小井眼钻井完井技术
小井眼水平井钻井技术
小井眼水平井钻井技术摘要：小井眼开窗侧钻井工艺技术的运用，分析小井眼侧钻井实际固井作业中存在的问题，针对难点，提出解决小井眼开窗侧钻井固井工艺技术存在问题的重要措施。
本文对小井眼水平井钻井技术进行分析，以供参考。
关键词：小井眼；水平井；钻井技术引言国内多数油田进入开发后期，在长时间的开发生产中由于套管变形、损坏、井下落物施工、井下水锥、气锥各方面影响导致油井已经不能正常生产，为降低钻井成本，开发油田潜力，国内开始广泛研究推行小井眼开窗侧钻井。
1小井眼水平井技术简介小井眼水平井技术是指用直径小于等于6″的井眼穿过目的层，井斜不小于86°，并保持这一角度直至打完水平段的一种钻井技术。
具有小井眼井和水平井的双重优点，具有机械钻速高、钻井成本低、环境污染物排放量少等优势，在老油田加密井开采剩余油、老井和报废井改造再利用，以及特殊油气藏资源的开采中得到广泛应用。
小井眼钻井技术在国外研究起步较早，20世纪50年代美国就开始使用该项技术，节约了钻井成本，20世纪60年代前后是国外小井眼技术发展的高峰期，世界上各石油公司共钻超过3200口小井眼井，取得了较高的经济效益。
进入21世纪前后，国际油价居高不下，小井眼技术未得到足够重视，技术也未取得实质性突破。
直到近10年来，各老油田开发进入后期和国际油价的下跌，小井眼技术和小井眼水平井技术再次进入高速发展阶段，除了在1000m以内浅井中得到应用，在垂深超过3500m的深井中也得到较大范围应用，并取得了良好效果。
2小井眼水平井钻井优势2.1技术发展迅速目前，国内外针对小井眼钻井技术的研发进展飞速，从小井眼钻井钻机、配套工具（井口、防喷、井下动力钻具）到小井眼钻井的整套技术（井控技术、固井技术以及钻井液优化等），都获得了快速的发展，促进了小井眼钻井技术安全高效地发展。
2.2环保压力减小国内外对钻井过程中的环境问题非常重视，常规钻井过程中会产生大量的钻屑、废油、泥浆以及钻井液，还有噪声污染、空气污染等，都对环境造成了污染。
小井眼钻井配套技术及应用
小井眼钻井配套技术及应用胜利油田已进入勘探开发后期，受地面、剩余油分布限制，油气开发难度不断增大。
采用小井眼钻井技术是降低老油田开发综合成本的有效途径，为此，胜利油田开展了从小井眼钻机配套到工程设计、工艺及工具等配套的技术研究，经过现场试验与应用，形成了一套适合胜利区块的小井眼钻井配套技术，在开发中的应用效果显著。
该技术在低产低效油藏的开发和老区剩余油挖潜方面，具有良好的社会和经济效益以及广阔的应用前景。
标签：小井眼；钻井；工艺研究；配套技术；应用1 引言近年来，胜利油区勘探开发难度逐年加大，新增及难动用储量规模小、品质差，且以低渗透油藏为主，而老油田已进入高含水开发后期，剩余油高度分散，如何采取有效手段，开发此类低产低效油藏、挖掘老区潜力，已成为当前提高勘探开发水平的重大难题。
由于采取常规井开发没有效益或无法开发，而采用小井眼钻井技术开发，能达到提高油藏有效动用程度、降低综合开发成本、节能环保的目的。
自20世纪90年代以来，小井眼钻井完井技术成为即水平井技术之后又一开发热点，其应用规模不断扩大。
与常规井眼相比，此项技术在设计相同井深时，成本节约15-30%，在边缘及交通困难地区，这个比例会更高。
自2005年开始，由钻井院负责开展了小井眼课题的研究工作，并于2006年完成了油田第一台小井眼专用钻机的配套工作，开展了小井眼钻井配套技术的研究与应用推广工作，形成了配套新技术。
在油田多个区块取得了良好的效果。
2 小井眼钻井配套新技术2.1 小井眼钻井设计技术通过现场试验井的探索和实践，对井身结构进行优化，并做出了经济适用性评价。
2.1.1 井身结构优化根据井身结构确定的原则、依据及井身结构的设计方法，结合生产层的产能、油管大小、增产措施及井下作业等情况，为满足钻进安全、快速、经济和后期采油工艺的要求，优化形成井身结构设计方案。
一开表层套管的下深要求封固平原组，达到防止浅水层污染，封隔浅层流沙等疏松地层的目的。
小井眼固井技术
小井眼固井技术09级钻井2班付波摘要本文分析了辽河油田侧钻井固井质量差、寿命短的原因，以及解决方法；介绍了提高侧钻井小井眼固井质量理论成果和综合技术措施，并从小井眼与套管环空间隙、微台阶扩孔技术、小井眼固井技术、固井配套工具几个方面展开了具体论述；通过理论研究与现场应用，形成了适合辽河油田特点的提高侧钻井固井质量配套工艺技术。
侧钻井技术具有减少新开发井眼数量，相应减少钻井进尺，合理布局油田开发井网，减少环境污染，降低开发成本等优点。
辽河油田自90年代初期开始应用该项技术来提高采收率、延长油气井的生产周期，至今已完成各类侧钻井1800多口，实现了经济有效地提高老油田储量动用程度的目标。
但是，随着时间的推移，侧钻井自身存在的问题逐渐暴露出来，最明显的特征是固井质量差、寿命短，其寿命远低于普通生产井寿命，平均仅为2年左右，直接影响到侧钻井技术的应用前景。
本文针对存在的问题，通过研究和实践，探索出一套适合本地区特点的提高侧钻小井眼段固井质量技术，为侧钻井技术的进一步应用提供了技术支持。
一、侧钻井小井眼段固井质量影响因素分析针对不同区块，不同岩性对固井工艺的要求不同，提高固井质量的方法也不尽相同。
为了增强解决问题的针对性，我们选择了侧钻井问题比较严重的锦45块进行研究，并对造成锦45块侧钻井停产的原因进行了调查。
该区块自1992年开始实施侧钻作业，到2001年底已累计完成侧钻井320口，完成的320口侧钻井中已有188口井关井，占侧钻井总数的58.8％，188口关停井中96口井因高含水关井，占停产井总数的51.1％；套管损坏停产井42口，占22.3％；落物停产井24口，占12.8％；因地层原因造成的停产井为26口，占13.8％。
侧钻井平均寿命为2.5年。
统计结果表明，高含水和油井套管损坏是造成其停产的主要原因。
综合研究分析，侧钻井高含水和油井套管损坏主要是水泥石封固质量不好，引起层间互窜和套管错位扭曲损坏，最终导致油井停产，综合分析侧钻井固井质量影响因素有四个方面：1、环空间隙小" (Φ137.9mm)套管侧目前辽河油田的侧钻井主要有7" (Φ177.8mm)套管侧钻井和51/2钻井两类。
第七章 小井眼钻井技术
第七章小井眼钻井技术塔里木油田由于地质情况复杂，部分井实钻结果与设计相差很大，尤其是探井表现较为突出，同时也存在地层岩性复杂，孔隙压力、坍塌压力、漏失压力预测精度差，复合盐层预测不准等井下复杂情况，增加了钻井工程难度。
为解决以上问题，部分井不得不改变设计，增加套管层序，最后出现4 1/8″小井眼。
也有部分井由于所处地区地质情况复杂，在设计中就是4 1/8″井眼完钻。
塔里木油田碳酸盐岩井段完井大多为5 7/8″或6″井眼。
严格的说5 7/8″或6″井眼为正常完钻井眼。
如轮古、塔中、英买力地区，山前也有个别探井是5 7/8″或6″井眼完钻的。
在碳酸盐岩段5 7/8″或6″井眼出现复杂情况的不多，但个别超深井，如哈6井，在钻进中就遇到不少困难。
山前井完钻为5 7/8″或6″井眼的，施工难度就更大。
1．在5″尾管钻塞注意事项（1）在5″尾管钻塞及钻附件时，下钻中应采用分段开泵循环，循环正常后再继续下钻，尤其钻完尾管挂喇叭口段水泥塞后，下钻中要格外注意，最好先下1~2柱试开泵，根据开泵循环情况决定每次下入多少钻具开泵为好。
（2）在5″尾管钻塞及钻附件时，要注意防卡。
钻附件时，排量要控制在10L/S，泵压也不宜太高，钻压10~20KN为宜，转速以低转速为宜，最好不好超过50RPM，一定要将附件钻碎、钻细，以免给下步生产带来隐患。
在5″尾管内钻塞的钻具组合，一般为复合钻具组合，如3 1/2″钻铤+2 3/8″钻杆+3 1/2″钻杆+5″钻杆。
在钻塞及钻附件时要精心操作，随时注意钻盘扭矩变化，稍有不慎，就有可能将钻具扭断或扭胀扣，造成钻具落井。
如西秋2井就是由于钻塞时造成钻具落井，处理困难，最后事故完井。
