國內(nèi)外小井眼鉆井技術(shù)

1、 采油10302班 201024160215 原志杰目 錄1. 井身結(jié)構(gòu)- 1 -2.小井眼鉆井工具- 1 -3.小井眼鉆井液體系- 3 -4. 國內(nèi)鉆機(jī)系列- 5 -1.鉆深能力1000m左右鉆機(jī)- 6 -2.第四石油機(jī)械廠小井眼鉆機(jī)系列- 9 -3.小井眼定向井鉆井螺桿鉆具及測(cè)量儀器- 10 -4.小井眼定向鉆井測(cè)量儀器- 11 -5.小井眼鉆井技術(shù)的應(yīng)用- 12 -1. 小井眼井鉆井概況參考文獻(xiàn)1. 井身結(jié)構(gòu)國外公司采用的典型小井眼井身結(jié)構(gòu)如表8。表1 國外小井眼鉆井技術(shù)發(fā)達(dá)國家典型小井眼井身機(jī)構(gòu)BP公司1000m井常規(guī)井小井眼井井眼尺寸/mm套管尺寸/mm井眼尺寸/mm套管尺寸/mm4

2、44.5311.1215.9339.7244.5139.7158.8120.685.9139.798.073.9Amoco公司2400m井常規(guī)井小井眼井井眼尺寸/mm套管尺寸/mm井眼尺寸/mm套管尺寸/mm444.5311.1215.9339.7142.9114.3鉆桿215.9152.4111.1177.7127.O93.9Nabors公司3000m小井眼井Texaco公司3000m小井眼井井眼尺寸/mm套管尺寸/mm井眼尺寸/mm套管尺寸/mm311.1209.6155.6104.8 244.5177.8127.093.9鉆桿 311.1215.9139.7103.2

3、77.O244.5177.8127.093.969.92.小井眼鉆井工具 （2）克里斯坦森和DBS公司研制的小尺寸PDC（聚晶金剛石）、TSD（熱穩(wěn)定聚晶金剛石）、天然金剛石鉆頭具有抗偏轉(zhuǎn)、適應(yīng)高轉(zhuǎn)速特點(diǎn)。在深層、中硬地層鉆井及擴(kuò)眼效果比較好。穹形設(shè)計(jì)在耐磨結(jié)構(gòu)上更緊湊，更適用于鉆較硬巖石。 （3）阿莫科公司開發(fā)出了避免小型聚晶金剛石（PDC）過早損壞的抗渦旋鉆頭，具有較強(qiáng)的穿透能力，鉆速高。 （4）美國Maurer工程公司研制的混合型PDC/TSD高效鉆頭特別是用于鉆軟硬交錯(cuò)地層。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：PDC切削齒置于齒前排上，以高速度鉆軟地層；而TSD切削齒置于PDC切削齒的后排上，用于鉆易損壞P

4、DC切削齒的硬夾層。 （5）在連續(xù)取心作業(yè)中，10003000m的井，59%使用金剛石取心鉆頭。2.國內(nèi)小井眼鉆頭國內(nèi)許多專業(yè)鉆頭廠、各油田科研單位及石油院校都在進(jìn)行小井眼鉆頭研究與開發(fā)。以江鉆股份有限公司、成都鉆頭廠為代表的牙輪鉆頭專業(yè)生產(chǎn)廠家，小井眼鉆頭規(guī)格多，品種齊全，最小鉆頭直徑117.5mm。以四川川石·克銳達(dá)金剛石鉆頭專業(yè)生產(chǎn)廠家，小井眼金剛石鉆頭自成系列，不僅品種多而且規(guī)格齊全。大港中成機(jī)械制造有限公司為代表的油田生產(chǎn)廠家也開發(fā)小井眼金剛石鉆頭，及具有特殊用途的雙心擴(kuò)眼鉆頭。石油院?？梢葬槍?duì)地層設(shè)計(jì)具有個(gè)性化的鉆頭及新型鉆頭，如西南石油學(xué)院研究設(shè)計(jì)的單牙輪鉆頭，石油大學(xué)

