石油工程成人教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-小井眼鉆井技術(shù)

1、中國(guó)石油大學(xué)（華東）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目： 年級(jí)專業(yè)層次： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 職 稱： 導(dǎo)師單位： 中國(guó)石油大學(xué)(華東)石油工程學(xué)院 中國(guó)石油大學(xué)（華東）遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院論文完成時(shí)間： 年 月 日中國(guó)石油大學(xué)（華東）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)發(fā)給學(xué)員 1設(shè)計(jì)(論文)題目： 2學(xué)生完成設(shè)計(jì)(論文)期限： 年 月 日 3設(shè)計(jì)(論文)課題要求： 4實(shí)驗(yàn)（上機(jī)、調(diào)研）部分要求內(nèi)容： 5文獻(xiàn)查閱要求： 6發(fā)出日期： 年 月 日 7學(xué)員完成日期： 年 月 日指導(dǎo)教師簽名： 學(xué) 生 簽 名： 注：1、任務(wù)書(shū)應(yīng)附于完成的設(shè)計(jì)（論文）中，并與設(shè)計(jì)（論文）一并提交答辯委員會(huì)

2、；2、除任務(wù)書(shū)外，學(xué)生應(yīng)從指導(dǎo)教師處領(lǐng)取整個(gè)設(shè)計(jì)（論文）期間的工作進(jìn)度日程安排表（包括各階段的工作量及完成日期）；任務(wù)書(shū)須由指導(dǎo)教師填寫(xiě)。審批意見(jiàn)： 系主任簽名： 年 月 日摘 要小井眼鉆井在石油工業(yè)中應(yīng)用始于50年代，80到90年代小井眼鉆井技術(shù)取得了突破性進(jìn)展，成為繼水平井之后油氣勘探開(kāi)發(fā)中又一門(mén)熱門(mén)技術(shù)。數(shù)年來(lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)小井眼鉆井技術(shù)進(jìn)行了大量的研究，也取得了很多成果，展現(xiàn)了良好的應(yīng)用與發(fā)展前景。在國(guó)內(nèi)，中原油田在小井眼側(cè)鉆技術(shù)方面形成了一套新的研究方法和技術(shù)，在此研究基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了配套的高效鉆井工具，得到初步應(yīng)用，取得了良好的效果。本文通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外小井眼鉆井技術(shù)的基本理論及在國(guó)內(nèi)的一些實(shí)際

3、應(yīng)用的敘述使大家對(duì)小井眼鉆井有個(gè)更清晰的認(rèn)識(shí)。關(guān)鍵詞：小井眼；鉆井工藝；側(cè)鉆工藝目 錄 TOC o 1-3 u 前 言 PAGEREF _Toc218869157 h 1第1章 小井眼的基本概念 PAGEREF _Toc218869158 h 2小井眼鉆井技術(shù)發(fā)展概況 PAGEREF _Toc218869159 h 2小井眼技術(shù)發(fā)展的原因 PAGEREF _Toc218869160 h 41.2.1 經(jīng)濟(jì)因素 PAGEREF _Toc218869161 h 41.2.2 技術(shù)進(jìn)步 PAGEREF _Toc218869162 h 4勘探開(kāi)發(fā)的需要 PAGEREF _Toc218869163 h

4、4環(huán)境保護(hù)的壓力小 PAGEREF _Toc218869164 h 5第2章 小井眼鉆井系統(tǒng)、裝備及工具 PAGEREF _Toc218869165 h 8小井眼鉆井系統(tǒng) PAGEREF _Toc218869166 h 8轉(zhuǎn)盤(pán)鉆進(jìn)系統(tǒng) PAGEREF _Toc218869167 h 8連續(xù)取芯鉆進(jìn)系統(tǒng) PAGEREF _Toc218869168 h 8井下動(dòng)力鉆具鉆進(jìn)系統(tǒng) PAGEREF _Toc218869169 h 8小井眼水平鉆井系統(tǒng) PAGEREF _Toc218869170 h 82.2 國(guó)外小井眼鉆井設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc218869171 h 92.3 國(guó)內(nèi)小井

5、眼鉆井設(shè)備現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc218869172 h 122.4 對(duì)我國(guó)研制小井眼鉆井設(shè)備的幾點(diǎn)建議 PAGEREF _Toc218869173 h 122.4.1 鉆機(jī) PAGEREF _Toc218869174 h 132.4.2 鉆井井下工具 PAGEREF _Toc218869175 h 13第3章 小井眼技術(shù)的難點(diǎn)及對(duì)策 PAGEREF _Toc218869176 h 15小井眼井控與常規(guī)井控的差別 PAGEREF _Toc218869177 h 15環(huán)空間隙（小井眼環(huán)空體積?。?PAGEREF _Toc218869178 h 153.1.2 系統(tǒng)的壓力損失大 PAGERE

6、F _Toc218869179 h 16小井眼井涌檢測(cè)技術(shù) PAGEREF _Toc218869180 h 173.2.1 Amoco公司井涌檢測(cè)法（出入口流量法） PAGEREF _Toc218869181 h 173.2.2 Anadrill公司的井涌檢測(cè)方法 PAGEREF _Toc218869182 h 173.2.3 BP公司研制了一種小井眼井涌早期檢測(cè)系統(tǒng) PAGEREF _Toc218869183 h 17小井眼壓井方法動(dòng)態(tài)壓井法 PAGEREF _Toc218869184 h 18動(dòng)態(tài)壓井法（動(dòng)平衡壓井） PAGEREF _Toc218869185 h 183.3.2 動(dòng)態(tài)壓井

7、的實(shí)施 PAGEREF _Toc218869186 h 193.3.3 動(dòng)態(tài)壓井的優(yōu)越性 PAGEREF _Toc218869187 h 193.3.4 應(yīng)注意的問(wèn)題 PAGEREF _Toc218869188 h 19第4章 小井眼鉆井的應(yīng)用 PAGEREF _Toc218869189 h 21中原油田側(cè)鉆技術(shù)現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc218869190 h 21側(cè)鉆井技術(shù)的應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià) PAGEREF _Toc218869191 h 22實(shí)現(xiàn)小井眼高效側(cè)鉆的關(guān)鍵技術(shù) PAGEREF _Toc218869192 h 234.2 滴102井小井眼加深井基本情況 PAGEREF _Toc21

8、8869193 h 25結(jié) 論 PAGEREF _Toc218869194 h 29致 謝 PAGEREF _Toc218869195 h 30參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc218869196 h 31前 言小井眼鉆井技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域比較廣闊，隨著鉆井技術(shù)設(shè)備及工具的出現(xiàn)，當(dāng)前，小井眼技術(shù)不僅可用于淺井，直井，也可用于中深井和深井，定向井和水平井，多分支井；不僅可用于探井也可用于開(kāi)發(fā)井；不僅用于打新井，也用于老井加深和開(kāi)窗側(cè)鉆。因此，小井眼技術(shù)用于低滲透油氣田的開(kāi)發(fā)，老油田中后期挖潛開(kāi)發(fā)和邊遠(yuǎn)新區(qū)的勘探，都具有突出的優(yōu)越性。在過(guò)去的幾十年里，國(guó)外對(duì)小井眼鉆井技術(shù)進(jìn)行了大量的研究，取得了很多成果

9、，形成了相對(duì)完善的理念。這些成果非常值得我們?nèi)ソ梃b。下面將從國(guó)外的一些技術(shù)入手向大家介紹小井眼鉆井的發(fā)展。第1章 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，國(guó)內(nèi)外到目前為止沒(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)稱為小井眼。(3) 凡是大于2 3/8油管不能作內(nèi)管柱的井稱小井眼；(4) 全井90的井眼直徑是用小于7鉆頭鉆的井稱為小井眼；(5) 還有的認(rèn)為環(huán)空間隙小于1的井眼為小井眼。目前，比較普遍的定義是：90的井眼直徑小于7 或 70的井眼直徑小于6的井稱為小井眼井。1.1

