井口減阻裝置的作用

㈠ 法國追風級輕型護衛艦的技術特點

該級艦的艦體設計簡潔緊湊，其上層建築與拉斐特級護衛艦有些類似，都採用側壁內傾和干舷部外傾設計，消除了所有露天的兩面角和三面角，以避免敵方雷達入射波反射。由於採用單個封閉式綜合桅桿，減少了上層建築上的各種電子設備布置，使得整個上層建築簡潔而有序。該級艦的艦橋巧妙的與上層建築相融合，使之成為360度全景艦橋，在艦橋前部是隱匿在主甲板下的導彈垂直發射系統以及位於艦艇首部的艦炮。在艦首甲板上也沒有明顯的錨鏈機械設備。該級艦還同時在前後甲板採用了封閉設計，放置無人潛航器或無人水面艇的艙室入口均遮以反射網，導彈則布置在甲板下方。另外，在艦艇尾部還配備有直升機甲板。
為降低紅外信號，追風級取消了傳統的煙囪，而是用海水先將發動機排出的廢氣冷卻，然後通過水線以下排放口排出，相較於拉菲特級採用不易產生紅外輻射的玻璃鋼來製造煙囪，再塗以一種低輻射塗料的方法，追風級「不僅治標、更要治本」的措施顯然效果更好。此外，該級艦的前、後發動機以及柴油發電機產生的廢氣，首先將由海水注入系統進行冷卻，然後再從水線或者水線以下排放。其中後發動機的廢氣經冷卻後將被導入中央助推器，從而避免了推進系統產生的煙霧排向直升機甲板。追風級還利用彈性材料將艦殼與主發動機、柴油發電機及大多數雜訊設備相隔離；精心布置管道與電纜，盡可能避免機械設備的振動傳至艦殼；必要時採用柔性液壓管道；優化艦艇外形設計，從而將航行時的雜訊降到了最低限度。由於瀕海作戰將不可避免的遇到敵方水雷的攔截，因此該級艦安裝有M、L和A型三種消磁環以降低磁信號。 追風級設計上的一大創新是傾斜封閉式導彈發射裝置。到目前為止，包括拉斐特級在內的大部分護衛艦反艦導彈發射裝置都是採用傾斜20度固定發射架。這種布置方式的最大缺點是增加了整個艦艇的雷達信號特徵。與拉斐特級的「飛魚」導彈發射裝置布置在上層建築的中部不同，追風級的反艦導彈發射系統布置在上層建築前側，並且可水平放置在甲板下。當需要發射反艦導彈時，發射裝置可以抬升一定角度發射。這種設計不僅有效降低了艦艇的雷達信號特徵，也使得發射裝置可在波濤洶涌的海上得到很好的保護。
作為輕型護衛艦，追風級選擇了中口徑的奧托-梅萊拉76毫米或博福斯57毫米艦炮系統，用於瀕海支援、反水面或防空作戰；此外，該級艦還安裝有30毫米防空速射炮。這種武器搭配模式充分保證了其作為輕型瀕海艦艇的任務彈性。
三種型號的追風級均可配備16枚馬特拉MBDA海軍型「米卡」導彈。其中，170和200型採用DCNS的「席瓦爾」垂直發射系統，用於發射射程更遠的「紫菀」15艦空導彈。此外，200型還可使用增程型「海麻雀」艦空導彈，但需要在艦橋前部和後部分別安裝I/J波段火控照射雷達。
近海作戰將面臨十分復雜的水下環境。為此，追風級護衛艦安裝了避雷聲吶（「追風」200為艇殼反潛聲吶），該聲吶採用了可伸縮設計，必要時還可提供獨立的導航功能。魚雷探測系統是一種候選的自衛手段，一旦選用，誘餌發射器將配用聲誘餌彈。200型追風配有變深聲吶和2具三管魚雷發射裝置，提供了較完善的反潛能力 追風級設計上的最大的特點就是淘汰了拉斐特級前後桅的傳統設計，代之以一個先進的綜合封閉式桅桿，這種單桅設計的主要優點是省出了大量上層建築空間，既有利於隱身，也為在不大的艦體上安裝更全面的武器系統提供了方便。拉斐特級在前桅上安裝有紅外探測器、衛星通信、雷達偵察等設備，在後桅桿上安裝了「海虎」MK2對空/海警戒雷達。這種設計的主要目的是避免設備之間電子信號的相互干擾。現在DCNS已經成功解決了電磁兼容問題。新型桅桿的結構分為上下兩部分。下半部分是可承受一定重量的圓錐形雷達罩，其內容納了一部C波段對空監視和目標指示雷達。由於圓錐形雷達罩的獨特設計，不僅有效保護了雷達免受海上環境的侵蝕，也使C波段雷達真正實現了360度旋轉探測，不留下探測盲區。同時，傾斜式圓錐面減少了雷達信號反射特徵，提高了艦艇隱身性能。為支撐整個上半部桅桿的重量和運動感應載荷，DCNS正在為圓錐形雷達罩開發一種新型復合材料，新材料具有足夠的強度和厚度，還可確保雷達波透過雷達罩後不發生衰減。在桅桿上半部則安裝了電子對抗裝置和高功率寬頻通信天線。
封閉式綜合桅桿中集成了各種功能的雷達電子設備。如導航雷達主要提供導航和水面戰術態勢信息；C波段三坐標雷達則是艦艇在瀕海環境下獲取空中戰術態勢信息的主感測器；電子支援系統作為無源措施，可成為強電磁環境下探測手段的有效補充，或在一般情況下對空中目標提供更好的識別能力。
需要特別指出的是，追風級利用先進的SETIS戰斗管理系統，將上述武器和感測器的功能有效融合在一起，使其戰斗系統具備了高度集成化的特點。SETIS屬於最新一代的艦艇戰斗管理系統，以DCNS的SETIS系統和泰利斯的TAVITAC系統為基礎，並大量引入了多種前沿信息網路技術。其主要部件包括多功能操控台、大型彩色顯示屏、計算機以及將各種武器和感測器連接起來的專用數據線，這些部件通過DINNA網路完成信息交換。事實上，採用國際標准和互聯網協議的DINNA網不但可以完成一艘艦艇上不同系統之間的信息交換，還可以完成不同艦艇系統之間以及艦艇與外部環境之間的信息交換。 追風級輕護艦可根據用戶的需求選擇多種動力系統。如追風170型要求24兆瓦的功率航速才可以達到30節，它既可採用6台4兆瓦的主機，也可採用4台6兆瓦的主機。鑒於噴水推進技術在瀕海條件下具有便於布局、高速航行時效率高、艦艇吃水淺且機動性高等優點，DCNS在分別考察了使用2個、3個、4個噴水推進器對重量、成本、布局和效率的影響後認為，追風級使用3個噴水推進器最適合，可分別發揮「控制」、「反向」和「助推」功能。
推進系統的各部分分別置於三個艙室中，即噴水推進艙、後主機室和前主機室，追風200型還另設一個專用傳動室。這種設計有助於提高艦艇的生存力，即使某一艙室發生損壞，也不至於令整艦徹底癱瘓。與機艙通常布置在艦艇中後部，而將生活和居住區布置在艦艇前部不同，追風級將所有與推進有關的設備都集中布置在尾部，由於減少了復雜的推進軸系，因此艦內空間大幅增加。
推進系統目前有兩種方案可供選擇。一是CODAD（全柴推進）方案，也是基本方案，基於三個獨立的驅動系，提供超過30節的航速。位於中央的驅動系由三部分組成：1或2台柴油機，1個傳動箱，1套傳動軸（驅動控制和反向噴水推進器）。兩側的驅動系每個也由三部分組成：2台柴油機，1個傳動箱，1套傳動軸（驅動助推噴水推進器）。二是CODAG（柴-燃聯合推進）方案，提供35節航速。這一方案的主要挑戰是如何將燃氣輪機應用於小型艦艇。LM-2500或MT-30等大型燃氣輪機對於該系列來說尺寸偏大，而且這些大功率燃氣輪機排出的廢氣較多，難以完全冷卻。所以，TF-100或ST-40等小型燃氣輪機成為最佳選擇。
在推進終端方面，拉斐特級使用螺旋槳推進方式航速僅為25節。而追風級採用的噴水推進模式可達30節以上，近海作戰時在速度、機動性、吃水等方面更加具有優勢。為了防止噴水推進控制出現故障，艦尾還安裝了一套穩定系統用於操縱艦艇。這套系統由兩對穩定鰭，外加一個減阻裝置組成，可減少艦艇的阻力以及縱搖。這一點與拉斐特級安裝的一套自動化平台穩定系統相似。拉斐特級利用這套系統通過控制舵葉和減搖鰭的組合作用，不僅能控制艦艇的橫搖運動，還可控制艦艇的橫盪和首搖運動。 通過上面的技術解剖，我們可以發現追風級輕型護衛艦之所以吸引眾多眼球，主要得益於其設計上幾個突出亮點：
其一是在布局方面。它將整個推進系統布置在艦艇尾部，武器裝備（如主炮、導彈垂直發射系統）位於艦首，艦艇中後部則為生活和居住區，這是一種頗具人性化的布局，可以確保艦員在進餐、休息或娛樂時免受噪音影響，同時遠離武器和彈葯等危險區。艦橋可提供360度全景觀察，非常方便觀察者監視艦艇周圍動向。精心確定了武器和感測器的位置，在確保艦員安全的前提下，使之獲得最大的覆蓋范圍，且導彈垂直發射系統的縱向位置可最大限度控制導彈發射時噴流泄露的影響。
其二就是集成桅桿。現代作戰艦艇往往配備各種先進的感測器，並且其中許多需要有全向工作范圍，如告警接收機和多功能雷達。該艦採用集成桅桿，為所有感測器提供了360度覆蓋范圍。另外，該艦藉助於集成桅桿為電子支援接收機和高功率寬頻通信發射機提供天線罩，有效緩解了電磁干擾問題。
第三，該級艦上層建築部分採用復合材料，尺寸也被有效限制，盡可能地減少了雷達反射截面。綜合採用的聲、光（熱）、電、磁信號抑制手段使其綜合隱身效果領先全球。
除此之外，追風級研製人員的一些細節考慮也讓人贊嘆。如鑒於高速圓舭艦型能在整個航速范圍內提供最佳動力性能，其採用了這種傳統艦型，但為了達到最佳效果，研究人員還是利用計算流體力學對其進行了優化。再者，為解決動力平衡問題，防止航行阻力增大，該級艦引入了可動擾流板，確保在高航速范圍內（20-35節）實現最佳動力平衡，在巡航速度下減小航行阻力，同時有助於減小縱傾。最後，為增加穩定性，追風級在艦尾設置了穩定系統，該系統包括兩對鰭外加一個鋼制減阻裝置，後者可減少艦艇航行時的阻力和縱傾。

㈡ 石油鑽井技術

《中國國土資源報》2007年1月29日3版刊登了「新型地質導向鑽井系統研製成功」的消息。這套系統由3個子系統組成：新型正脈沖無線隨鑽測斜系統、測傳馬達及無線接收系統、地面信息處理與決策系統。它具有測量、傳輸和導向三大功能。在研製過程中連續進行了4次地質導向鑽井實驗和鑽水平井的工業化應用，取得成功。這一成果的取得標志著我國在定向鑽井技術上取得重大突破。