（3）在5″尾管内下钻或钻塞时，开泵一定要以小排量顶通，返出正常后再增大排量，开泵不通时，严禁以猛放回水卸压，应上提钻具，采用节流放压的方法。
放压时要转动钻具，严防因抽汲作用将套管附件碎块或水泥块抽吸至钻头与套管之间造成卡钻，尤其在钻附件时要格外注意。
小井眼钻井井控技术
ｉｉ ｂ ｎ ｆ ｉ ｎ ｉ ｎ ｅ ｔ ｒｔ ｔ ｎ Ｔ ｅｔｓ ｏ ｉ — ｏ ｒ ｌ ｇ ａ ｏ ｄ ｃ ｄ ｉ Ｘ ｎｉ ｇｏ ｆ ｌｓ ｎ ｕ ｃ ｅ ｅ ｔ ａｔ Ａ — ｔ ｓ ｅ ｅ ｃ ｌ ｏｅ ｖｒ ｍ ｎ ｏｅ ｉ ． ｈ ｔ ｆ ｌ ｈ ｌ ｄｉ ｉ ｓ ｎ ｕ ｔ ｉｊ ｎ ｉｉ ｄ ｄ ｓｃ ｅ ｄ ｄ ａ ｌ ． ｃ ｉ ａｔ ｏ ｐ ｃｏ ｅ ｓｍ ｅ ｌｎ ｗ ｃ ｅ ｎ ａ ｌｅ ａ ｓ
１１ 排 替 量及 计 算 ．． ３
排替 量是 井 内管柱 排替 井 内流体 的体 积 。
（） １ 管柱水 眼 畅通 时
Ｖ排 Ｔ （ 柱 Ｄ 柱 ）Ｈ 柱 １ －４ ＝ｒ Ｄ 外 — 内 ｘ ｘ ０ ／ Ｘ ６ （） ３
是 完钻 井 眼 小 于 常规 完 钻 井 眼 ２ ５ ｍ ８ ”的井 １ ． ｍ（ １ ９ 眼 ． 有 的认 为是 环空 问 隙小 于 ２ ． 还 ５ ｍｍ（” ４ １ 的井 跟 ， ） 而 目前 一 般 是 把小 于 １２４ （”的井 眼 定 义 为小 ５ ．ｍｍ ６）
井眼 。小 井 眼可降 低钻井 成 本 ， 有利 于环保 ． 并 目前 小井 眼成 为 一项 热 门钻 井技 术 ， 随之 而 来 的 是如 何 控 制小井 眼钻 井过 程 中井控 的 问题 。
式 中 排 排替量 ｉ 一 ｎ； Ｄ柱 一钻 柱 （ 或管 柱 ） 内直径 ｉｎ。 ｎ （ ） 柱水 眼堵 塞时 ２管
ｃ ｒ ｉ ｇ ｔ ｈ ａ ｉ ｐ ｎ ｉ ｌ ｆｗ ｌ ｃ ｎ ｒ ｌ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｔ ｅ ｐ ｐ ｒｃ ｒ ｅ ｕ ｈ ｏ ａ ｓ ｎ ｂ ｔ ｅ ｈ ｌ— ｏ ｔ ｌｔｃ ｎ ｌｇ ｎ ｏ ｄ ｎ ｏ ｔ ｅ ｂ ｓｃ ｒ ｃ ｐ ｅ ｏ ｅ ｌ ｏ ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ， ｈ ａ ｅ ａ ｒ ｄ ｏ ｔ ｅ ｃ ｍｐ ｒ ｏ ｅｗｅ ｎ ｔ ｅ ｗｅｌ ｃ ｎ ｒ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｉ ｉ — ｏｔ ｉ ｔ ｉ ｏ
侧钻小井眼钻井技术
钻进参数的选择 钻压的选择要兼顾钻头、
轨迹控制等因素，一般控制在20-60KN，转速
的变化一般对方位变化有较大的影响，高转
速能对右漂方位起到一定抑制作用，一般控
制 在 70-110RPM ， 泥 浆 泵 排 量 一 般 要 求 8-
10L/S。
4、预防复杂情况的安全措施
4.1 优化钻井液体系及性能，以满足井眼的稳 定、携砂、防卡、降摩阻、保护油气层等安全 钻井要求。 4.2 加强钻具管理，定期对钻具、接头进行检 查。 4.3 平稳操作、均匀送钻、严禁溜钻、顿钻。
2、施工设计
2.1设计技术标准 结合中原小井眼侧钻实际， 制定出中原油田小井眼侧钻技术标准。特别 是工序标准、质量标准及质量检验方法。 2.2钻井设计 重点要选择好窗口位置、轨迹 设计、钻进钻具组合、钻进参数、钻井液性
能。
目前窗口位置通常选在固井质量好、地层 硬的井段，开窗出去后地层岩性多为泥岩， 在泥岩地层随钻定向，钻速慢，方位控制难， 势必影响小井眼侧钻钻进速度。因此，选择 窗口位置应兼顾窗口下部地层岩性，提高随 钻速度，减少随钻时间，保证快速钻井。
三、问题研究讨论
11、 井号选择
目前井下侧钻水平仍处于起步阶段，对甲方
（采油厂）所提供的侧钻小井眼井号必须有
选择性，遵循由易到难的原则。要综合考虑
侧钻井段地层和轨迹问题。
对侧钻井段地层复杂，特别是开窗后就会遇
到复杂地层而窗口位置无法上移的井，应选
择性放弃，如**井，施工前资料调研查明，
开窗后30米会遇到严重断层井漏，结果当时
铤*1根+ø 73mm（加重）钻杆
或ø 118mm 钻 头 +ø 95mm 螺 杆 + 定 向 接 头
1-小井眼钻井技术(上)
③金刚石钻头。60年代以后，许多 钻井承包商发现使用PDC聚晶金刚石钻 头配合液力加压器和井下马达，钻头 寿命是同尺寸牙轮钻头的4.6倍。于是 金刚石钻头以其使用时间长、进尺多、 机械钻速高、不易出井下事故，逐步 被人们采纳。
尤其在小于φ152.4mm的井眼全面钻进 中，牙轮钻头已逐渐被金刚石钻头所取 代。以DBS公司、克里斯坦森公司等为代 表的公司，专门研制了抗偏转的小尺寸 PDC钻头、热稳定聚晶金刚石钻头(TSP钻 头)和天然金刚石钻头。 这三种钻头能适应高转速，可用于连 续取心和与螺杆钻具配合使用，能减轻 钻头在钻迸过程中产生的强烈振动，提 高钻井效率。
1994年4月法国在巴黎盆地还使用了foraslim 小井眼钻机，其主要技术参数见表5。
③瑞典石油勘探公司(Microdrill公司)于70年代末 到80年代初，在Gotland岛使用装有小型防喷器的 Diamc一700小井眼液压钻机钻了207口井径2～3英 寸、井深217-2666m的小井眼井，比常规钻井节省 费用75%，主要技术参数如表6所示。
通过对调研资料的统计，小井眼技术有以 下几个研究和发展方向: 小井眼钻头与马达的研制; 小井眼完井与井控技术; 小井眼钻机研制。 根据大港油田的实际情况，大港油田小 井眼钻井技术的发展方向有: 老井加深小井眼钻井技术; 老井侧钻小井眼或小井眼水平井钻井技术; 钻探边井小井眼钻井技术。
(二)主要技术发展应用情况 1.国外主要技术发展应用情况 为了解决小井眼给钻井带来的诸如 钻头性能差、机械钻速低、钻井液体 系不当导致当量循环密度高和立管压 力高及井涌不能及时发现等问题，着 重研究了一系列关键技术。
一、 小井眼钻井技术
（一）90年代以来，国内外小井眼钻井技
术的发展方向和趋势 近10年，随着油气生产费用的提高，以 及石油工程领域不断向边远地区扩展和钻 井工艺技术水平的提高，钻小井眼井开采 油气的优越性更加明显，使得小井眼钻井 技术成了继水平井钻井技术之后的又一研 究热点。截至目前，世界上已钻成小井眼 井上万口，最大垂直井深超过6000m。
浅析小井眼钻井技术
浅析小井眼钻井技术作者：赵恒来源：《科学与财富》2018年第09期摘要：本文结合小井眼钻井技术的基本含义、适用环境和作业特点等基本情况的分析，着重结合具体的应用油井，对合理配套二开设备、优化井身结构、优选钻头和钻具、选择合理的钻井模式、合理配套钻井液等小井眼钻井的具体技术应用措施进行了探究。
关键词：小井眼钻井；适用环境；作业特点小井眼钻井技术具有钻井成本较低、开发效益较好的特点，在当前石油企业降本增效的背景下，应用小井眼钻井技术具有较强的应用优势。
因此，通过对小井眼钻井技术的基本情况分析，以及对主要应用技术措施的研究，有利于提升对小井眼钻井技术的认识，更好地应用小井眼钻井技术进行油气资源开发。
1 小井眼钻井技术基本情况小井眼钻井技术就是利用尺寸较小的钻头进行井径较小的油井钻进，并配套随钻监测、井涌早期预警等措施，对规模较小的区块进行钻井开发的应用技术。
在开发时间较长的油田中，小井眼钻井技术是低成本开发的首要选择。
小井眼与常规钻井技术的应用优势如表1所示。
小井眼钻井技术应用首先必须合理设计井身轨迹，特别是需要在老油井套管进行开窗侧钻的油井和水平井而言，需要提前设计和预测钻进的轨迹和形状，统筹开窗部位、造斜率、井段长度、井眼规格等参数进行设计。
其次是要进行开窗试钻并辅助进行修窗处理，提前检查钻井仪器，确保螺旋和有线仪器一次性下入井底，在开窗套管初铣中，要尽量采用低压和低转速进行钻进，并借助强力磁铁等进行铁屑吸附，通过多次测试确保窗口无异常，修窗合格后进行试钻，在钻进顺利的情况下再进行钻进。
