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
BP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/mm
444.5 311.1
215.9 339.7
244.5
139.7
158.8
120.6
85.9
139.7
98.0
73.9 Amoco公司2400m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/mm
444.5 311.1 215.9
339.7
142.9
114.3钻杆
215.9
152.4
111.1
177.7
127.O
93.9
Nabors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/mm
311.1 209.6 155.6 104.8
244.5
177.8
127.0
93.9钻杆
311.1
215.9
139.7
103.2
77.O
244.5
177.8
127.0
93.9
69.9
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。

在深层、中硬地层钻井及扩眼效果比较好。

穹形设计在耐磨结构上更紧凑，更适用于钻较硬岩石。

（3）阿莫科公司开发出了避免小型聚晶金刚石（PDC）过早损坏的抗涡旋钻头，具有较强的穿透能力，钻速高。

（4）美国Maurer工程公司研制的混合型PDC/TSD高效钻头特别是用于钻软硬交错地层。

其结构特点是：PDC切削齿置于齿前排上，以高速度钻软地层；而TSD切削齿置于PDC切削齿的后排上，用于钻易损坏PDC切削齿的硬夹层。

（5）在连续取心作业中，1000~3000m的井，59%使用金刚石取心钻头。

2.国内小井眼钻头
国内许多专业钻头厂、各油田科研单位及石油院校都在进行小井眼钻头研究与开发。

以江钻股份有限公司、成都钻头厂为代表的牙轮钻头专业生产厂家，小井眼钻头规格多，品种齐全，最小钻头直径 117.5mm。

以四川川石·克锐达金刚石钻头专业生产厂家，小井眼金刚石钻头自成系列，不仅品种多而且规格齐全。

大港中成机械制造有限公司为代表的油田生产厂家也开发小井眼金刚石钻头，及具有特殊用途的双心扩眼钻头。

石油院校可以针对地层设计具有个性化的钻头及新型钻头，如西南石油学院研究设计的单牙轮钻头，石油大学可以针对特殊地层设计具有个性化的PDC 钻头。

1）小井眼三牙轮钻头系列
江钻股份有限公司小直径钻头系列比较齐全，牙轮钻头直径有Φ149.2mm、Φ152.4mm、Φ155.6mm、Φ165.21mm四种规格。

成都钻头厂主要牙轮钻头生产的小直径牙轮钻头有Y系列和SH系列钻头。

Y系列钻头为滚动轴承，有三种系列；SH系列钻头为滑动密封轴承保径，有四种系列。

2）以四川川石·克锐达金刚石钻头有限公司、大港中成机械制造有限公司为代表，生产天然金刚石、聚晶金刚石（PDC）、热稳定聚晶金刚石（TSD）钻头。

四川川石·克锐达金刚石钻头有限公司专门针对小井眼研发的星系列（STR）金刚石钻头，有14个规格37种钻头。

3）特殊用途的双心扩眼钻头
双心钻头可用于特殊钻井作业，如定向井专用定向造斜钻头；为了保证固井质量，对钻成的小井眼扩眼，或者用于开窗侧钻，能够获得较大直径的井眼
3.小井眼钻井液体系
国外小井眼钻井用于连续取心的较多，通常要求钻井液低固相、低粘度、强抑制性、低失水。

1987年Amoco公司在俄克拉荷马州Cattoosa附近钻了一系列小井眼井和连续取心井，使用了阳离子聚合物/盐水钻井液作连续取心液，即CBF钻井液，取得了良好的效果。