2.3.1.1 地質導向鑽井技術

地質導向鑽井技術是20世紀90年代發展起來的前沿鑽井技術，其核心是用隨鑽定向測量數據和隨鑽地層評價測井數據以人機對話方式來控制井眼軌跡。與普通的定向鑽井技術不同之處是，它以井下實際地質特徵來確定和控制井眼軌跡，而不是按預先設計的井眼軌跡進行鑽井。地質導向鑽井技術能使井眼軌跡避開地層界面和地層流體界面始終位於產層內，從而可以精確地控制井下鑽具命中最佳地質目標。實現地質導向鑽井的幾項關鍵技術是隨鑽測量、隨鑽測井技術，旋轉導向閉環控制系統等。

隨鑽測量（MWD）的兩項基本任務是測量井斜和鑽井方位，其井下部分主要由探管、脈沖器、動力短節（或電池筒）和井底鑽壓短節組成，探管內包含各種感測器，如井斜、方位、溫度、震動感測器等。探管內的微處理器對各種感測器傳來的信號進行放大並處理，將其轉換成十進制，再轉換成二進制數碼，並按事先設定好的編碼順序把所有數據排列好。脈沖器用來傳輸脈沖信號，並接受地面指令。它是實現地面與井下雙向通訊並將井下資料實時傳輸到地面的唯一通道。井下動力部分有鋰電池或渦輪發電機兩種，其作用是為井下各種感測器和電子元件供電。井底鑽壓短節用於測定井底鑽壓和井底扭矩。

隨鑽測井系統（LWD）是當代石油鑽井最新技術之一。Schlumberger公司生產的雙補償電阻率儀CDR和雙補償中子密度儀CDN兩種測井系統代表了當今隨鑽測井系統的最高水平。CDR和CDN可以單獨使用也可以兩項一起與MWD聯合使用。LWD的CDR系統用電磁波傳送信息，整套系統安裝在一特製的無磁鑽鋌或短節內。該系統主要包括電池筒、伽馬感測器、電導率測量總成和探管。它主要測量並實時傳輸地層的伽馬曲線和深、淺電阻率曲線。對這些曲線進行分析，可以馬上判斷出地層的岩性並在一定程度上判斷地層流體的類型。LWD的CDN系統用來測量地層密度曲線和中子孔隙度曲線。利用這兩種曲線可以進一步鑒定地層岩性，判斷地層的孔隙度、地層流體的性質和地層的滲透率。

旋轉導向鑽井系統（Steerable Rotary Drilling System）或旋轉閉環系統（Rotary Closed Loop System，RCLS）。常規定向鑽井技術使用導向彎外殼馬達控制鑽井方向施工定向井。鑽進時，導向馬達以「滑行」和「旋轉」兩種模式運轉。滑行模式用來改變井的方位和井斜，旋轉模式用來沿固定方向鑽進。其缺點是用滑行模式鑽進時，機械鑽速只有旋轉模式鑽進時的50%，不僅鑽進效率低，而且鑽頭選擇受到限制，井眼凈化效果及井眼質量也差。旋轉導向閉環鑽井系統完全避免了上述缺點。旋轉導向鑽井系統的研製成功使定向井鑽井軌跡的控制從藉助起下鑽時人工更換鑽具彎接頭和工具面向角來改變方位角和頂角的階段，進入到利用電、液或泥漿脈沖信號從地面隨時改變方位角和頂角的階段。從而使定向井鑽井進入了真正的導向鑽井方式。在定向井鑽井技術發展過程中，如果說井下鑽井馬達的問世和應用使定向鑽井成為現實的話，那麼可轉向井下鑽井馬達的問世和應用則大大提高了井眼的控制能力和自動化水平並減少了提下鑽次數。旋轉導向鑽井系統鑽井軌跡控制機理和閉環系統如圖2.5所示。

目前從事旋轉導向鑽井系統研製的公司有：Amoco、Camco、Baker Hughes Inteq、Cambridge Drilling Automation以及DDD Stabilizers等。這些公司的旋轉導向閉環鑽井系統按定向方法又可分為自動動力定向和人工定向。自動動力定向一般由確定鑽具前進方向的測量儀表、動力源和調節鑽具方向的執行機構組成。人工定向系統定向類似於導向馬達定向方法，需要在每次連接鑽桿時進行定向。兩種定向系統的定向控制原理都是通過給鑽頭施加直接或間接側向力使鑽頭傾斜來實現的（圖2.6）。按具體的導向方式又可劃分為推靠式和指向式兩種。地質導向鑽井技術使水平鑽井、大位移鑽井、分支井鑽井得到廣泛應用。大位移井鑽井技術和多分支井鑽井技術代表了水平鑽井技術的最新成果水平。

圖2.5 旋轉導向閉環系統

（1）水平井鑽井技術

目前，國外水平鑽井技術已發展成為一項常規技術。美國的水平井技術成功率已達90%～95%。用於水平井鑽進的井下動力鑽具近年來取得了長足進步，大功率串聯馬達及加長馬達、轉彎靈活的鉸接式馬達以及用於地質導向鑽井的儀表化馬達相繼研製成功並投入使用。為滿足所有導向鑽具和中曲率半徑造斜鑽具的要求，使用調角度的馬達彎外殼取代了原來的固定彎外殼；為獲得更好的定向測量，用非磁性馬達取代了磁性馬達。研製了耐磨損、抗沖擊的新型水平井鑽頭。

圖2.6 旋轉導向鑽井系統定向軌跡控制原理

（2）大位移井鑽井技術

大位移井通常是指水平位移與井的垂深之比（HD/TVD）≥2的井。大位移井頂角≥86°時稱為大位移水平井。HD/TVD≥3的井稱為高水垂比大位移井。大位移井鑽井技術是定向井、水平井、深井、超深井鑽井技術的綜合集成應用。現代高新鑽井技術，隨鑽測井技術（LWD）、旋轉導向鑽井系統（SRD）、隨鑽環空壓力測量（PWD）等在大位移井鑽井過程中的集成應用，代表了當今世界鑽井技術的一個高峰。目前世界上鑽成水平位移最大的大位移井，水平位移達到10728m，斜深達11287m，該記錄是BP阿莫科公司於1999年在英國Wytch Farm油田M-16井中創造的（圖2.7所示）。三維多目標大位移井也有成功的例子。如挪威Gullfalks油田B29大位移井，就是將原計劃用2口井開發該油田西部和北部油藏的方案改為一口井開采方案後鑽成的。為了鑽成這口井，制定了一套能夠鑽達所有目標並最大限度地減少摩阻和扭矩的鑽井設計方案。根據該方案，把2630m長的水平井段鑽到7500m深度，穿過6個目標區，總的方位角變化量達160°。

圖2.7 M-16井井身軌跡

我國從1996年12月開始，先後在南海東部海域油田進行了大位移井開發試驗，截至2005年底，已成功鑽成21口大位移井，其中高水垂比大位移井5口。為開發西江24-1含油構造實施的8口大位移井，其井深均超過8600m，水平位移都超過了7300m，水垂比均大於2.6，其中西江24-3-A4井水平位移達到了8063m，創造了當時（1997年）的大位移井世界紀錄。大位移井鑽井涉及的關鍵技術有很多，國內外目前研究的熱點問題包括：鑽井設備的適應性和綜合運用能力、大斜度（大於80°）長裸眼鑽進過程中井眼穩定和水平段延伸極限的理論分析與計算、大位移井鑽井鑽具摩擦阻力/扭矩的計算和減阻、成井過程中套管下入難度大及套管磨損嚴重等。此外大位移井鑽井過程中的測量和定向控制、最優的井身剖面（結構）設計、鑽柱設計、鑽井液性能選擇及井眼凈化、泥漿固控、定向鑽井優化、測量、鑽柱振動等問題也處在不斷探索研究之中。

（3）分支井鑽井技術

多分支井鑽井技術產生於20世紀70年代，並於90年代隨著中、小曲率半徑水平定向井鑽進技術的發展逐漸成熟起來。多分支井鑽井是水平井技術的集成發展。多分支井是指在一個主井眼（直井、定向井、水平井）中鑽出若干進入油（氣）藏的分支井眼。其主要優點是能夠進一步擴大井眼同油氣層的接觸面積、減小各向異性的影響、降低水錐水串、降低鑽井成本，而且可以分層開采。目前，全世界已鑽成上千口分支井，最多的有10個分支。多分支井可以從一個井眼中獲得最大的總水平位移，在相同或不同方向上鑽穿不同深度的多層油氣層。多分支井井眼較短，大部分是尾管和裸眼完井，而且一般為砂岩油藏。

多分支井最早是從簡單的套管段銑開窗側鑽、裸眼完井開始的。因其存在無法重入各個分支井和無法解決井壁坍塌等問題，後經不斷研究探索，1993年以來預開窗側鑽分支井、固井回接至主井筒套管技術得到推廣應用。該技術具有主井筒與分支井筒間的機械連接性、水力完整性和選擇重入性，能夠滿足鑽井、固井、測井、試油、注水、油層改造、修井和分層開採的要求。目前，國外常用的多分支系統主要有：非重入多分支系統（NAMLS），雙管柱多分支系統（DSMLS），分支重入系統（LRS），分支回接系統（LTBS）。目前國外主要採用4種方式鑽多分支井：①開窗側鑽；②預設窗口；③裸眼側鑽；④井下分支系統（Down Hole Splitter System）。

2.3.1.2 連續管鑽井（CTD）技術

連續管鑽井技術又叫柔性鑽桿鑽井技術。開始於20世紀60年代，最早研製和試用這一技術鑽井的有法國、美國和匈牙利。早期法國連續管鑽進技術最先進，1966年投入工業性試驗，70年代就研製出各種連續管鑽機，重點用於海洋鑽進。當時法國製造的連續管單根長度達到550m。美國、匈牙利製造的連續管和法國的類型基本相同，單根長度只有20～30m。

早期研製的連續管有兩種形式。一種是供孔底電鑽使用，由4層組成，最內層為橡膠或橡膠金屬軟管的心管，孔底電機動力線就埋設在心管內；心管外是用2層鋼絲和橡膠貼合而成的防爆層；再外層是鋼絲骨架層，用於承受拉力和扭矩；最外層是防護膠層，其作用是防水並保護鋼絲。另一種是供孔底渦輪鑽具使用的，因不需要埋設動力電纜，其結構要比第一種簡單得多。第四屆國際石油會議之後，美國等西方國家把注意力集中在發展小井眼井上，限制了無桿電鑽的發展。連續管鑽井技術的研究也放慢了腳步。我國於20世紀70年代曾開展無桿電鑽和連續管鑽井技術的研究。勘探所與青島橡膠六廠合作研製的多種規格的柔性鑽桿，經過單項性能試驗後，於1975年初步用於渦輪鑽。1978年12月成功用於海上柔性鑽桿孔底電鑽，並建造了我國第一台柔桿鑽機鑽探船。1979～1984年勘探所聯合清華大學電力工程系、青島橡膠六廠研究所和北京地質局修配廠共同研製了DRD-65型柔管鑽機和柔性鑽桿。DRD-65型柔管鑽機主要有柔性鑽桿、Φ146mm潛孔電鑽、鑽塔、柔桿絞車及波浪補償器、泥漿泵、電控系統和液控系統等部分組成。研製的柔性鑽桿主要由橡膠、橡膠布層、鋼絲繩及動力線組成。拉力由柔桿中的鋼絲骨架層承擔，鋼絲繩為0.7mm×7股，直徑2.1mm，每根拉力不小於4350N，總數為134根，計算拉力為500kN，試驗拉力為360kN。鑽進過程中，柔性鑽桿起的作用為：起下鑽具、承受反扭矩、引導沖洗液進入孔底、通過設於柔性鑽桿壁內的電纜向孔底電鑽輸送電力驅動潛孔電鑽運轉、向地表傳送井底鑽井參數等。

