石油鉆探小井眼鉆井技術(shù)

石油鉆探小井眼鉆井技術(shù)第1頁/共31頁石油鉆探小井眼鉆井技術(shù)第2頁/共31頁小井眼鉆井技術(shù)

1.小井眼的定義小井眼鉆井技術(shù)當(dāng)前在國外主要用于探資井、水平井、側(cè)鉆井、老井加深及特殊的開發(fā)井，也用于直井。據(jù)哈里伯頓公司介紹，該公司在美國加里福尼亞承包的68口井，全是小井眼直井。美國和加拿大小井眼鉆井技術(shù)發(fā)展迅速，許多有關(guān)小井眼鉆井完井等難題得以解決。根據(jù)各家介紹，應(yīng)用小井眼鉆井技術(shù)可降低成本30-50%。

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1.小井眼的定義

關(guān)于小井眼的意義非常多，世界上各國各公司及有關(guān)專家的定義都不一樣。但從以下兩個方面定義小井眼是大家承認(rèn)的。

(1)依據(jù)環(huán)空尺寸大?。?/p>

(2)依據(jù)經(jīng)過一口井的90%井深的最大鉆頭尺或井眼直徑，目前比較普遍的定義是：90%的井身直徑小于177.8mm到70%的井身直徑小于127mm之間的井為小井眼片。

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2.小井眼的優(yōu)點與不足

小井眼鉆井的優(yōu)點在于：

1).井眼小節(jié)約鉆井液用量，如采用160mm井眼比用216mm井眼，1560m井深可節(jié)約鉆井液60m3（原用160m3）；

2).環(huán)隙小節(jié)約水泥，如采用160mm井眼，下101mm油層套管比用216mm井眼，下140mm套管，1500m井深可節(jié)約水泥17t（原用32.2t）；第5頁/共31頁小井眼鉆井技術(shù)

2.小井眼的優(yōu)點與不足

3).所用鉆具尺寸和套管尺寸小可節(jié)約鋼材，101mm套管與140mm套管對比，每米少11.16kg；

4).由于小井眼所用鉆具和套管尺寸小所以選用的鉆機(jī)及其相應(yīng)的設(shè)備減??；

5).由于選用小的占機(jī)及配套設(shè)備，能源消耗低；

6).由于鉆機(jī)小，鉆具及套管尺寸小，減少了運(yùn)輸量及勞動費(fèi)用；第6頁/共31頁小井眼鉆井技術(shù)

2.小井眼的優(yōu)點與不足

7).對于舊井可以重新加深并完井；美國和加拿大很多老井由于長期使用已損壞或枯竭井。用小井眼鉆井技術(shù)在老井眼里加深鉆井或進(jìn)行側(cè)鉆井，可以大大節(jié)約投資。某公司使用一臺小鉆機(jī)加深了20口枯竭的氣井，在101mm生產(chǎn)套管中用86mm鉆頭進(jìn)行加深，最后下入73mm油管，然后固井，水泥返到地面。節(jié)約成本55%左右。第7頁/共31頁小井眼鉆井技術(shù)

2.小井眼的優(yōu)點與不足

8).占地面積小，土地就是金錢，所以油公司要想辦法減少打井時的占地面積，小井眼鉆井，由于鉆機(jī)及配套設(shè)備小而輕，鉆具及套管直徑小等都能減少占地面積；

9).保護(hù)環(huán)境；環(huán)境在美、加兩國特別重視，所有井場打完井后必須將墊井場的土運(yùn)走，所有鉆井液必須拉走，不得隨便排放。小井眼鉆井、井場小則減少污染面積，減少運(yùn)土量，也減少鉆井液用量。第8頁/共31頁小井眼鉆井技術(shù)

2.小井眼的優(yōu)點與不足

10).適用于邊遠(yuǎn)，無陸上交通地區(qū)的鉆井，如在新幾內(nèi)亞西南的鳥頭地區(qū)，Conoco公司于1986年使用新設(shè)計的直升飛機(jī)吊運(yùn)輕便鉆機(jī)打了12口小井眼井。平均每口井費(fèi)用2百萬美元，而過去在同一地區(qū)打井每口井要655萬美元；

11).小井眼對采油來說也存在很多好處，如：抽油桿重量減輕，抽油機(jī)設(shè)備變小，節(jié)能等。第9頁/共31頁小井眼鉆井技術(shù)

2.小井眼的優(yōu)點與不足

表1平均井深，4267m的?，F(xiàn)井與小井眼井的比較第10頁/共31頁小井眼鉆井技術(shù)

2.小井眼的優(yōu)點與不足小井眼鉆井的不足之處：小井眼有很多優(yōu)點，并不是說小井眼可以完全代替大井眼，它的應(yīng)用范圍仍有一定的局限性，相對大井眼來說也存在不少缺點，這些缺點國外有些已經(jīng)解決，有的正在攻關(guān)。