现在CBF钻井液已全面用于小井眼钻井作业。

Amoco公司随后又研制出一种适合小井眼钻井液的加重材料：一种颜料级重晶石，降低高速旋转固相含量在钻杆壁上沉积现象。

同年Shell公司开始研究小井眼技术，研制出甲酸盐盐水钻井液体系，因此钻井液体系成功地完成井深达5000m的小井眼探井和开发井。

该体系易于维护，对金属无腐蚀，耐高温可达170℃。

1992年Shell公司对甲酸盐复配的钻井液进行了现场实验。

1991年Total公司在加蓬小井眼
探井Nyanyoul连续取心阶段用K2CO3/乙二醇制成的水基钻井液满足了小井眼钻井和取心的要求。

BP公司也研制出一种SH7X钻井液。

它们都具有良好的润滑性和页岩抑制性。

1993年Elf公司在巴黎钻了两口超小井眼井（钻头4 1/2in）LTR1、LTR2，分别采用水解聚丙烯酰胺和
井况区块特点钻井液体系配方
深井尾管中原
文72
块防卡漏抗高
温
相对密度大
3%QS-2（超细CaCO3）+1.5%FL+1.2%SMP
（液体）+0.5%LV-CMC+2.5%腐殖酸钾
+2%C-8501
深井尾管胜利
坨71
块高相对密度淡水+5%~6%膨润土+2%~3%无荧光防塌剂
+3%~4%正电胶（浓度13%）
+0.5%~1%PHP+1%NH4-NPAN
老井侧钻水平井辽河稳定井壁
防粘卡漏
XC生物聚合物钻井液+氧化沥青+固体润
滑剂
老井开窗侧钻中原防卡漏4%膨润土基浆
+0.3%MMH+2%SDX+1.5%SMP+0.5C9501+
1%LFT-重晶石粉
短半径
水平井
大庆低固相CBF钻井液
低产井松南GSP-KHm聚合物泥浆体系，钻开油气层
前转化为PKZ-
Ⅱ型完井液实现屏蔽暂堵，主要处理剂
为K-PAN\NH4
-PAN\GSP\RH65和891
低产井吉林小阳离子聚合物钻井液
侧钻小井眼大港
官3断
完井段：基浆+1%200目
CaCO3+2%QS-2+2%~3%D单向暂堵剂
水平井块+3%EP-1
深井尾管塔里木抗高温KCL HTPloyard钻井液体系：
KCL+XCD+X-CID207+KLAGARD
老井开窗华北钾胺基聚合物钻井液。

4%膨润土
+0.2%KPAM+0.5%
NPAN+0.2%XY-27+1%ZFJ+2%RT9501
浅油层小井眼丛式井长庆稳定井壁
防粘卡
无固相和低固相钻井液。

无固相体系:
水+0.1%~0.2%
PHP或KPAM+0.3~0.5%CSJ-1+提粘剂；
低固相体系：2%~4%膨润土
+0.3PAC141+0.5%~1.0%FL-1+0.3%CSJ
-1+润滑剂等。

PHPA钻井液。

1996年HS能源公司在Deven-Julesburg Basin，Colorodo 小井眼钻井中，用2%或稍多于2%KCL与聚合物、降失水剂配置的水基钻井液，该钻井液具有易剪切、高切力、低粘度（30~40mPa•s）。

Forasol 公司在罗马尼亚三口探井使用KCL/PHPA钻井液，证明对确保优质的井眼条件非常有效的，钾含量保持30000mg/L以上，饱和盐水钻井液被用来钻盐层。

同年法国Francais DU Petrole研究所与Fina Chemicals共同研制出一种生物降解脂基润滑剂，减少延伸井和小井眼井扭矩过大及压差卡钻风险。

各油田使用的钻井液体系主要有：正电胶钻井液、小阳离子聚合物钻井液、钙基钻井液、CBF钻井液、XC生物聚合物钻井液、强抑制性聚合物钻井液。

4.. 国内钻机系列
国内钻机系列可分为钻深能力1000m左右钻机和钻深能力大于1200m钻机两大类。

钻深能力1000m左右钻机
这种类型的钻机没有形成系列，各油田根据自己的实际情况用修井机或车载钻机改造而成。

（1）XJ-450钻机是长庆油田用车装修井机改造而成，最大提升能力784kN，转盘扭矩39.2kN·m，配备F-500钻井泵，可钻井深1200m。

（2）XJ-350钻机是长庆油田用车装修井机改造而成，最大提升能力670kN，转盘扭矩39.2kN·m，配备F-500钻井泵，可钻井深1000m。

（3）TB50钻机是长庆油田用车装钻机改造而成，最大提升能力490kN，转盘扭矩28.3kN·m，配备NB-350钻井泵，可钻井深800m。

（4）K61钻机是吉林油田机械厂制造的车载小井眼钻机，最大提升能力300kN，配3NC350钻井泵，可钻井深700m。

2.钻深能力大于1200m钻机系列
国内能够制造小型钻机的厂家比较多，其中宝鸡石油机械厂、南阳石油机械厂、第四石油机械厂生产的ZJ系列小型钻机种类比较齐全，这些小型钻机可以用于小井眼钻井。

1）宝鸡石油机械厂钻机系列
宝鸡石油机械厂生产的小型钻机结构形式以传统的模块式为主，开发了电动钻机和使用于丛式井组钻井的钻机（底座带轨道），见表1。

钻机型号最大钩载
（kN）
钻井泵型
号
及参数
转盘转速
（r/min）
钻井深度
（m）
（ 114mm/
Ø88.9mm钻
杆
备注
ZJ15/585 585 F-500 1台29.6~287 1000/1260 ZJ15/900 900 NB1-350 2
台
排量
24.8L/s
泵压
12.7MPa
62~276 1500/1930
ZJ15/900D
B-1 900 F-1000 1
台
1500/1930 电动钻机，
绞车
无级变速
ZJ20/1350
ZDB 1350 F-1300 1
台
0~136
136~277
2000/2500 电动钻机，
绞车
无级变速
ZJ20/1350
Z
1350 F-800 2台2000/2500 车载钻机
ZJ30/1700
B 1700 F-1300 1
台
3000/3850 底座带轨道
ZJ30/1700
DZ 1700 F-1300 1
台
0~136
136~277
3000/3850 电动钻机，
绞车
无级变速
ZJ30/1700
JD 1700 F-1300 1
台
3000/3850 电动钻机，
绞车
四正一倒
ZJ30/1700 1700 F-800 2台3000/3850 2）南阳石油机械厂小井眼钻机系列
南阳石油机械厂生产车载式和橇装模块式轻型钻机，这两种系列的钻机共同特点是结构紧凑，占地面积小，特别适应小井眼钻井。