柔性鑽桿性能參數為：內徑32mm；抗扭矩不小於1030N·m；外徑85～90mm；單位質量13kg/m；抗內壓（工作壓力）40kg/cm²，曲率半徑不大於0.75m，抗外壓不小於10kg/cm²；彎曲度：兩彎曲形成的夾角不大於120°；額定拉力1000kN；柔桿內埋設動力導線3組，每組15mm²，信號線二根；柔桿單根長度為40、80m兩種規格。

Φ146mm型柔桿鑽機由Φ127mm電動機、減速器、液壓平衡器和減震器組成。動力是潛孔電鑽，它直接帶動鑽頭潛入孔底鑽井。Φ146mm孔底電鑽是外通水式，通水間隙寬5mm，通水橫斷面積為2055mm²。

與常規鑽井技術相比，連續管鑽井應用於石油鑽探具有以下優點：欠平衡鑽井時比常規鑽井更安全；因省去了提下鑽作業程序，可大大節省鑽井輔助時間，縮短作業周期；連續管鑽井技術為孔底動力電鑽的發展及孔底鑽進參數的測量提供了方便條件；在製作連續管時，電纜及測井信號線就事先埋設在連續管壁內，因此也可以說連續管本身就是以鋼絲為骨架的電纜，通過它可以很方便地向孔底動力電鑽輸送電力，也可以很方便地實現地面與孔底的信息傳遞；因不需擰卸鑽桿，因此在鑽進及提下鑽過程中可以始終保持沖洗液循環，對保持井壁穩定、減少孔內事故意義重大；海上鑽探時，可以補償海浪對鑽井船的漂移影響；避免了回轉鑽桿柱的功率損失，可以提高能量利用率，深孔鑽進時效果更明顯。正是由於連續管鑽井技術有上述優點，加之油田勘探需要以及相關基礎工業技術的發展為連續管技術提供了進一步發展的條件，在經過了一段時間的沉寂之後，20世紀80年代末90年代初，連續管鑽井技術又呈現出飛速發展之勢。其油田勘探工作量年增長量達到20%。連續管鑽井技術研究應用進展情況簡述如下。

1）數據和動力傳輸熱塑復合連續管研製成功。這種連續管是由殼牌國際勘探公司與航空開發公司於1999年在熱塑復合連續管基礎上開始研製的。它由熱塑襯管和纏繞在外面的碳或玻璃熱塑復合層組成。中層含有3根銅質導線、導線被玻璃復合層隔開。碳復合層的作用是提供強度、剛度和電屏蔽。玻璃復合層的作用是保證強度和電隔離。最外層是保護層。這種連續管可載荷1.5kV電壓，輸出功率20kW，傳輸距離可達7km，耐溫150℃。每根連續管之間用一種特製接頭進行連接。接頭由一個鋼制的內金屬部件和管子端部的金屬環組成。這種連續管主要用於潛孔電鑽鑽井。新研製的數據和動力傳輸連續管改變了過去用潛孔電鑽鑽井時，電纜在連續管內孔輸送電力影響沖洗液循環的缺點。

2）井下鑽具和鑽具組合取得新進展。XL技術公司研製成功一種連續管鑽井的電動井下鑽具組合。該鑽具組合主要由電動馬達、壓力感測器、溫度感測器和震動感測器組成。適用於3.75in井眼的電動井下馬達已交付使用。下一步設想是把這種新型電動馬達用於一種新的閉環鑽井系統。這種電動井下鑽具組合具有許多優點：不用鑽井液作為動力介質，對鑽井液性能沒有特殊要求，因而是欠平衡鑽井和海上鑽井的理想工具；可在高溫下作業，振動小，馬達壽命長；閉環鑽井時藉助連續管內設電纜可把測量數據實時傳送到井口操縱台，便於對井底電動馬達進行靈活控制，因而可使鑽井效率達到最佳；Sperry sun鑽井服務公司研製了一種連續管鑽井用的新的導向鑽具組合。這種鑽具組合由專門設計的下部陽螺紋泥漿馬達和長保徑的PDC鑽頭組成。長保徑鑽頭起一個近鑽頭穩定器的作用，可以大幅度降低振動，提高井眼質量和機械鑽速。泥漿馬達有一個特製的軸承組和軸，與長保徑鑽頭匹配時能降低馬達的彎曲角而不影響定向性能。在大尺寸井眼（＞6in）中進行的現場試驗證明，導向鑽具組合具有機械鑽速高、井眼質量好、井下振動小、鑽頭壽命長、設備可靠性較高等優點。另外還研製成功了一種連續軟管欠平衡鑽井用的繩索式井底鑽具組合。該鑽具組合外徑為in上部與外徑2in或in的連續管配用，下部接鑽鋌和in鑽頭。該鑽具組合由電纜式遙控器、穩定的MWD儀器、有效的電子定向器及其他參數測量和傳輸器件組成。電纜通過連續管內孔下入孔底，能實時監測並處理工具面向角、鑽井頂角、方位角、自然伽馬、溫度、徑向振動頻率、套管接箍定位、程序狀態指令、管內與環空壓差等參數。鑽具的電子方位器能在鑽井時在導向泥漿馬達連續旋轉的情況下測量並提供井斜和方位兩種參數。

其他方面的新進展包括：連續管鑽井技術成功用於超高壓層側鑽；增加連續管鑽井位移的新工具研製成功；連續管鑽井與欠平衡鑽井技術結合打水平井取得好效果；適於連續管鑽井的混合鑽機研製成功；連續管鑽井理論取得新突破。

2.3.1.3 石油勘探小井眼鑽井技術

石油部門通常把70%的井段直徑小於177.8mm的井稱為小井眼井。由於小井眼比傳統的石油鑽井所需鑽井設備小且少、鑽探耗材少、井場佔地面積小，從而可以節約大量勘探開發成本，實踐證明可節約成本30%左右，一些邊遠地區探井可節約50%～75%。因此小井眼井應用領域和應用面越來越大。目前小井眼井主要用於：①以獲取地質資料為主要目的的環境比較惡劣的新探區或邊際探區探井；②600～1000m淺油氣藏開發；③低壓、低滲、低產油氣藏開發；④老油氣田挖潛改造等。

2.3.1.4 套管鑽井技術

套管鑽井就是以套管柱取代鑽桿柱實施鑽井作業的鑽井技術。不言而喻套管鑽井的實質是不提鑽換鑽頭及鑽具的鑽進技術。套管鑽井思想的由來是受早期（18世紀中期鋼絲繩沖擊鑽進方法用於石油勘探，19世紀末期轉盤回轉鑽井方法開始出現並用於石油鑽井）鋼絲繩沖擊鑽進（頓鑽時代）提下鑽速度快，轉盤回轉鑽進井眼清潔且鑽進速度快的啟發而產生的。1950年在這一思想的啟發下，人們開始在陸上鑽石油井時，用套管帶鑽頭鑽穿油層到設計孔深，然後將管子固定在井中成井，鑽頭也不回收。後來，Sperry-sun鑽井服務公司和Tesco公司根據這一鑽井原理各自開發出套管鑽井技術並制定了各自的套管鑽井技術發展戰略。2000年，Tesco公司將4.5～13.375in的套管鑽井技術推向市場，為世界各地的油田勘探服務。真正意義的套管鑽井技術從投放市場至今還不到10年時間。

套管鑽井技術的特點和優勢可歸納如下。

1）鑽進過程中不用起下鑽，只利用絞車系統起下鑽頭和孔內鑽具組合，因而可節省鑽井時間和鑽井費用。鑽進完成後即等於下套管作業完成，可節省完井時間和完井費用。

2）可減少常規鑽井工藝存在的諸如井壁坍塌、井壁沖刷、井壁鍵槽和台階等事故隱患。

3）鑽進全過程及起下井底鑽具時都能保持泥漿連續循環，有利於防止鑽屑聚集，減少井涌發生。套管與井壁之間環狀間隙小，可改善水力參數，提高泥漿上返速度，改善井眼清洗效果。

套管鑽井分為3種類型：普通套管鑽井技術、階段套管或尾管鑽井技術和全程套管鑽井技術。普通套管鑽井是指在對鑽機和鑽具做少許改造的基礎上，用套管作為鑽柱接上方鑽桿和鑽頭進行鑽井。這種方式主要用於鑽小井眼井。尾管鑽井技術是指在鑽井過程中，當鑽入破碎帶或涌水層段而無法正常鑽進時，在鑽柱下端連接一段套管和一種特製工具，打完這一段起出鑽頭把套管留在井內並固井的鑽井技術。其目的是為了封隔破碎帶和水層，保證孔內安全並維持正常鑽進。通常所說的套管鑽井技術是指全程套管鑽井技術。全程套管鑽井技術使用特製的套管鑽機、鑽具和鑽頭，利用套管作為水利通道，採用繩索式鑽井馬達作業的一種鑽井工藝。目前，研究和開發這種鑽井技術的主要是加拿大的Tesco公司，並在海上進行過鑽井，達到了降低成本的目的。但是這種鑽井技術目前仍處於研究完善階段，還存在許多問題有待研究解決。這些問題主要包括：①不能進行常規的電纜測井；②鑽頭泥包問題嚴重，至今沒有可靠的解決辦法；③加壓鑽進時，底部套管會產生橫向振動，致使套管和套管接頭損壞，目前還沒有找到解決消除或減輕套管橫向振動的可靠方法；④由於套管鑽進不使用鑽鋌，加壓困難，所以機械鑽速低於常規鑽桿鑽井；部分抵消了套管鑽進提下鑽節省的時間；⑤套管鑽井主要用於鑽進破碎帶和涌水地層，其應用范圍還不大。

我國中石油系統的研究機構也在探索研究套管鑽井技術，但至今還沒有見到公開報道的成果。目前，套管鑽井技術的研究內容，除了研製專用套管鑽機和鑽具外，重點針對上述問題開展。一是進行鑽頭的研究以解決鑽頭泥包問題；二是研究防止套管橫向振動的措施；三是研究提高套管鑽井機械鑽速的有效辦法；四是研究套管鑽井固井辦法。

套管鑽井應用實例：2001年，美國謝夫隆生產公司利用加拿大Tesco公司的套管鑽井技術在墨西哥灣打了2口定向井（A-12和A-13井）。兩井成井深度分別為3222×30.48cm和3728×30.48cm。為了進行對比分析，又用常規方法打了一口A-14井，結果顯示，同樣深度A-14井用時75.5h，A-13井用時59.5h。表層井段鑽速比較，A-12 井的平均機械鑽速為141ft/h，A-13井為187ft/h，A-14井為159ft/h。這說明套管鑽井的機械鑽速與常規方法機械鑽速基本相同。但鑽遇硬地層後套管鑽井，鑽壓增加到6.75t，致使擴眼器切削齒損壞，鑽速降低很多。BP公司用套管鑽井技術在懷俄明州鑽了5口井。井深為8200～9500ft，且都是從井口鑽到油層井段。鑽進過程中遇到了鑽頭泥包和套管振動問題。

此外，膨脹套管技術也是近年來發展起來的一種新技術，主要用於鑽井過程中隔離漏失、涌水、遇水膨脹縮經、破碎掉塊易坍塌等地層以及石油開采時油管的修復。勘探所與中國地質大學合作已立項開展這方面的研究工作。

2.3.1.5 石油鑽機的新發展

國外20世紀60年代末研製成功了AC-SCR-DC電驅動鑽機，並首先應用於海洋鑽井。由於電驅動鑽機在傳動、控制、安裝、運移等方面明顯優於機械傳動鑽機，因而獲得很快的發展，目前已經普遍應用於各型鑽機。90年代以來，由於電子器件的迅速發展，直流電驅動鑽機可控硅整流系統由模擬控制發展為全數字控制，進一步提高了工作可靠性。同時隨著交流變頻技術的發展，交流變頻首先於90年代初成功應用於頂部驅動裝置，90年代中期開始應用於深井石油鑽機。目前，交流變頻電驅動已被公認為電驅動鑽機的發展方向。

