第3講 小井眼鉆井技術

1、第五講第五講小井眼鉆井技術小井眼鉆井技術Slim Hole Drilling 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 小井眼的基本概念小井眼的基本概念 小井眼鉆井發(fā)展概況小井眼鉆井發(fā)展概況 發(fā)展小井眼鉆井技術的原因發(fā)展小井眼鉆井技術的原因 小井眼鉆井設備及工具小井眼鉆井設備及工具 小井眼井控技術小井眼井控技術 小井眼完井技術小井眼完井技術 小井眼鉆井的應用小井眼鉆井的應用 一、小井眼的基本概念小井眼的基本概念 對于小井眼的提法有各種各樣，不盡相同，到目前為止沒有統(tǒng)一的定義。 1、美國Amoco公司 90%以上的井眼用小于6的鉆頭鉆成。 2、法國Elf公司 完鉆井眼小于常規(guī)完鉆井眼（81/2） 的井統(tǒng)稱為小井眼。 3

2、有的認為 70%以上的井眼小于6。 4還有的認為 環(huán)空間隙小于1的井眼。 5. Bp 公司 套管層數(shù)少于常規(guī)井的井眼。 二、小井眼鉆井發(fā)展概況二、小井眼鉆井發(fā)展概況 小井眼鉆井早在50年代后期就發(fā)展起來。當時美國的Carter公司在猶他州，阿肯色州，路易絲安那州等地鉆了108口小井眼井，得出的結(jié)論是鉆小井眼井在經(jīng)濟上是合算的。據(jù)統(tǒng)計，50年代后期至60年代初，世界上有131家石油公司共鉆了3200多口平均井深為1376米的小井眼井，明顯降低了鉆井成本。 80年代中期以前，小井眼之所以沒有引起石油界足夠的重視，原因之一是當時的油價較高。原因之二是小井眼鉆井技術還不完善。 80 年代中期以來，由于

3、油氣價格的下跌，世界范圍內(nèi)石油工業(yè)不景氣，小井眼又引起廣泛重視。 三、小井眼鉆井技術發(fā)展的原因三、小井眼鉆井技術發(fā)展的原因 1 1、經(jīng)濟因素、經(jīng)濟因素 80年代中期油價下跌，迫使各石油公司用更廉價的勘探方法。小井眼便是其主要途徑。據(jù)幾家石油公司小規(guī)模實驗統(tǒng)計，小井眼可節(jié)省鉆井費用25-50%。在個別邊遠地區(qū)甚至使鉆井費用降低75%。 2 2、技術進步、技術進步 80年代，鉆頭，泥漿和井下動力鉆具，井控等鉆井技術與設備均取得重大發(fā)展，使安全經(jīng)濟地進行小井眼鉆井成為可能。 3 3、環(huán)境保護的壓力小、環(huán)境保護的壓力小 小井眼鉆機占地面積小,小井眼比常規(guī)井眼井徑縮小一半，鉆井液用量及巖屑量減少75%，

4、施工機具用量大幅度下降，對環(huán)保有利。 4 4、勘探開發(fā)的需要、勘探開發(fā)的需要 在邊遠地區(qū)，地面條件惡劣。運輸困難的地區(qū)，勘探工作風險大，地震工作在短時間內(nèi)不能獲得精確的地下資料，在這些地區(qū)打一些連續(xù)取芯的探井，可及早搞清地下情況，及早作出決策，減小勘探的風險。 由于小井眼具有可降低鉆井成本，減小勘探風險，有利于環(huán)保，所以小井眼成為90年代的熱門技術之一。 四、小井眼鉆井設備及工具四、小井眼鉆井設備及工具 （一）小井眼鉆機（一）小井眼鉆機 適用于小井眼的鉆機：常規(guī)小型石油鉆機、連續(xù)取芯鉆機、混合鉆機、連續(xù)軟管作業(yè)裝置。 國外大部分使用小型石油鉆機和車裝鉆修兩用鉆機。例如美國生產(chǎn)的65-B型車裝鉆

5、機 用27/8”- 41/2”鉆桿 ，鉆深能力 1372 3658米。圖圖 1 為滿足小井眼鉆井的要求，國外一些公司專門研制了多種型號的為滿足小井眼鉆井的要求，國外一些公司專門研制了多種型號的小井眼鉆機，例如瑞典小井眼鉆機，例如瑞典MicrodrillMicrodrill公司研制的小井眼鉆機公司研制的小井眼鉆機 鉆深能力介于鉆深能力介于800-1700m800-1700m之間之間 鉆機總高鉆機總高10.91m10.91m（相同鉆深能力的常規(guī)鉆機總高為（相同鉆深能力的常規(guī)鉆機總高為40m40m） 外形尺寸外形尺寸 9.509.50* *3.533.53* *10.9110.91 井場占地井場占地