5、可以針對(duì)特殊地層設(shè)計(jì)具有個(gè)性化的PDC鉆頭。1） 小井眼三牙輪鉆頭系列江鉆股份有限公司小直徑鉆頭系列比較齊全，牙輪鉆頭直徑有149.2mm、152.4mm、155.6mm、165.21mm四種規(guī)格。成都鉆頭廠主要牙輪鉆頭生產(chǎn)的小直徑牙輪鉆頭有Y系列和SH系列鉆頭。Y系列鉆頭為滾動(dòng)軸承，有三種系列；SH系列鉆頭為滑動(dòng)密封軸承保徑，有四種系列。2） 以四川川石·克銳達(dá)金剛石鉆頭有限公司、大港中成機(jī)械制造有限公司為代表，生產(chǎn)天然金剛石、聚晶金剛石（PDC）、熱穩(wěn)定聚晶金剛石（TSD）鉆頭。四川川石·克銳達(dá)金剛石鉆頭有限公司專門針對(duì)小井眼研發(fā)的星系列（STR）金剛石鉆頭，有14個(gè)規(guī)

6、格37種鉆頭。3） 特殊用途的雙心擴(kuò)眼鉆頭雙心鉆頭可用于特殊鉆井作業(yè)，如定向井專用定向造斜鉆頭；為了保證固井質(zhì)量，對(duì)鉆成的小井眼擴(kuò)眼，或者用于開窗側(cè)鉆，能夠獲得較大直徑的井眼3.小井眼鉆井液體系國外小井眼鉆井用于連續(xù)取心的較多，通常要求鉆井液低固相、低粘度、強(qiáng)抑制性、低失水。1987年Amoco公司在俄克拉荷馬州Cattoosa附近鉆了一系列小井眼井和連續(xù)取心井，使用了陽離子聚合物/鹽水鉆井液作連續(xù)取心液，即CBF鉆井液，取得了良好的效果?，F(xiàn)在CBF鉆井液已全面用于小井眼鉆井作業(yè)。Amoco公司隨后又研制出一種適合小井眼鉆井液的加重材料：一種顏料級(jí)重晶石，降低高速旋轉(zhuǎn)固相含量在鉆桿壁上沉積現(xiàn)象

7、。同年Shell公司開始研究小井眼技術(shù)，研制出甲酸鹽鹽水鉆井液體系，因此鉆井液體系成功地完成井深達(dá)5000m的小井眼探井和開發(fā)井。該體系易于維護(hù)，對(duì)金屬無腐蝕，耐高溫可達(dá)170。1992年Shell公司對(duì)甲酸鹽復(fù)配的鉆井液進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)。1991年Total公司在加蓬小井眼探井Nyanyoul連續(xù)取心階段用K2CO3/乙二醇制成的水基鉆井液滿足了小井眼鉆井和取心的要求。BP公司也研制出一種SH7X鉆井液。它們都具有良好的潤滑性和頁巖抑制性。1993年Elf公司在巴黎鉆了兩口超小井眼井（鉆頭4 1/2in）LTR1、LTR2，分別采用水解聚丙烯酰胺和表2 國內(nèi)一些油田鉆小井眼井使用的鉆井液的組成

8、與配方井況區(qū)塊特點(diǎn)鉆井液體系配方深井尾管中原文72塊防卡漏抗高溫相對(duì)密度大3%QS-2（超細(xì)CaCO3）+1.5%FL+1.2%SMP（液體）+0.5%LV-CMC+2.5%腐殖酸鉀+2%C-8501深井尾管勝利坨71塊高相對(duì)密度淡水+5%6%膨潤土+2%3%無熒光防塌劑+3%4%正電膠（濃度13%）+0.5%1%PHP+1%NH4-NPAN老井側(cè)鉆水平井遼河穩(wěn)定井壁防粘卡漏XC生物聚合物鉆井液+氧化瀝青+固體潤滑劑老井開窗側(cè)鉆中原防卡漏4%膨潤土基漿+0.3%MMH+2%SDX+1.5%SMP+0.5C9501+1%LFT-重晶石粉短半徑水平井大慶低固相CBF鉆井液低產(chǎn)井松南GSP-KHm聚