國內開展電驅動鑽機的研究起步較晚。蘭州石油化工機器廠於20世紀80年代先後研製並生產了ZJ60D型和ZJ45D型直流電驅動鑽機，1995年成功研製了ZJ60DS型沙漠鑽機，經應用均獲得較好的評價。90年代末期以來，我國石油系統加大鑽機的更新改造力度，電驅動鑽機取得了較快發展，寶雞石油機械廠和蘭州石油化工機器廠等先後研製成功ZJ20D、ZJ50D、ZJ70D型直流電驅動鑽機和ZJ20DB、ZJ40DB型交流變頻電驅動鑽機，四川油田也研製出了ZJ40DB交流變頻電驅動鑽機，明顯提高了我國鑽機的設計和製造水平。進入21世紀，遼河油田勘探裝備工程公司自主研製成功了鑽深能力為7000m的ZJ70D型直流電驅動鑽機。該鑽機具有自動送鑽系統，代表了目前我國直流電驅動石油鑽機的最高水平，整體配置是目前國內同類型鑽機中最好的。2007年5月已出口亞塞拜然，另兩部4000m鑽機則出口運往巴基斯坦和美國。由寶雞石油機械有限責任公司於2003年研製成功並投放市場的ZJ70/4500DB型7000m交流變頻電驅動鑽機，是集機、電、數字為一體的現代化鑽機，採用了交流變頻單齒輪絞車和主軸自動送鑽技術和「一對一」控制的AC-DC-AC全數字變頻技術。該型鑽機代表了我國石油鑽機的最新水平。憑借其優良的性能價格比，2003年投放市場至今，訂貨已達83台套。其中美國、阿曼、委內瑞拉等國石油勘探公司訂貨達42台套。在國內則佔領了近2～3年來同級別電驅動鑽機50%的市場份額。ZJ70/4500DB型鑽機主要性能參數：名義鑽井深度7000m，最大鉤載4500kN，絞車額定功率1470kW，絞車和轉盤擋數I+IR交流變頻驅動、無級調速，泥漿泵型號及台數F-1600三台，井架型式及有效高度K型45.5m，底座型式及檯面高度：雙升式/旋升式10.5m，動力傳動方式AC-DC-AC全數字變頻。

㈢ 管道減阻劑減阻的原理是什麼

減阻的機理說法很多，尚無定論。如偽塑說、湍流脈動抑制說、粘彈說、有效滑移說、湍流抑制說等等。
油相減阻劑從其結構看，多數是流狀鏈或長直鏈少側鏈的高分子聚合物，如CDR102是高分子聚-σ烯烴，分子量為10～10。這種高分子聚合物純劑為橡膠狀固體，作為商品，一般是溶在烴類(煤油)的溶液中。10%的減阻劑溶液呈非常粘稠的粘彈性體，較難流動，可拔成很長的絲。高聚物減阻劑能溶於原油或油品中，但不溶於水，遇水發生分子長鏈捲曲。減阻劑溶液呈強牛頓特性，低剪切率下粘度高達3000Pa·S，120℃以下不會分解，比較穩定。
減阻作用是一種特殊的湍流現象，減阻效應是減阻影響湍流場的宏觀表現，它是一個純物理作用。減阻劑分子與油品的分子不發生作用，也不影響油品的化學性質，只是與其流動特性密切相關。在湍流中，流體質點的運動速度隨機變化著，形成大大小小的旋渦，大尺度旋渦從流體中吸收能量發生變形、破碎，向小尺度旋渦轉化。小尺度旋渦又稱耗散性旋渦，在粘滯力作用下被減弱、平息。它所攜帶的部分能量轉化為熱能而耗散。在近管壁邊層內，由於管壁剪切應力和粘滯力的作用，這種轉化更為嚴重。
在減阻劑加入到管道以後，減阻劑呈連續相分散在流體中，靠本身特有的粘彈性，分子長鏈順流向自然伸呈流狀，其微元直接影響流體微元的運動。來自流體微元的徑向作用力作用在減阻劑微元上，使其發生扭曲，旋轉變形。減阻劑分子間的引力抵抗上述作用力反作用於流體微元，改變流體微元的作用方向和大小，使一部分徑向力被轉化為順流向的軸向力，從而減少了無用功的消耗，宏觀上得到了減少摩擦阻力損失的效果。
在層流中，流體受粘滯力作用，沒有像湍流那樣的旋渦耗散，因此，加入減阻劑也是徒勞的。隨著雷諾數增大進入湍流，減阻劑就顯露出減阻作用。雷諾數越大減阻效果越明顯。當雷諾數相當大，流體剪切應力足以破壞減阻劑分子鏈結構時，減阻劑降解，減阻效果反而下降，甚至完全失去減阻作用。減阻劑的添加濃度影響它在管道內形成彈性底層的厚度，濃度越大，彈性底層越厚，減阻效果越好。理論上，當彈性底層達到管軸心時，減阻達到極限，即最大減阻。減阻效果還與油品粘度、管道直徑、含水、清管等因素有關。

㈣ 為什麼有的炸彈被空投後還有降落傘

一些細心的人會發現，現代戰斗機在剛剛投下炸彈的時候，炸彈的尾部會出現一個較小的降落傘，這個降落傘在炸彈降落一段距離後就會消失。關於這個降落傘的用途，一些人認為這是飛機在低空投彈的時候為了防止被炸彈的沖擊波誤傷，專門用降落傘來減緩炸彈的下降速度。這個說法並不錯誤，但也不完全正確。在低空投擲高爆炸彈和投擲核彈的時候，降落傘的確起到了延緩爆炸時間的作用，但是在高空投彈和投擲威力較小的戰術炸彈的時候，炸彈上的降落傘就不再起到延緩爆炸時間的作用。

低阻炸彈的優點是在飛行的過程中不會給飛機造成太大的阻力，缺點是投彈的時候不容易控制，很可能會偏離目標。為了更好的控制低阻炸彈，人們在設計低阻炸彈的時候都會在炸彈的尾部加裝一個減阻裝置，這個裝置一般就是我們常見的小型降落傘。這個小型降落傘的作用主要有兩個，一個是防止低阻炸彈偏離目標，另一個是保證低阻炸彈的爆炸引擎能夠正對地面。

低阻炸彈的爆炸引擎一般設計在彈頭上，由於低阻炸彈在空中容易失控，如果不加以控制，低阻炸彈很可能會橫向落地或者反向落地，這樣低阻炸彈就有可能不爆炸。而加裝降落傘可以保證炸彈的彈頭朝下，在落地的時候准確無誤的擊中目標，並且發生爆炸。現代炸彈在降落傘的使用上非常的靈活，有的炸彈在剛剛投彈的時候打開降落傘，降落一段距離後炸彈尾部的火焰會自動燒毀降落傘，在調節角度的同時，還能保證炸彈的降落速度。

㈤ 端氏多分支水平井工程技術

一、煤層氣多分支水平井的井型和設計優化

（一）多分支水平井命名規則

井名分4種：工程井、生產井、主水平井、分支水平井。

井名的命名一般採用如下規則，井名由區塊、工程井、翼數、生產井組成。如DS01-1V，DS表示「端氏」區塊名稱，以漢語拼音首個字母縮寫；01表示第一個工程井，-1表示第一個翼，-1V表示該翼的生產井，-L1表示第一個分支水平井。

生產井用V表示，如DS01-1V。主水平井用M表示，如DS01-1-M。分支水平井用L表示，如DS01-1-Ln，n為分支數目（圖6-1）。

圖6-1 多分支水平井井名的命名規則

多分支水平井由工程井和生產井組成一翼，工程井包括直井段、造斜段和水平段，水平段包括主支和分支。生產井為直井，在煤層段造洞穴，並與水平段連通（圖6-2）。

圖6-2 單翼多分支水平井生產井和工程井組合圖

為了提高井場利用效率，在一個井場可以設計一翼到四翼多分支水平井，使分支水平井網路布滿煤層的抽排面積。

（二）井型分類

示範工程共實施6口多分支水平井，對5種類型的井進行了試驗。

1.按工程井和生產井組合分類

按工程井和生產井組合情況，分為工程井和生產井分離的多分支水平井、工程井和生產井合一的多分支水平井。前者如DS01-1、DS02-1、SX01-1（圖6-3），後者如PHH-001、PHH-002（圖6-4）。

圖6-3 工程井和生產井分離的多分支水平井

圖6-4 工程井和生產井合一的多分支水平

2.按主支數量分類

按主支數量，本次可以分為單主支多分支水平井和雙主支多分支水平井，如PHH-001、PHH-002、DS02-1、SX01-1（圖6-5）。

3.按完井類型分類

按完井類型，本次進行末端對接試驗，採用單支水平井，分工程井和生產井，因此稱為末端對接水平井。例如DS20-1、GSS-008-L1、BD4-L1～BD4-L4（圖6-6）。

圖6-5 單主支多分支水平井

圖6-6 末端對接水平井

4.不同類型井優點

這些類型不同的多分支水平井，針對不同的地形、地質條件和煤層特徵進行設計和部署，以最低的工程成本，獲得最好的生產效益。

單翼雙主支多分支水平井，如DS01-1井，優點在於施工方便，主井眼不易損壞，有利於井壁保持穩定，避免由於工程施工中頻繁活動而導致井壁坍塌，堵塞井眼。同時有利於增加分支井數，增大排泄面積。

工程井和生產井合而為一，如PHH-001、PHH-002井，優點是節省工程量，降低成本，減少技術難度，不用進行兩井連通的高難度高技術施工程序。缺點是井下泵無法下到近煤層的低位位置，距煤層距離一般還有20m左右，泵只能下到彎曲區段，因此，抽油機桿易被磨損。

單翼雙主支多分支水平井和工程井、生產井合而為一的多分支水平井的設計，是一種創造性地設計，在本項目得到第一次應用和試驗，是一次具有創造性的實踐，具有非常重要的意義，推廣價值巨大。

（三）井型設計和優化

水平井井型設計和優化對鑽井的成功具有重要意義。DS01-1等利用landmark設計軟體優化多分支水平井施工設計。PHH-002等井軌跡採用蘭德馬克的Compass鑽井軌跡設計軟體包完成，鑽井軌跡採用雙增剖面雙控制點，第一剖面採用曲率半徑較大，造斜率較低；第二剖面採用曲率半徑較小，造斜率較高，既降低了施工難度，又保證了軌跡控制，確保了在15號煤層的順利著陸。

1.井身結構

（1）工程井井身結構。一開：φ311.1mm鑽頭開鑽，下入φ244.5mm表套，水泥返至地面。二開：φ215.9mm鑽頭開鑽，下入φ177.8mm技套，水泥返至地面。三開：φ152.4mm鑽頭開鑽，下入主水平井及若干分支水平井，裸眼完井（表6-1、表6-2，圖6-7）。

表6-1 DS01-1井鑽頭程序

表6-2 DS01-1井鑽頭程序套管程序

圖6-7 工程井井身結構示意圖

（2）生產井井身結構。一開：φ311.1mm鑽頭開鑽，下入φ244.5mm表套，水泥返至地面。二開：φ215.9mm鑽頭開鑽，下入φ177.8mm技套，水泥返至地面；煤層段下玻璃鋼套管，造穴（表6-3、表6-4）。