10、小井眼鉆井技術(shù)發(fā)展概況小井眼鉆井是于始于上世紀(jì)40年代，50年代美國(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3216口平均井深為1376m。的小井眼井 （最大井深達(dá)3658m），明顯降低了鉆井成本。在這期間，小井眼鉆井興旺，開(kāi)發(fā)了小井眼鉆井的配套工具，如小尺寸卡瓦、吊卡、扶正器、防噴器、井口等 。進(jìn)入60年代中后期，世界范圍內(nèi)小井眼活動(dòng)減少，主要原因是借助常規(guī)鉆機(jī)或改進(jìn)的常規(guī)鉆機(jī)打小井眼井節(jié)省費(fèi)用不大。70年代初，開(kāi)始借用采礦業(yè)的小井眼連續(xù)取心鉆機(jī)鉆井，并

11、專門(mén)研制專用的小井眼鉆機(jī)，例如瑞典的Cordell 公司研制的MD系列鉆機(jī)。80年代中期以前，小井眼沒(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)，由于油氣價(jià)格的下跌，世界范圍內(nèi)石油工業(yè)不景氣，鉆井綜合成本壓力大，小井眼又引起廣泛重視。當(dāng)時(shí)英國(guó)的 BP公司1986年在Plunger油田，用MD3型小井眼鉆機(jī)鉆6口1000M的井，并取得了很好的效果。這幾口井的井身結(jié)構(gòu)為61/4（ mm鉆頭）51/2 mm套管)40m43/4（120.65 mm鉆頭）37/8 mm 套管）500m33/8（85.725 mm鉆頭）27/8 mm套管）100

12、0m90年代小井眼鉆井成為世界范圍內(nèi)的熱門(mén)技術(shù)之一，并且小井眼鉆井技術(shù)和裝備趨于成熟，特別是連續(xù)軟管鉆井技術(shù)的發(fā)展，使小井眼可完成常規(guī)井眼完成的任務(wù)，例如小井眼定向井、水平井、大位移井、欠平衡壓力鉆井、地質(zhì)導(dǎo)向鉆井等。電子學(xué)的進(jìn)步為小井眼技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。采用小型傳感器就不必利用常規(guī)直徑的油井來(lái)獲得地下信息。從而可大大降低成本。就目前的勘探技術(shù)、油藏描述技術(shù)及輸送EOR化學(xué)藥劑的技術(shù)來(lái)說(shuō)，采用直徑為3.2-6.03cm的小井眼與2.22cm的小型測(cè)井工具組合將是一個(gè)很好的選擇方案。美國(guó)能源部(DOE)正在開(kāi)發(fā)通過(guò)小井眼技術(shù)減少獲得地下信息成本的技術(shù)。該項(xiàng)目的主要任務(wù)包括：(1)利用當(dāng)前可用

13、的連續(xù)管技術(shù)對(duì)淺井進(jìn)行小井眼鉆井；(2)對(duì)深井小井眼鉆井的可行性進(jìn)行評(píng)估；(3)將井底鉆井設(shè)備小型化，并對(duì)其進(jìn)行測(cè)試；(4)將測(cè)井工具小型化；(5)在地震檢測(cè)儀器設(shè)備中結(jié)合新興的小型傳感器技術(shù)；(6)通過(guò)小井眼來(lái)輸送EOR化學(xué)藥荊。小井眼鉆井系統(tǒng)由1個(gè)機(jī)械旋轉(zhuǎn)的刮刀鉆頭、1個(gè)水力驅(qū)動(dòng)的容積式馬達(dá)以及連續(xù)管鉆柱等組成。通過(guò)對(duì)井徑為4.45 cm垂直井的小井眼鉆井系統(tǒng)的工業(yè)可行性實(shí)驗(yàn)研究表明該系統(tǒng)適用于連續(xù)管鉆井，在Cathie大理巖與Berea砂巖中的鉆進(jìn)速度可達(dá)30.5m/h。在常規(guī)油田測(cè)井工具中標(biāo)準(zhǔn)尺寸最小的直徑為4.29cm，這對(duì)小井眼來(lái)說(shuō)尺寸仍太大，無(wú)法使用。因而，按常規(guī)設(shè)計(jì)了2.22c

14、m的伽馬測(cè)井工具，結(jié)合密度與井徑測(cè)井曲線，可提供足夠多的測(cè)井資料。目前還沒(méi)有適于小井眼尺寸的井徑測(cè)量工具，但將其微型化也不是很難。此外，還需要小型輕便的測(cè)井電纜以及相關(guān)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，而采用連續(xù)管傳送測(cè)井工具將成為可能。迄今為止，小井眼鉆井活動(dòng)遍及世界許多國(guó)家，如美國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、英國(guó)、加拿大和委內(nèi)瑞拉等。9O年代，世界鉆小井眼井的數(shù)量呈不斷增長(zhǎng)趨勢(shì)。美國(guó)仍是目前世界上鉆小井眼井最多的國(guó)家而且在老井加深、側(cè)鉆領(lǐng)域應(yīng)用小井眼技術(shù)最多，特別是側(cè)鉆短半徑水平井。由于小井眼鉆井的自身優(yōu)勢(shì)，在世界范圍內(nèi)正蓬勃發(fā)展，小井眼正在部分的取代常規(guī)井眼，給石油工業(yè)帶來(lái)顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。小井眼技術(shù)發(fā)展的原因 經(jīng)濟(jì)

15、因素發(fā)展和應(yīng)用小井眼技術(shù)的主要目的是降低鉆井成本。據(jù)幾家石油公司小規(guī)模實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，與常規(guī)井相比小井眼可節(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%。特別是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。具體原因(1) 小井眼鉆井的初期投資較小，包括使用較小的鉆機(jī)、較小的井場(chǎng)、較細(xì)的管材、較少的泥漿、水泥等；(2) 小油藏使用小井眼鉆井技術(shù)可以較經(jīng)濟(jì)地采油；(3) 對(duì)于有疑問(wèn)的產(chǎn)層（主要勘探）可以經(jīng)濟(jì)測(cè)試；(4) 小井眼的修井成本較低；(5) 小井眼的整體開(kāi)發(fā)成本較低。以上這些因素對(duì)于油公司和鉆井承包商都具有很大的吸引力。 技術(shù)進(jìn)步進(jìn)入80年代，小

16、井眼鉆井裝備（小井眼鉆機(jī)、連續(xù)軟管鉆機(jī)）、工具（小尺寸防噴器、井口、鉆頭、井下動(dòng)力鉆具等）和整套小井眼鉆井技術(shù)（小井眼水力學(xué)、井控技術(shù)、固井完井等）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?？碧介_(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)打一些小井眼連續(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)。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%，施工機(jī)具用量大幅度下降，對(duì)環(huán)保有利。國(guó)內(nèi)外對(duì)環(huán)境保護(hù)問(wèn)題越來(lái)越重視，鉆井作業(yè)帶來(lái)的大量鉆井液、廢油、

17、水泥漿、鉆屑，各種廢料的處理和排放、空氣污染和噪聲污染等問(wèn)題一直使鉆井承包商感到頭疼。小井眼鉆井使這些問(wèn)題得到 了較好的解決。BP勘探作業(yè)公司對(duì)環(huán)境保護(hù)和費(fèi)用方面作了小井眼與常規(guī)井的比較，如圖1-1所示。從圖中可以看出，在井深相同時(shí)，小井眼較常規(guī)井眼井徑縮小50%，鉆井液用量和排放鉆屑量減少75%，這些對(duì)環(huán)境保護(hù)很有利。此外，小井眼費(fèi)用也較常規(guī)井減少40% 。小井眼井與常規(guī)井比較 圖1-1小井眼與常規(guī)井比較圖 1-2 不同尺寸井眼的費(fèi)用和時(shí)間對(duì)比從圖1-2分項(xiàng)費(fèi)用分析中可以看出，小井眼鉆井費(fèi)用降低主要在以下三個(gè)方面： (1) 鉆前費(fèi)用，即井場(chǎng)及鉆機(jī)搬遷費(fèi)用，約占節(jié)約總費(fèi)用的30%左右。隨著井深

