第4講 小井眼鉆井技術(shù)

1、第五講第五講小井眼鉆井技術(shù)小井眼鉆井技術(shù)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(shù)的原因發(fā)展小井眼鉆井技術(shù)的原因 小井眼鉆井設(shè)備及工具小井眼鉆井設(shè)備及工具 小井眼井控技術(shù)小井眼井控技術(shù) 小井眼完井技術(shù)小井眼完井技術(shù) 小井眼鉆井的應(yīng)用小井眼鉆井的應(yīng)用 一、小井眼的基本概念小井眼的基本概念 對(duì)于小井眼的提法有各種各樣，不盡相同，到目前為止沒(méi)有統(tǒng)一的定義。 1、美國(guó)Amoco公司 90%以上的井眼用小于6的鉆頭鉆成。 2、法國(guó)Elf公司 完鉆井眼小于常規(guī)完鉆井眼（81/2） 的井統(tǒng)稱(chēng)為小井眼。 3

2、有的認(rèn)為 70%以上的井眼小于6。 4還有的認(rèn)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(lái)。當(dāng)時(shí)美國(guó)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(jì)上是合算的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(méi)有引起石油界足夠的重視，原因之一是當(dāng)時(shí)的油價(jià)較高。原因之二是小井眼鉆井技術(shù)還不完善。 80 年代中期以來(lái)，由于

3、油氣價(jià)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(shù)發(fā)展的原因三、小井眼鉆井技術(shù)發(fā)展的原因 1 1、經(jīng)濟(jì)因素、經(jīng)濟(jì)因素 80年代中期油價(jià)下跌，迫使各石油公司用更廉價(jià)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(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，小井眼可節(jié)省鉆井費(fèi)用25-50%。在個(gè)別邊遠(yuǎn)地區(qū)甚至使鉆井費(fèi)用降低75%。 2 2、技術(shù)進(jìn)步、技術(shù)進(jìn)步 80年代，鉆頭，泥漿和井下動(dòng)力鉆具，井控等鉆井技術(shù)與設(shè)備均取得重大發(fā)展，使安全經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行小井眼鉆井成為可能。 3 3、環(huán)境保護(hù)的壓力小、環(huán)境保護(hù)的壓力小 小井眼鉆機(jī)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(jī)具用量大幅度下降，對(duì)環(huán)保有利。 4 4、勘探開(kāi)發(fā)的需要、勘探開(kāi)發(fā)的需要 在邊遠(yuǎn)地區(qū)，地面條件惡劣。運(yùn)輸困難的地區(qū)，勘探工作風(fēng)險(xiǎn)大，地震工作在短時(shí)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(fēng)險(xiǎn)。 由于小井眼具有可降低鉆井成本，減小勘探風(fēng)險(xiǎn)，有利于環(huán)保，所以小井眼成為90年代的熱門(mén)技術(shù)之一。 四、小井眼鉆井設(shè)備及工具四、小井眼鉆井設(shè)備及工具 （一）小井眼鉆機(jī)（一）小井眼鉆機(jī) 適用于小井眼的鉆機(jī)：常規(guī)小型石油鉆機(jī)、連續(xù)取芯鉆機(jī)、混合鉆機(jī)、連續(xù)軟管作業(yè)裝置。 國(guó)外大部分使用小型石油鉆機(jī)和車(chē)裝鉆修兩用鉆機(jī)。例如美國(guó)生產(chǎn)的65-B型車(chē)裝鉆

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

6、2525* *32m32m，是常規(guī)鉆機(jī)占地面積的，是常規(guī)鉆機(jī)占地面積的1/41/4。（1）MD3型小井眼鉆機(jī) 鉆機(jī)重13噸，鉆深能力1500m 井場(chǎng)布置如下圖圖 3（2）MD5小井眼鉆機(jī)安裝后 長(zhǎng)寬高 9.5 3.53 10.91最大鉆深 1500米配有先進(jìn)的儀表 圖 4直升飛機(jī)運(yùn)輸式小井眼鉆機(jī)（直升飛機(jī)運(yùn)輸式小井眼鉆機(jī)（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(shè)計(jì)的，一次搬家需運(yùn)輸能力1.8噸的直升機(jī)運(yùn)100架次。圖 5國(guó)外一些公司用礦業(yè)連續(xù)取芯鉆機(jī)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(lái)，鉆頭技術(shù)取得重大進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)尺寸的鉆桿 31 1/2 2 27 7/8 8有時(shí)也用23 3/8 8 的油管。 連續(xù)軟管 用一根根長(zhǎng)度有限的鋼管對(duì)焊而成,長(zhǎng)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(mǎn)足鉆井和修井的要求。 五、小井眼井控技術(shù)五