表6-3 DS01-1V井鑽頭程序

表6-4 DS01-1V井鑽頭程序套管程序

2.鑽具組合

鑽具組合見表6-5。

表6-5 DS01-1井鑽具組合表

3.鑽井程序

鑽井程序見圖6-8。

圖6-8 施工工藝流程圖

4.鑽井液性能

鑽井液性能要求如表6-6。

表6-6 鑽井液性能要求

5.多分支水平井工程技術參數

多分支水平井工程技術參數如表6-7。

二、鑽井工藝技術

（一）工程井鑽井工藝

在工程井鑽井施工作業中分三開作業，作業流程和工藝詳述如下：表層一開，下表層套管固井；直井和造斜段二開，造斜點定向鑽進至煤層頂板著陸點，下套管固井；煤層水平段位三開，兩井對接連通鑽進，主井眼及分支井眼水平段鑽進，裸眼完井。

表6-7 多分支水平井技術參數

續表

（二）生產井鑽井工藝

（1）一開用311.1mm鑽頭鑽入基岩層2～5m後，下入φ244.5mm的套管並固井，水泥漿返至地面。

（2）候凝16h後二開，用φ215.9mm的鑽頭鑽至3號煤層底板下60m，循環干凈後起鑽，進行標准測井，准確確定煤層位置。

（3）測井後下入φ177.8mm的J55套管，煤層位置處帶一根玻璃鋼套管，然後用油井水泥固井，水泥返至3號煤層頂板200.00m以上，水泥漿密度1.85g/cm³。

（4）固井、候凝後，用φ152.4mm的鑽頭掃水泥塞，循環干凈後起鑽。

（5）根據煤層位置准確確定掃玻璃鋼位置後，下鑽掃玻璃鋼套管，循環干凈後起鑽。

（6）准確確定煤層位置後，下入掏穴工具至掏穴位置頂部，對煤層中部5.0m段掏穴，造穴井徑不小於500mm，循環干凈後起鑽。

（7）計算好填砂量，下鑽向井內投砂至預定深度，准確探定砂面後起鑽。

（8）將井場恢復至進場狀態。

（三）大位移分支水平井鑽井和懸空側鑽技術

1.大位移分支水平井鑽井

斜深與垂深之比大於1.8的水平井稱大位移水平井。其難度為鑽進中摩阻大，滑動鑽進加壓困難。採用鑽具倒裝，多旋轉少滑動，保證井眼平滑等措施減少摩阻。同時，隨井深摩阻增大，需入減阻器（Agitator）幫助克服摩阻。

2.懸空側鑽技術

在煤層段側鑽，不可能像油氣井填水泥候凝側鑽。側鑽時沒有井壁支撐，增加了側鑽難度。採用選好側鑽點和控制鑽時等措施來保證側鑽成功率。

根據實鑽井眼軌跡數據及DS01-1-L1靶點地質調整結果，做DS01-1-L1剖面數據。

起鑽至L1井的側鑽點位置，開始循環拉槽，定向、側鑽。根據主井眼滑動調整軌跡時工具的造斜率，確定側鑽分支時馬達的彎角。

側鑽時穩定工具面後，採取連續滑動的方式，盡快側鑽出新井眼。鑽進5m後逐漸加快機械鑽速，側鑽結束後，進行LWD實時測井。

滑動側鑽及轉盤穩斜鑽進均在煤層中鑽進，注意摩阻扭矩的變化。

鑽完L1井後，循環20min。起鑽至L2井的側鑽點位置。重復上述步驟，完成其餘分支井眼的作業。

起鑽至井口，關閘板防噴器，准備完井作業。

PHH-001井在後期施工中採用了兩次側鑽進行兩個分支井的施工。在側鑽時，主要做好了側鑽點、側鑽鑽頭、井下造斜工具、鑽具組合、鑽進方式的選擇等工作，側鑽效率較高，一般2h能形成完整的新井眼。

（四）綜合錄井

1.地質錄井

地質錄井主要是岩屑錄井和鑽時錄井，並取全、取准各項原始數據，以獲取地質資料建立鑽井地層柱狀。岩屑、鑽時錄井：一開井段不做要求，進入基岩風化帶超過20.00m，一開井深50.20m；二開、三開按設計要求進行錄井工作。

（1）岩屑錄井。岩屑錄井是建立地層柱狀的依據，也關繫到鑽井施工等相關作業。嚴格按照《地質錄井作業規范》的要求，加強錄井前的各項准備工作。撈取岩屑嚴格按照錄井規范做到不漏包、不丟包；清洗岩屑根據不同岩性採用不同工具和方法，保證了岩屑的數量和質量。岩屑描述實行專人負責，同時參考鑽時等有關資料，准確鑒定岩煤屑，為建立地層柱狀提供可靠的基礎資料。

（2）鑽時錄井。鑽時數據是繪制鑽時曲線的依據，而鑽時曲線是岩煤屑鑒定描述、進行地質分層的重要輔助資料，本井嚴格按照設計要求，准確地獲取了全井的鑽時數據。一開不要求；二開後進行鑽時錄井每0.5m記錄1點，為繪制鑽時曲線、劃分地層、水平井定向鑽進提供准確數據。

2.氣測錄井

（1）氣測錄井儀簡述。本井錄井使用的氣測錄井儀是上海神開科技工程有限公司生產的SK-2Q02C快速色譜錄井儀，主要適用於煤層氣、天然氣的勘探、開發的儀器設備，它的核心部分為高靈敏快速色譜SK-3Q03氫焰色譜儀，SK-3Q03氫焰色譜儀是鑽井勘探領域的淺層、薄層、地面導向的實時測量必備系統，是地面導向、薄層勘探、水平井勘探等鑽井勘探獲取鑽井現場與科研第一手信息的重要儀器，一般的綜合錄井儀分析周期是2min，SK-3Q03氫焰色譜儀的分析周期是30s，使用它可發現0.5m以下的薄層煤層，是煤層氣勘探開發的新一代綜合錄井儀。

（2）氣測錄井儀的使用。氣測錄井是根據鑽井過程中鑽遇煤氣層，氣體浸入泥漿鑽井液中返出地面，經電動脫氣器分離後進入色譜儀，從而分析出氣體成分，是發現煤層氣的重要手段，也關繫到鑽井施工等相關作業。本井嚴格按照《綜合錄井作業規范》的要求，加強錄井前的各項安裝准備工作。氣測錄井嚴格按照設計要求自二開至完鑽進行全自動連續測量，每1m記錄一點所測資料，全烴為連續記錄曲線，做到不漏點、不漏測；對氣測異常井段及時做出預報和初步解釋，保障了水平井的順利施工。

3.伽馬錄井

本井三開水平段鑽進過程中，在MWD隨鑽測斜儀中增加伽馬探管，利用自然伽馬曲線在不同地層中的反映，特別是在煤層頂、底板為泥岩時，自然伽馬曲線具有明顯的幅值反映。能夠分析判斷鑽頭是否在煤層中，當鑽頭穿透煤層到達其頂底板時，能夠及時調整MWD隨鑽測斜儀鑽進參數，使鑽頭重新回到煤層中。利用伽馬錄井配合鑽時、氣測、岩屑錄井，能夠很好地分析解釋鑽頭在煤層中水平鑽進，起到地質導向的作用。

（五）測井

測井內容及要求如表6-8。

表6-8 煤層氣多分支水平井測井內容及要求

三、定向和導向技術

（一）LWD隨鑽地質導向技術

「LWD」為隨鑽測井3個英文單詞的簡寫。利用LWD導向，監測的主要參數是：地層自然伽馬值和電阻率值，據此來判斷鑽頭是在煤層中鑽進，還是到了頂板或底板。地質師根據判斷，要求定向井工程師隨時調整井眼軌跡，最大限度保證在煤層中鑽進（圖6-9）。

DS01-1V井採取「轉動+滑動」的復合鑽進方式，以及LWD隨鑽實時測井，能有效地實現鑽頭在目標層中穿行，導向鑽進不但要考慮煤層穿行率，同時還要考慮機械鑽速。

二開造斜井段設計造斜段狗腿度11.081°/30m，剖面設計為雙增圓弧剖面，連續造斜鑽進至3號煤層頂部，鑽至煤頂後，循環起鑽，調整馬達彎角。下鑽時准確確定馬達彎角方向，並預留反扭角；鑽完第一柱後每單根測斜，定向井勤預測軌跡；在斜井段內鑽具因故停止轉動（洗井、測斜、機修、保養等）時，鑽具需3～5min上提下放一次，活動距離不得小於6m，接立柱或起鑽時，所卸接頭需高於轉盤面1～2m，鑽進過程中不得轉動轉盤，接立柱時不得用轉盤卸扣。

圖6-9 地質導向示意圖

二開鑽進採用小鑽壓吊打，每50m測斜一次，保證井斜控制在2°以內。第二趟鑽增斜調整方位，採用Sperry-Sun MWD 測量方式，定向方式為高邊方式；第四趟鑽通井處理泥漿後下套管，起鑽測ESS多點；造斜鑽進時，地質工程師每2m撈砂一次，注意地層變化，造斜鑽進至煤層頂板後，控制鑽速，進入煤層斜深1m結束二開。固井設計時，因造斜率比較高，決定少下扶正器，具體為：入井第1根套管最下端加剛性扶正器1隻，100～380m井段每3根加彈簧扶正器1個每5根套管灌漿一次。

三開鑽進，試壓後鑽入新地層1m，處理泥漿後起鑽，接入「LWD+Motor」鑽具組合，按定向井的要求井口作業及測試；下鑽到底後，循環一周後導向鑽進；LWD實時檢測軌跡，保持井眼在煤層的中上部運移，鑽進過程中，解釋工程師密切注意實時測井曲線，發現雙Y曲線異常波動，及時與地質監督溝通，並結合返出岩屑，判斷井眼軌跡趨勢，及時採取措施，特別注意鑽入底部的粉煤層；注意震動篩煤的返出量，若返出量減少，立管壓力（LWD及錄井檢測）波動大，採取控制轉速等措施，保持井眼清潔；加強錄井、LWD監測，及時反饋，盡可能保持井眼在煤層中上部穿行；各分支井眼鑽進，進行LWD實時測井。

（二）MWD+伽馬探管+鑽時、岩屑、氣測錄井組合定向

PHH-001和PHH-002多分支水平井在水平段鑽進中，採用MWD無線隨鑽測斜儀進行定向鑽進，配合鑽時錄井、岩屑錄井、氣測錄井、伽馬錄井等方法進行地質導向。極大地降低成本，獲得了十分有效的定向結果。

根據地層性質，鑽進煤層時，鑽時小、伽馬值低、甲烷氣測值高；鑽入煤層頂板泥岩時，鑽時較大、伽馬值極高、甲烷氣測值較低；鑽遇石灰岩時，鑽時大、伽馬值較高、甲烷氣測值低。

煤層中施工水平井時，煤層鑽遇率是工程成功與否的關鍵。在施工中，施工方根據煤層鑽進的特點，總結一套有效保證煤層鑽遇率的方法。煤層鑽進時，氣測顯示值遠高於在頂底板的氣測顯示值，鑽時則明顯低於鑽進頂底板的鑽時；同時，將伽馬探管接在離鑽頭較近的位置，根據15號煤層低伽馬顯示值的特性，進行地質導向，取得了很好的效果，PHH-002井煤層鑽遇率高達80.7%。

（三）無線隨鑽測斜定向技術

PHH-001、PHH-002井採用國產無線隨鑽系統進行鑽井軌跡控制。在實際施工中，採用不同造斜率的螺桿鑽鑽進，RST-48型無線隨鑽系統電子探管將井底參數通過泥漿傳輸至地面，遠程計算機系統將泥漿脈沖進行解析後反饋給軌跡控制人員，軌跡控制人員通過採用滑動鑽進、復合鑽進、調整工具面、選擇鑽具造斜率等手段進行鑽井軌跡控制。