要注重确保钻井液润滑性能达标，满足小井眼钻井造斜率高、井斜角大的问题，同时钻井液必须具备较高的粘度，实现良好的润滑和携砂。
相比常规钻井技术，小井眼钻井技术应用中需要着重克服以下因素：空间因素，小井眼钻井井筒空间有限，加大了环空压力，增加了井漏概率；泵压因素，钻井泵压相对较高，长期持续性运转对钻井设备提出了更高要求；循环排量问题，受井筒排量限制，钻井中泥沙循环返排和排沙工作较为困难；随钻监测要求高，需要加强预测和绘制井眼轨迹，通过实时监测、反复测量，确保控制钻进误差；钻井液因素，对粘度等指标要求较高，且要防止井下落物引发复杂事故。
小井眼快优钻井关键技术研究
小井眼快优钻井关键技术研究小井眼快优钻井是指在油气钻井中井眼小径井段，快速、高效地实施钻井，以获得优质的天然气或石油，同时保证钻井作业的安全和环保。
而实现小井眼快优钻井的关键技术主要包括：井眼设计、钻具优化、动力系统、钻井液配方、钻井参数控制等方面。
下面将分别从这些方面对小井眼快优钻井的关键技术进行详细阐述。
首先是井眼设计。
在小井眼快优钻井中，井眼设计的合理性是非常重要的。
井眼设计关系到钻头的选择、底部钻具的设计、钻井液的循环、动力系统的选择等方面。
一般来说，小井眼快优钻井需要采用钻头强度高、钻进速度快的钻头，同时要考虑到井眼稳定性和完井效果。
对于小井眼快优钻井，需要充分考虑地层情况、井眼尺寸、地质构造等因素，制定合理的井眼设计方案。
其次是钻具优化。
钻具优化是实现小井眼快优钻井的一项重要技术。
在小井眼快优钻井中，由于井眼小径段较多，钻具的选择和设计对于钻井作业的效率和质量有着至关重要的影响。
为了提高钻井效率和保障钻井质量，需要对钻具进行合理的设计和选择。
可以采用高强度、高硬度的钻具，同时要考虑到钻具的耐磨性和抗疲劳性。
再次是动力系统。
动力系统是小井眼快优钻井的核心技术之一。
在小井眼快优钻井中，需要使用高效、稳定的动力系统，来驱动底部钻具进行钻进作业。
动力系统还需要具备一定的自适应能力，能够根据不同地层条件和钻进参数进行智能调节，以达到最佳的钻进效果。
动力系统的选择和研发是实现小井眼快优钻井的关键技术之一。
钻井液配方也是小井眼快优钻井中的重要技术之一。
在小井眼快优钻井中，钻井液在钻井作业中具有很重要的作用。
它不仅需要具备良好的抗压、抗温、抗腐蚀性能，还需要具备一定的润滑、减阻、排屑等性能。
对于小井眼快优钻井，需要对钻井液的配方进行优化，以适应不同地层条件和钻井参数的要求。
最后是钻井参数控制。
在小井眼快优钻井中，钻井参数的控制是至关重要的。
合理的钻井参数可以有效地提高钻井效率和保障钻井质量。
而对于小井眼快优钻井来说，由于井眼小径段较多，因此对钻井参数的控制要求更加严格。
小井眼钻井完井技术
性 ， 能 满 足 测 井 、 套 管 时 泥 浆 性 能 要 增 加 ， 水 泥 环 厚 度 大 干 ２ ． ｍｍ后 强 度 就 下 在 ５４
增 加 较 慢 ； 剪 切 强 度 随 厚 度 增 加 而 减 而 小 ， 透 率 随 厚 度 的 增 加 而 增 大 ， 是 水 渗 但 土 ＋０． ％ ～０ ５ ３ ． ％ＫＰＡＭ ＋Ｏ ２ ． ％Ｎａ ＯＨ＋１ ％Ｎ 泥 环 厚 度 在 ｌ ７ ｍｍ ～２ ４ ｔ内 剪 切 强 ２． ５． ｍｉ ｔ ａ ＰＡＮ ＋０． ％ ～０． ％ＣＭ Ｃ＋０． ％Ｘ Ｃ＋０． ％ Ｈ ３ ５ ２ ２ 度 降 低 和 渗 透 率 增 加 弧 度较 小 ， 泥 环 的 水 ＸＹ－ ７ ２ ＋２．％～３ ５ ％纳 米乳 液＋１ ％～１ ５ ． ％极 厚 度 超 过 ２ ４ｍｍ ， 切 强 度 急 剧 减 小 和 ５． 剪 压 润滑剂。 渗 透 率 急 剧 增 大 ， 般 小 井 眼 选择 水泥 环 一 纳 米 乳 液聚 磺 钻 井 液 ： ％～６ ４ ％坂 土 ＋ 厚度在 ２ ｒｍ～２ ． ｍｍ。 眼尺寸 与 配套 套 ０ ａ ５４ 裸 ０． ％ ～ ０． ％ Ｋ ＰＡ Ｍ ＋０． ％ ＮａＯ Ｈ ＋Ｏ． ％ ～ ３ ５ ２ ３ 管 推 荐 表 如 表 １ 。
０． ％ ＣＭ Ｃ＋０． ５ ２％ＸＣ＋０． ％Ｓ Ｔ＋２ ２ Ｍ ％ＳＰＮ Ｈ＋
管柱 结 构 ： 鞋 ＋①９ ． ５ ｍ套 管 ｌ ＋ 浮 ５２ｒ ａ 根 浮箍＋ 座＋ ９ ．５ 球 ５ ２ ｍｍ套 管＋中９ ． ５ ５ ２ ｍｍ 短套＋ ９ ．５ ５ ２ ｍｍ套 管 ＋ 心 胶 塞 ＋ 空 ｘＧ— Ｙ Ｑ尾 管 悬 挂 器 ＋ 入 钻 杆 。 送 该套 管串组 合采用 高强度新 型套 管 ， 套管 外 径 ９ ． ５ ５ ２ ｍｍ， 套管 抗 内压 ４ ＭＰ ， ５ ａ 抗 外 挤 ４ Ｐａ 套 管 修 复 后 通 径 为 中 Ｍ ， ８ ８ ｒ Ｔ ， 以 满 足 修 复 后 各 种 增 产 措 施 要 ４ｎＩ 可 Ｉ 求。 １ ３ ２套管 扶 正 器 的 选 择 ．． 合理 安放 扶 正 器 ， 套 管 居 中 ， 消 除 使 是 偏 心 环 空 窄 间 隙处 滞 留 钻 井 液 ， 高 钻 井 提 液 顶 替 效 率 的 重 要 措 施 ， 正 器安 放 位 置 扶 按 套 管 偏心 度ｅ ｌ ５ 为 ２． ％～３ ． ％进 行 优 化 ３３ 设计 。 管 扶 正 器 安 放 原 则 见 下 三 点 。 套 （） １ 安装 在 井 斜 、 位 变 化较 大 的井 段 。 方 （ ） 装在 井 径 变化 较 规 则的 井 段 。 ２安 （ ） 正 器 间 距 安 装 应 合 理 。 理 设 计 ３扶 合
小井眼钻井技术
2、系统的压力损失大 系统的压力损失包括：地面管汇、钻柱内、钻头水眼和环空压力 损失。 实验表明，小井眼中系统压力损失的分布规律与常规井中的分布 规律正相反。在小井眼中，环空压力损失占泵压的90%,甚至更多，其 它损失占泵压的10%；在常规井中，钻柱内及钻头的压力损失占泵压 的90%，环空压力损失仅为泵压的10%。 小井眼中钻柱的旋转对环空压降的影响也很大，随着钻柱的高速 旋转，环空压降会显著增加。
（二）小井眼井涌检测技术
常规钻井主要通过监测泥浆池液面的增量来控制检测井涌。这种 检测方法的灵魂度主要取决于液面高度仪和操作人员的警惕性。这种 方法一般要等到泥浆池的增量达到2m3 以上才能检测到井涌，显然小 井眼钻井不能单纯依靠池增量来检测井涌，必须应用新的方法来提高 检测精度和灵魂度。国外发展了一些小井眼井涌检测方法。 1、Amoco公司井涌检测法（出入口流量法） 在泥浆吸入管和返出管线上安装电磁流量计，实时记录入、出口流量， 并打印出，从曲线的变化及发生现井涌或井涌，也可通过计算机实时 判断并报警，这种方法的灵敏度高。 2、Anadrill公司的井涌检测方法 该公司研究了两种井涌检测法 （1）泥浆流量的波测量方法。 （2）泥浆泵压力波的往复传播时间。 由于波在气体中的传播速度比在泥浆中慢，传播时间急剧增加就 说明发生了气涌。
在钻进过程中发生井涌，也可不停钻，通过增大排量和钻柱的旋转速度 来控制井涌。 3、动态压井的优越性 动态压井法优于常规压井的等待加重法和司钻法 （1）不用加重泥浆。 （2）可以尽快地实施。 （3）可最大限度地减小套管鞋处的压力。 对裸眼井段而言，动态压井比常规压井对井壁产生的压力小。动平衡压 井时，泥浆系统的欠平衡压力是均匀的作用在整个井壁上的，井壁上任意深 度处所受的压力等于该深度以上泥浆静液柱的压力与环空压降之和。常规压 井是利用节流产生的套压来增大井底压力的，任意深度处所受的压力等于该 深度以上泥浆柱的动压力与井口套压之和。 4、应注意的问题 （1）采用动态压井法还是常规压井法，取决于地层压力预测值和可获得 的环空压耗。环空压耗的大小取决于设备能力（额定排量、功率）、井径、 井深、泥浆性能、钻柱直径。环空压耗对井眼冲蚀非常敏感。 （2）动态压井有利有弊，用环空压耗控制井底压力容易压漏地层，从而 进一步加重井控问题，所以选择和实施动态压井要审慎行事。
第3讲 小井眼钻井技术.