8、、小井眼井控技術(shù) （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?。ㄐ【郗h(huán)空體積小） 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(duì)溢流很敏感。 例：318升的溢流在常規(guī)井眼環(huán)空中占12m長(zhǎng)，使井底壓力降低0.105MPa；在小井眼環(huán)空中占114m長(zhǎng)，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(diǎn)來(lái)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(wèn)題：小井眼井控要解決的問(wèn)題： （1

9、）井眼系統(tǒng)的壓力分布規(guī)律及計(jì)算公式； （2）最佳的溢流監(jiān)測(cè)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(shí)驗(yàn)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(duì)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(huì)顯著增加。 例：Amoco公司做過(guò)實(shí)驗(yàn)： 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(shí)，環(huán)空壓降為3.4MPa ,當(dāng)量循密度為1.13g/cm3，鉆柱以600轉(zhuǎn)/分（RPM）旋轉(zhuǎn)時(shí)，環(huán)空壓降為7.5MPa,當(dāng)量循環(huán)密度為1.33g/cm3 。 （二）小井眼井涌檢測(cè)技術(shù)（二）小井眼井涌檢測(cè)技術(shù) 常規(guī)鉆井主要通過(guò)監(jiān)測(cè)泥漿池液面的增量來(lái)控制檢測(cè)井涌。這種檢測(cè)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(dá)到2m3 以上才能檢測(cè)到井涌，顯然小井眼鉆井不能單純依靠池增量來(lái)檢測(cè)井涌，必須應(yīng)用新的方法來(lái)提高檢測(cè)精度和靈魂度。國(guó)外發(fā)展了一些小井眼井涌檢測(cè)方法。 1 1、Amo

11、coAmoco公司井涌檢測(cè)法公司井涌檢測(cè)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(jì)，實(shí)時(shí)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(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)判斷并報(bào)警，這種方法的靈敏度高。 2 2、AnadrillAnadrill公司的井涌檢測(cè)方法公司的井涌檢測(cè)方法 該公司研究了兩種井涌檢測(cè)法 （1）泥漿流量的波測(cè)量方法。 （2）泥漿泵壓力波的往復(fù)傳播時(shí)間。 由于波在氣體中的傳播速度比在泥漿中慢，傳播時(shí)間急劇增加就說(shuō)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(cè)系統(tǒng)公司研制了一種小井眼井涌早期檢測(cè)系統(tǒng) 該系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集泥漿流出量和立管壓力，并用井筒動(dòng)態(tài)模

12、型預(yù)測(cè)泥漿流出量和立管壓力，將實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)兩者之間的偏差及時(shí)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(chēng)，系統(tǒng)模型考慮了鉆柱旋轉(zhuǎn)的影響，能夠檢測(cè)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(yīng)用。 為安全地鉆小井眼，美國(guó)的Amoco公司還專(zhuān)門(mén)研制了小井眼井控專(zhuān)家系統(tǒng)。該系統(tǒng)可實(shí)時(shí)采集和處理鉆井?dāng)?shù)據(jù)，及時(shí)檢測(cè)井涌，并可自動(dòng)執(zhí)行井控措施。Amoco公司的小井眼井控專(zhuān)家系統(tǒng) （三）小井眼壓井方法（三）小井眼壓井方法-動(dòng)態(tài)壓井法動(dòng)態(tài)壓井法 由于小井眼環(huán)空體積小，井涌來(lái)的快的特點(diǎn)，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(dòng)態(tài)壓井是一

13、種有效的小井眼壓井法。 1 1、動(dòng)態(tài)壓井法、動(dòng)態(tài)壓井法（動(dòng)平衡壓井）：動(dòng)態(tài)壓井是利用循環(huán)泥漿時(shí)產(chǎn)生的壓動(dòng)態(tài)壓井是利用循環(huán)泥漿時(shí)產(chǎn)生的壓力損耗來(lái)控制地層壓力。力損耗來(lái)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(shí),當(dāng)量循環(huán)密度(ECD)為1.15g/cm3; 當(dāng)排量增加到6.3升/秒時(shí),井底的當(dāng)量循環(huán)密度增至1.45g/cm3 。 通過(guò)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(guò)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(dòng)態(tài)壓井的實(shí)施、動(dòng)態(tài)壓井的實(shí)施 （1 1）鉆井過(guò)程實(shí)測(cè)環(huán)空壓耗的大小。 改變泵