（1）车载轻型钻机（表2）的特点：
①整机布置结构紧凑，装有绞车、井架、液压绞车、柴油机、液力变速箱、辅助刹车、角（并）传动箱、转盘传动箱、液气控制系统，集装化程度高，占地面积小。

②底盘为重载8×6、10×8、12×8、14×8常驱动自走底盘，采用动力转向系统，钻机的通过性，越野性好。

③井架为前开口、双节套装，液压起放及伸缩。

④车装钻机及配套部件集装化程度高，占地面积小。

序
号
产品型号ZJ10 ZJ15 ZJ20 ZJ30
1 结构型式自走式
2 钻井深度
（Φ127/Φ88.9
）（m）1000/15
00
1500/2300 2000/3000 3000/4500
3 最大钩载（kN）900 1125 1580 1800
4 发动机型号CAT3406
B CAT3408BD
ITA
CAT3412BD
ITA
CAT3408BDIT
A×2
5 发动机功率（kW）268.5 394 485 394×2
6 传动型式液力+机械
7 转盘型号ZP175 ZP175 ZP175 ZP205
8 移动时
外形尺寸（mm）16.7×
2.8
×4.3
18.8×2.8
×4.3
20.5×2.8
×4.45
22.5×2.85
×4.45
9 钻井泵型号F500 F800 F1000 F1000
10 柴油机
（配钻井泵）12V183T
E32
(407kW)
CAT3412
(530kW)
CAT3412
(735kW)
CAT3412
(735kW)
（2）橇装模块式轻型钻机（表3）的特点：
序
号
产品型号ZJ10 ZJ20 ZJ30
1 结构形式橇装模块式
2 钻井深度1000/1500 2000/3000 3000/4500
（Φ127/Φ88.9）（m）
3 最大钩载（kN）675 1200/1580 1800/2250
4 发动机型号CAT3406B CAT3408DITA
CAT3412DITA CAT3408BDIT
A×2
5 发动机功率（kW）268.5 394+485 394×2
6 转盘型号ZP175 ZP175 ZP205
7 钻井泵型号F500 F800 F1000
8 钻井泵柴油机12V183TE32
(407kW) CAT3412(530
kW)
CAT3412(735
kW)
9 搬迁车次9~12 12~14 18~20
①主机橇由绞车、井架、液压绞车、柴油机（或电动机）、液力变速箱、辅助刹车、角（并）传动箱、转盘传动箱、液、气控系统组成。

②转盘传动箱可实现正、倒挡，可适应各种钻杆螺纹的旋转作业；配备反扭矩释放装置，保证钻井过程钻杆变形能安全释放。

③井架采用、前开口无绷绳、双节或三节伸缩形式，机械起放、伸缩形式，也可采用液压缸起放、伸缩。

④整机运输方便，搬迁车次少，拆装准备时间短。

⑤钻机集装化程度高，每班只需5~6人操作，占地面积小。

第四石油机械厂小井眼钻机系列
第四石油机械厂生产的车装钻机（表4）是一种自走式轻型钻机，采用自走底盘、Ⅱ形伸缩井架，具有越野性好，移运方便等特点。

车载柴油机输出动力，双发动机并车作业，适用于3000m以内的中浅井作业。

动力传动系统采用ALLISON液力传动箱，传动平稳。

发动机油门、换挡采用远程气控装置。

型号钻井深度(m)
（Φ114/Φ88.9
钻杆）井架高
度
（m）
最大载
荷
（kN）
最大钻
柱
重力
（kN）
移运底盘
ZJ07 700/900 12.8 226.8 ——二类底盘
/6×4
ZJ20 2000/2500 35 1350 705 自走底盘
/12×8 ZJ30 3000/3600 36 800 882 自走底盘
/14×8 。