四、小井眼钻井设备及工具 （一）小井眼钻机 适用于小井眼的钻机：常规小型石油钻机、连续 取芯钻机、混合钻机、连续软管作业装置。 国外大部分使用小型石油钻机和车装钻修两用钻 机。例如美国生产的65-B型车装钻机 用27/8”- 41/2” 钻杆 ，钻深
为满足小井眼钻井的要求，国外一些公司专门研制了多种型号的 小井眼钻机，例如瑞典Microdrill公司研制的小井眼钻机 钻深能力介于800-1700m之间 钻机总高10.91m（相同钻深能力的常规钻机总高为40m） 外形尺寸 9.50*3.53*10.91 井场占地25*32m，是常规钻机占地面积的1/4。
图 5
国外一些公司用矿业连续取芯钻机钻小井眼探井。
图 6
连续软管钻井装置
图 7
（二）小井眼钻头及钻杆 1、小井眼钻头 80年代中期以来，钻头技术取得重大进展，不再构成小井 眼钻井的障碍。适用于小井眼的钻头有：牙轮钻头. PDC. TSP 钻头和天然金刚石钻头。一般采用PDC.TSP钻头.还有用偏心 PDC钻头。 2、小井眼钻杆 标准尺寸的钻杆 31/2〃 27/8〃有时也用23/8〃 的油管。 连续软管 用一根根长度有限的钢管对焊而成,长度可根 据需要而定。软管的材料用淬火钢、回火钢或钛合金钢。 连续软管的外径有1〃、11/4〃 、11/2〃 、13/4〃 、2〃 、 23/8〃 和37/8〃的，可满足钻井和修井的要求。
2、系统的压力损失大 系统的压力损失包括：地面管汇、钻柱内、钻头 水眼和环空压力损失。 实验表明，小井眼中系统压力损失的分布规律与 常规井中的分布规律正相反。在小井眼中，环空压力 损失占泵压的90%,甚至更多，其它损失占泵压的10%； 在常规井中，钻柱内及钻头的压力损失占泵压的90%， 环空压力损失仅为泵压的10%。 小井眼中钻柱的旋转对环空压降的影响也很大， 随着钻柱的高速旋转，环空压降会显著增加。 例：Amoco公司做过实验： 井深 2438m ，泥浆密度 ρ m =1.028/cm3 ，泵排量 Q=3.15l/s，钻柱不旋转时，环空压降为3.4MPa ,当量 循密度为 1.13g/cm3 ，钻柱以 600 转 / 分（ RPM ）旋转时， 环空压降为7.5MPa,当量循环密度为1.33g/cm3 。
第3讲 小井眼钻井技术.
五、小井眼井控技术
（一）小井眼井控与常规井控的差别 1、环空间隙小（小井眼环空体积小）
图 8
与常规井眼相比，小井眼环空间隙小，体积小。 同样的流体侵入量，小井眼比常规井眼：流体在 环空占的体积大，上返速度快，对溢流很敏感。 例：318升的溢流在常规井眼环空中占12m长，使 井底压力降低0.105MPa；在小井眼环空中占114m长， 使井底压力降低0.84MPa。流体在小井眼环空上返的速 度是在常规井眼环空上返速度的数倍。 从井控的观点来看，流体在井筒侵入高度越高， 井控的难度就越大。 小井眼井控要解决的问题： （1）井眼系统的压力分布规律及计算公式； （2）最佳的溢流监测方法； （3）最有效的压井方法。
3、BP公司研制了一种小井眼井涌早期检测系统
该系统实时采集泥浆流出量和立管压力，并用井筒动态模型预测泥浆流出量 和立管压力，将实测值与预测值进行对比，根据两者之间的偏差及时判断是否发生 了井涌、井漏或钻具刺漏异常情况。据BP公司称，系统模型考虑了钻柱旋转的影响， 能够检测到1桶（159升）的溢流量。该系统在小井眼钻井作业中获得了成功的应用。
3、环境保护的压力小 小井眼钻机占地面积小,小井眼比常规井眼井径缩 小一半，钻井液用量及岩屑量减少75%，施工机具用量 大幅度下降，对环保有利。 4、勘探开发的需要 在边远地区，地面条件恶劣。运输困难的地区，勘 探工作风险大，地震工作在短时间内不能获得精确的 地下资料，在这些地区打一些连续取芯的探井，可及 早搞清地下情况，及早作出决策，减小勘探的风险。 由于小井眼具有可降低钻井成本，减小勘探风险， 有利于环保，所以小井眼成为 90 年代的热门技术之一。
八、结束语
1、关于小井眼，目前还没有一个统一的定义。 2、小井眼钻井是低油价下降低勘探开发费用的一 种有效途径。 3、连续取心探井结合小量地震勘探有助于减少勘 探风险，降低勘探费用，缩短勘探周期，提高勘探准 确性。 4 、钻小井眼一般能节省 15—40% 的费用，在边远 地区节省的费用会更多。 5、小井眼钻井能节省套管、水泥、泥浆等材料的 消耗量，减少泥浆和钻屑的处理量。利用现有的石油 钻机也能钻小井眼。但如用小型石油钻机、矿业连续 取心钻机、钻修两用钻机、专门研制的小井眼钻机或 连续软管作业装置钻小井眼，还能大幅度减少井场占 地，进一步减少环境污染和降低钻后井场占地的修复
毕业论文-石油工程小井眼钻井技术的发展和应用
毕业论文-石油工程小井眼钻井技术的发展和应用摘要随着油气生产费用的提高以及石油工程领域不断向边远地区扩展和钻井工艺技术水平的提高钻小井眼井开采油气的优越性更加明显使得小井眼钻井技术成了继水平井钻井技术之后的叉一研究热点目前在国内外该技术已应用于水平井深井钻井中如侧钻小井眼多分支水平井等国外已开始用连续管钻小井眼通过对调研资料的统计小井眼技术有以下几个研究和展方向小井眼钻头与马达的研制小井眼完井与井控技术小井眼钻机研制关键词小井眼钻井Abstract With the cost of oil and gas production ingcease and petroleumengineering fields to rtmote areass and the expansion od drilling technologylevelincreasecSlim hole drilling oil and gas exploration superiority was enen moreapparent Make slim hole drilling technklogy hasbecome followoing HorizontalDiylling technoloqy fork atter a hotspotAt presentdomestic and foreign technologyhas been used in the horizontal and deep drilling such as side slimhole drillingmulti-branch horizontal wells aborad has begun consecutive slim hole drillingpipeBased on the statistical data studySlim technoloqy has the following researchand development directions Slim bit and motor decelopmentSlim Comoletion andwellcontrol technlloqySlimhole drilling rig decelopedKey Words Slim Drilling目录引言 3一．90 年代以来国内外小井眼钻井技术得展方向何趋势3二．主要技术展应用情况 4一国内主要技术展应用情41 井身结构 52 钻进方式53 小井眼钻机 74 钻头 115 井下马达系统 126 减小钻柱振动何疲劳破坏技 137 射流冲击 138 震击技术 139 小井眼连续取心技术 1410 小井眼水平井钻井系统 1611 钻井液 1712 小井眼钻井水力参数优化 1713 小井眼完井技术 1814 小井眼固井技术 1915 小井眼井下测量仪器 20二技术展应用情况 2 01 钻机2 02 钻头2 03 其他配套井筒工具224 小井眼井身结构及钻具组合225 小井眼井控2 36 钻井液和完井2 5结束语 2 5参考文献 2 6引言近年来国内各有天液开始重视和研究小井眼钻井技术小尺寸PDC TSD及金刚石钻头已在我国大不分油田推广应用随着我国小井眼钻井井数的增多小井眼早期井涌预警检测技术液越来越受到重视在钻井液和完井液技术上国内各油田根据各自地层特征进行了专项研究其体系配方基本能够达到到安全钻进和保护油气层的目的国内不少学者在小井眼水力学方面也做了很多工作但大多数石对国外模式的修正大庆油田完成的287 口井在其平均井深比全部开井的平均井深多 1294m 的情况霞平均机械钻速基本持平平均钻机月速却提高了717获得的效益非常明显胜利油田小井眼套管开窗定向侧钻技术已步入了答规模的应用阶段新疆油田和大港油田在深层＞4000m成功地钻成了部分小井眼井一．