9、合物泥漿體系，鉆開油氣層前轉(zhuǎn)化為PKZ-型完井液實(shí)現(xiàn)屏蔽暫堵，主要處理劑為K-PANNH4-PANGSPRH65和891低產(chǎn)井吉林小陽離子聚合物鉆井液側(cè)鉆小井眼水平井大港官3斷塊完井段：基漿+1%200目CaCO3+2%QS-2+2%3%D單向暫堵劑+3%EP-1深井尾管塔里木抗高溫KCL HTPloyard鉆井液體系：KCL+XCD+X-CID207+KLAGARD老井開窗華北鉀胺基聚合物鉆井液。4%膨潤土+0.2%KPAM+0.5%NPAN+0.2%XY-27+1%ZFJ+2%RT9501淺油層小井眼叢式井長慶穩(wěn)定井壁防粘卡無固相和低固相鉆井液。無固相體系:水+0.1%0.2%PHP或KP

10、AM+0.30.5%CSJ-1+提粘劑；低固相體系：2%4%膨潤土+0.3PAC141+0.5%1.0%FL-1+0.3%CSJ-1+潤滑劑等。PHPA鉆井液。1996年HS能源公司在Deven-Julesburg Basin，Colorodo小井眼鉆井中，用2%或稍多于2%KCL與聚合物、降失水劑配置的水基鉆井液，該鉆井液具有易剪切、高切力、低粘度（3040mPas）。Forasol公司在羅馬尼亞三口探井使用KCL/PHPA鉆井液，證明對(duì)確保優(yōu)質(zhì)的井眼條件非常有效的，鉀含量保持30000mg/L以上，飽和鹽水鉆井液被用來鉆鹽層。同年法國Francais DU Petrole研究所與Fina

11、Chemicals共同研制出一種生物降解脂基潤滑劑，減少延伸井和小井眼井扭矩過大及壓差卡鉆風(fēng)險(xiǎn)。各油田使用的鉆井液體系主要有：正電膠鉆井液、小陽離子聚合物鉆井液、鈣基鉆井液、CBF鉆井液、XC生物聚合物鉆井液、強(qiáng)抑制性聚合物鉆井液。4. 國內(nèi)鉆機(jī)系列國內(nèi)鉆機(jī)系列可分為鉆深能力1000m左右鉆機(jī)和鉆深能力大于1200m鉆機(jī)兩大類。鉆深能力1000m左右鉆機(jī)這種類型的鉆機(jī)沒有形成系列，各油田根據(jù)自己的實(shí)際情況用修井機(jī)或車載鉆機(jī)改造而成。（1） XJ-450鉆機(jī)是長慶油田用車裝修井機(jī)改造而成，最大提升能力784kN，轉(zhuǎn)盤扭矩39.2kN·m，配備F-500鉆井泵，可鉆井深1200m。（2）

12、 XJ-350鉆機(jī)是長慶油田用車裝修井機(jī)改造而成，最大提升能力670kN，轉(zhuǎn)盤扭矩39.2kN·m，配備F-500鉆井泵，可鉆井深1000m。（3） TB50鉆機(jī)是長慶油田用車裝鉆機(jī)改造而成，最大提升能力490kN，轉(zhuǎn)盤扭矩28.3kN·m，配備NB-350鉆井泵，可鉆井深800m。（4） K61鉆機(jī)是吉林油田機(jī)械廠制造的車載小井眼鉆機(jī)，最大提升能力300kN，配3NC350鉆井泵，可鉆井深700m。2.鉆深能力大于1200m鉆機(jī)系列國內(nèi)能夠制造小型鉆機(jī)的廠家比較多，其中寶雞石油機(jī)械廠、南陽石油機(jī)械廠、第四石油機(jī)械廠生產(chǎn)的ZJ系列小型鉆機(jī)種類比較齊全，這些小型鉆機(jī)可以用于小

