluido de perforación que actúa sobre el fondo del pozo es el valor máximo, mientras que cuando se dispara y está estacionario, la presión de la columna de fluido de perforación que actúa sobre el fondo del pozo es el valor máximo; valor mínimo. Esto es cuando es probable que se produzcan reventones y la presión del fondo del pozo está centrada al perforar.
Con una comprensión completa y una comprensión de las reglas cambiantes de la presión de fondo del pozo ejercida por la columna de fluido de perforación, se pueden tomar diferentes medidas de acuerdo con los diferentes estados de equilibrio de presión.
2. Cuando la presión de la columna de fluido de perforación del fondo es menor que la presión de formación, el fenómeno del fluido de formación que fluye hacia el pozo se llama desbordamiento. Si el desbordamiento no se puede descubrir a tiempo y no se pueden tomar medidas de control rápidamente para detenerlo, los fluidos de formación fluirán hacia el pozo sin control, provocando una explosión. La teoría y la práctica han demostrado que cuando se utiliza la tecnología de perforación con presión equilibrada, debido a la pequeña diferencia de presión en el fondo del pozo, se destruirán ligeros cambios en el equilibrio de presión en el pozo y la probabilidad de desbordamiento es relativamente alta. La detección temprana del desbordamiento, el control rápido del desbordamiento, la restauración y reconstrucción del equilibrio de presión son la clave para prevenir explosiones y también son la garantía básica y las medidas de apoyo para la implementación de la tecnología de perforación de presión equilibrada.
1) Cuando se encuentran señales de desbordamiento en el método de control de la boca del pozo y se demuestra que el fluido de formación ha fluido hacia el pozo, la operación debe detenerse inmediatamente, la boca del pozo debe controlarse de manera segura lo antes posible. el empacador debe estar cerrado y el fluido de perforación debe retenerse en el pozo en la mayor medida posible. Cree las condiciones para una perforación a presión suave en el futuro. Bajo diferentes condiciones de operación de perforación, las medidas de control después del desbordamiento son diferentes.
(1) Al perforar. El procedimiento operativo para el control del cabezal del pozo después de que se produce un desbordamiento es: detener la bomba y perforar → levantar el kelly para exponer la junta a la superficie de la plataforma giratoria → abrir la válvula de mariposa → cerrar el preventor de explosiones → cerrar la válvula de mariposa y cerrar el pozo → registre la presión de la tubería de perforación y la presión de la carcasa → registre el incremento de fluido de perforación en la piscina de fluido de perforación para prepararse para la matanza del pozo.
(2) Al iniciar y detener la perforación. Detenga las operaciones después de que se produzca un desbordamiento, coloque la sarta de perforación en la plataforma giratoria → agarre la válvula de retorno de aceite de la herramienta de perforación → abra la válvula de mariposa → cierre el dispositivo de prevención de reventones → cierre la válvula de mariposa y cierre el pozo → registre la presión de la tubería de perforación y presión de la carcasa → registrar la perforación El fluido de perforación en la piscina de líquido aumenta → se enciende la bomba para obtener la presión del tubo ascendente → se decide el siguiente paso.
(3) Cuando el pozo está vacío. Si el desbordamiento es severo y existe la posibilidad de una explosión inmediata, el preventor de explosiones completamente cerrado debe cerrarse rápidamente, si hay un cable en el pozo, debe cortarse con decisión si no hay peligro de una explosión inmediata; , se deben bajar rápidamente tantas herramientas de perforación como sea posible y luego se controla el proceso de perforación.
El propósito del programa de control anterior es evitar rápidamente que el fluido de formación continúe fluyendo hacia el pozo, para mantener la mayor cantidad de fluido de perforación posible en el pozo y crear las condiciones para el siguiente paso. de matar el pozo.