90 年代以来国内外小井眼钻井技术的发展方向和趋势近 10 年随着油气生产费用的提高以及石油工程领域不断向边远地区扩展和钻井工艺技术水平的提高钻小井眼井开采油气的优越性更加明显使得小井眼钻井技术成了继水平井钻井技术之后的叉一研究热点截至目前世界上已钻成小井眼井上万口最大垂直井深超过 6000m小井服钻井深井钻井忠如侧钻小井眼多分支水平井等国外术已应用于水平井深井钻井忠如侧钻小井眼多分支水平井等国外已开始勇连续管钻小井眼钻井场占钻井设备工作钻井费用钻井岩屑量其他地面积人员井场各项费用适合于开小型化重量减少60节约一口2500m 各类油气藏轻利用偏远钻井成本深的井其岩但不适用于＜ 1200 地区的钻井 8101540 边屑魏60t 常高气井可用㎡钻机和其他人d远和交通空规为于采矿行业辅助设备不地区这个比例7001200t 的连雪取心足200t高达70 井表1-1 小井眼钻井技术情况表目前小井眼钻井技术比较发达的国家有美国Amoco 公司BakerHughes公司Nabors 工业公司英国BP 公司等近年来国外公司为了配合小井眼钻井开和研制了一系列适合小井眼钻井的配套设备主要集中在钻头及马达固井井控取心小井眼水平钻井等方面研究展的小井眼先进技术归纳起来有带有顶部驱动的小井眼钻机井下动力钻具采用井控专家系统控制和预防井喷采用连续取心钻机进行小井眼取心作业采用高强度固定齿的新型钻头目前小井眼钻井技术已比较成熟工具设备配套齐全已有可用于762mm 3in井跟的钻井工具以及多种连续取心钻机和混合型钻机挪威还准备向北海南部深层的高温高压气藏展小井眼钻井近年来国内各油田也开始重视和研究小井眼钻井技术小尺寸PDC TSD及金刚石钻头已在我国大部分油田推广应用随着我国小井眼钻井井数的增多小井眼早期井涌预警检测技术也越来越受到重视在钻井液和完井液技术上国内各油田根据各自地层特征进行可专项研究其体系配方基本上能够达到安全钻进和保护油气层的目的国内不少学者在小井眼水力学方也做了很多工作但大多数石对国外模式的修正大庆油田完成的287 口井在其平均井深比全部开井的平均井深多 1294m 的情况下平均机械钻速基本持平平均钻井月速却提高了717获得的效益非常明显胜利油田小井眼套管开窗定向侧钻技术已步入了大规模的应用阶段新疆油田和大港油田在深层 4000m 成功的钻成了部分小井眼井通过对调研资料的统计小井眼技术有以下几个研究方向和展方向小井眼钻头与马达的研制小井眼完井与井控技术小井眼钻机研制根据大港油田的实际情况大港油田小井眼钻井技术的展方向有老井加深小井眼钻井技术老井侧钻小井眼或小井眼水平井钻井技术钻探边井小井眼钻井技术二．主要技术发展应用情况一国外主要技术发展应用情为了解决小井眼给钻井带来的诸如钻头性能差机械钻速低钻井液体系不当导致当量循环密度高和立管压力高及井涌不能及时现等问题着重研究了一系列关键技术1 井身结构外公司采用的典型小井眼井身结构如表1-2BP 公司1000m 井常规井小井眼井井眼尺寸mm 套管尺寸mm 井眼尺寸mm套管尺寸mm4445 3397 158 13973111 2445 1206 9803159 1397 859 739Amoco 公司2400 井常规井小井眼井井眼尺寸mm 套管尺寸mm 井眼尺寸mm套管尺寸mm4445 3397 2159 17773111 1429 1524 12702159 1143 钻杆1111 939Naborsm 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mm3111 2445 3111 24452096 1778 2159 17781556 1270 139712701048 939 钻杆1032 939770699表1-2 国外小井眼钻井技术发达国家典型小井眼井身机构2 钻进方式井眼钻进方式有旋转钻进井下马达钻进连续钻进外各石油公司已开了多种小井眼钻井系统图1-1 为Shell 公司和BakeHughes公司联合开的一种小井眼钻井系统该系统使用改进固定式钻头和高强度钻杆包括先进的井涌监测系统该系统钻机可选择改进的常规钻机专用小井眼钻机修井机和连续管钻机为改进的连续取心扩用钻井系统Amoco 公司开的水力学模型和井涌监测系统及井涌控制技术利用高性能的油管再加上改型的矿用钻井系统钻深可达1400ft 4270m为连续管钻井系统可与井下马达钻井系统配合使用提高起下钻速度并维持井下马达起下井眼时的连续循环3 小井眼钻机前专用的小井眼钻机不多改进的小井眼钻机仍占多数原因主要是这类设备缺乏设计规范和公认的标准加之常规钻机能力过剩在很大程度上制了小井眼石油钻机展国外小井眼钻机类型有小型常规石油钻机采矿式连续取心钻机修井机连续管钻机和专用小井眼钻机20 世纪60 年代之前国外不少公司使用常规钻机钻小井眼井70 年代末开始进行小井眼钻机研制及钻机改进90 年代后出现了特制专用的小井眼钻机瑞典美国德国加拿大比利时意大利澳大利亚和罗马尼亚等国家均开应用了新型小井眼石油钻机并取得了较好的使用效果和钻井经济效益一般来说国外小井眼钻机采用常规旋转钻井设备如前开口井架液压绞车三缸泥浆泵防喷器组固相控制设备取心装置等等另加其他先进的自动化装置固控设备的配置要比常规井高一级别在常规固控设备转良好的前提下再地面设备减少损坏降低循环压耗得有效办法国外小井眼钻机特点有①设备体积小占地面积少②设备一机多能既可钻井又可修井所用钻柱既可钻小井眼又可连续取心③采用专用小型测试装置④现代华程度高具有代表性的国外公司小井眼钻机主要有①意大利Soilmec 公司推出的G-100G-100HD G-150G-200 和G-250 型系列小井眼钻机是目前世界上惟一的小井眼钻机系列图1-4 为G-100 钻机总成该系列钻机选用4 台隔音柴油机作动力采用液压驱动形式利用4 台液压马达同时驱动顶驱充分满足小井眼钻井工艺的需要钻机用长冲程千斤顶液缸滑轮组合可伸缩式轻便井架代替常规绞车游动系统和井架该钻机可用于钻晓井眼井水平井斜井和丛式井还可用于修井作业目前已取得美国专利和国际专利权新系列小井眼钻机技术参数及使用情况见表1-3表1-4表1-3 Soilmec 公司新型小井眼钻机系列技术参数钻机型号G-100 G-100HD G-150 G-200 G-250大钩静载荷kN 8918 11074 13328 17836 22059钻井动载荷kN 5880 7350 8820 12250 14700液压动力功率3676 5147 6617 8823 11029kW 36 36 36 36 36顶驱动力功率15 15 16 16 16kN ·m顶驱行程m表1-4 Soilmec 公司新型小井眼钻机系统使用情况钻井速度正常条件下一口23003000m 井需190h钻井方式顶驱钻井操作人员钻机大班人员4 人即钻井领班柴油机司机电工和勤杂工每个钻井班需要司钻和井架工各1 名钻井成本钻井统计结果表明与常规大直径钻杆钻井相比晓钻机钻井总成本下降24钻井和钻机移运时间减少30每口井的非生产时间从450h 下降到120h Soilmec 公司认为用G 系列小井眼钻机钻井节省钻井总成本最多可达40环境污染柴油机采用隔音措施现场实测噪音为82db对周围环境危害较小此外由于小井眼钻井的钻井液用量和钻屑量均较少对环的污染也较小钻井综合效与常规钻机相比用小井眼钻机钻井钻井成本减少益 5075 下套管成本减少13完井费用减少37占用井场面积减少70钻机拆装移运时间减少6070钻小井眼评价井建井费用减少达50钻井综合效益显著实施地区已经在意大利北部的米兰威尼斯热那亚三角地区以及西西里岛的油气田地层中钻完18 口井Soilmec 公司小井眼钻机优点钻井速度快技术经济指标先进自动化程度高工作安全可靠钻井成本低移运性好对环境污染程度小②法国钻井承包商Forsol 用拖车装钻机W-Napach 小井眼钻井取得了成功这种高度自动化钻机有一个 195m 高的桅杆式井架一个筒式操作系统和408KW 顶部驱动装置该钻井可钻井深2438m只需常规钻井 13 的工作人员整部钻机及井下设备仅15 辆车便可搬运1994 年 4 月法国在巴黎盆地还使用了Foraslim 小井眼钻机其主要技术参数见表1-5G-100 钻机总成1-伸缩式井架2-顶部驱动3-挡砂滚筒4-液压动力总成5-液压油罐6-半拖车7-具有机械安全锁紧的液压水平千斤8-钻台液压吊车9 