13、井眼鉆井。1） 寶雞石油機(jī)械廠鉆機(jī)系列寶雞石油機(jī)械廠生產(chǎn)的小型鉆機(jī)結(jié)構(gòu)形式以傳統(tǒng)的模塊式為主，開發(fā)了電動(dòng)鉆機(jī)和使用于叢式井組鉆井的鉆機(jī)（底座帶軌道），見表1。表3 寶雞石油機(jī)械廠ZJ型小鉆機(jī)基本性能參數(shù)鉆機(jī)型號(hào)最大鉤載（kN）鉆井泵型號(hào)及參數(shù)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速（r/min）鉆井深度（m）（114mm/Ø88.9mm鉆桿備注ZJ15/585585F-500 1臺(tái)29.62871000/1260ZJ15/900900NB1-350 2臺(tái)排量24.8L/s泵壓12.7MPa622761500/1930ZJ15/900DB-1900F-1000 1臺(tái)1500/1930電動(dòng)鉆機(jī)，絞車無級(jí)變速ZJ20/1

14、350ZDB1350F-1300 1臺(tái)01361362772000/2500電動(dòng)鉆機(jī)，絞車無級(jí)變速ZJ20/1350Z1350F-800 2臺(tái)2000/2500車載鉆機(jī)ZJ30/1700B1700F-1300 1臺(tái)3000/3850底座帶軌道ZJ30/1700DZ1700F-1300 1臺(tái)01361362773000/3850電動(dòng)鉆機(jī)，絞車無級(jí)變速ZJ30/1700JD1700F-1300 1臺(tái)3000/3850電動(dòng)鉆機(jī)，絞車四正一倒ZJ30/17001700F-800 2臺(tái)3000/3850 2）南陽石油機(jī)械廠小井眼鉆機(jī)系列南陽石油機(jī)械廠生產(chǎn)車載式和橇裝模塊式輕型鉆機(jī)，這兩種系列的鉆機(jī)共同特

15、點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，特別適應(yīng)小井眼鉆井。（1）車載輕型鉆機(jī)（表2）的特點(diǎn)：整機(jī)布置結(jié)構(gòu)緊湊，裝有絞車、井架、液壓絞車、柴油機(jī)、液力變速箱、輔助剎車、角（并）傳動(dòng)箱、轉(zhuǎn)盤傳動(dòng)箱、液氣控制系統(tǒng)，集裝化程度高，占地面積小。底盤為重載8×6、10×8、12×8、14×8常驅(qū)動(dòng)自走底盤，采用動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，鉆機(jī)的通過性，越野性好。井架為前開口、雙節(jié)套裝，液壓起放及伸縮。車裝鉆機(jī)及配套部件集裝化程度高，占地面積小。表4 南陽石油機(jī)械廠ZJ型車載鉆機(jī)系列序號(hào)產(chǎn)品型號(hào)ZJ10ZJ15ZJ20ZJ301結(jié)構(gòu)型式自走式2鉆井深度（127/88.9）（m）1000/150

16、01500/23002000/30003000/45003最大鉤載（kN）9001125158018004發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)CAT3406BCAT3408BDITACAT3412BDITACAT3408BDITA×25發(fā)動(dòng)機(jī)功率（kW）268.5394485394×26傳動(dòng)型式液力+機(jī)械7轉(zhuǎn)盤型號(hào)ZP175ZP175ZP175ZP2058移動(dòng)時(shí)外形尺寸（mm）16.7×2.8×4.318.8×2.8×4.320.5×2.8×4.4522.5×2.85×4.459鉆井泵型號(hào)F500F800F1000F10

17、0010柴油機(jī)（配鉆井泵）12V183TE32(407kW)CAT3412(530kW)CAT3412(735kW)CAT3412(735kW)（2） 橇裝模塊式輕型鉆機(jī)（表3）的特點(diǎn)：表5 南陽石油機(jī)械廠ZJ型橇裝模塊式鉆機(jī)系列序號(hào)產(chǎn)品型號(hào)ZJ10ZJ20ZJ301結(jié)構(gòu)形式橇裝模塊式2鉆井深度（127/88.9）（m）1000/15002000/30003000/45003最大鉤載（kN）6751200/15801800/22504發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)CAT3406BCAT3408DITACAT3412DITACAT3408BDITA×25發(fā)動(dòng)機(jī)功率（kW）268.5394+485394&#