18、加大，其比例下降，這說(shuō)明小井眼要用輕便鉆機(jī)。(2) 鉆井液、套管、水泥及注水泥費(fèi)用，約占節(jié)約總費(fèi)用的30%以上。隨著井深加大，其比重上升。(3) 評(píng)價(jià)費(fèi)用，包括錄井、測(cè)井、中途測(cè)試、巖心分析等費(fèi)用，約占節(jié)約總費(fèi)用的11-12%。基本上不隨井深變化而變化。以上三項(xiàng)節(jié)約的費(fèi)用占總節(jié)約費(fèi)用的70-80%。第2章 小井眼鉆井系統(tǒng)、裝備及工具2.1小井眼鉆井系統(tǒng)專用小井眼鉆井系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)小井眼鉆井的關(guān)鍵。典型小井眼鉆井系統(tǒng)有3種基本型式，轉(zhuǎn)盤(pán)鉆進(jìn)、連續(xù)取芯鉆進(jìn)和井下馬達(dá)系統(tǒng)。共同特點(diǎn)是：采用小鉆機(jī)、小直徑鉆具和高轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)，比常規(guī)鉆井系統(tǒng)可節(jié)約鉆井成本40-70%。轉(zhuǎn)盤(pán)鉆進(jìn)系統(tǒng)采用小直徑鉆桿小井眼內(nèi)進(jìn)行取芯

19、鉆進(jìn)、擴(kuò)眼完井，還可以用于老井加深的小井眼完井。連續(xù)取芯鉆進(jìn)系統(tǒng)Amoco 公司最早研制并使用了這種鉆井系統(tǒng)，采用礦業(yè)取芯小鉆機(jī)，液壓頂驅(qū)，外平接頭薄壁鉆桿，電纜可回收巖芯筒和取芯鉆頭。頂驅(qū)鉆速可高達(dá)2250r/min，一般使用400-800r/min，采用電纜可回收巖芯取芯鉆頭，得到連續(xù)巖芯。在開(kāi)發(fā)井的小井眼取芯鉆井中，取芯率高達(dá)98.3%。井下動(dòng)力鉆具鉆進(jìn)系統(tǒng) 國(guó)外已研制了多種小型井下動(dòng)力鉆具（又稱井下馬達(dá)）用于鉆小井眼井。螺- - mm。鉆井速度為500-1000r/min，鉆井速度比轉(zhuǎn)盤(pán)鉆快3-5倍。小井眼水平鉆井系統(tǒng) 常用的小井眼鉆井系統(tǒng)采用小井眼高速螺桿鉆具（300-800r/mi

20、n），配以特別的側(cè)向齒熱穩(wěn)定金剛石TSD鉆頭或PDC鉆頭，在螺桿鉆具上配有兩個(gè)彎短節(jié)和一個(gè)造斜滑塊。實(shí)驗(yàn)證實(shí)小直徑螺桿鉆具直徑為-，配以TSD 和PDC鉆頭，在轉(zhuǎn)速為600-1000r/min范圍內(nèi)鉆不同地層，此轉(zhuǎn)速低的牙輪鉆頭以150r/min鉆進(jìn)速度快3-5倍。2.2 國(guó)外小井眼鉆井設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀(1) 由常規(guī)石油鉆機(jī)改造的小井眼鉆機(jī)美國(guó)Pacer鉆井公司、Coffer公司在常規(guī)石油鉆機(jī)上裝配了1套鋼絲繩連續(xù)取芯裝置，將其改造成能鉆6000m的小井眼鉆機(jī)。并制造了能滿足鉆壓和轉(zhuǎn)速要求的92.7mm特殊鉆柱。法國(guó)FortsonFormer公司分別改造成功了1臺(tái)WN Apache型拖車式、全自

21、動(dòng)液壓驅(qū)動(dòng)小井眼鉆機(jī)和1臺(tái)可控硅電驅(qū)動(dòng)半自動(dòng)鉆機(jī)。其共同特點(diǎn)是自動(dòng)化程度高、作業(yè)更安全、效率高，只需3人操作，所用鉆桿較常規(guī)鉆桿長(zhǎng)，鉆機(jī)配備有液壓大鉗，自動(dòng)卡瓦，管子自動(dòng)排放系統(tǒng)，并配有220 kW(300hp)液動(dòng)頂驅(qū)裝置，鉆機(jī)體積小，鉆井深度2500m。意大利改裝成的G150鉆機(jī)，全部采用液壓驅(qū)動(dòng)，整部鉆機(jī)安裝在1臺(tái)半聯(lián)掛式牽引車上，移動(dòng)非常方便。其頂部驅(qū)動(dòng)裝置安放在井架上，并由2根鋼纜懸吊，纜繩滑輪在液壓缸頂部，并固定在半掛車的支架上，可使大鉤具有液壓缸伸縮速度的2倍。液壓缸支撐柱輕便又可改變高度。改造的另一部分是豎直鉆桿排放導(dǎo)軌系統(tǒng)，共有12個(gè)排放鉆桿籠，每個(gè)可裝18根88.9mm立根

22、，利用一懸臂吊可把鉆桿抓舉到井眼中。鉆機(jī)最大起吊行程可達(dá)16m，鉆機(jī)平臺(tái)高度為6.1m，頂驅(qū)由4個(gè)液壓馬達(dá)組成，并可提供可達(dá)36kNm 的扭矩，發(fā)電系統(tǒng)和冷卻風(fēng)扇都安裝在隔音房?jī)?nèi)，鉆機(jī)平臺(tái)上安置了自動(dòng)化液壓卡瓦和動(dòng)力大鉗，專門(mén)設(shè)計(jì)的小井眼鉆井液處理系統(tǒng)也集中在鉆機(jī)上，泥漿槽容量為80 L/cm便于快速監(jiān)測(cè)。該鉆機(jī)的質(zhì)量為20t，可鉆2000m以下的井。據(jù)英國(guó)殼牌公司統(tǒng)計(jì)，至少有5個(gè)國(guó)家將常規(guī)鉆機(jī)改造成小井眼鉆機(jī)，并鉆了幾百口井，在一定程度上，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。但改造的小井眼鉆機(jī)，系統(tǒng)工作不可靠，尤其是升降系統(tǒng)，在下套管時(shí)常會(huì)出現(xiàn)故障；改造型鉆機(jī)平臺(tái)不標(biāo)準(zhǔn)，配套設(shè)備及工具(如卡瓦、大鉗、升降

23、系統(tǒng)等)在鉆機(jī)平臺(tái)上布置不易協(xié)調(diào)，勢(shì)必會(huì)影響鉆井作業(yè)時(shí)間；對(duì)鉆機(jī)實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化改造，需投資費(fèi)用較高。所以，國(guó)外鉆井經(jīng)驗(yàn)表明，使用改造的小井眼鉆機(jī)還不能取得非常令人滿意的效果。(2) 專門(mén)設(shè)計(jì)的幾種典型小井眼鉆機(jī)瑞典Micro drill公司是最先設(shè)計(jì)小井眼鉆機(jī)的公司，已設(shè)計(jì)了800m、1500m、1700m 三種規(guī)格的小井眼鉆機(jī)，其中MD-1500型鉆機(jī)井架高11m，最大鉆深1500m，液壓頂部驅(qū)動(dòng)裝置安裝在井架上，鉆臺(tái)配有自動(dòng)液壓卡瓦，采用3m 長(zhǎng)外平內(nèi)加厚鉆桿，接單根時(shí)用人工放在鉆柱頂部，用旋轉(zhuǎn)頭旋合螺紋，所用鉆具外徑為25127mm，鉆機(jī)井場(chǎng)面積為42m25m。Long year公司生產(chǎn)