容器平台10-钻杆套管11-储存钻铤12-液压油冷却器13-鼠洞上的液压卡14-BOP 小车15-伸缩底座16-动力大钳17-值班表型号额定钻深井场面积井架额定底座高度绞车功率人数m ㎡载荷t m kwForaslim 3500 850 100 6 441 1表1-5 Foraslim 小井眼钻机主要技术参数型号重量t 操作高度提升能力井眼直径井深mm mmDiamec-700 35 51-52 7005 65Diamec-1000 5 51-52 10668表1-6 瑞典微型小井眼钻井主要技术参数瑞典石油勘探公司Microdrill 公司于70 年代末到80 年代初在Gotland岛使用装有小型防喷器的Diamc-700 小井眼液压钻机了207 口井径23 英寸井深 2172666m 的小井眼井比常规钻井节省费用 75主要技术参数如表 1-6所示80 年代末该公司又研制了MD-1500 钻机和MD-2000 钻机改进的MD4小井眼钻机重量13t 左右使用螺杆钻具∮857mm 井眼可连续取心至3200m④表1-7 为低成本的美制Kenting 井眼钻机性能参数型号额定钻深井场面积大钩载荷作业高度钻井液系人数m ㎡ t m 统3Kenting 3500 850 100 26 5088 3表1-7 美制Kenting 井眼钻机性能参数表⑤Amoco 公司和Nabor 公司小井眼石油钻机Amoco 公司和Nabor 公司共同研究开了Rigl70 型小井眼石油钻机它最主要的特点式钻机上配有数控系统 DCS 和专家井空系统 XWC DCS 系统手机钻机上液压传感器压力差传感器应变仪位置传感器磁性流量仪热电偶转速仪钻机液池液面传感器温度传感器的数据该系统还包括数据收集计算机和监测器司钻监测器人机联作系统数据控制软件专家井控系统包括阿莫科公司处理数据控制系统中数据的专利软件这套井控专家系统能够判断是否生了井涌是否通知司钻以便司钻可用采取合适的井控措施如果司钻在预定的时间段10s中没有做出反应井控专家系统会自动采取井控措施井控专家系统液可用时用以便完全有司钻进行控制主要技术参数及结构特点大钩载荷 975KN 轿车功率 165KW井架高 262m全液压驱动钻井液净化系统为清洁器和离心机自动送钻装置是一个承载能力725KN 的液缸固定在井架上面送钻性能较好采用两档速顶驱和计算机井控装置设计制造的岩心搬运机可进行连续取心作业优点实验证明钻机和钻井成本均较低环境污染少钻井性能好⑥欧共体小井眼石油钻机欧共体Thermie 规划Eurosim 项目为降低成本和减少环境污染适用小井眼钻井开油田同时研究开了小井眼石油钻机主要技术参数及结构特点大钩载荷 1000KN 绞车功率 600KW采用顶驱钻井最高转速600rmin采用SH 111SH66 高强度钻杆配备了取心装置录井和测井装置井涌监测仪和报警系统优点在不同地理环和不同地质条件钻井环境污染最低⑦英国钻井设备公司研制的小井眼钻机采用液力驱动大钩载荷980KN钻深能力3000m配有新式钻杆排放系统和先进检测仪器既可钻井又可取心只需三名钻工4 钻头①牙轮钻头期小井眼钻井一般使用小尺寸牙轮钻头但其不适应高转速钻头轴承磨损快进尺少寿命短为此国外采用改进的钨合金镶齿 TCI牙轮钻头如美国贝克休斯公司研制出的能适应转速为200rmin 的984mm 牙轮钻头具有较厚的锥形外壳和直径较小的轮轴具有较高的锁紧能力和转速能力钻头长度由常规的146mm 减小到121mm 增强了侧钻能力减小了井底钻具弯曲时钻头损坏程度寿命增加了30-40②单牙轮钻头通过增加牙轮钻头轴承直径增加钻头寿命阿曼油田在水平井忠中硬地层适用IADC437 单牙轮钻头水平钻进平均机械钻速达 60fth加拿大适用的 418 1n IADC637 单牙轮钻头钻研磨性硬砂岩1625h 内钻进105ft相当于2 只IADC737 三牙轮钻头的总进尺从目前展情况单牙轮钻头将会成为一种适用于在各种各样的地层忠钻小井眼的低成本高效率的钻井工具③金刚石钻头60 年代以后许多钻井承包商现适用PDC 聚晶金刚石钻头配合液力加压器和井下马达钻头寿命是同尺寸牙轮钻头的46 倍于是金刚石钻头以其适用时间场进尺多机械钻速高不易出井下事故逐步被人们采纳尤其在小于∮1524mm 的井眼全面钻进中牙轮钻头已逐渐被金刚石钻头锁取代以DBS 公司热稳定聚速可用于连续取心和与螺杆钻具配合使用能减轻钻头在钻井过程忠产生的强烈振动提高钻井效率新型的PDC 聚晶金刚石钻头热稳定聚晶金刚石钻头 TSP 钻头和天然金刚石钻头这三种钻头能适应高转速可用于连续取心和与螺杆钻具配合适用能减轻钻头在钻进过程中产生的强烈振动提高钻井效率新型的PDC 聚晶金刚石钻头和TSD 金刚石钻头对深层中硬地层钻井及扩眼效果很号在降低扭矩钻头冷却方面比普通的PDC 和TSD 钻头效果好穹形设计的金刚石钻头在耐磨结构上更紧凑更适用于较硬岩石壳牌公司经验表明采用小型聚晶金刚石钻头不重要阻制钻压Amoco 公司开除了避免小型聚晶金刚石过早损坏的抗涡旋转钻头在穿透能力方面取得了突破性进展小型聚晶金刚石将成为小经验技术的一个展方向④混合型PDCTSP 钻头美国Maurer 工程公司为美国能源部研制了一种混合型PDCTSP 高效钻头PDC 切削齿置于齿前排上以高速度钻软地层而TSP切削齿置于PDC 切削齿的后排用于钻那些通常会损坏PDC 切削齿的硬夹层该钻头在特定的大功率马达带动下能有效破岩试验中在低强度地层钻速100150fth 在密西西比灰岩地层钻速为112fth⑤小井眼连续取心钻头在连续取心作业中10003000m 的井59使用金刚石取心钻头目前国外 1000m 以上的井眼井段多用连续取心钻头硬质合金钻头应用于小井眼取心还在继续研究这种钻头成本低廉BP 公司一直用聚晶金刚石和 tripdax 设计取心钻头来改进小井眼的取心性能和钻进速度国外还研制丁能提高取心质量的双体钻头这种钻头可通过绳索打捞器改变钻头塞而改变钻头性能使钻头可进行全面钻进或取心钻进5 井下马达系统目前国外已有高中低三种转速5001000rmin 和多种直径3811715mm 的小井眼井下马达其抗高温性能已经超过了200 ℃为了解决钻柱振动问题以便将更多的能量传递到钻头上提高钻进效率同时海配套使用了井下液力加压器使得钻头寿命更长在许多地层钻进都比转盘钻进快35 倍钻井成本可降低5070 该系统也常与连续油管钻机配合使用美国Maurer 工程公司为美国能源部研制的大功率小井眼泥浆马达输出功率和转速石常规泥浆马达的2 倍所研制的3 38in 小井眼泥浆马达输出功率为73 马力而常规泥浆马达的输出功率仅28 马力适用这种大功率泥浆马达时只要钻机配置的泥浆泵能够输出该泥浆马达所需的高循环压力配合 PDCTSP高效钻头能使钻速提高2 倍Anadrill Schlumberger 公司和Ahell UK 研究开机构开了一套仪表化的井下导向马达以提高地质导向的效果该工具石在动力端和轴承外壳之间插入一个带近钻头传感器电路动力源和电磁遥测系统该马达将钻井和地层评价测量相结合可进行井斜马达转速温度马射线和两个电阻率测量仪表化马达具有已各双弯弯外科系统其中固定弯外壳被直接安置在马达轴承的上部而地面可调节弯外壳被装在传感器短节和马达的动力端之间设计这种固定和可调弯外壳系统组合可使钻具具有多种造斜率最大可超过15° 100f6减小钻柱振动和疲劳破坏技术主要采用的配套工具及技术有抗偏转的PDC 钻头柔性转盘或顶驱钻机减小扭转振动钻井液马达和液力加压器耐疲劳新型钻杆接头①液力加压器配套使用井下液力加压器可增加钻头寿命在许多地层钻进都比转盘钻进快 35 倍钻井成本可降低 5070 现在已出现了串联的液力加压器目前最多到三级其作用原理与单级相同当然在二三级液力加压器上可作用更大的钻压见表1-8 与表1-6规格最大最大操作最大扭矩最大冲程孔mm最大拉mm 推进力压力pa N ·m mm 力kNkN9525 50 150 **** **** 14940012063 1665 150 **** **** 381500表1-8 液力加压器主要技术参数表②工具接头经验证实小井眼可以勇NC26 与PACDSI 工具接头及非API的SLH90 与AOH 接头应注意避免工具接头损坏主要参数见表1-9工具接头外径mm 内径mm 扭转屈服上扣扭矩N ·m N ·mNC26 857 444 9248 4624PACDSI 794 381 7945 3972表1-9 