4.新型钻头
（1）单牙轮钻头：
由于小直径三牙轮钻头尺寸小、强度低，不能加较大的钻压来提高破岩效率。

西南石油学院研制了单牙轮钻头，并在辽河油田和塔里木油田现场应用。

单牙轮钻头直径在Φ108~Φ152.4mm，使用与泥岩、砂岩、泥页岩、软花岗岩等岩石钻进。

机械钻速比相同直径三牙轮钻头提高30%，单只钻头进尺比同尺寸三牙轮钻头提高20%。

小直径单牙轮钻头之所以比同尺寸三牙轮钻头钻速高、可靠性高、寿命长，其主要原因是单牙轮钻头牙轮轴及轴承尺寸大于三牙轮钻头，钻头的强度、密封性能大大提高；牙轮尺寸比三牙轮大，使得切削齿增大，提高了钻头的破岩效率。

（2）个性化PDC转头设计：
PDC钻头的特点是能够适应高转速、低钻压，具有提高机械钻速，防井斜的特点。

但是应用PDC钻头抗冲击能力差，要求地层岩性要均匀，如果有；硬夹层很容易崩齿，使钻头早期失效。

因此，必须根据现场情况对PDC钻头进行个性化设计。

1999-2000年长庆油田与石油大学（北京）合作，针对安塞地区地层特点，进行了PDC钻头攻关研究，研制出了BM425系列PDC钻头。

4.1小井眼定向井钻井螺杆钻具及测量仪器
1.螺杆钻具
国内外螺杆钻具的生产技术都已成熟，国内生产螺杆钻具的厂家比较多，以北京石油机械厂为代表的小尺寸螺杆钻具参数见表5。

螺杆钻具有各种特点，直条、螺旋、对称、非对称等不同形式的稳定器，使导向钻具具有较高的造斜率；单弯、双弯、三弯以及小偏移距、大偏移距等形式多样的弯
钻具型号马达流量范
围
（L/s）马达压
降
（Mpa）
额定扭
矩
（N•m）
最大扭
矩
（N•m）
推荐钻
压
（kN）
功率
（kW）
5LZ60×7.0 1.26~3.13 2.5 160 280 5 2.3~56.
03
5LZ73×7.0 1.26~5.05 3.5 275 480 12 3.5~13.
82
5LZ89×7.0 2~7 4.1 560 980 18 5.6~19.
35
5LZ95×7.0 4.73~11.0
4
3.2 710 1240 21 10.4~23
.79
C5LZ95×
7.0 5~13.33 6.5 1490 2384 55 21.8~59
.3
角组合；使导向螺杆钻具能适用于各种不同的钻具组合；部分型号导向螺杆钻具可配置地面可调弯壳体和可换式稳定器，方便螺杆钻具的选型和使用。

2.小井眼定向钻井测量仪器
定向钻井的测量仪器有四大类：磁性单、多点测斜仪；电子单、多点测斜仪；有线随钻测量仪；无线随钻测量仪（MWD）。

用于常规井眼的仪器规格≥ 45mm。

随着小井眼钻井、开窗侧钻定向井、水平井钻井技术的不断发展，已开发出了适应于小井眼的有线随钻测量仪、无线随钻测量仪（MWD）。

5.小井眼钻井技术的应用
1. 小井眼井钻井概况
采用ZJ15型钻井施工,最大载荷800 kN,经过分析计算采用120 mm钻铤120 m,名义重量为79kg/m,采用88. 9 mm钻杆,名义重量为19. 81 kg/m。

完钻的两口小井眼井统计数据见表1。

表8三口小井眼井钻井指标统计表
项目关29 - 50 关143 - 154 关143 - 152
完钻井深(m) 2250 2205 2234
纯钻时间( h) 240. 72 220. 17 220. 38
平均机械钻速(m /h) 9. 35 10. 01 10. 14
钻井周期( d) 20. 92 14. 72 13. 92
完井周期( d) 23. 83 19. 00 18. 54
小井眼钻井技术不断提高,平均机械钻速逐步提高,钻井周期逐步缩短。

2. 钻具组合第一口井由于小井眼轨迹控制的问题,经验不足,先后七次倒换钻具组合,试验了“四合一”钻具组合,“PDC +单扶”钻具组合,“牙轮钻头+光钻铤”的常规钻具组合等。

通过后两口井的实验,逐渐确定了“四合一”的小井眼钻具组合(见表9) 。

表9
井段钻具组合
直井段- ª172PDC ×0. 25 + 7LZ140 ×1°×7. 12 + ª140
造斜段SDC ×0. 9m + ª162Stab ×1 + 311 ×310 ×0. 46m
+ ª120NMDC ×1 根+ ª120DC ×14 根+
ª88. 9DP + 311 ×310 ×0. 46 + 88. 9KL
稳斜段ª172PDC ×0. 25 + 7LZ140 ×1. 25°×7. 12 +
ª140SDC ×3. 8m + ª162Stab ×1m + 311 ×310
×0. 46m + ª120NMDC ×1 根+ ª120DC ×14
根+ ª88. 9DP + 311 ×310 ×0. 46 + 88. 9KL
参考文献
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