24、的PM603小井眼取心鉆機(jī)，采用雙筒連續(xù)取芯筒，巖芯通過(guò)取芯鉆頭進(jìn)入27m長(zhǎng)內(nèi)筒，筒滿后，可在鉆具內(nèi)將鋼絲繩打撈筒下入井內(nèi)，與取芯筒內(nèi)筒連接提至地面，然后再將另一內(nèi)筒下入井內(nèi)。采用液壓頂驅(qū)，可鉆3000m(完井井徑77mm)，據(jù)稱是目前世界上最好的取芯鉆機(jī)。美國(guó)Standard公司設(shè)計(jì)了一臺(tái)專門(mén)用于印尼爪哇的Irion沼澤地小井眼鉆機(jī)，該鉆機(jī)裝在9個(gè)8m長(zhǎng)、2m寬、1m深的滑撬上。在35000km2沼澤地內(nèi)移運(yùn)非常方便。另外，Concho和Westbourne公司還專門(mén)制造了可用Skokie S-58T直升飛機(jī)搬運(yùn)(每次搬運(yùn)1.8t)的鉆機(jī)，直接用飛機(jī)吊裝。搬運(yùn)這種鉆機(jī)只需100架次，而搬運(yùn)常

25、規(guī)鉆機(jī)需500多架次。Amoco公司和Nabobs工業(yè)公司聯(lián)合研制的Nabors170型小井眼鉆機(jī)，井架高26m，可鉆3600m井，該鉆機(jī)配有2臺(tái)239kW(325hp)柴油機(jī)，比常規(guī)鉆機(jī)裝機(jī)功率減少4/5，通過(guò)液壓系統(tǒng)分別驅(qū)動(dòng)257kW(350hp)液壓絞車和2臺(tái)122kW (165hp)三缸鉆井泵，其頂部驅(qū)動(dòng)既可提供低轉(zhuǎn)數(shù)(150r/min)、高扭矩(13.83kNm)，又可提供連續(xù)取芯時(shí)的高轉(zhuǎn)數(shù)(1000r/min)、低扭矩(1.66kNm)，起下鉆時(shí)，可進(jìn)行劃眼或倒劃眼。該鉆機(jī)配有Amoco公司的數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)和井控專家系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)收集、處理、儲(chǔ)存、顯示各鉆井參數(shù)，專家系統(tǒng)能自動(dòng)判斷井涌

26、并通知司鉆，若司鉆沒(méi)有做出反應(yīng)，系統(tǒng)10s內(nèi)自動(dòng)采取措施。該鉆機(jī)采用模塊化設(shè)計(jì)，每塊不超過(guò)2.7t，由直升飛機(jī)吊運(yùn)。隨著國(guó)外小井眼鉆機(jī)技術(shù)的發(fā)展，許多公司都已形成各自的小井眼鉆機(jī)系列。例如，意大利的Silvia Ballerinas公司的ST 系列包括ST-2、ST-4、ST-6、ST-10，鉆井深度從980-3500 m；Advance公司的G 系列車裝鉆機(jī)包括G-14、G-22、G-35、G-55、G-75，鉆井深度從800-1800m；美國(guó)的CBC公司的CS系列包括CS-1000、CS-2000、CS-4000，鉆井深度從1000-4000m，其中CS-4000鉆機(jī)可進(jìn)行連續(xù)取芯鉆井。另

27、外，小井眼鉆機(jī)的機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化水平非常高；井隊(duì)作業(yè)人員非常少，一般只需2-3人操作，有的只需1人操作，且作業(yè)過(guò)程準(zhǔn)確、安全、可靠、省時(shí)(如接單根在1 min內(nèi)完成)。(3) 小井眼鉆具的發(fā)展現(xiàn)狀 鉆頭 常規(guī)小尺寸牙輪鉆頭不能適應(yīng)小井眼高轉(zhuǎn)數(shù)，因?yàn)檗D(zhuǎn)速高，軸承磨損快，鉆頭進(jìn)尺小，效率非常低。因此，國(guó)外在70年代已研制開(kāi)發(fā)了抗偏轉(zhuǎn)的PDC鉆頭，熱穩(wěn)定聚晶金剛石鉆頭(即TSP鉆頭)和天然金剛石鉆頭，這幾種鉆頭都能適應(yīng)高轉(zhuǎn)速、全面鉆進(jìn)、連續(xù)取芯和與泥漿馬達(dá)配合使用，且壽命都比常規(guī)牙輪鉆頭高4倍以上。新型的PDC聚晶金剛石鉆頭和TSD金鋼石鉆頭，外形為穹形刀頭，對(duì)深層、中硬地層二疊紀(jì)的鉆井及擴(kuò)眼

28、效果非常好，在降低扭矩、鉆頭冷卻方面都比普通的PDC和TSD鉆頭效果好。最近美國(guó)見(jiàn)克休斯公司已研制成功一種適合于小眼井高速旋轉(zhuǎn)的三牙輪鉆頭，其滑動(dòng)軸承采用專門(mén)設(shè)計(jì)的ATJ-33 O型環(huán)密封，有非常高的可靠性。 鉆柱 國(guó)外小井眼鉆井一般用88.9mm鉆桿。而對(duì)于用120.7mm或更小尺寸鉆頭鉆井時(shí)，則用 73.25mm或60.325mm鉆桿。對(duì)于較小尺寸的鉆桿，由于其抗拉、抗扭強(qiáng)度的限制，使得小井眼鉆進(jìn)過(guò)程中鉆頭加壓和扭矩能力降低。因此，國(guó)外研制成功了高強(qiáng)度鉆桿和優(yōu)質(zhì)接頭以及適應(yīng)小井眼鉆柱組合的直徑為88.9mm，95.2mm，120.7mm 等幾種規(guī)格的或成系列的鉆頭加壓器、振擊器、鉆桿工具接

29、頭、可變徑扶正器等井下鉆井工具。 井下取芯工具 Amoco公司已研究出一種地層高速鉆井系統(tǒng)，即在小井眼鉆井中采用連續(xù)取芯技術(shù)，同時(shí)也研制開(kāi)發(fā)了一種鋼絲繩連續(xù)取芯筒，即將巖芯筒做成雙筒式，鉆進(jìn)過(guò)程中巖芯進(jìn)入內(nèi)筒，然后用鋼絲繩通過(guò)鉆柱將內(nèi)筒打撈提出，再下入1個(gè)新的內(nèi)筒與取芯外筒連接好，繼續(xù)取芯。例如CBC公司的CBC系列鋼絲繩取芯系統(tǒng)。 打撈工具小井眼打撈工具乃是非常重要的工具，國(guó)外已專門(mén)設(shè)計(jì)制造了幾種直徑在103.2mm以下的打撈筒，可以打撈小井眼鉆井事故中的各種落魚(yú)，其提升能力都在20t左右，足以打撈起井下鉆柱總成。 測(cè)井設(shè)備正是由于小井眼測(cè)井設(shè)備的發(fā)展，才使得小井眼鉆井在國(guó)內(nèi)外再次興起。目前