工具接头参数表7 射流冲击器在小井眼钻井过程中配套使用射流冲击器利用冲击一回转联合钻进既可以提高钻井速度又可以防止井斜从而达到提高钻井质量降低钻井成本的目的如图1-78小井眼打捞雷击技术目前已根据需要研制出了多种适合小井眼的打捞筒和震击器等如用于∮832 和∮896mm 钻具的∮104mm 打捞筒高压小井眼用各种尺寸井下循环接头液力倒扣接头液压及裂缝圆盘接头以及安全接头耐高压用的震击器有单作用和双作用液力震击器可受压也可拉伸现已研制出∮1504 ∮160mm 井眼用的∮1216mm 双作用液力震击器∮1506mm ∮112mm 井眼用的单作用液力震击器主要技术参数见表1-10尺寸mm 震击器类型最大震击器最大放气震击器冲程负荷kN 冲击kN mm889 FC 150 80 1201207 Jar King 360 200表1-10 击器主要技术参数表 19小井眼连续取心技术小井眼连续取心技术源于矿业连续取心技术实质上就是绳索式取心现在已经能在1048 mm 或更小的井眼中取心并采用钻柱抗振技术来提高岩心收获率Amoco 是最早采用薄壁钻杆和电缆可回收岩心筒连续取心钻井系统的该系统采用顶部驱动旋转外平钻杆得到的连续岩心可达1219 m 长在开井中平均取心收获率达 983 图1-8 为Amoco 公司小井眼取心井下钻具组合一般来说小井眼连续取心装备包括取心钻机取心钻杆取心钻头岩心筒和其他所需工具钢丝绳连续取心钻机钢丝绳连续取心钻机比油田使用的同样钻深能力的钻机轻小结构简单不用常规岩心筒而用绳索式岩心筒能够连续取心克服常规石油钻机和常规岩心取心时需频繁起下钻的缺点这类钻机既能全面钻进又能进行连续取心取心钻杆一种薄壁无缝钢管机械强度没有同直径的常规钻杆大外径小长度短重量轻具有外平内加厚接头由于环空间隙很窄这种钻杆在裸眼井中可取回式技术套管使用甚至作永久性套管固井然后用直径更小的矿业取心钻杆继续取心取心钻头小井眼连续取心作业中要保持较高的钻速应选择适合地钻压高钻速的天然金刚石取心钻头TSD 取心钻头或PDC 取心钻头天然金刚石取心钻头又分为孕镶和表镶两种取心钻头的切削面很窄一般只有381coml 公司为149225mm10795mm 和762mm 井眼选择的钻头转速分别350450500 和600rmin取心岩心筒连续取心筒与常规岩心筒一样也由内筒和外筒组成但与常规岩心筒不同的是其内筒可以用钢丝绳打捞筒取出来再将另一个内筒投入钻柱继续取心为防止起出内筒时生抽汲作用通常是一边起内筒同时一边向钻柱内泵送泥浆连续取心岩心筒及期内筒和单筒岩心的长度一般为 369 1213515m最长的达27m整体式取心马达整体式取心马达可进一步提高收获率因为在取心作业中防止了内筒的旋转横向振动的减少使岩心能平稳地进入内筒外岩心简是由。
小井眼钻井
小井眼固井的难点
D、环空间隙小，水泥环薄，如果油田注水开发，油 水同层地水活越，油水气串发生机率和危害随之增 大，对于工艺措施和水泥浆防串能力要求更高 E、小井眼井利用小套管固井，套管壁薄，容易弯曲， 居中困难导致偏心和贴壁，为了减少过高的排量， 只能采取低速的方法，导致顶替效率降低，从而影 响固井质量。 F、小井眼固井所需灰量小，对注水工艺和水泥浆密 度控制要求更高。
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三种钻井系统。
1、转盘钻井；转盘钻井采用小直径钻柱，配小直 径金刚石钻头（钻头尺寸可小到∮50.8mm）,金刚 石钻头与牙轮钻头不同之处是能在高转速下钻进。。 2、井下马达钻井系统；应用小型井下马达配套金 刚石钻头可以代替转盘钻井 3、顶部驱动钻机钻井（小型驱动）；
小井眼钻井 随着勘探开发的深入，一些老油田和主力油田已进 入中后期阶段，而新发现的大储量的油气层越来越少， 小井眼开窗侧钻井技术开始出现，对那些开发中后期 阶段的油气田提供了用其他方法开发无利可图的机会。 中国小井眼钻井技术于20世纪70年代的开始，吉 林油田用于浅油层开发（井深400m）,但由于钻机、工 具不配套而中途停止，90年代小井眼钻井技术在国内 又一次兴起，首先被应用于老油田的挖潜改造方面进 行开窗侧钻。90年代中期应用于浅油藏、“低压、低 渗、低产”油气藏的勘探开发，钻井工艺、装备、工 具也随之迅速发展起来
小井眼固井的难点 B、小井眼在注水泥时流体通道整体变小，使得注 水泥作业时流动阻力明显增大，造成泵压增高 ，导致水泥浆易于失水和脱水，发生桥杜和憋 泵的机率随之增加，同时易于压漏地层，不利 于产层保护，以此对水泥浆的流变性、虑失量 、稳定性更要求更高，对于注替速率也应科学 设计。 C、小间隙造成水泥环薄，因此小井眼固井对水泥 石抗压、抗折强度设计要求高，对水泥石的韧 性也提出了更高的要求。
φ118mm小井眼瘦身井钻完井技术研究与应用
92通过优选钻头、工具，优化井身轨迹、实钻参数等，确保了该井顺利施工，机械钻速处于较先进水平。
通过钻完井难点分析和现场应用，全面总结了φ118mm小井眼钻完井技术经验，对于同类井施工具有借鉴意义。
1 φ118mm小井眼钻完井技术难点分析1）小井眼裸眼段长、环空间隙小、循环泵压高，排量受限；φ73mm钻具强度低，抗拉、抗扭强度小，而且由于水眼小，内压耗高，泵压高，刺钻具不易发现，及易发生钻具事故；2）井眼清洁、钻井液携砂困难；3）环空间隙小，在起下钻过程中会产生较大的抽吸、激动压力大，易造成井下复杂及事故；4）由于入井的定向工具外径尺寸小、柔性大，抵抗地层力的能力弱，钻井参数、地层等因素对井眼轨迹控制效果非常敏感，已钻井眼对待钻井眼影响大，增斜率难以预测，轨迹控制难度大；5）小井眼钻井定向过程中，井眼曲率变化大，钻柱在造斜段会产生较大的弯曲应力，易造成钻具的疲劳损害。
特别在钻柱旋转时，弯曲井段的钻柱受应力作用，钻柱极易造成疲劳失稳破坏，发生钻具事故；6）井下落物造成卡钻。
2 φ118mm小井眼钻完井技术现场施工工艺1）优选工具、优化钻具组合。
缸套选择：为了保证泥浆携砂、井眼清洁，建议使用φ90mm和φ100mm缸套配合调整排量。
前期使用3个φ90mm缸套，后期使用2个φ100mm缸套，最后使用2个φ90mm缸套，既保证了井眼清洁，又保证了地面设备及人身的安全；钻具选择接箍不超过110mm的φ73mm钻杆，φ95mm或φ105mm的双母无磁钻铤（内径φ58~60mm，长度9m）、φ73mm无磁加重，也可订制接箍为108mm的φ88.9mm非标钻杆。
现场操作：钻台操作时使用钻井参数记录表，实时记录钻压、摩阻、泵压、扭矩情况，在发生异常时才能做到对比分析。
一是经常性提拉钻柱，准确掌握摩阻情况；二是经常性监测停转盘后的倒转圈数，掌握扭矩情况；三是实时监测泵压，有异常必须停钻检查。
2）针对井眼清洁、钻井液携砂困难的问题，钻井液性能要严格执行设计，携砂性、润滑性、井壁稳定性都要好。
国内外小井眼钻井技术
采油10302班 201024160215 原志杰目录1. 井身结构................................................................................... - 1 -2.小井眼钻井工具 ........................................................................ - 1 -3.小井眼钻井液体系 .................................................................... - 3 -4.. 国内钻机系列 ......................................................................... - 5 -1.钻深能力1000m左右钻机............................................. - 6 -2.第四石油机械厂小井眼钻机系列.................................. - 9 -3.小井眼定向井钻井螺杆钻具及测量仪器 ................... - 10 -4..小井眼定向钻井测量仪器........................................... - 11 -5.小井眼钻井技术的应用 ........................................................ - 12 --1. 小井眼井钻井概况.............................................................. 参考文献1. 井身结构国外公司采用的典型小井眼井身结构如表8。