Mientras se espera que se cierre el pozo, la presión en la boca del pozo puede seguir aumentando, por lo que se debe prestar atención. Cuando la presión en la boca del pozo aumenta a un cierto valor permitido (como la presión máxima de trabajo del dispositivo de la boca del pozo, la fuerza de presión interna mínima de la carcasa, la presión de fractura de la formación, etc.), la presión de la válvula de mariposa debe liberarse a tiempo. para mantener la presión en la boca del pozo dentro de un rango seguro y registrar el volumen de descarga del fluido de perforación al mismo tiempo.
2) Características del ciclo de eliminación: Después de que ocurre el desbordamiento, se cierra el preventor de explosiones, se inyecta en el pozo fluido de perforación pesado de cierta densidad de manera controlada y se inicia la operación de circulación para eliminar el el desbordamiento se llama matar. Matar el pozo es la única manera de restaurar y restablecer el equilibrio de presión en el pozo después de que ocurre un desbordamiento o una explosión.
Los métodos de circulación general (circulación abierta en boca de pozo) no pueden prevenir ni eliminar el desbordamiento. Esto se debe a que cuando ocurre un desbordamiento, el equilibrio de presión dentro del pozo se altera. Durante el proceso de circulación, el fluido de perforación pesado bombeado seguirá siendo invadido por fluidos de formación, su densidad disminuirá y seguirá siendo incapaz de equilibrar la presión de formación. Por lo tanto, se debe utilizar la circulación de presión del pozo para generar cierta resistencia local en la boca del pozo a través de la válvula de mariposa, es decir, se genera contrapresión en la boca del pozo para aumentar la presión en el espacio anular. Dado que el fluido puede transmitir presión, la contrapresión también actuará sobre todo el pozo y el fondo del pozo. Junto con la presión de la columna de fluido de perforación, puede equilibrar la presión de la formación y evitar que el fluido de formación continúe fluyendo. Obviamente, durante el proceso de circulación de presión, a medida que aumenta la altura de la columna de fluido de perforación ponderada en el espacio anular, el fluido de perforación contaminado se descarga gradualmente y la contrapresión en la boca del pozo debe disminuir gradualmente. Cuando el fluido de perforación ponderado llena completamente el espacio anular, la presión de la columna del fluido de perforación por sí sola puede equilibrar la presión de la formación, eliminando la necesidad de contrapresión en la boca del pozo. La contrapresión en el cabezal del pozo se puede controlar ajustando la apertura de la válvula de mariposa. Cuando la válvula de mariposa está completamente abierta, la contrapresión es cero, es decir, el desbordamiento se elimina por completo y se restablece el equilibrio de presión en el pozo.
En resumen, las características de la circulación a presión se pueden resumir de la siguiente manera: bajo la premisa de controlar la boca del pozo, la circulación se realiza con un pequeño desplazamiento y, al mismo tiempo, la apertura del acelerador. La válvula se ajusta continuamente para producir diferentes contrapresiones en la boca del pozo. La presión actúa en el fondo del pozo y el fluido de perforación llena todo el espacio anular desde el principio hasta el peso más pesado. La suma de la contrapresión y la presión de la columna de fluido de perforación es igual. a la presión de formación, restaurando el equilibrio de presión en el pozo.
3. La tecnología de perforación direccional con control de trayectoria es una tecnología de perforación que utiliza trayectorias de pozo razonables y medidas de perforación especiales para perforar hasta la capa objetivo cuando se requiere un cierto desplazamiento en la cabeza y el fondo del pozo. En comparación con los pozos verticales, los pozos direccionales no solo tienen cambios en la inclinación y dirección del pozo, sino que también deben garantizar la perforación a lo largo de la trayectoria del pozo y estar orientados en el anillo superior de principio a fin. Por lo tanto, la tecnología de perforación direccional es mucho más compleja y difícil que la tecnología de perforación ordinaria. Es una de las tecnologías de perforación más populares en la actualidad. Utilizando tecnología de perforación direccional, se pueden perforar según sea necesario pozos horizontales, pozos en racimo, pozos de desvío, pozos de rescate, etc., lo que enriquece enormemente el contenido de la producción de perforación y proporciona medios técnicos eficaces para la exploración y el desarrollo de recursos de petróleo y gas.