四、對接連通技術

與水平井對應直井所造的洞穴直徑一般為0.5～0.6m，水平井要穿過該洞穴，僅靠常規的精度很高的定向井測量儀器，一般來說是不可能的。必須採用專用連通儀器，用定向井測量儀器和工具作為配合，根據獲得的信號和指令，要求定向井工程師調整井眼軌跡，達到對接連通的目的（圖6-10）。

DS01-1 井鑽進參數：WOB 20～40kN；泵壓8MPa。

（1）直井下入VECTOR儀器。

（2）水平井接收信號，判斷與洞穴的相對位置。

（3）每3m測斜一次，根據定向井工程師的預測數據，連通工程師發出井斜、方位調整指令。

（4）定向井工程師依據指令，完成井斜和方位的調整。

（5）距洞穴3m，直井起出儀器。

（6）水平井旋轉鑽進連通，連通後鑽進10m左右，起鑽甩RMRS。

圖6-10 DS01-1工程井與生產井連通示意圖

五、排采技術

排采技術包括排采設備、排採制度和修井等方面的技術集成。

（一）排采設備

排采設備的選擇主要取決於井深、井底壓力、水的流速及氣的流速等因素。本項目直井選擇管式泵排采設備，工程井和生產井合一的水平井進行了專門的泵型試驗。

井口裝置包括：

（1）單井采氣系統。主要包括油、套環空出口+套管壓力表+支管線+火把。

（2）單井排液系統。主要包括油管出口+氣、水分離器+水計量表+排水管線。

（3）自動數據採集和設備自動控制系統。主要包括探頭、傳輸電纜。

CNG站的自動控制系統通過安裝於井口的探頭和傳輸電纜來採集各井的產水量和套管壓力數據及控制抽油機和電機的運行。

（二）排採制度

排采工作制度根據產水量和降液速度進行調整。各井各不相同，同一口井在排采先後階段需要適時調整。PHH-001、PHH-002、DS01-1V、DS02-1V井採用1.5～1.8m沖程，1.5～6.0次/min沖次，保證每日3～5m³的降液速率，滿足該井排液，保持液面平穩。

（三）壓力煤粉控制和管理

3號煤煤質較硬，排采過程中，可以隨井液進入泵筒的只有懸浮的微粒，略大的井下物都沉積在井筒中，所以該類井在排采過程中，特別是排采初期，應當定期進行檢泵，清除井筒內沉積物，保證後期產氣的穩定。

15號煤煤質較軟，初期排采強度過大，降液速度過快，使井底流壓突然變化，會造成井眼坍塌。所以該類井必須控制好降液速度，防止過快造成井眼坍塌，堵塞產氣通道。

（四）修井

排采期間由於產液含煤粉量大，井下有大量煤漿，運行時煤漿進入泵桶，部分隨井液排出地面，另有部分留在井桶內，造成凡爾堵塞或柱塞卡死，或因電路故障停機造成卡泵，因此排采井要定期進行修井作業。

六、裝備、工具

鑽井設備的選擇是鑽井成功的關鍵，水平井施工要求鑽機具備較大的提升能力和加壓鑽進能力。導向工具確保完成設計的井眼軌跡，提高煤層鑽遇率。對接系統要求准確連通。

（一）鑽機

1.ZJ30B鑽機設備清單

ZJ30B鑽機設備清單見表6-9。

2.T130XD頂驅車載鑽機

PHH-001、PHH-002井鑽井設備採用美國雪姆公司生產的T130XD頂驅車載鑽機。該鑽機主動力760馬力，名義鑽井深度1900m（311mm井徑，114mm鑽桿）。提升能力60t，頂驅給進能力14.5t，扭矩12kN·m，車載空壓機2.4MPa，排量38m³/min。井台可伸起2.41m，可以直接安裝防噴器。

表6-9 ZJ30B鑽機設備清單

續表

固控及防噴系統未列出。

該鑽機搬遷安裝極為方便，提升、回轉能力均能滿足煤層氣水平井施工的需要。該鑽機即可採用常規鑽井方法施工，也可採用空氣鑽井工藝施工。特別是該鑽機加尺時用時很短，一般不超過1min，有效地減少了鑽井時因停泵造成的井下復雜，使用鑽井設備見表6-10。

表6-10 鑽井設備配備表

（二）81/2″井眼井下特殊設備

81/2″井眼井下特殊設備見表6-11。

表6-11 81/2″井眼井下特殊設備清單

（三）6″井眼井下特殊設備

6″井眼井下特殊設備見表6-12。

表6-12 6″井眼井下特殊設備列表

七、鑽井液和儲層保護技術

（一）鑽井液性能要求

鑽井液性能要求見表6-6。

（二）鑽井液性能維護

（1）開鑽前檢查固控設備、配漿及循環系統是否符合要求，各開關閘門是否靈活。

（2）清泥漿罐，配漿。坂土漿需預水化24h以上。

（3）鑽進時開除砂器。一開結束，充分循環洗井。起鑽前適當提高泥漿黏切，確保表層套管順利下入。

（4）二開用好各種固控設備，保證鑽井液具有低的固相含量。

（5）造斜段確保井眼清潔；可以不定期使用稠泥漿段塞清洗井眼。

（6）造斜後應全面實施減阻防卡措施。

（7）通井鑽具到底後，充分循環洗凈，起鑽前打入3方稠塞。

（8）下套管前裸眼段注入防卡減阻液，確保套管順利下入；下套管完循環洗井時適當降低泥漿黏切，以提高水泥漿頂替效率。

（9）水平段在煤層中鑽進，以清水為介質，加強固控、除氣。觀察返出岩屑情況，可打入生物聚合物XC，提高井底的凈化效果。

（10）鑽進用好振動篩和除砂器，清除煤粉。

（11）為了確實保護好煤層，嚴格按照設計，採用清水鑽進，用XC液體清潔井眼時高黏返出時放掉，泥漿罐內鑽井液超過30s，放掉換清水。

本井在使用清水+生物聚合物鑽煤層時可能存在風險，特製定兩套預案，但未實施。

（三）煤層保護技術

煤層氣井施工時，煤儲層保護極為關鍵。在本次鑽井中，主要採用清水鑽井液鑽進，嚴格控制鑽井液固相含量、密度，井內岩粉較多時，通過泵入高黏無污染鑽井液排出岩粉，既保證了井內安全，又防止了儲層污染。

15號煤採用清水作為循環沖冼液鑽進，為減少對儲層污染，施工中嚴格控制清洗液的密度和固相含量，相對密度不超過1.03，由於煤層鑽速很快，煤屑多，鑽進一段時間需往井內泵入一定量的高黏無污染清潔液排出煤粉，保證井下既安全鑽進又不污染煤層。完井起鑽前採用清水清孔，替換孔內鑽井液，保持孔內清潔干凈，確保出氣通道暢通。三開水平井鑽井過程中，為避免和減少沖洗液中固相顆粒對煤層的污染，煤層水平井段使用吸水的鑽進。但是由於清水的攜帶能力低，特別是水平井段不可避免地會造成煤屑、岩屑床，因此在鑽進過程中，遇到井內復時，及時使用XC配製的清掃液進行清理，保持了井底干凈，有效地避免了埋卡鑽，確保了鑽進安全，為本井的勝利完井打下了堅實的基礎。

㈥ 什麼是石油固井技術

為了加固井壁,保證繼續安全鑽進,封隔油層、氣層和水層，確保勘探期間的分層試油以及在整個開采過程中合理的油氣生產，在鑽成的井中下入高強度鋼質套管，並在井筒與套管環形空間中充填好水泥的過程，稱為固井作業。

固井是油氣井建井過程中的關鍵環節。與其他鑽井環節相比，固井作業具有明顯的特殊性。它是一次性作業，如果質量不好，一般情況下難以補救；它是隱蔽性作業，主要流程在井下，施工時不能直接觀察。質量往往決定於設計的准確性和准備工作的好壞，並受多種因素的綜合影響，還影響後續工程的進行；它是一項花費大的作業，套管費用約占鑽井總成本的25%左右；它施工時間短、工序多、作業量大，是技術性很強的作業。顯然，固井質量的好壞是衡量一口井質量的重要指標。

固井技術的主要內容包括套管柱設計和注水泥工藝。本節將圍繞它們做介紹。

一、套管柱設計套管柱設計就是根據套管柱在井內的工作條件，選擇不同鋼級或不同壁厚的套管組成套管柱，使其所受外力與強度之間滿足一定的關系，以保證套管柱的安全性和經濟性。套管柱設計是鑽井工程師所必須掌握的基本功之一。

1.套管柱結構套管柱是由套管加裝一些特殊部件組合而成，以保證注水泥作業的順利進行。

1)套管套管是由高級合金鋼軋制而成的無縫鋼管。為了滿足不同的井身結構、工作條件對套管強度的要求，套管具有多種直徑、壁厚、鋼級和不同的連接方式。

套管直徑一般為114.3～508mm，也有更大的尺寸，共有十多種。常用的套管壁厚為8～13mm，薄壁套管壁厚僅5.21mm，厚壁套管壁厚達16.1mm。顯然，對於一定的套管直徑，壁厚越大的套管強度越高。

不同鋼材製成的套管，強度是不一樣的。為了便於區別，用鋼級命名。國產套管有D40、D55、D75三種鋼級，下標數字為鋼材的最小屈服極限，單位為kg/mm2。API標准套管的鋼級代號為N-80、C-95等，代號中的數字乘以1000即為套管的最小屈服強度值,單位為lb/in2。

大多數套管一端為外螺紋，另一端為內螺紋(加接箍),多為圓螺紋，每英寸6～8扣。為了加強連接強度，有些高強度套管採用梯形扣，每英寸5扣。

對於含硫酸鹽等腐蝕性流體的地層，應選用具有抗硫特性的套管。抗硫套管的化學成分控制嚴格，並經過特殊的熱處理。目前我國多採用日本產防硫套管，其防硫性能較好。

2)引鞋引鞋是由生鐵或鋁製成的圓錐形短節，上面布有旋流小孔。其作用是:(1)引導套管入井，防止套管插入井壁岩層;(2)注水泥時構成水泥漿的循環通道，水泥漿通過旋流小孔流出上返，提高頂替效率。固井後重新鑽進時，引鞋可以很容易鑽掉。

3)套管鞋套管鞋是接在引鞋之上的一個特殊短節，一般由套管接箍製成。下端加工成45°的內斜角，作用是起下鑽時防止鑽具接頭、鑽頭碰掛套管底部而損壞套管。同時,在測井時成為套管下入深度的測量標志。

4)套管回壓閥套管回壓閥的主要作用是：(1)注水泥結束後防止高密度的水泥漿向套管內迴流；(2)下套管過程中增加套管柱的浮力，減輕鑽機大鉤的負荷；(3)因為回壓閥的球座擋板是注水泥膠塞的承托環，故其位置決定了水泥塞的長度及環空水泥漿的高度。

5)套管扶正器套管扶正器是裝在套管本體上的一種鋼制彈性裝置。作用是保證套管柱在井眼內居中，提高水泥與井壁的膠結質量。在井斜、方位變化較大的井內，尤其要注意加裝扶正器,並通過復雜的計算，合理選擇安裝個數及安裝位置。