表1 国外小井眼钻井技术发达国家典型小井眼井身机构2.小井眼钻井工具（2）克里斯坦森和DBS公司研制的小尺寸PDC（聚晶金刚石）、TSD（热稳定聚晶金刚石）、天然金刚石钻头具有抗偏转、适应高转速特点。
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小井眼钻井完井技术
摘要:目前吐吐油田小井眼侧钻、加深技术是油田老井挖潜增效和套损井治理最有效的措施之一;但小井眼钻井完钻后,在完井过程中容易出现各种问题的井,占总井数67%;完井周期过长,占建井周期的50%左右。
为此对井筒处理、完井管柱结构优化、固井工艺等方面开展了研究,形成了小井眼完井技术系列,在现场取得了良好的应用效果。
关键词:小井眼井筒处理固井
1 小井眼完井技术对策
1.1 优化钻井液体系
针对小井眼存在环空间隙小、摩阻大、井壁稳定性差、下钻波动压力大、易发生测井仪器、套管下入难等问题,针对以上情况对钻井液提出了更高的要求。
根据纳米乳液钻井液技术的优点,在小井眼侧钻井中应用纳米乳液钻井液技术,既能保证钻井顺利,又能保证完钻后无需较大调整泥浆性,就能满足测井、下套管时泥浆性能要求。
纳米乳液聚合物钻井液的配方:46%坂土＋0.3%～0.5%KPAM+0.2%NaOH+1%NaHPAN+0.3%～0.5%CMC+0.2%XC+0.2%XY-27+2.5%～3%纳米乳液+1%～1.5%极压润滑剂。
纳米乳液聚磺钻井液:4%～6％坂土＋0.3%～0.5%KPAM+0.2%NaOH+0.3%～0.5%CMC+0.2%XC+0.2%SMT+2%SPNH+3%LYDF+2%SMP+1%PSC +2.5%～3%纳米乳液+1%～1.5%极压润滑剂。
根据现场实验证明,纳米乳液钻井液有以下优点:①该体系适用性强,可满足不同施工工艺过程要求。
②良好的润滑性和减阻防卡功能。
③强抑制性和稳定井壁功能。
④对储层较好的保护效果。
⑤对环境污染小。
1．2 井筒处理技术
测井和下套管是侧钻井最重要的工p根据实验可知水泥环厚度在12.7mm～25.4mm内,抗压强度随水泥环厚度增加而增加,在水泥环厚度大于25.4mm后强度增加较慢;而剪切强度随厚度增加而减小,渗透率随厚度的增加而增大,但是水泥环厚度在12.7mm～25.4mm内剪切强度降低和渗透率增加弧度较小,水泥环的厚度超过25.4mm,剪切强度急剧减小和渗透率急剧增大,一般小井眼选择水泥环厚度在20mm～25.4mm。
裸眼尺寸与配套套管推荐表如表1。
在φ139.7mm的套管内的侧钻井,主要采用φ118mm的钻头+1.25°
或1.5°φ95mm单弯螺杆,平均井径为φ135mm～φ140mm,一般吐哈油田主要采用特制φ95.25mm套管,一般不需要扩眼,就能满足施工要求;但是在钻头磨损后钻出井段井径小于φ130mm,这给下套管和测井带来了难度和风险,同时也无法保证固井质量,针对这种情况采用在井眼较小井段和在油层顶部以上30m～35m段进行扩眼。
管柱结构:φ118mm偏心PDC钻头+φ105转换接头+φ105mm定向接头＋φ102mm无磁＋φ104mm转换接头+φ73mm钻杆进行扩眼。
1.2.3 泥浆性能的处理
在测井前和套管前,为了能保证井筒的稳定,一般对泥浆性能不会做太大的改变,但是为了能保证测井一次成功,在下套管和测井前在裸眼段加入1%～2%塑料小球,保证井壁的润滑性。
1.3 优化套管串管柱结构
1.3.1 套管串设计
目前吐吐油田在Φ139.7mm套管内开窗侧钻、加深井主要采用尾管固井射孔完井,平均井径为φ135mm～φ140mm,为降低施工风险和降低钻井施工费用,选用Φ95.25mm套管完井,可以减少扩眼工序,又能满足固井施工质量要求。
管柱结构:浮鞋+Φ95.25mm套管1根+浮箍+球座+Φ95.25mm套管+Φ95.25mm短套+Φ95.25mm套管+空心胶塞+XG-YQ尾管悬挂器+送
入钻杆。
该套管串组合采用高强度新型套管,套管外径Φ95.25mm,套管抗内压45MPa,抗外挤48MPa,套管修复后通径为Φ84mm,可以满足修复后各种增产措施要求。
1.3.2 套管扶正器的选择
合理安放扶正器,使套管居中,是消除偏心环空窄间隙处滞留钻井液,提高钻井液顶替效率的重要措施,扶正器安放位置按套管偏心度e 为12.5%～33.3%进行优化设计。
套管扶正器安放原则见下三点。
(1)安装在井斜、方位变化较大的井段。
(2)安装在井径变化较规则的井段。
(3)扶正器间距安装应合理。
合理设计扶正器间距,能有效实现套管居中。
根据杆管相似原理,套管扶正器间距公式为:
式中:fmax为最大横向变形,mm;
E为钢材弹性模量,kg/cm2;
I为管柱轴惯性距,cm4;
qm为管柱在泥浆中一定长度质量,kg/m;
a为平均井斜角。
1.4 固井泥浆性能优化
1.4.1 水泥浆性能的选择
油气井的固井质量及其耐久性,直接关系油气井的生产寿命,对整个油田的开采和可持续发展都会产生重大的影响。
设计水泥浆时主要考虑:①增加水泥石的塑性形变能力,以提高水泥石的耐冲击破碎能力;
②提高水泥浆的防窜能力;③增加水泥浆凝结过程的微膨胀特性,以提高水泥环与套管和地层的胶结度。
微硅膨胀水泥体系有较好的流变性、足够的稠化时间、较高的水泥石强度、零自由水、失水量小、沉降稳定性好,参数如表2。
水泥浆配方:天山G级+3.0％微硅+1.5％降失水剂+0.08％减阻剂+0.6％防气pd为套管外径,cm;
Li为i段井眼长度,m;
n为流性指数。
4.3 顶替液的选择
目前固井都是采用固井车固井,流量计在低排量下和使用泥浆作为顶替液时误差较大,一般实行流量计和水罐双计量。
当用泥浆作为
顶替液时,由于泥浆中含有气泡计量不准确,实际顶替的液量经常要比计算出的液量少,会在套管内留较长的水泥塞,这给钻塞带来了难度。
经过现场多口井实验,采用清水作为顶替液计量比较准确,塞面比较容易控制;但是钻井液密度较高的井,用清水作顶替液时管柱内外压差较大,顶替压力较高,施工风险较大,对施工设备要求也较高。
经过现场实验一般钻井液密度小于1.3g/cm3,选用清水作为顶替液;当钻井液密度大于1.3g/cm3管柱内外差较大,选用钻井液作为顶替液,如果顶替液超过设计液量未能碰压,选择多替顶替液50L～100L顶替液。
1.4.4 注替水泥过程压力确定
在注水泥浆开始至碰压时要保证地面泵压不太高,又要保证一定的替速,还要保证无窄边滞留,这就是设计分析的关键。
可由以下公式计算得出:
当在139.7mm套管内注替水泥时,可由以上最低压力剃度公式计算出每米最低压力为0.00294MPa/m,如3000m的井眼最低压力在8.82MPa以上,完全能够达到无窄边滞留。
1.4.5 固井施工程序
(1)固井前调整好循环泥浆性能,保持泥浆粘度50s～60s范围内。
(2)固井前所有管线并按设计要求试压,保证管线不刺不漏。
(3)固井替浆采用固井车作业,实行流量计和水罐双计量。
(4)顶替液打完后,快速拔出插管,上提钻具4根～5根替出多余的水泥浆后,采用大排量循环钻井液到水泥浆达到初凝状态后起钻。
(5)24h后开始钻除悬挂器以上的水泥塞,保证36h内钻完小套管的水泥塞。
2 现场实施及效果评价
吐哈油田通过实施小井眼完井技术以来,在葡5-4井和红南9-9井试运行两口井,推广应用6口井,其中测井、下套管、固井一次成功5口井,单井完井周期提前4.7h。
3 结论
(1)吐哈油田形成了一套小井眼钻井完井技术体系,对今后小井眼完钻后,优质、高效完井具有重要指导意义。
(2)采用新型Φ95.25mm 套管串结构完井,不但可以减少扩眼工序和满足固井施工质量要求,而且也能满足后期修井、压裂等增产措施要求。
(3)小井眼套管居中是搞高固井重要因素,一般套管偏心度不能大于33.3%。
参考文献
[1] 刘乃震,王迁瑞.现代侧钻井技术[M].石油工业出版社,2009.
[2] 李广.悬挂小套管修复技术的施工工艺[J].胜利油田职工大学学报,2008.
[3] 刘飞,陈勇,李晓军,等.智能完井新技术[J].石油矿场机械,2010,39(2):87～89.。