30、國(guó)外生產(chǎn)完井測(cè)量?jī)x器外徑可小到 76.2mm，空間控制儀器外徑可小到35mm，MWD外徑可小到88.9mm。斯倫貝謝最近已研制成功了外徑51mm和 44mm 的定向井MWD工具。 完井工具適應(yīng)于小井眼完井的各種規(guī)格的尾管懸掛器、封隔器、射孔槍、砂控工具，在國(guó)外都有系列產(chǎn)品。保證了小井眼完井方案的可靠實(shí)施。 國(guó)內(nèi)小井眼鉆井設(shè)備現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi)各油田及鉆井公司鉆小井眼設(shè)備多數(shù)為小型常規(guī)鉆機(jī)、地質(zhì)勘探鉆機(jī)、修井機(jī)，有些油田甚至還用到中型鉆機(jī)，形成“大馬拉小車”的現(xiàn)象。近幾年來(lái)國(guó)內(nèi)鉆小井眼井所用鉆機(jī)大概有以下幾種主要類型：吉林油田使用F100型鉆機(jī)及ZJ15D 型鉆機(jī)鉆1 500m深的井；四川油田在川西地區(qū)

31、用XY5G型礦業(yè)鉆機(jī)和TSJ6/660型水井鉆機(jī)分別鉆1000m以下和1500m小井眼井；勝利油田鉆1500m以下淺層氣井也曾使用了大慶130鉆機(jī)和ZJ45型鉆機(jī)；大慶油田近幾年來(lái)小眼井鉆得較多，占國(guó)內(nèi)80% 以上，主要使用進(jìn)口的1500m 車裝鉆機(jī)鉆小井眼井；而長(zhǎng)慶油田鉆小井眼井主要用XJ-450、350、250及T50B幾種車裝修井機(jī)。從各油田鉆小眼井的情況看，由于鉆機(jī)選擇不合理，或鉆機(jī)不配套(如修井機(jī)沒(méi)有泥漿循環(huán)系統(tǒng))，鉆井、測(cè)井工具不配套，以及小井眼井控設(shè)備不配套等原因，在鉆井過(guò)程中，遇到的各種事故不能及時(shí)處理，設(shè)備待機(jī)時(shí)間太長(zhǎng)，使得鉆井設(shè)備費(fèi)用抵消了小井眼工藝過(guò)程中其他項(xiàng)目節(jié)省的費(fèi)用

32、，實(shí)際上有些小井眼費(fèi)用已超過(guò)了常規(guī)鉆井費(fèi)用。2.4 對(duì)我國(guó)研制小井眼鉆井設(shè)備的幾點(diǎn)建議隨著我國(guó)小井眼鉆井工作的開(kāi)展，國(guó)內(nèi)已研制成功了液壓頂部驅(qū)動(dòng)鉆井系統(tǒng)、金剛石小井眼鉆頭、小井眼測(cè)斜儀器、小井眼井下鉆具、液控盤(pán)式剎車，而液壓絞車、液壓泥漿泵也正在研制中，這些都為小井眼鉆機(jī)的研制奠定了基礎(chǔ)，加之科學(xué)技術(shù)，制造水平的進(jìn)步與引進(jìn)，我國(guó)已具備了制造或改造小井眼鉆機(jī)的技術(shù)實(shí)力與制造能力。 鉆機(jī)(1) 合理選擇研制小井眼鉆機(jī)的類型 目前適合于小井眼鉆井的鉆機(jī)有由常規(guī)鉆機(jī)改造的小井眼鉆機(jī)、專門(mén)設(shè)計(jì)的小井眼旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)，連續(xù)取芯鉆機(jī)和連續(xù)軟管鉆井裝置4種類型。常規(guī)鉆機(jī)改造是在小井眼井下儀器及泥漿系統(tǒng)開(kāi)發(fā)初期階段常

33、采用的手段，原因是常規(guī)鉆機(jī)生產(chǎn)能力過(guò)剩，不能以真實(shí)商業(yè)價(jià)格銷售，市場(chǎng)價(jià)格都比較低，使得它在使用中掩蓋了其實(shí)際作業(yè)成本。另外，對(duì)常規(guī)鉆機(jī)改造在一定程度上阻礙了小型、新型鉆機(jī)及相關(guān)設(shè)備的發(fā)展，連續(xù)取芯鉆機(jī)和連續(xù)軟管鉆井裝置對(duì)設(shè)計(jì)制造技術(shù)、材料的要求更高，在我國(guó)現(xiàn)階段還不宜開(kāi)發(fā)，但應(yīng)注意跟蹤或引進(jìn)有關(guān)技術(shù)，以便下一階段開(kāi)發(fā)。而小型全自動(dòng)(或半自動(dòng))液壓頂驅(qū)鉆機(jī)在現(xiàn)階段開(kāi)發(fā)已具備了非常成熟的條件。(2) 合理設(shè)計(jì)小井眼鉆機(jī)標(biāo)準(zhǔn)系列 參考國(guó)外小井眼鉆機(jī)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)以及我國(guó)油田適于小井眼開(kāi)發(fā)的實(shí)際地質(zhì)情況，認(rèn)為小井眼鉆機(jī)系列應(yīng)在8003500m之間，且每級(jí)鉆機(jī)鉆深能力差為500m較宜。其中1000m和1500

34、m鉆機(jī)在國(guó)內(nèi)需求量將是較多的，因?yàn)閲?guó)內(nèi)石油儲(chǔ)量有1/3分布在埋深淺、低壓、低滲透的儲(chǔ)層中，這些儲(chǔ)量非常適宜于用小井眼開(kāi)采。(3) 注重小井眼鉆機(jī)配套技術(shù)及設(shè)備的研究與開(kāi)發(fā) 由于小眼井環(huán)空間隙小，井涌監(jiān)測(cè)與控制就變得非常突出，所以早期井涌監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、防噴器組及除氣裝置應(yīng)與鉆機(jī)配套開(kāi)發(fā)。另外，小井眼鉆井循環(huán)泥漿量較小，當(dāng)量循環(huán)密度大，選擇或設(shè)計(jì)合理的泥漿固控設(shè)備也是鉆機(jī)開(kāi)發(fā)應(yīng)考慮的重要內(nèi)容。 鉆井井下工具為了配合小井眼鉆機(jī)的開(kāi)發(fā)，最大限度地發(fā)揮小井眼鉆機(jī)的潛能，開(kāi)發(fā)與之相適應(yīng)的井下鉆井工具是非常重要的。過(guò)去各油田在小井眼鉆井實(shí)踐中都不同程度地開(kāi)發(fā)了一些小井眼井下工具，但這些工具僅適應(yīng)于某個(gè)油田，甚至

35、某一口井的情況，普遍適應(yīng)性差。所以在我國(guó)開(kāi)發(fā)小井眼工具還有待于系統(tǒng)地組織進(jìn)行，特別是應(yīng)以鉆機(jī)開(kāi)發(fā)為龍頭。目前應(yīng)著重開(kāi)發(fā)以下產(chǎn)品。(1) 具有合理結(jié)構(gòu)的小尺寸PDC、TSP、金剛石鉆頭，甚至高速牙輪鉆頭。(2) 小井眼井下打撈工具。(3) 完井工具(主要有小尺寸封隔器、尾管懸持器、防砂工具等)。(4) 小尺寸測(cè)斜儀器及MWD。(5) 鉆具盡量采用API標(biāo)準(zhǔn)鉆具，同時(shí)需設(shè)計(jì)專用的小尺寸，鉆頭推進(jìn)器(加壓器)、鉆柱振擊器，小尺寸可變徑扶正器等。第3章 小井眼技術(shù)的難點(diǎn)及對(duì)策小井眼技術(shù)的難點(diǎn)主要表現(xiàn)在井控方面。3.1小井眼井控與常規(guī)井控的差別 環(huán)空間隙（小井眼環(huán)空體積?。?圖3-1 常規(guī)井與小井眼試井

36、比較圖3-1中與常規(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：31L的溢流在常規(guī)井眼環(huán)空中占12 m長(zhǎng)，使井底壓力降低0.105MPa；在小井眼環(huán)空中占114 m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：(1) 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。 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。掌