18、215;26轉(zhuǎn)盤型號(hào)ZP175ZP175ZP2057鉆井泵型號(hào)F500F800F10008鉆井泵柴油機(jī)12V183TE32(407kW)CAT3412(530kW)CAT3412(735kW)9搬遷車次91212141820 主機(jī)橇由絞車、井架、液壓絞車、柴油機(jī)（或電動(dòng)機(jī)）、液力變速箱、輔助剎車、角（并）傳動(dòng)箱、轉(zhuǎn)盤傳動(dòng)箱、液、氣控系統(tǒng)組成。轉(zhuǎn)盤傳動(dòng)箱可實(shí)現(xiàn)正、倒擋，可適應(yīng)各種鉆桿螺紋的旋轉(zhuǎn)作業(yè)；配備反扭矩釋放裝置，保證鉆井過程鉆桿變形能安全釋放。 井架采用、前開口無繃?yán)K、雙節(jié)或三節(jié)伸縮形式，機(jī)械起放、伸縮形式，也可采用液壓缸起放、伸縮。整機(jī)運(yùn)輸方便，搬遷車次少，拆裝準(zhǔn)備時(shí)間短。鉆機(jī)集裝化程度

19、高，每班只需56人操作，占地面積小。第四石油機(jī)械廠小井眼鉆機(jī)系列第四石油機(jī)械廠生產(chǎn)的車裝鉆機(jī)（表4）是一種自走式輕型鉆機(jī)，采用自走底盤、形伸縮井架，具有越野性好，移運(yùn)方便等特點(diǎn)。車載柴油機(jī)輸出動(dòng)力，雙發(fā)動(dòng)機(jī)并車作業(yè)，適用于3000m以內(nèi)的中淺井作業(yè)。動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)采用ALLISON液力傳動(dòng)箱，傳動(dòng)平穩(wěn)。發(fā)動(dòng)機(jī)油門、換擋采用遠(yuǎn)程氣控裝置。表6 第四石油機(jī)械廠車裝鉆機(jī)系列型號(hào)鉆井深度(m)（114/88.9鉆桿）井架高度（m）最大載荷（kN）最大鉆柱重力（kN）移運(yùn)底盤ZJ07700/90012.8226.8二類底盤/6×4ZJ202000/2500351350705自走底盤/12

20、5;8ZJ303000/360036800882自走底盤/14×8。4.新型鉆頭（1） 單牙輪鉆頭：由于小直徑三牙輪鉆頭尺寸小、強(qiáng)度低，不能加較大的鉆壓來提高破巖效率。西南石油學(xué)院研制了單牙輪鉆頭，并在遼河油田和塔里木油田現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。單牙輪鉆頭直徑在108152.4mm，使用與泥巖、砂巖、泥頁巖、軟花崗巖等巖石鉆進(jìn)。機(jī)械鉆速比相同直徑三牙輪鉆頭提高30%，單只鉆頭進(jìn)尺比同尺寸三牙輪鉆頭提高20%。小直徑單牙輪鉆頭之所以比同尺寸三牙輪鉆頭鉆速高、可靠性高、壽命長，其主要原因是單牙輪鉆頭牙輪軸及軸承尺寸大于三牙輪鉆頭，鉆頭的強(qiáng)度、密封性能大大提高；牙輪尺寸比三牙輪大，使得切削齒增大，提高了