套管柱除上述基本部件外，還有許多為適應不同要求而加裝的特殊部件，不再詳述。

2.套管柱設計方法下入井內的套管柱，在固井和以後的生產過程中要受到各種外部載荷的作用,其中主要載荷為軸向拉力和外擠壓力。力學分析結果表明：軸向拉力在井口處最大，井底處為零，沿井深逐漸減小並呈直線分布；外擠壓力是井口最小，井底最大，沿井深逐漸增大也呈直線分布，如圖5-9所示。

圖5-9套管柱結構及受力示意圖

套管本身具有一定的抵抗外載的能力，稱為強度。在軸向拉力作用下，套管具有抗拉強度；在外擠壓力作用下，套管具有抗擠強度。只要保證套管柱上任意截面處的套管強度大於外載，套管柱就是安全的。

由於套管柱的受力是兩頭大(井口最大軸向拉力，井底最大外擠力)中間小，因此可以選用不同強度的套管,構成強度兩頭大、中間小的套管柱，在保證套管柱安全的同時降低套管柱成本。按照這個原理設計的套管柱稱為復合套管柱。

二、注水泥工藝為了固定套管,封隔油層、氣層和水層，下套管後必須在套管和井壁之間注入水泥。油氣井注水泥的方法與地面建築施工不同,要用泵把水泥漿送到地下幾百米甚至幾千米的井底，然後再返入管外的環隙，並把其中的鑽井液頂走。水泥要充滿整個環空，凝固硬化後，形成堅硬緻密的水泥環。這些特點決定了油井水泥與普通建築水泥的性能差別。要求油井水泥漿具有良好的流動性和適當的凝固時間,具有較高的早期強度。套管外的水泥環將長期與地下水接觸，應具有良好的不透水性和抵抗地下水腐蝕的能力。

1.油井水泥1)油井水泥分類目前常用的油井水泥主要是高標號硅酸鹽水泥。將石灰石或石灰質的凝灰岩、粘土或頁岩以及少量的鐵礦石等，按一定的比例配成原料，在1450℃高溫下煅燒成為一種以硅酸鹽為主要成分的熟料，再加入適量石膏,一起磨成一定細度的粉末便製成了這種油井水泥。由於井內的溫度和壓力隨井深的增加而升高，必須生產多種油井水泥，以適應不同井深條件的要求。

2)水泥漿性能的調節大量固井實踐證明：現有的多種油井水泥尚難充分滿足各種井下條件的要求，為此必須加入某些添加劑，用以進一步調節水泥漿的有關性能。

(1)密度的調節。常用的加重劑有重晶石粉、鈦鐵礦粉和方鉛石粉；常用的減輕劑有粘土、硅藻土、粉煤灰、硬瀝青、膨脹珍珠岩等。採用低水灰比加減阻劑的方法也能得到高密度的水泥漿。

(2)稠化時間的調節。為了滿足施工時間的要求，有時需使用緩凝劑來延長水泥漿的稠化時間。常用的緩凝劑有丹寧酸鈉、龍膠粉、鐵鉻鹽、磺化丹寧、木質素磺酸鹽、酒石酸、羧甲基羥乙基纖維素以及一些復合物等。也可以用速凝劑縮短凝固時間。常用的速凝劑有氯化鈣、硅酸鈉、甲醯胺、氯化鉀以及半水石膏等。

(3)降失水劑。失水過多會引起:①水泥漿早稠、流動性驟降甚至堵塞環空，造成憋泵；②加快水泥漿柱壓力的降低；③泥頁岩吸水膨脹、剝落,影響油氣產量；④大量的自由水上返、影響水泥環的密封性。因此應在水泥漿中加入合適的降失水劑。常用的降失水劑有羧乙基纖維素、羧甲基纖維素、羧乙基合成龍膠粉以及S-24復合劑等。

(4)減阻劑。減阻劑又稱分散劑、紊流劑，屬於陽離子型表面活性物質。它只起表面物理化學作用，不與水泥發生水化反應。減阻劑具有潤濕、潤滑作用，可使水泥加快水化；能防止水泥漿先期脫水，並提高固井後的早期強度,能使水泥餅薄而不滲透，有利於保護油、氣層。

還有一些常用的水泥漿添加劑，可提高水泥漿的各種性能。如消泡劑能降低界面張力，抑制氣泡產生；石英粉常用於高溫井固井，可提高水泥石的抗腐蝕性能；鹽類能改善岩鹽層固井水泥的膠結強度等。

2.注水泥1)注水泥地面設備注水泥地面設備有水泥儲灰罐、水泥車、水泥混合漏斗、壓風機組、水泥漿池等。根據注水泥工藝的要求，由水泥漿管線、水管線、氣管線將這些設備相互連接起來，構成注水泥施工裝置。地面設備中水泥車最為關鍵。用多少台水泥車取決於儲灰罐的多少，即由注水泥的量決定。每增加一套水泥車，就要增加相應的其他設備及管線。一般每兩三個儲灰罐配一台壓風機組。

注水泥時，壓風機通過空氣管線把灰罐內的水泥吹入混合漏斗，同時清水也被泵入漏斗中與水泥混合形成水泥漿，進入水泥漿池。水泥車再將水泥漿吸入，通過管線泵送到水泥漿管匯。匯集所有水泥車泵送的水泥漿，送到井口水泥頭處，進行注水泥循環。

2)注水泥過程按設計將套管下到預定井深後，裝上水泥頭，循環鑽井液做好注水泥的准備工作。圖5-10為典型的雙膠塞注水泥施工程序。套管柱最上端的裝置是水泥頭，其內裝有上、下膠塞。下膠塞與隔離液一起將水泥漿與鑽井液隔開，防止鑽井液接觸水泥漿後影響其性能。套管柱最下端裝有引鞋以利於下套管。浮箍實際上是一個單向閥，用於防止環空中的水泥漿向管內倒流，並承坐膠塞。地面設備准備就緒，即可開始注水泥施工。

圖5-10注水泥工藝流程示意圖

1—壓力表; 2—上膠塞; 3—下膠塞; 4—鑽井液; 5—浮箍 6—引鞋; 7—水泥漿; 8—隔離液; 9—鑽井液(1)打隔離液。在注水泥漿前打入一定量的特種液體(一般為CMC溶液)，把井內的鑽井液與注入的水泥漿分隔開，並起沖洗井壁和套管壁的作用,如圖5-10(b)所示。

(2)打開下膠塞擋銷、壓膠塞。下膠塞為中空，其頂部的橡膠膜在壓力作用下可破裂,如圖5-10(b)所示。

(3)用水泥車將混合好的水泥漿經水泥漿管匯、水泥頭注入套管內,如圖5-10(b)所示。

(4)水泥漿注完後，關閉注水泥漿通路，打開上膠塞擋銷及頂部通路，用鑽井液將上膠塞頂入套管內,如圖5-10(c)所示。

(5)把鑽井液泵入套管內。這時，鑽井液推動上膠塞，上膠塞推動水泥漿，水泥漿推動下膠塞和隔離液，隔離液又推動著鑽井液。水泥漿到達井底後，由套管柱引鞋上的旋流小孔流出並沿著環形空間上返,如圖5-10(d)所示。

(6)碰壓。由於上膠塞是實心的，當它下行到浮箍或回壓閥座時，受阻不能繼續下行。這時泵壓猛增，從而可判斷水泥漿已頂到了預定位置，立即停泵，如圖5-10(e)所示。

注水泥過程結束後，需要關井候凝。一般要關井48h，等水泥漿在環空中凝結後，拆除水泥頭，進行聲波測井，檢查固井質量。如果質量合格，則安裝套管頭及井口設備，下鑽鑽掉浮箍以下的水泥塞，隨後可進行下一次開鑽。

㈦ 增產措施

酸化主要是人工向地層注入酸液,依靠其化學溶蝕作用提高儲層滲透性能的一項增產措施,主要用於石油井開采和地熱資源開發中。酸化有兩種類型:一類是注酸壓力低於地層破裂壓力的常規酸化或孔隙酸化,這時酸液主要發揮其化學溶蝕作用,擴大與之接觸岩石的孔、縫、洞;另一類是注酸壓力高於儲層破裂壓力的酸化壓裂,這時酸液將發揮化學作用和水力作用來擴大、延伸、壓開和溝通主裂縫,形成延伸遠、流動能力強的滲流通道。

以下為酸化作業常用術語。

前置液:在酸化壓裂中有3個重要的作用:①注入非活性流體前置液,可保證後續的泵注在可接受的排量和壓力下進行;②可去除近井區域的油,並使礦物和傷害物表現為水潤濕性,這可增加酸的溶解速度;③增加酸化的有效性,減少酸化後產物對儲層引起的新傷害。在試驗室配方且注入狀況為地層可接受的條件下,即可注入壓裂液。

壓裂液:即酸化主體酸液。一般碳酸鹽岩儲層壓裂液以鹽酸為主;砂岩壓裂液以氫氟酸為主,主體酸液由後置液驅入地層。

後置液:主要作用是從管柱中去除活性和腐蝕性流體並使壓裂液與近井筒區域的接觸程度達到最大。是否注入後置液決定於增產措施類型。如果被溶解或分散的傷害物被徑向替入地層後可能會對地層造成傷害,則一般不採用後置液。如果是砂岩氫氟酸酸化,此時必須注入後置液。目的是減少二次沉澱或使二次沉澱發生在儲層的深部,因為深處產生的沉澱對產能的影響較小。

緩蝕劑:主要是減少金屬被腐蝕的化學物質,機理是緩蝕劑通過物理吸附或化學吸附而吸附在金屬表面,從而把金屬表面覆蓋,使其腐蝕得到抑制。常用的緩蝕劑中,有機緩蝕劑效能高於無機緩蝕劑。

穩定劑:是一種配合劑,能與酸液中的離子結合成能溶於水的六乙酸鐵絡離子,減少Fe(OH)3沉澱,避免堵塞地層現象發生。

助排劑:是一種降低表面張力的活性劑,改變地層濕潤性,加速返排,防止殘渣形成。根據其作用,主要成分有減阻劑、破乳劑、緩速劑、懸乳劑等。

防膨劑:主要成分有羥基鋁、氫氧化鋯、陽離子有機聚合物、聚胺、聚季胺等,添加在酸液中,防止粘土膨脹。

本節主要介紹在地熱資源開發中應用最廣的碳酸鹽儲層酸化壓裂技術。它的基本原理是:地面用高壓壓裂泵車,以高於儲層吸收的速度,從井的套管或油管向井下注入液體,使井筒內壓力增高,一直達到克服地層的地應力和岩石張力強度,使處理層段岩石開始出現破裂形成裂縫;而後泵入酸液,在處理層段將裂隙酸蝕成溝槽。壓裂酸化後,這些溝槽仍然保持張開具有足夠的導流能力及足夠長度的裂縫,擴大有效影響半徑,減小地熱流體匯入井底的阻力,從而達到增產目的。

地熱井碳酸鹽岩儲層的主要礦物成分為方解石(CaCO₃)、白雲石[(CaMgCO₃)₂],採用以鹽酸為壓裂液進行酸化壓裂時,酸岩化學反應方程式為

CaCO₃+2HCl=CaCl2+CO₂↑+H₂O

CaMgCO₆+4HCl=MgCl2+CaCl2+2CO₂↑+2H₂O

下面以天津地區 WR95井實例介紹壓裂酸化技術在地熱井中的應用。

(一)基本數據

WR95地熱井位於天津市河西區,為地熱開采井,完井目的層位為古生界奧陶系,設計井深2250m。該井基本數據見表4-7。

表4-7 WR95井基本數據

WR95井完井後對產層裸眼井段(1745.6～2101.04m)進行了地球物理測井,測得主要產層情況見表4-8。

表4-8 WR59地熱井產層基本數據表

(二)試采情況及結論

WR95井採用空氣壓縮機先後兩次進行氣舉洗井,總洗井時間60h,水清砂凈後進行了抽水試驗,井口水溫53℃,水量10.38m³/h。試采結果表明,WR95井產水量較小,分析是由於該井地層受到污染及儲層物性較差造成的。為了解決堵塞,改善儲層滲流能力,提高該井產能,決定採用鹽酸酸壓工藝技術對該井實施壓裂酸化增產措施。