1).小井眼產(chǎn)量受到限制；

2).分層壓裂及大排量壓裂，分層開發(fā)受到限制；

3).測井工具受到限制，現(xiàn)有測井儀器還不能完全滿足各種小井眼測井需要；

4).鉆井工具受限制。品種少，難以達(dá)到用產(chǎn)要求。第11頁/共31頁小井眼鉆井技術(shù)

3.小井眼鉆井方式根據(jù)小井眼鉆井選用鉆機(jī)類型，鉆井方式及相關(guān)設(shè)備、裝置、小井眼鉆井方式可以分成以下三種基本方式：

1).小井眼連續(xù)取心鉆井；

2).旋轉(zhuǎn)式鉆井；

3).井下馬達(dá)鉆井；第12頁/共31頁小井眼鉆井技術(shù)

3.小井眼鉆井方式

3.1小井眼連續(xù)取心鉆井小井眼連續(xù)取心鉆井技術(shù)主要用于勘探鉆井，其鉆機(jī)及設(shè)備是根據(jù)其井深及井身結(jié)構(gòu)的設(shè)計來選配相應(yīng)的鉆機(jī)及配套設(shè)備，其鉆井方式主要是頂驅(qū)鉆機(jī)。除這種形式外Tesco公司又制造一種新的頂驅(qū)鉆機(jī)，可以安裝在現(xiàn)有其它鉆機(jī)上，主要優(yōu)點，可以起下立柱，下套管更為方便。連續(xù)取心就是在打井時需要不斷地把地下巖心取出，為找油找氣提供分析資料或通過取心提高機(jī)械鉆速。所謂連續(xù)取心就是使用繩索第13頁/共31頁小井眼鉆井技術(shù)

3.小井眼鉆井方式

3.1小井眼連續(xù)取心鉆井取心回收技術(shù)，通過繩索和打撈筒收回取心內(nèi)筒，在將新的內(nèi)筒下入到鉆柱中。取心一直持續(xù)到取心鉆頭磨損、更換。這樣取出的巖心直徑一般在43.5mm—85.1mm，巖心的大小可根據(jù)所確定井眼大小而定，但小井眼鉆井所取巖心都要小于常規(guī)鉆井所取的巖心。德土古公司在一口140mm的小井眼上進(jìn)行連續(xù)取心，從井深369m開始取心，至到2991m，取心長度2621m，收獲率達(dá)99.4%，巖心直徑84.96mm。第14頁/共31頁小井眼鉆井技術(shù)

3.小井眼鉆井方式

3.2旋轉(zhuǎn)式鉆井旋轉(zhuǎn)式鉆井主要通過轉(zhuǎn)盤鉆或頂部驅(qū)動鉆來完成小井眼鉆井。旋轉(zhuǎn)鉆井主要應(yīng)用于打直井、斜直井、定向井或老井加深。有時也可用于水平井。井眼尺寸一般在171mm到120mm。根據(jù)貝克休斯英特公司介紹，該公司1993年在法國完成了兩口小井眼深井，上部用的是轉(zhuǎn)盤鉆，其最小井眼為73mm。加拿大6-6-30-16井，在井深571m以上部分用的就是轉(zhuǎn)盤鉆井。第15頁/共31頁小井眼鉆井技術(shù)

3.小井眼鉆井方式

3.3井下馬達(dá)鉆井使用井下馬達(dá)完成小井眼鉆井可以有幾種方式：

(1)由鉆具連接井下馬達(dá)，通過馬達(dá)轉(zhuǎn)動完成鉆井工作，在鉆井時可通過鉆具和助推器給鉆頭加壓。

(2)撓曲油管配合井下馬達(dá)，通過馬達(dá)轉(zhuǎn)動完成鉆井工作。但鉆井時必須通過助推器給鉆頭加壓。

(3)轉(zhuǎn)盤和井下馬達(dá)同時轉(zhuǎn)動完成鉆井工作。以上三種井下馬達(dá)鉆井方式，可以用于打直井、斜直井、定向井、水平井、側(cè)鉆井及老井加深。利用撓曲油管鉆機(jī)還可以完成酸化、修井等作業(yè)。第16頁/共31頁小井眼鉆井技術(shù)

4.小井眼井身結(jié)構(gòu)設(shè)計

4.1小井眼井身結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)考慮的問題

(1)井眼穩(wěn)定(2)油井產(chǎn)量

(3)完井測試(4)取心

(5)壓裂(6)鉆井中測斜

(7)鉆機(jī)選擇第17頁/共31頁小井眼鉆井技術(shù)

4.小井眼井身結(jié)構(gòu)設(shè)計

4.2小井眼井身結(jié)構(gòu)基本類型

(1)套管系列：14089(2)探井完井井眼尺寸67~86mm（裸眼完井）

(3)生產(chǎn)井完井井眼尺寸114~120mm（下89~101mm油層套管、如果油層致密可用67~73mm裸眼完井）。

(4)目前大部小井眼為120~170mm①170mm101mm套管②120mm89mm套管第18頁/共31頁小井眼鉆井技術(shù)