6、2525* *32m32m，是常規(guī)鉆機占地面積的，是常規(guī)鉆機占地面積的1/41/4。（1）MD3型小井眼鉆機 鉆機重13噸，鉆深能力1500m 井場布置如下圖圖 3（2）MD5小井眼鉆機安裝后 長寬高 9.5 3.53 10.91最大鉆深 1500米配有先進的儀表 圖 4直升飛機運輸式小井眼鉆機（直升飛機運輸式小井眼鉆機（Conoco印尼公司生產(chǎn)）印尼公司生產(chǎn)） 是為在沼澤地區(qū)鉆井而設計的，一次搬家需運輸能力1.8噸的直升機運100架次。圖 5國外一些公司用礦業(yè)連續(xù)取芯鉆機鉆小井眼探井。圖 6連續(xù)軟管鉆井裝置連續(xù)軟管鉆井裝置圖 7 （二）小井眼鉆頭及鉆桿（二）小井眼鉆頭及鉆桿 1 1、小井眼鉆

7、頭、小井眼鉆頭 80年代中期以來，鉆頭技術取得重大進展，不再構(gòu)成小井眼鉆井的障礙。適用于小井眼的鉆頭有：牙輪鉆頭. PDC. TSP鉆頭和天然金剛石鉆頭。一般采用PDC.TSP鉆頭.還有用偏心 PDC鉆頭。 2 2、小井眼鉆桿、小井眼鉆桿 標準尺寸的鉆桿 31 1/2 2 27 7/8 8有時也用23 3/8 8 的油管。 連續(xù)軟管 用一根根長度有限的鋼管對焊而成,長度可根據(jù)需要而定。軟管的材料用淬火鋼、回火鋼或鈦合金鋼。 連續(xù)軟管的外徑有1、11 1/4 4 、11 1/2 2 、13 3/4 4 、2 、23 3/8 8 和37 7/8 8的，可滿足鉆井和修井的要求。 五、小井眼井控技術五

8、、小井眼井控技術 （一）小井眼井控與常規(guī)井控的差別（一）小井眼井控與常規(guī)井控的差別 1 1、環(huán)空間隙小、環(huán)空間隙小（小井眼環(huán)空體積?。?圖 8 與常規(guī)井眼相比與常規(guī)井眼相比，小井眼環(huán)空間隙小，體積小。 同樣的流體侵入量，小井眼比常規(guī)井眼：流體在環(huán)空占的體積大，上返速度快，對溢流很敏感。 例：318升的溢流在常規(guī)井眼環(huán)空中占12m長，使井底壓力降低0.105MPa；在小井眼環(huán)空中占114m長，使井底壓力降低0.84MPa。流體在小井眼環(huán)空上返的速度是在常規(guī)井眼環(huán)空上返速度的數(shù)倍。 從井控的觀點來看，流體在井筒侵入高度越高，井控的難度就越大。 小井眼井控要解決的問題：小井眼井控要解決的問題： （1

9、）井眼系統(tǒng)的壓力分布規(guī)律及計算公式； （2）最佳的溢流監(jiān)測方法； （3）最有效的壓井方法。 2 2、系統(tǒng)的壓力損失大、系統(tǒng)的壓力損失大 系統(tǒng)的壓力損失包括：地面管匯、鉆柱內(nèi)、鉆頭水眼和環(huán)空壓力損失。 實驗表明，小井眼中系統(tǒng)壓力損失的分布規(guī)律與小井眼中系統(tǒng)壓力損失的分布規(guī)律與常規(guī)井中的分布規(guī)律正相反常規(guī)井中的分布規(guī)律正相反。在小井眼中，環(huán)空壓力損失占泵壓的90%,甚至更多，其它損失占泵壓的10%；在常規(guī)井中，鉆柱內(nèi)及鉆頭的壓力損失占泵壓的90%，環(huán)空壓力損失僅為泵壓的10%。 小井眼中鉆柱的旋轉(zhuǎn)對環(huán)空壓降的影響也很大，隨著鉆柱的高速旋轉(zhuǎn)，環(huán)空壓降會顯著增加。 例：Amoco公司做過實驗： 井深2

10、438m，泥漿密度m =1.028/cm3 ，泵排量Q=3.15l/s，鉆柱不旋轉(zhuǎn)時，環(huán)空壓降為3.4MPa ,當量循密度為1.13g/cm3，鉆柱以600轉(zhuǎn)/分（RPM）旋轉(zhuǎn)時，環(huán)空壓降為7.5MPa,當量循環(huán)密度為1.33g/cm3 。 （二）小井眼井涌檢測技術（二）小井眼井涌檢測技術 常規(guī)鉆井主要通過監(jiān)測泥漿池液面的增量來控制檢測井涌。這種檢測方法的靈魂度主要取決于液面高度儀和操作人員的警惕性。這種方法一般要等到泥漿池的增量達到2m3 以上才能檢測到井涌，顯然小井眼鉆井不能單純依靠池增量來檢測井涌，必須應用新的方法來提高檢測精度和靈魂度。國外發(fā)展了一些小井眼井涌檢測方法。 1 1、Amo