(三)室內實驗數據及結論

在進行壓裂酸化之前,對處理層的錄井岩屑進行了室內物化性質實驗分析,根據分析結果模擬井下壓力、溫度來選擇與之相容性(又稱配伍性)好的壓裂酸化措施,對產層進行有效的改造,從而達到對產層傷害小,增加產量。WR95井室內實驗數據見表4-9。由表4-9數據可知,15%HCl和20%HCl溶液,在70℃下岩石的溶蝕率都比較高,但考慮到為了在地層深處形成一條較長的酸蝕裂縫,加強地層裂隙間的連通性,需要較高的酸液濃度,因此選用20%HCl溶液作為處理液。

表4-9 岩石溶蝕實驗結果

注:試驗溫度為70℃。

(四)酸壓模擬實驗

圖4-19和圖4-20為酸液有效距離模擬和總表皮系數變化模擬,根據模擬結果,泵入酸量達到110m³以後,隨著酸量的增大,裂隙總表皮溶蝕趨向零。因此選用110m³,20%HCL用於本次壓裂酸化作業。

圖4-19 酸液有效距離模擬結果

圖4-20 總表皮系數變化模擬結果

(五)主要施工工藝及參數

1)酸化工藝:鹽酸酸壓工藝;

2)擠注方式:正擠;

3)擠注壓力:≤20MPa;

4)排酸方式:汽化水排酸。

(六)施工用料

施工液配置及材料用量見表4-10和表4-11。

表4-10 施工液量配置表

表4-11 備料名稱及數量

(七)施工結果

本次酸化作業,井口安裝250型採油樹(圖4-21),2台700型壓裂泵車(施工用),1台300型泵車(配液、打平衡),注酸管道使用89mm油管,封隔器座封深度1642.70m,油管排酸出口深度1654.21m, S-10/150型空氣壓縮機(排酸用),目的酸化井段1776.9～1976.7m共6組碳酸鹽裂隙帶。待井口採油樹裝置正確安裝後,打入平衡壓力3MPa,地面管線試驗壓力28.6MPa,打入前置液15m³。然後採用雙泵車打酸,打入20%HCl120 m³,最高泵壓21.51 MPa,排量 1.36m³/min。壓酸過程中,泵壓表由平均20MPa瞬間降為9.53MPa,現場分析認為碳酸岩裂隙經過酸化溶蝕和壓裂,周圍裂隙產生了良好的溝通。上提風管至深度800m,連接空氣壓縮機氣舉引噴,連續氣舉18h至基本水清砂凈。經抽水試驗,該地熱井產能由酸化前的 10.38m³/h、53℃ 激增到水量95.67m³/h、水溫78℃,表明壓裂酸化措施在 WR95地熱井中起到了很好的增產效果。

圖4-21 250型採油樹常用組合結構圖

㈧ 　高凝高黏原油輸送技術

由於中國近海油田產出的原油多具有高凝固點、高黏度以及高含蠟特性，因此在渤海灣、北部灣和珠江口海域已開發的海上油田所鋪設的海底輸油管道，全部採用熱油輸送工藝和保溫管道結構。

海底高凝、高黏原油管道輸送技術，是我國從海底管道工程起步階段就注意研究和引進的。從20世紀80年代初期渤海的埕北、渤中28-1、到渤中34-2/4油田和南海北部灣潿10-3油田開發配套的海底輸油管道工程，都涉及如何解決好原油輸送技術的問題。我們結合油田原油特性，與日本和法國石油工程界合作，研究採用了安全可靠的工程對策，學習引進了相關設計、施工和運行管理技術。隨後在渤海灣和北部灣自營開發的諸多油田開發工程中，設計、鋪設了眾多海底輸油管道，形成了我國一套完整的海底高凝、高黏原油管道輸送技術。通過大量工程實踐應用和檢驗，證明該技術是實用和可靠的。

一、輸送工藝

針對高凝、高黏原油的管道輸送，國內外在油田及外輸管道工程上使用了各種減阻、降黏方法，諸如加化學葯劑、乳化降黏、水懸浮輸送以及黏彈性液膜等，進行過大量研究和試驗，但由於技術上、經濟上的種種原因，均未得到廣泛應用。目前，最實用、最可靠的方法仍是採用加熱降黏防止凝固的輸送工藝。

對高凝原油，為防止原油在管道輸送過程中凝固，依靠加熱使管道中的原油溫度始終維持在凝固點以上。

對高黏原油，採用加熱降低黏度，滿足管道壓降需求和節約泵送能耗。當然，在採用熱油輸送工藝的同時，一般都相應採用保溫管道結構。

（一）工藝模擬計算分析

海上油田開發工程涉及到的海底輸油管道，其輸送工藝模擬計算，一般要根據油田地質開發提供的逐年產量預測（並考慮一定設計系數），計算不同情況（管徑、輸量、入口溫度等）下的壓降、溫降以及管道內液體滯留量和一些必要的工藝參數。依此選擇最佳管徑，確定出不同情況下的工藝參數（不同生產年的輸送壓力、溫度等）。

近年來，原油管道輸送工藝模擬計算分析普遍採用計算機模擬程序進行。中國海油從加拿大NEOTEC公司引進了PIPEFLOW軟體，該軟體與流行的PIPESIM、PIPEPHASE等商業軟體類同，匯編了各種計算方法及一些修正系數、參考資料庫，供設計分析者選用。

（二）保溫材料的選擇和厚度確定

對採用熱油輸送工藝的海底管道，熱力計算是非常重要的環節，而其中管道傳熱系數K值又是管道熱力條件的綜合表現。K值除受管道結構影響外，埋地的地溫條件、保溫材導熱系數和保溫材厚度是三大影響因素。

從計算分析結果看，由於地溫變化不大對K值影響不明顯，只是在低輸量時，要注意其對終溫的影響。

保溫材性質和保溫層厚度是影響K值最關鍵的因素，也是影響管道終溫的關鍵因素。目前國內選用的保溫材料與國外最常用的一樣，是採用聚氨酯泡沫塑料。這是一種有機聚合物泡沫，能形成開孔或閉孔蜂窩狀結構，優點是導熱系數小（≤0.03W/m²·h．℃）、密度低（40～100kg/m³）和吸水率小（≤3%），且化學穩定性好，同時工業生產成熟，價格相對便宜。從保溫效果考慮，當然是保溫層厚度越大越好，但是，當保溫層厚度達到一定值時，保溫效果的增加和厚度的增量不再呈線性增加的關系，而是增加十分平緩。特別是對海底管道，保溫層厚度增加意味著外管直徑增加，就長距離管道而言，外管增加一級管徑，鋼管用量和施工費增加都是十分可觀的。因此，根據計算分析和優化設計，認為選用保溫層厚度為50mm是合理的。

（三）停輸和再啟動計算分析

停輸和再啟動計算分析是高凝、高黏原油海底管道工藝設計的重要內容，將直接關繫到管輸作業的安全和可靠。

停輸後的溫降分析，視為最終確定管道安全時間。對於採用熱油輸送工藝的管道停輸後，隨著存油熱量散失，原油將從管壁向管中心凝固，凝層的加厚及凝結時釋放的潛熱將延緩全斷面凝固的過程。存油凝固時間取決於管道保溫條件、油品熱容、停輸時的溫度和斷面直徑。通常這些數值越大，全斷面凝固時間就越長。一般凝油層厚度在管道軸向是一個變化值，通常以管道終斷面凝油厚度作為安全停輸時間的控制值。

對於加熱輸送的高凝、高黏原油管道發生停輸，且預計在安全停輸時間內時，不能恢復管道輸油，為保證管道安全，最有效的措施是在管內存油開始凝固時，用水或低凝油將其置換。

停輸後的再啟動分析，是考慮管道發生停輸後可能出現的最不利工況和環境條件，此時要恢復通油，需計算所需的再啟動壓力和提出實現再啟動要採取的措施以及增設必要的設備和設施。

通常，再啟動壓力（P），用下式計算：

中國海洋石油高新技術與實踐

式中：P為再啟動壓力（Pa）;P_。為管道出口壓力（Pa）;D_i為管道內徑（m）；τ為原油在停輸環境溫度下的屈服應力（Pa）;L為管道可能凝固的長度（m）。

（四）水化物和沖蝕的防止措施

海上油田開發工程涉及的輸油管道，是一種與陸上原油長輸管道和海上原油轉輸管道不同的管道，它是從井口平台產出的原油氣水混輸至中心處理平台或浮式生產貯油裝置的油田內部集輸管道。該類海底管道輸送時伴有從井口采出的水和氣，屬於混輸管道，對這類油管道，也是採用加熱輸送工藝和保溫管道結構。

做這類混輸油管道的工藝設計，除做凈化原油輸送管道通常要進行的模擬計算分析外，還要增加段塞流分析和防止水化物和沖蝕產生的分析。

段塞流現象是油氣混輸過程中的一個重要問題。正常輸送過程中，如何判定是否出現嚴重的段塞流，以及如何確定段塞流長度，目前已經有了通用的分析計算判斷方法。在清管作業過程中，由於管道內存在一定的滯留液量，因此在清管器前將形成液體段塞流。在下游分離設備設計中必須考慮清管作業引起的段塞流影響，一般是設計一定的緩沖容量，使容器操作始終維持在正常液位與高液位報警線之間，確保生產正常。

水化物是影響海底混輸管道操作的一大隱患，特別是在以下三種工況下可能出現水化物，為此提出了防止形成水化物的措施：①低輸量狀況，為防止水化物生成，要求在輸送過程中，管道內油氣溫度始終維持在水化物生成溫度以上。但在低輸量狀況下，溫降很快，根據水化物生成曲線判斷，可能會生成水化物。此時應及時注入甲醇之類的防凍液（水化物抑制劑），以防止水化物生成；②停輸過程，在長期停輸狀態下，由於管道內油氣溫度降到了環境溫度，且管內壓力仍保持較高壓力狀態，所以可能生成水化物。此時，應採取的措施，一是給管道卸壓，二是往管道內注入水化物抑制劑；③重新啟動，通常停輸後再啟動，需要高於正常操作壓力的啟動壓力，而這時溫度又往往很低，故很容易生成水化物。此時應採取連續注入水化物抑制劑的做法，直到管道內溫度達到正常操作溫度為止。

防止產生沖蝕是油氣混輸管道工藝設計不容忽視的問題。對多相混輸管道，若流速超過一定值時，液體中含有的固體顆粒會對管道內壁形成一種強烈的沖刷腐蝕，特別是在急轉彎處如海底管道立管及膨脹彎處。因此設計時要計算避免沖蝕的最大流速，其公式為：

圖15-13PE外套保溫管斷面結構

表15-3給出所研製保溫管道的技術參數。

表15-3保溫管道技術參數表

當然，真正意義上的單管保溫結構管道，應該是取消外護套系統，在輸油鋼管外面施加既能防水也具良好保溫性能且有較強抗靜水壓力及抗機械破損能力的保溫材，無疑這是該項技術發展的最終方向。目前，在我國南海東部惠州26-1北油田（水深約120m）一條直徑為254mm、長約8.7km的海底保溫輸油管道，通過深入研究和招標推動，已經具備了工程實用基礎，其技術可行性和價格被接受性都得出了較好的結論。