La perforación de pozos direccionales comenzó en la década de 1930. La aparición de herramientas eléctricas de perforación de fondo de pozo, la mejora gradual de los instrumentos de medición de fondo de pozo y la acumulación de tecnología y experiencia en perforación han hecho que la tecnología de perforación direccional se utilice ampliamente en tierra y océano desde la década de 1950. Desde la década de 1960 hasta la década de 1970, la aplicación de computadoras en el diseño y construcción de pozos direccionales y el surgimiento de la tecnología de medición de perforación mejoraron en gran medida la velocidad de perforación, la profundidad de perforación, la distancia de perforación, la precisión de la perforación y otros aspectos de los pozos direccionales, demostrando además que Se demostró el papel de la tecnología de perforación direccional en la aceleración de la exploración y el desarrollo de yacimientos de petróleo y gas. Esto refleja además la superioridad de la tecnología de perforación direccional para acelerar la exploración y el desarrollo de campos de petróleo y gas y superar algunas dificultades técnicas encontradas en la perforación de pozos verticales.
En la actualidad, la aplicación de la tecnología de perforación direccional generalmente se centra en los siguientes aspectos:
(1) Las condiciones geológicas subterráneas son especiales y los resultados de exploración y desarrollo de la perforación de pozos verticales. no son buenos. El uso de tecnología de perforación direccional para perforar pozos muy desviados y pozos horizontales puede penetrar y exponer los yacimientos de petróleo y gas al máximo y maximizar las tasas de producción y recuperación.
(2) Restricciones de condiciones del terreno. Al perforar yacimientos de petróleo y gas en montañas, lagos, océanos y áreas desérticas, el uso de tecnología de perforación direccional para perforar pozos en racimo y pozos de fondos múltiples puede ahorrar enormemente la inversión y reducir los costos de producción.
(3) La necesidad de tecnología de perforación. Cuando se trata de accidentes de perforación, a menudo se utiliza tecnología de perforación direccional. Desviar los pozos que han caído en el fondo del pozo durante mucho tiempo y no se pueden recuperar; para los pozos con bocas de pozo fuera de control e incendios, los pozos de rescate de perforación se comunican entre sí para matar los pozos y garantizar la seguridad de la producción de perforación.
Los contenidos principales de la tecnología de perforación direccional incluyen el diseño de la trayectoria del pozo, el control de la trayectoria del pozo y la medición de la trayectoria del pozo. A continuación se presenta principalmente la tecnología de proceso básica de los pozos direccionales bidimensionales.
1. En la perforación direccional, la trayectoria del pozo es la base y base para la construcción de la perforación. Por lo tanto, si el diseño de la trayectoria del pozo es razonable determina en gran medida la efectividad de la perforación direccional.
Las trayectorias de los pozos convencionales consisten en secciones verticales de diferentes longitudes, diferentes curvaturas y diferentes secuencias, secciones verticales inclinadas (secciones de inclinación estable) y secciones inclinadas (secciones de inclinación creciente o secciones de inclinación decreciente). Estos tres tipos de secciones de pozo pueden formar una variedad de formas de trayectoria de pozo, las más comunes de las cuales son dos.
Una es la trayectoria del pozo "recta, creciente y estable", que en los campos nacionales se denomina trayectoria del pozo de "tres etapas". Sus características notables son que la estructura del pozo es simple y el desplazamiento horizontal del fondo del pozo puede ser grande, por lo que se utiliza principalmente en la perforación de pozos y en los pozos de rescate. Esta trayectoria del pozo se puede dividir en dos tipos: punto de fluidez bajo y punto de fluidez alto. La sección estabilizadora puede ser larga o corta, o incluso no tener sección estabilizadora. La "trayectoria" de tres etapas tiene gran flexibilidad y puede cumplir con las condiciones y requisitos de producción de perforación. Ha sido ampliamente utilizada en perforación direccional, especialmente en pozos horizontales y pozos altamente desviados desarrollados en los últimos años.