37、握系統(tǒng)壓力損失是小井眼井控的關(guān)鍵，有關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)表明，小井眼中的壓力損失分布與常規(guī)井是相反的。在常規(guī)井中，大約90%的泵壓損失在鉆柱內(nèi)及鉆頭處，環(huán)空壓力損失僅為泵壓的10%。而在小井眼井中，泵壓的90%損失在環(huán)空，其它損失占泵壓的10% 。傳統(tǒng)的環(huán)空壓力損失計(jì)算方法對(duì)小井眼是不適用的，而且鉆柱在井內(nèi)的偏心度對(duì)小井眼環(huán)空壓力損失也有很大影響，把用常規(guī)環(huán)空壓力損失計(jì)算公式所算結(jié)果與美國(guó)Amoco公司SHADS井所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，在2430m小井眼中，鉆井液密度3，塑性粘度1110-3Pas，屈服值，流量，用正常計(jì)算公式算得環(huán)空壓力損失5308kPa，而實(shí)際測(cè)得的環(huán)空壓力損失是3344kPa。由此可見(jiàn)

38、，傳統(tǒng)的計(jì)算方法不適用于小井眼，但除環(huán)空以外的其它部分的壓力損失，仍然可以用傳統(tǒng)的方法計(jì)算，而小井眼的環(huán)空壓力損失可由SHADS井所得公式確定見(jiàn)式(3-1）。SHADS公式 (3-1)式中： din 鉆柱直徑，mm； do 井徑，mm； f 摩阻系數(shù)； k 鉆井液稠度系數(shù)； n 鉆井液流性指數(shù)； Re雷諾數(shù)； p 環(huán)空壓力損失，K Pa； q 排量，L/s； 鉆井液密度，g/cm3。 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2438m，泥漿密度為3，泵排量L/s，鉆柱不旋轉(zhuǎn)時(shí)，環(huán)空壓降為，當(dāng)量循環(huán)密度為3，鉆柱以600r

39、/min旋轉(zhuǎn)時(shí)，環(huán)空壓降為，當(dāng)量循環(huán)密度為3 。3.2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)方法的靈敏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)精度和靈敏度。國(guó)外發(fā)展了一些小井眼井涌檢測(cè)方法。 Amoco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。 Ana drill公司的井涌檢測(cè)方法該

40、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。3.2.3 BP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，系統(tǒng)模型考慮了鉆柱旋轉(zhuǎn)的影響，能夠檢測(cè)到1桶（159L）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，如圖3-2所示：圖3-2 井涌早期檢測(cè)系統(tǒng)示意圖3.3小井眼壓井方法動(dòng)態(tài)壓井法由于小井眼環(huán)空體

41、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)壓井是一種有效的小井眼壓井法。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)生的壓力損耗來(lái)控制地層壓力。L/s的排量循環(huán)泥漿時(shí)，當(dāng)量循環(huán)密度(ECD)為/cm3; 當(dāng)排量增加到L/s時(shí)，井底的當(dāng)量循環(huán)密度增至/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，而不需要加重泥漿。 動(dòng)態(tài)壓井的實(shí)施(1) 鉆井過(guò)程實(shí)測(cè)環(huán)空壓耗的大小。改變泵排量，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) 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

42、的額定壓力、地面泵的能力和裸眼井段的地層破裂壓力。(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)速度來(lái)控制井涌。 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)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

43、上泥漿柱的動(dòng)壓力與井口套壓之和。 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)空壓耗控制井底壓力容易壓漏地層，從而進(jìn)一步加重井控問(wèn)題，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)算常規(guī)壓井時(shí)的井底壓力 采用常規(guī)壓井常規(guī)壓井會(huì)引起井漏嗎?(不會(huì))環(huán)空壓降大于1.4MPa?(不會(huì))降低壓井排量能使環(huán)空壓降減少到或以下嗎?(能)

44、采用小井眼壓井，見(jiàn)圖3-3。 圖3-3 壓井程序第4章 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4.1中原油田側(cè)鉆技術(shù)現(xiàn)狀中原油田是中國(guó)石化集團(tuán)公司第二大油氣田，是我國(guó)東部地區(qū)重要的石油天然氣生產(chǎn)基地。主要勘探開(kāi)發(fā)區(qū)域東濮凹陷，面積5300平方公

45、里，石油資源量12.37億噸，天然氣資源量3675億立方米；東濮外圍有陜北富縣、寧夏永利、新疆伊犁、塔里木盆地、內(nèi)蒙古白音查干及查干、松遼盆地以及也門(mén)69/71區(qū)塊、阿曼36/38區(qū)塊等14個(gè)探區(qū)，外圍探區(qū)面積達(dá)111152.34平方公里。目前，油田開(kāi)發(fā)形勢(shì)喜人，呈現(xiàn)出了油穩(wěn)氣升的良好局面。2005年1月，中國(guó)石油化工集團(tuán)公司將四川盆地最大的天然氣田普光氣田正式移交中原油田開(kāi)發(fā)管理，已探明天然氣儲(chǔ)量達(dá)到1143.63億立方米，可采儲(chǔ)量878.32億立方米，到2006年上半年，一期開(kāi)發(fā)建設(shè)力爭(zhēng)建成年產(chǎn)20億立方米能力。普光氣田的開(kāi)發(fā)，將大大改善中原油田的資源狀況和經(jīng)營(yíng)狀況，為油田持續(xù)有效發(fā)展奠定

46、堅(jiān)實(shí)的資源基礎(chǔ)。由于中原油田地質(zhì)條件比較復(fù)雜，給鉆進(jìn)帶了來(lái)了諸多麻煩。因此中原人開(kāi)始進(jìn)行各種嘗試開(kāi)發(fā)新的技術(shù)。經(jīng)過(guò)數(shù)十年的努力，中原油田已經(jīng)有了一套自己的相對(duì)完整的技術(shù)體系，這些技術(shù)以至于現(xiàn)在在國(guó)內(nèi)都排在先進(jìn)行列。在小井眼技術(shù)方面中原的開(kāi)窗側(cè)鉆技術(shù)已經(jīng)取得了很好的效果。中原油田側(cè)鉆技術(shù)現(xiàn)狀根據(jù)油田需要井下特種作業(yè)處于 2000 年成立了側(cè)鉆工程部，開(kāi)展了小井眼側(cè)鉆工具及工藝配套技術(shù)研究，在研究工作中采取廠校相結(jié)合的優(yōu)勢(shì)，與西南石油學(xué)院合作將研究成果及時(shí)應(yīng)用于生產(chǎn)第一線。通過(guò)幾年的研究工作，目前已初步形成“小眼井側(cè)鉆工具及工藝配套技術(shù)體系，主要內(nèi)容包括： (1)側(cè)鉆井單井評(píng)價(jià)技術(shù)；(2)側(cè)鉆井井

47、壁穩(wěn)定分析計(jì)算與控制技術(shù)；(3)小眼井側(cè)鉆井成套工具配套技術(shù)； (4)小眼井鉆井液技術(shù)； (5)小井眼軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)與控制技術(shù)；(6)小眼井側(cè)鉆井?dāng)U眼井與快速鉆井技術(shù)；(7)小眼井側(cè)鉆井完井技術(shù)。幾年來(lái)，側(cè)鉆工程部共完成小井眼套管開(kāi)窗側(cè)鉆井共 50 余口，取得了一定成效。但也出現(xiàn)了一些問(wèn)題，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 大多數(shù)側(cè)鉆井井眼軌跡需要逆著地層自然造斜方向設(shè)計(jì)，即與原井眼軌跡反向，定向精度要求高，均屬于中、大位移側(cè)鉆定向井，部分井還具有雙靶心要求，因此其軌跡設(shè)計(jì)與控制的難度大。 側(cè)鉆井段地層經(jīng)過(guò)多年的注水開(kāi)發(fā)，地層巖石吸水膨脹，巖石層面間摩擦力降低，導(dǎo)致地層易于流動(dòng)和井眼應(yīng)力場(chǎng)分布復(fù)雜。老井