11、coAmoco公司井涌檢測法公司井涌檢測法（出入口流量法）在泥漿吸入管和返出管線上安裝電磁流量計，實時記錄入、出口流量，并打印出，從曲線的變化及發(fā)生現(xiàn)井涌或井涌，也可通過計算機實時判斷并報警，這種方法的靈敏度高。 2 2、AnadrillAnadrill公司的井涌檢測方法公司的井涌檢測方法 該公司研究了兩種井涌檢測法 （1）泥漿流量的波測量方法。 （2）泥漿泵壓力波的往復傳播時間。 由于波在氣體中的傳播速度比在泥漿中慢，傳播時間急劇增加就說明發(fā)生了氣涌。 3 3、BPBP公司研制了一種小井眼井涌早期檢測系統(tǒng)公司研制了一種小井眼井涌早期檢測系統(tǒng) 該系統(tǒng)實時采集泥漿流出量和立管壓力，并用井筒動態(tài)模

12、型預測泥漿流出量和立管壓力，將實測值與預測值進行對比，根據(jù)兩者之間的偏差及時判斷是否發(fā)生了井涌、井漏或鉆具刺漏異常情況。據(jù)BP公司稱，系統(tǒng)模型考慮了鉆柱旋轉(zhuǎn)的影響，能夠檢測到1桶（159升）的溢流量。該系統(tǒng)在小井眼鉆井作業(yè)中獲得了成功的應用。 為安全地鉆小井眼，美國的Amoco公司還專門研制了小井眼井控專家系統(tǒng)。該系統(tǒng)可實時采集和處理鉆井數(shù)據(jù)，及時檢測井涌，并可自動執(zhí)行井控措施。Amoco公司的小井眼井控專家系統(tǒng) （三）小井眼壓井方法（三）小井眼壓井方法-動態(tài)壓井法動態(tài)壓井法 由于小井眼環(huán)空體積小，井涌來的快的特點，一般不能采用常規(guī)壓井方法。 小井眼環(huán)空壓耗很大（占泵壓的90%），動態(tài)壓井是一

13、種有效的小井眼壓井法。 1 1、動態(tài)壓井法、動態(tài)壓井法（動平衡壓井）：動態(tài)壓井是利用循環(huán)泥漿時產(chǎn)生的壓動態(tài)壓井是利用循環(huán)泥漿時產(chǎn)生的壓力損耗來控制地層壓力。力損耗來控制地層壓力。 例：在圖8所示的小井眼中，以3.15升/秒的排量循環(huán)泥漿時,當量循環(huán)密度(ECD)為1.15g/cm3; 當排量增加到6.3升/秒時,井底的當量循環(huán)密度增至1.45g/cm3 。 通過改變排量、鉆柱旋轉(zhuǎn)速度和泥漿性能，就可控制小井眼井涌，而通過改變排量、鉆柱旋轉(zhuǎn)速度和泥漿性能，就可控制小井眼井涌，而不需要加重泥漿。不需要加重泥漿。 2 2、動態(tài)壓井的實施、動態(tài)壓井的實施 （1 1）鉆井過程實測環(huán)空壓耗的大小。 改變泵

14、排量，在各種排量下實測環(huán)空壓耗，并記錄下來，以備動態(tài)壓井時使用。 （2 2）若檢測到井涌，立即增大排量，從而增大泥漿柱對地層的壓力。最大排量取決于地面管匯的額定壓力、地面泵的能力和裸眼井段的地層破裂壓力。 （3 3）將鉆柱稍稍提起，關閉環(huán)行防噴器，使泥漿通過節(jié)流管線流出。 在鉆進過程中發(fā)生井涌，也可不停鉆，通過增大排量和鉆柱的旋轉(zhuǎn)速度在鉆進過程中發(fā)生井涌，也可不停鉆，通過增大排量和鉆柱的旋轉(zhuǎn)速度來控制井涌。來控制井涌。 3 3、動態(tài)壓井的優(yōu)越性、動態(tài)壓井的優(yōu)越性 動態(tài)壓井法優(yōu)于常規(guī)壓井的等待加重法和司鉆法 （1）不用加重泥漿。 （2）可以盡快地實施。 （3）可最大限度地減小套管鞋處的壓力。 對