14、排量，在各種排量下實(shí)測(cè)環(huán)空壓耗，并記錄下來(lái)，以備動(dòng)態(tài)壓井時(shí)使用。 （2 2）若檢測(cè)到井涌，立即增大排量，從而增大泥漿柱對(duì)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(guān)閉環(huán)行防噴器，使泥漿通過(guò)節(jié)流管線流出。 在鉆進(jìn)過(guò)程中發(fā)生井涌，也可不停鉆，通過(guò)增大排量和鉆柱的旋轉(zhuǎn)速度在鉆進(jìn)過(guò)程中發(fā)生井涌，也可不停鉆，通過(guò)增大排量和鉆柱的旋轉(zhuǎn)速度來(lái)控制井涌。來(lái)控制井涌。 3 3、動(dòng)態(tài)壓井的優(yōu)越性、動(dòng)態(tài)壓井的優(yōu)越性 動(dòng)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(shí)施。 （3）可最大限度地減小套管鞋處的壓力。 對(duì)

15、裸眼井段而言，動(dòng)態(tài)壓井比常規(guī)壓井對(duì)井壁產(chǎn)生的壓力小。動(dòng)平衡壓井時(shí)，泥漿系統(tǒng)的欠平衡壓力是均勻的作用在整個(gè)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(lái)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(dòng)壓力與井口套壓之和。 4 4、應(yīng)注意的問(wèn)題、應(yīng)注意的問(wèn)題 （1）采用動(dòng)態(tài)壓井法還是常規(guī)壓井法，取決于地層壓力預(yù)測(cè)值和可獲得的環(huán)空壓耗。環(huán)空壓耗的大小取決于設(shè)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(duì)井眼沖蝕非常敏感。 （2）動(dòng)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(jìn)一步加重井控問(wèn)題，

16、所以選擇和實(shí)施動(dòng)態(tài)壓井要審慎行事。 實(shí)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(jì)算壓井排量下的環(huán)空壓降計(jì)算壓井排量下的環(huán)空壓降 計(jì)算常規(guī)壓井時(shí)的井底壓力計(jì)算常規(guī)壓井時(shí)的井底壓力 常規(guī)壓井會(huì)引起井漏嗎？常規(guī)壓井會(huì)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(fèi)用

17、,增大小井眼油氣流動(dòng)通道,提高小井眼油氣產(chǎn)量。（單筒完井是英國(guó)油公司80年代提出的） 單筒完井的特點(diǎn)是生產(chǎn)管柱（油管柱）封固到井口，直接用做采油通道。也稱(chēng)“無(wú)油管完井” 七、小井眼鉆井的應(yīng)用七、小井眼鉆井的應(yīng)用 小井眼的應(yīng)用范圍很廣，既可用于邊遠(yuǎn)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(kāi)發(fā)，也可用于老油田的再勘探和再開(kāi)發(fā)。在環(huán)保要求嚴(yán)格的地區(qū)也可用小井眼鉆井，以減輕對(duì)環(huán)境的影響。就井的類(lèi)型而言，小井眼適用于： 1、探井、開(kāi)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(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域 ：小井眼水平井、老井側(cè)鉆、老井加深 八、結(jié)束語(yǔ)八、結(jié)束語(yǔ)

18、 1 1、關(guān)于小井眼，目前還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的定義。、關(guān)于小井眼，目前還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的定義。 2 2、小井眼鉆井是低油價(jià)下降低勘探開(kāi)發(fā)費(fèi)用的一、小井眼鉆井是低油價(jià)下降低勘探開(kāi)發(fā)費(fèi)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(fēng)險(xiǎn)，降低勘探費(fèi)用，縮短勘探周期，提高勘探準(zhǔn)探風(fēng)險(xiǎn)，降低勘探費(fèi)用，縮短勘探周期，提高勘探準(zhǔn)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151540%40%的費(fèi)用，在邊遠(yuǎn)的費(fèi)用，在邊遠(yuǎn)地區(qū)節(jié)省的費(fèi)用會(huì)更多。地區(qū)節(jié)省的費(fèi)用會(huì)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(jī)也能鉆小井眼。但如用小型石油鉆機(jī)、礦業(yè)連續(xù)鉆機(jī)也能鉆小井眼。但如用小型石油鉆機(jī)、礦業(yè)連續(xù)取心鉆機(jī)、鉆修兩用鉆機(jī)、專(zhuān)門(mén)研制的小井眼鉆機(jī)或取心鉆機(jī)、鉆修兩用鉆機(jī)、專(zhuān)門(mén)