48、周圍預(yù)破碎裂紋發(fā)育，三個(gè)應(yīng)力值（空隙壓力、坍塌壓力、破裂壓力）完全改變，不能定量掌握，泥漿安全壓力范圍的掌握困難，所形成的新井眼縮徑量加大，井壁穩(wěn)定難度加大。 老井眼經(jīng)過(guò)多年的注水開(kāi)發(fā)，層間巖石的硬度級(jí)差變大，造斜工具的造斜能力與井壁巖石對(duì)造斜工具的支撐能力難以定量掌握，從而導(dǎo)致井眼軌跡控制的難度增大和周期增長(zhǎng)。 目前的套管開(kāi)窗工具施工周期長(zhǎng)，其結(jié)構(gòu)難以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位和實(shí)現(xiàn)快速分叉。4側(cè)鉆井技術(shù)的應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)套管井側(cè)鉆是利用了套損點(diǎn)（井段）以上的套管井眼和原地面采油工藝流程而重新鉆距離套損井段有投資少，見(jiàn)效快、井眼壽命與新井壽命相當(dāng)?shù)忍攸c(diǎn)。因此，它能解決油田老區(qū)塊上具有開(kāi)發(fā)價(jià)值的事故井、變形井和

49、加深井，而靠常規(guī)修井技術(shù)不能恢復(fù)其產(chǎn)能的問(wèn)題。單井評(píng)價(jià)的因素包括三個(gè)方面： （1）開(kāi)發(fā)價(jià)值評(píng)價(jià)主要根據(jù)側(cè)鉆井所屬區(qū)塊單井開(kāi)發(fā)的靜動(dòng)態(tài)信息資料，建立其剩余油藏分布的大型數(shù)據(jù)模擬計(jì)算分析模型，弄清楚原始儲(chǔ)量分布及其在目前開(kāi)采狀況下剩余油藏的分布及生產(chǎn)分析。 （2）側(cè)鉆井井眼壽命預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)主要根據(jù)單井井眼應(yīng)力場(chǎng)分布，套管承受擠毀能力計(jì)算分析，確定井眼的壽命是否與剩余油開(kāi)采周期相匹配。（3）側(cè)鉆井風(fēng)險(xiǎn)和難度評(píng)價(jià)主要根據(jù)斷塊油氣藏的特性，盡可能使側(cè)鉆井井眼軌跡避開(kāi)經(jīng)過(guò)客觀存在而不可抗拒的漏失斷層和易縮徑，卡鉆的鹽膏層，判定中靶的難易程度。其最終目的是將投資和施工風(fēng)險(xiǎn)降低到最低限度。4實(shí)現(xiàn)小井眼高效側(cè)鉆的關(guān)

50、鍵技術(shù)小井眼側(cè)鉆技術(shù)，主要包括了：窗口形成技術(shù)、井壁穩(wěn)定技術(shù)、軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)控制技術(shù)和擴(kuò)眼快速鉆井技術(shù)。窗口形成技術(shù)的核心是：可靠的高效率的開(kāi)窗工具。井壁穩(wěn)定控制技術(shù)的核心是：井眼應(yīng)力場(chǎng)的定量計(jì)算和鉆井液體系。軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)與控制技術(shù)的核心是：設(shè)計(jì)手段的先進(jìn)性和鉆具結(jié)構(gòu)。擴(kuò)眼與快速鉆井技術(shù)和核心是：擴(kuò)眼鉆頭的性能和鉆壓準(zhǔn)確施加。通過(guò)研究和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)認(rèn)為，要實(shí)現(xiàn)小井眼高效側(cè)鉆，其主要關(guān)鍵技術(shù)有以下幾點(diǎn)： (1) 側(cè)鉆井井壁穩(wěn)定的分析計(jì)算與控制技術(shù)：小井眼側(cè)鉆井大都是在老區(qū)塊上施工，地層注水開(kāi)發(fā)，造成地層巖石易于流動(dòng)，縮徑速度及蠕變加劇，所以側(cè)鉆出來(lái)的新井眼井壁不易穩(wěn)定，也是目前側(cè)鉆井事故率極高和周期增

51、長(zhǎng)的直接原因。同時(shí)，井徑縮小、井斜增大，套管居中困難，環(huán)空間隙小，是造成固井質(zhì)量差的根本原因。解決的方法主要有兩種： 擴(kuò)徑、預(yù)留縮徑空間 控制縮徑前者主要是著眼點(diǎn)是開(kāi)發(fā)和使用擴(kuò)眼工具，后者是根據(jù)側(cè)鉆井地質(zhì)條件和現(xiàn)有的測(cè)井資料、水力壓裂資料，建立井眼應(yīng)力場(chǎng)分析計(jì)算力學(xué)模型，并作井眼應(yīng)力場(chǎng)分析規(guī)律的數(shù)值模擬計(jì)算，弄清側(cè)鉆井段地層三向應(yīng)力的大小。從而確定泥漿體系及性能參數(shù)和快速鉆井的技術(shù)措施。(2) 小井眼側(cè)鉆井軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)與控制技術(shù)目前，國(guó)內(nèi)針對(duì)自己領(lǐng)域的需要，已開(kāi)發(fā)出定向井及水平井軌跡設(shè)計(jì)系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)采用的柱面法，不能保證曲線井段的井眼曲率為常數(shù)，未考慮起始點(diǎn)的井斜角和方位角影響，使井眼軌跡控制難

52、度加大，其中靶率低。我們采用空間約束條件下的多目標(biāo)（兩個(gè)靶點(diǎn)以上）軌跡設(shè)計(jì)方法，基于 PDC 鉆頭、單牙輪鉆頭與水力加壓時(shí)相結(jié)合的鉆具結(jié)構(gòu)，進(jìn)行小井眼約束條件下的鉆柱靜力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)分析計(jì)算，確定最優(yōu)軌跡控制的鉆具結(jié)構(gòu)及鉆進(jìn)參數(shù)。(3) 小井眼側(cè)鉆井成套工具配套技術(shù) 新型套管開(kāi)窗工具的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用技術(shù)。我處針對(duì)各油田套管開(kāi)窗側(cè)鉆井的實(shí)際情況，研制出了新型高效雙弧面懸掛坐封式套管開(kāi)窗工具，可實(shí)現(xiàn)一次起下鉆完成定向密封井實(shí)現(xiàn)開(kāi)窗，且開(kāi)窗鉆頭盡可能不損傷造斜器，分叉角可造到2.5度至4度，開(kāi)窗周期較目前降低20-30的目標(biāo)，可以根本解決目前開(kāi)窗工具坐封周期長(zhǎng)、效率低、定向精度低和分叉難度大等技術(shù)難題。

53、新型水力加壓器的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用目前，針對(duì)油田側(cè)鉆井定向精度高、井斜角大等特點(diǎn)，研制出新型水力加壓器，利用能夠泥漿作為原動(dòng)力，通過(guò)泥漿排量的調(diào)節(jié)，可提供穩(wěn)定的鉆壓?？商岣邫C(jī)械鉆速10-20%，能大幅度延長(zhǎng)鉆柱的使用壽命，減少鉆柱的斷脫事故和卡鉆事故，有效的解決目前水力加壓器的砂堵現(xiàn)象和短壽命的缺陷，可適用與修井機(jī)開(kāi)展小井眼側(cè)鉆作業(yè)，消耗較小的泵壓，能提供3-6t 的穩(wěn)定鉆壓值，從而實(shí)現(xiàn)高效側(cè)鉆的目的。 新型可擴(kuò)眼鉆頭及長(zhǎng)壽命單牙輪鉆頭開(kāi)發(fā)與應(yīng)用技術(shù)目前，在小井眼側(cè)鉆井中主要應(yīng)用單牙輪鉆頭，其機(jī)械鉆速平均可達(dá) 2m/h 以上，主要破壞形式是牙齒的先期過(guò)度磨損。為了適應(yīng)各種油田地層的需要，提高鉆井速度和