Otro. Una es la trayectoria "recta-creciente-estable-decreciente-estable", que en el sitio se denomina trayectoria "en forma de S" o "en forma de S". El diseño de la trayectoria del pozo en "forma de S" también se puede cambiar de manera flexible. .
Por ejemplo, la sección de inclinación estable después de aumentar la inclinación puede ser muy larga o muy corta, o incluso cero la sección de inclinación estable después de disminuir la inclinación también puede ser muy larga o muy corta; el ángulo de inclinación inferior puede ser muy grande o muy corto; pequeño, incluso cero, verticalmente en la capa de destino, como se muestra en la Figura 5-8.
Figura 5-8 Diagrama esquemático de la trayectoria direccional del pozo
De hecho, se puede decir que la trayectoria del pozo de "tres etapas" es solo un caso especial de la trayectoria del pozo "S- trayectoria del pozo "formada". La trayectoria en "forma de S" puede considerarse como representativa de todas las trayectorias de pozos direccionales bidimensionales convencionales, de modo que el diseño de la trayectoria puede unificarse.
El diseño de trayectoria de pozo convencional debe seguir los siguientes principios:
(1) Puede lograr el propósito de perforar pozos direccionales. Para yacimientos fracturados y yacimientos con espesor pequeño, con el fin de aumentar el área de exposición del yacimiento y aumentar la producción, a menudo se diseñan pozos horizontales o pozos de fondo múltiples. Para cumplir con los requisitos de la tecnología de producción de petróleo, la mayoría de los pozos direccionales están diseñados con una estructura de pozo en forma de "S". Para evitar obstáculos subterráneos o evitar cruzar el pozo, la estructura del pozo también se puede diseñar en una "forma de S" tridimensional. Para los pozos de rescate, el requisito principal es perforar con precisión hasta el objetivo. Para pozos direccionales que requieren desvío por accidentes, basta con evitar la caída de peces (es decir, objetos que caigan del pozo) e inclinarlos hasta un cierto desplazamiento horizontal.
(2) Intente aprovechar al máximo el patrón oblicuo de la formación, lo que puede reducir en gran medida la carga de trabajo y la dificultad de la dirección oblicua artificial.
(3) Debe ser propicio para cumplir con los requisitos de la tecnología de producción de petróleo. La curvatura del pozo no debe ser demasiado grande para mejorar las condiciones de trabajo de la varilla de bombeo; es mejor ingresar la capa de petróleo en la sección vertical para facilitar el sellado del empacador y otras medidas de estimulación de la producción.
(4) Debe favorecer una perforación segura, rápida y de alta calidad. Esto requiere la selección de la curvatura del pozo, la trayectoria del pozo, el punto de deflexión y la estructura del pozo relacionada apropiadas.
2. Control de trayectoria del pozo El control de trayectoria del pozo incluye control de inclinación del pozo y control de azimut. Durante el proceso de perforación direccional, para garantizar que el pozo se desarrolle de acuerdo con la trayectoria predeterminada, se debe llevar a cabo un control de la trayectoria del pozo. Una vez que la perforación se desvía de la trayectoria de perforación, también se requiere control de la trayectoria de perforación. Por lo tanto, el control de la trayectoria del pozo es uno de los aspectos más importantes de la tecnología de perforación direccional.
El control de inclinación, es decir, controlar el cambio del ángulo de inclinación del pozo, tiene dos métodos: uno es utilizar una herramienta de inclinación para crear o aumentar la inclinación. Cuando haya necesidades especiales, también puede utilizar la herramienta de pendiente para reducir la pendiente. Otro enfoque es utilizar una combinación de herramientas de perforación de fondo de pozo para aumentar, disminuir y estabilizar la inclinación.