15、裸眼井段而言，動態(tài)壓井比常規(guī)壓井對井壁產(chǎn)生的壓力小。動平衡壓井時，泥漿系統(tǒng)的欠平衡壓力是均勻的作用在整個井壁上的，井壁上任意深度處所受的壓力等于該深度以上泥漿靜液柱的壓力與環(huán)空壓降之和。常規(guī)壓井是利用節(jié)流產(chǎn)生的套壓來增大井底壓力的，任意深度處所受的壓力等于該深度以上泥漿柱的動壓力與井口套壓之和。 4 4、應注意的問題、應注意的問題 （1）采用動態(tài)壓井法還是常規(guī)壓井法，取決于地層壓力預測值和可獲得的環(huán)空壓耗。環(huán)空壓耗的大小取決于設備能力（額定排量、功率）、井徑、井深、泥漿性能、鉆柱直徑。環(huán)空壓耗對井眼沖蝕非常敏感。 （2）動態(tài)壓井有利有弊，用環(huán)空壓耗控制不好容易壓漏地層，從而進一步加重井控問題，

16、所以選擇和實施動態(tài)壓井要審慎行事。 實踐證明，某些小井眼也可用常規(guī)法壓井，這要根據(jù)具體情況而定。決策程序如下： 計算壓井排量下的環(huán)空壓降計算壓井排量下的環(huán)空壓降 計算常規(guī)壓井時的井底壓力計算常規(guī)壓井時的井底壓力 常規(guī)壓井會引起井漏嗎？常規(guī)壓井會引起井漏嗎？ 不不 環(huán)空壓降大于環(huán)空壓降大于Pf-Ph? 不不 采用常規(guī)壓井采用常規(guī)壓井 降低壓井排量能使環(huán)空壓降降低壓井排量能使環(huán)空壓降 減少到減少到Pf-Ph或以下嗎或以下嗎? 是是 采用小井眼壓井采用小井眼壓井 六、小井眼完井六、小井眼完井 小井眼可用常規(guī)的完井方法（裸眼完井.尾管注水泥完井.割縫襯管完井等)。 常用單筒完井法,可降低小井眼完井費用

17、,增大小井眼油氣流動通道,提高小井眼油氣產(chǎn)量。（單筒完井是英國油公司80年代提出的） 單筒完井的特點是生產(chǎn)管柱（油管柱）封固到井口，直接用做采油通道。也稱“無油管完井” 七、小井眼鉆井的應用七、小井眼鉆井的應用 小井眼的應用范圍很廣，既可用于邊遠地區(qū)和地面條件惡劣的地區(qū)（如層林、沼澤、灘海等）的勘探與開發(fā)，也可用于老油田的再勘探和再開發(fā)。在環(huán)保要求嚴格的地區(qū)也可用小井眼鉆井，以減輕對環(huán)境的影響。就井的類型而言，小井眼適用于： 1、探井、開發(fā)井； 2、直井、定向井、水平井； 3、淺井、深井、超深井； 4、低產(chǎn)井、中產(chǎn)井。 三個重要應用領域 ：小井眼水平井、老井側(cè)鉆、老井加深 八、結(jié)束語八、結(jié)束語

18、 1 1、關于小井眼，目前還沒有一個統(tǒng)一的定義。、關于小井眼，目前還沒有一個統(tǒng)一的定義。 2 2、小井眼鉆井是低油價下降低勘探開發(fā)費用的一、小井眼鉆井是低油價下降低勘探開發(fā)費用的一種有效途徑。種有效途徑。 3 3、連續(xù)取心探井結(jié)合小量地震勘探有助于減少勘、連續(xù)取心探井結(jié)合小量地震勘探有助于減少勘探風險，降低勘探費用，縮短勘探周期，提高勘探準探風險，降低勘探費用，縮短勘探周期，提高勘探準確性。確性。 4 4、鉆小井眼一般能節(jié)省、鉆小井眼一般能節(jié)省1540%1540%的費用，在邊遠的費用，在邊遠地區(qū)節(jié)省的費用會更多。地區(qū)節(jié)省的費用會更多。 5 5、小井眼鉆井能節(jié)省套管、水泥、泥漿等材料的、小井眼鉆井能節(jié)省套管、水泥、泥漿等材料的消耗量，減少泥漿和鉆屑的處理量。利用現(xiàn)有的石油消耗量，減少泥漿和鉆屑的處理量。利用現(xiàn)有的石油鉆機也能鉆小井眼。但如用小型石油鉆機、礦業(yè)連續(xù)鉆機也能鉆小井眼。但如用小型石油鉆機、礦業(yè)連續(xù)取心鉆機、鉆修兩用鉆機、專門研制的小井眼鉆機或取心鉆機、鉆修兩用鉆機、專門