54、解決小井眼側(cè)鉆卡鉆事故頻繁和小井眼固井難的難題，我處研究出異型金剛石切削刃鉆頭，使鉆頭壽命提夠4倍以上；同時(shí)開(kāi)發(fā)出新型可擴(kuò)眼鉆頭，將直徑 118mm 鉆頭機(jī)械式擴(kuò)眼到直徑 130mm 至 150mm 。通過(guò)開(kāi)發(fā)以上工具，就可以利用常規(guī)鉆井和常規(guī)固井技術(shù)確保井身安全和實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)固井。中原油田井下特種作業(yè)處在小井眼高效側(cè)鉆技術(shù)方面作了一些基礎(chǔ)性研究工作，取得了一些研究成果，開(kāi)發(fā)了一些簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的新型鉆井工作。這些研究成果對(duì)提高中原油田小井眼側(cè)鉆技術(shù)水平，提高鉆井速度，特別是對(duì)低產(chǎn)油氣田的開(kāi)發(fā)和老井的挖潛具有重要的技術(shù)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。隨著勘探理論和認(rèn)識(shí)的提高，新疆油田公司根據(jù)新的勘探思路，在以前

55、完鉆井的基礎(chǔ)上，利用原有井眼進(jìn)行加深，達(dá)到了勘探目的，加快了勘探速度，節(jié)約了勘探資金。本井介紹了滴102 小井眼加深井的施工工藝，針對(duì)存在的主要技術(shù)難題進(jìn)行了研究和應(yīng)用，解決了施工難題，提高了鉆井速度，降低了鉆井成本，具有較強(qiáng)的推廣價(jià)值。4.2 滴102井小井眼加深井基本情況滴102 位于準(zhǔn)噶爾盆地陸梁隆起滴南凸起滴西1號(hào)背斜，井型直井，是2005 年施工的一口滴西10 井區(qū)評(píng)價(jià)井，位于滴西10 井北東2km，完鉆井深3310m，完鉆層位為石炭系，巖性為凝灰?guī)r、安山巖，139.7mm套管下深3307.36m，阻流板位置3290.26m，水泥返深1865m。射孔試油井段29983210m，共試油

56、三層，每試完一層下一個(gè)電橋封閉，井下有三個(gè)電橋，分別在井深2950m、3050m、3150m，每只電橋上部打2m 水泥塞。地層壓力情況：壓力系數(shù)0.95-1.05，井底溫度，3310m，91。井身結(jié)構(gòu)為：444.5mm 鉆頭295m + 鉆頭2080m + 鉆頭3310m；339.7mm 表層套管294.14m 返地面+ 技術(shù)套管2062.86m 返1500m + 139.7mm 油層套管33107.36m 返1865m。(1) 地質(zhì)設(shè)計(jì)地質(zhì)設(shè)計(jì)要求，在原井深的基礎(chǔ)上加深鉆進(jìn)50m左右，鉆井至井深3360m，井底無(wú)油氣顯示完鉆。(2)技術(shù)難點(diǎn)分析加深井小井眼鉆井技術(shù)，按施工分為兩個(gè)階段:原井眼

57、的修復(fù)階段、加深鉆井階段，技術(shù)難點(diǎn)分析如下。 磨浮箍、浮鞋及鉆進(jìn)時(shí)，小鉆具強(qiáng)度低，尤其是抗扭強(qiáng)度低，容易發(fā)生鉆具事故。 該井井較深，地層為石炭系，地層硬，可鉆性差，117.5mm 鉆頭只有YC517 和YC537 兩種型號(hào)，選擇余地小。環(huán)空間隙小，鉆具水眼小，泥漿循環(huán)流動(dòng)阻力大，施工泵壓高，水利參數(shù)選擇受到限制。 使用轉(zhuǎn)盤(pán)磨浮箍、浮鞋及鉆進(jìn)時(shí)容易對(duì)套管造成損害，可能會(huì)造成套管磨穿事故。小井眼中處理井下事故、復(fù)雜情況的工具、手段較少，發(fā)生事故不易處理，風(fēng)險(xiǎn)大。(3) 施工情況原井眼的修復(fù)作業(yè)分為兩步:第一步，套銑、打撈電橋；第二步，磨浮箍、浮鞋。 套撈電橋鉆具組合:115mm 銑鞋+ 115mm

58、 隨鉆打撈杯+73mm 鉆桿+76mm 方鉆桿， 套銑參數(shù)為: 鉆壓30kN，轉(zhuǎn)速65r/min，排量6L/s，泵壓8-10MPa 。套撈電橋的銑鞋有內(nèi)置卡瓦，套銑電橋后，電橋中心桿進(jìn)入銑鞋的卡瓦內(nèi)，上提鉆具時(shí)卡瓦卡住電橋中心桿，即可撈獲，套銑、打撈可一次完成，但由于所用鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)是機(jī)械傳動(dòng)，扭矩控制困難，電橋中心桿進(jìn)入卡瓦后，扭矩增大使卡瓦脹開(kāi)，電橋脫落，每個(gè)電橋都是一次套銑，一次打撈，兩趟鉆撈獲一只電橋，三個(gè)電橋共提下鉆6 次撈完后，下114mm 強(qiáng)磁打撈器打撈出一些電橋的碎鐵片，電橋的打撈工作完成。磨浮箍、浮鞋鉆具組合:120mm 磨鞋+ 89mm 鉆鋌14 根+73mm 鉆桿+76mm

59、方鉆桿，施工參數(shù)為: 鉆壓30-50kN，轉(zhuǎn)速60r/min，排量6-10L/s，泵壓12-15MPa 。由于該井所用的下部結(jié)構(gòu)為強(qiáng)制式浮箍，鐵質(zhì)部分較多，使用了5 只磨鞋磨完下部結(jié)構(gòu)，前兩只磨鞋外徑120mm，后面三只外徑118mm，使用強(qiáng)磁打撈器撈完殘余碎塊，進(jìn)入新地層7.87m，井下正常后，下鉆頭開(kāi)始鉆進(jìn)。鉆進(jìn)鉆具組合: 117.5mm 鉆頭+ 89mm 鉆鋌24 根 +73mm 鉆桿+76mm 方鉆桿， 泥漿密度1.14g/cm3，粘度50-55s， 施工參數(shù)為: 鉆壓60-80kN，轉(zhuǎn)速65r/min，排量10L/s，泵壓15-17MPa。 鉆頭使用情況小井眼所鉆地層為石炭系，巖性為

60、菲細(xì)巖、凝灰?guī)r，巖性致密， 研磨性強(qiáng)， 使用的牙輪鉆頭為江漢產(chǎn)的117.5mm單牙輪鉆頭，使用壽命較短，為提高機(jī)械鉆速，使用了一只DBS 公司的一只FM2663PDC 鉆頭，機(jī)械鉆速?zèng)]有牙輪高，但使用時(shí)間較長(zhǎng)，不存在掉牙輪的風(fēng)險(xiǎn)，有一定的優(yōu)勢(shì)。小井眼共使用4 只牙輪鉆頭，一只PDC 鉆頭，鉆進(jìn)進(jìn)尺146.13m，平均機(jī)械鉆速為/h。 施工進(jìn)度該井于2006 年9月13日搬家安裝，9月22日開(kāi)始打撈電橋，9月28日磨油套下部結(jié)構(gòu)，打撈碎塊，10月11 日開(kāi)始加深鉆進(jìn)，10月20日鉆至3464m，井底無(wú)油氣顯示，按地質(zhì)要求完鉆，10月27 日完井電測(cè)后，在2900m下入電橋注灰，替成清水完井。設(shè)計(jì)