5.小井眼鉆具結(jié)構(gòu)及工具

5.1鉆具結(jié)構(gòu)特點小井眼鉆具結(jié)構(gòu)與常規(guī)鉆井相比最大差異在于：

(1)組合中不加鉆鋌，一般用加厚壁鉆桿或鉆桿加壓；

(2)為了保證正常加壓，及減少鉆柱振動，在下部鉆具組合安放助推器；

(3)加震擊器；

(4)采用可變穩(wěn)定器第19頁/共31頁小井眼鉆井技術(shù)

5.小井眼鉆具結(jié)構(gòu)及工具

5.2鉆具組合典型組合：105mm鉆頭+95mm細(xì)桿+95mm助推器+98mm厚壁鉆桿+89mm震擊器+73mm厚壁鉆桿+73mm鉆桿+方鉆桿第20頁/共31頁小井眼鉆井技術(shù)

5.小井眼鉆具結(jié)構(gòu)及工具

5.3小井眼鉆井主要井下工具

(1)助推器

(2)震擊器

(3)可變經(jīng)穩(wěn)定器

(4)串聯(lián)工井下動力鉆具

(5)小井眼鉆頭在鉆小井眼時，與國內(nèi)鉆常規(guī)鉆井一樣，基本使用的是牙輪鉆頭及PDC鉆頭。牙輪鉆頭由于軸承小，相對而言進(jìn)尺少、壽命短，但由于地層因素所致，有時還必須使用。一般來講，上部軟地層用牙輪鉆頭，下部用PDC鉆頭，第21頁/共31頁小井眼鉆井技術(shù)

5.小井眼鉆具結(jié)構(gòu)及工具

5.3小井眼鉆井主要井下工具這兩種鉆頭有時在不同條件下交替使用，目前有不少種類的鉆頭可用于小井眼鉆井。在深井中由于地層溫度高，井眼容積小，鉆井液不足以充分冷卻鉆頭，此時一般采用TSD熱穩(wěn)定性鉆頭。據(jù)資料介紹，當(dāng)前世界上最小尺寸的鉆頭是由Slimdrll及Borles公司制造的PDC鉆頭，其尺寸為38.23mm。第22頁/共31頁小井眼鉆井技術(shù)

6.小井眼鉆井液由于小井眼環(huán)隙小，循環(huán)壓降高，在鉆井施工中會出現(xiàn)一系列問題，因此所使用的鉆井液比常規(guī)鉆井液要求的更為嚴(yán)格。小井眼鉆井液必須滿足小井眼鉆井及取心要求：

(1)固相含量低，防止離心作用而將固相沉積在鉆桿內(nèi)壁上，當(dāng)然對低轉(zhuǎn)數(shù)鉆機(jī)來說可能影響小些；

(2)由于小井眼環(huán)隙小、壓降高，所以要求鉆井液粘度低；

(3)有抑制、穩(wěn)定頁巖并能使井眼接近標(biāo)準(zhǔn)尺寸；第23頁/共31頁小井眼鉆井技術(shù)

6.小井眼鉆井液

(4)有攜帶固相能力；

(5)濾失小，泥餅薄且有彈性；

(6)由于循環(huán)時間短、散熱差、所以要求鉆井液熱穩(wěn)定性要好。

Amoco及哈里伯頓公司根據(jù)室內(nèi)、現(xiàn)場及各種條件下的試驗，完成了CBF小井眼鉆井液體系，并得出該體系鉆井液的維護(hù)及控制方法見表2和表3。第24頁/共31頁小井眼鉆井技術(shù)

6.小井眼鉆井液CBF鉆井液性能第25頁/共31頁小井眼鉆井技術(shù)

6.小井眼鉆井液CBF鉆井液的維護(hù)第26頁/共31頁小井眼鉆井技術(shù)

7.小井眼環(huán)空水力學(xué)環(huán)空水力學(xué)是小井眼鉆井的關(guān)鍵技術(shù)之一。它不僅涉及環(huán)壓耗、井壁穩(wěn)定性、攜屑、井眼清洗問題，而且還與正確選擇鉆進(jìn)參數(shù)（排量、轉(zhuǎn)速、鉆壓、鉆開液性能等）有關(guān)。也與井控有密切關(guān)系。小井眼環(huán)空水力學(xué)計算模式、方法與常規(guī)井不同之處在于：

(1)鉆柱轉(zhuǎn)速成對環(huán)空流場影響很大。

(2)環(huán)空流動不僅是泊利葉流，還會出現(xiàn)庫特流。

(3)水力能量的90%消耗在流動壓降，因此水力清巖，破巖功能大大降低.

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8.小井眼固井小井眼由于套管與井壁的環(huán)空間隙小，為了提高固井質(zhì)量及水泥環(huán)的強(qiáng)度，國外研制了流變性好的水泥漿和高強(qiáng)度水泥，并認(rèn)為套管外的環(huán)空間隙一般不小于13mm。