El control del ángulo de azimut consiste en controlar el cambio del ángulo de azimut del pozo. Se pueden utilizar dos métodos: uno es utilizar la deriva natural de las características de la formación y la combinación de herramientas de perforación de fondo para lograr el propósito. Otro método consiste en utilizar herramientas de deflexión para forzar cambios en el acimut del pozo.
Ya sea para controlar la inclinación o la dirección, se deben utilizar dos herramientas básicas, a saber, la herramienta de inclinación y la combinación de herramientas de perforación de fondo. Al comienzo del desarrollo de la perforación direccional, la gente comenzó a utilizar herramientas de pozos desviados para controlar la inclinación y dirección del pozo. A medida que las herramientas se desarrollan, su teoría y su uso en el campo se vuelven cada vez más maduros. En cuanto a la combinación de herramientas de perforación de fondo, aunque se descubrió muy pronto que tiene una gran influencia en los cambios en la desviación y la dirección del pozo, no se ha estudiado lo suficiente durante mucho tiempo. A partir de la década de 1950, el académico estadounidense Rubinsky comenzó a estudiar las propiedades mecánicas de los conjuntos de herramientas de perforación, que en aquella época se utilizaban principalmente para perforar pozos verticales. No fue hasta la década de 1960 que se propusieron modelos mecánicos de ensamblaje de fondo de pozo para perforación direccional. Durante un tiempo, la investigación sobre el ensamblaje de herramientas de fondo de pozo se hizo popular y muchos académicos utilizaron diferentes métodos matemáticos y mecánicos para realizar investigaciones y análisis.
3. Los datos de medición direccional de los pozos son la base para controlar las trayectorias de los pozos. En el proceso de controlar la trayectoria del pozo, es necesario comprender y captar los cambios en los parámetros básicos del pozo direccional de manera oportuna y precisa para poder tomar las medidas correspondientes para garantizar que la trayectoria del pozo se desarrolle a lo largo de la trayectoria predeterminada. . La práctica de perforación direccional ha demostrado que para completar pozos direccionales de alta calidad, además de un diseño razonable de la trayectoria del pozo y un control eficaz de la trayectoria del pozo, también se deben utilizar instrumentos y equipos de medición de pozos direccionales de alto rendimiento. En la actualidad, esta tendencia es cada vez más evidente.
Desde la década de 1950 hasta la actualidad, la tecnología de medición de la trayectoria de los pozos se ha desarrollado extremadamente rápidamente, pasando principalmente por los siguientes procesos: orientación del suelo de impresión de tuberías de perforación → orientación del tubo de vidrio de ácido fluorhídrico → orientación de inclinómetros magnéticos de uno y múltiples puntos → Orientación del inclinómetro giroscópico de uno y varios puntos → Inclinómetro cableado durante la orientación del sistema de perforación → Inclinómetro inalámbrico durante la orientación del sistema de perforación.
Los métodos de orientación india de tubos de perforación y de orientación de tubos de vidrio con ácido fluorhídrico tienen baja eficiencia y poca precisión y han sido eliminados. Los inclinómetros magnéticos de punto único y multipunto y los inclinómetros giroscópicos son las herramientas inclinométricas más utilizadas en la construcción de pozos direccionales. El inclinómetro cableado y el sistema de orientación estudiados con éxito a mediados de la década de 1970 se han utilizado ampliamente en mediciones de secciones inclinadas. El sistema inalámbrico de perforación direccional de pozos inclinados se desarrolló a finales de la década de 1970 y se ha aplicado en yacimientos petrolíferos del Mar del Norte y en algunos yacimientos petrolíferos de Estados Unidos. Todavía se encuentra en fase de desarrollo y mejora.