21、鉆頭的破巖效率。（2） 個(gè)性化PDC轉(zhuǎn)頭設(shè)計(jì)： PDC鉆頭的特點(diǎn)是能夠適應(yīng)高轉(zhuǎn)速、低鉆壓，具有提高機(jī)械鉆速，防井斜的特點(diǎn)。但是應(yīng)用PDC鉆頭抗沖擊能力差，要求地層巖性要均勻，如果有；硬夾層很容易崩齒，使鉆頭早期失效。因此，必須根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)PDC鉆頭進(jìn)行個(gè)性化設(shè)計(jì)。1999-2000年長慶油田與石油大學(xué)（北京）合作，針對(duì)安塞地區(qū)地層特點(diǎn)，進(jìn)行了PDC鉆頭攻關(guān)研究，研制出了BM425系列PDC鉆頭。4.1小井眼定向井鉆井螺桿鉆具及測(cè)量儀器1.螺桿鉆具國內(nèi)外螺桿鉆具的生產(chǎn)技術(shù)都已成熟，國內(nèi)生產(chǎn)螺桿鉆具的廠家比較多，以北京石油機(jī)械廠為代表的小尺寸螺桿鉆具參數(shù)見表5。螺桿鉆具有各種特點(diǎn)，直條、螺旋、對(duì)

22、稱、非對(duì)稱等不同形式的穩(wěn)定器，使導(dǎo)向鉆具具有較高的造斜率；單彎、雙彎、三彎以及小偏移距、大偏移距等形式多樣的彎表7 小尺寸螺桿鉆具鉆具型號(hào)馬達(dá)流量范圍（L/s）馬達(dá)壓降（Mpa）額定扭矩（Nm）最大扭矩（Nm）推薦鉆壓（kN）功率（kW）5LZ60×7.01.263.132.516028052.356.035LZ73×7.01.265.053.5275480123.513.825LZ89×7.0274.1560980185.619.355LZ95×7.04.7311.043.271012402110.423.79C5LZ95×7.0513.33

23、6.5149023845521.859.3角組合；使導(dǎo)向螺桿鉆具能適用于各種不同的鉆具組合；部分型號(hào)導(dǎo)向螺桿鉆具可配置地面可調(diào)彎殼體和可換式穩(wěn)定器，方便螺桿鉆具的選型和使用。2.小井眼定向鉆井測(cè)量儀器定向鉆井的測(cè)量儀器有四大類：磁性單、多點(diǎn)測(cè)斜儀；電子單、多點(diǎn)測(cè)斜儀；有線隨鉆測(cè)量儀；無線隨鉆測(cè)量儀（MWD）。用于常規(guī)井眼的儀器規(guī)格45mm。隨著小井眼鉆井、開窗側(cè)鉆定向井、水平井鉆井技術(shù)的不斷發(fā)展，已開發(fā)出了適應(yīng)于小井眼的有線隨鉆測(cè)量儀、無線隨鉆測(cè)量儀（MWD）。5.小井眼鉆井技術(shù)的應(yīng)用1. 小井眼井鉆井概況采用ZJ15型鉆井施工,最大載荷800 kN,經(jīng)過分析計(jì)算采用120 mm鉆鋌120 m

24、,名義重量為79kg/m,采用88. 9 mm鉆桿,名義重量為19. 81 kg/m。完鉆的兩口小井眼井統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表1。表8三口小井眼井鉆井指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表項(xiàng)目 關(guān)29 - 50 關(guān)143 - 154 關(guān)143 - 152完鉆井深(m) 2250 2205 2234純鉆時(shí)間( h) 240. 72 220. 17 220. 38平均機(jī)械鉆速(m /h) 9. 35 10. 01 10. 14鉆井周期( d) 20. 92 14. 72 13. 92完井周期( d) 23. 83 19. 00 18. 54小井眼鉆井技術(shù)不斷提高,平均機(jī)械鉆速逐步提高,鉆井周期逐步縮短。2. 鉆具組合第一口井由于小井眼軌跡控制的問題,經(jīng)驗(yàn)不足,先后七次倒換鉆具組合,試驗(yàn)了“四合一”鉆具組合,“PDC +單扶”鉆具組合,“牙輪鉆頭+光鉆鋌”的常規(guī)鉆具組合等。通過后兩口井的實(shí)驗(yàn),逐漸確定了“四合一”的小井眼鉆具組合(見表9) 。表9井段 鉆具組合直井段- ª172PDC ×0. 25 + 7LZ140 ×1°×7. 12 + ª140造斜段 SDC ×0. 9m + ª162Stab ×1 + 311 ×310 ×0. 46m+ ª120NMDC &#