石油鉆探小井眼鉆井技術(shù)優(yōu)秀課件

1、石油鉆探小井眼鉆井技術(shù)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 加里福尼亞承包的68口井，全是小井眼直井。 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%。 小井眼鉆井技術(shù) 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(gè)方面定義小井眼是大家承認(rèn)的。 (1) 依據(jù)環(huán)空尺寸大??； (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：

2、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。 小井眼鉆井技術(shù) 2.小井眼的優(yōu)點(diǎn)與不足 小井眼鉆井的優(yōu)點(diǎn)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）； 小井眼鉆井技術(shù) 2.小井眼的優(yōu)點(diǎn)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(duì)比，每米少11.16kg； 4).由于小井眼所用鉆具和套管尺

3、寸小所以選用的鉆機(jī)及其相應(yīng)的設(shè)備減小； 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(dòng)費(fèi)用； 小井眼鉆井技術(shù) 2.小井眼的優(yōu)點(diǎn)與不足 7).對(duì)于舊井可以重新加深并完井； 和加拿大很多老井由于長(zhǎng)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 。某公司使用一臺(tái)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。小井眼鉆井技術(shù) 2.小井眼的優(yōu)點(diǎn)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(shí)的占地面積

4、，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(chǎng)打完井后必須將墊井場(chǎng)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(chǎng)小則減少污染面積，減少運(yùn)土量，也減少鉆井液用量。 小井眼鉆井技術(shù) 2.小井眼的優(yōu)點(diǎn)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(jì)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(duì)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)

5、能等。 小井眼鉆井技術(shù) 2.小井眼的優(yōu)點(diǎn)與不足 表1 平均井深，4267m的?，F(xiàn)井與小井眼井的比較 小井眼鉆井技術(shù) 2.小井眼的優(yōu)點(diǎn)與不足 小井眼鉆井的不足之處： 小井眼有很多優(yōu)點(diǎn)，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(duì)大井眼來說也存在不少缺點(diǎn)，這些缺點(diǎn)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(cè)井工具受到限制，現(xiàn)有測(cè)井儀器還不能完全滿足各種小井眼測(cè)井需要； 4).鉆井工具受限制。品種少，難以達(dá)到用產(chǎn)要求 。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、

6、安裝、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； Amoco及哈里伯頓公司根據(jù)室內(nèi)、現(xiàn)場(chǎng)及各種條件下的試驗(yàn)，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。小井眼鉆井液必須滿足小井眼鉆井及取心要求：(3)有抑制、穩(wěn)定頁巖并能使井眼接近標(biāo)準(zhǔn)尺寸；CBF鉆井液的維護(hù)小井眼鉆井、井場(chǎng)小則減少污染面積，減少運(yùn)土量，也減少鉆井液用量。120mm89mm套管小井眼鉆井的優(yōu)點(diǎn)在于：尚需攻關(guān)的技術(shù)問題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

7、鉆桿加拿大6-6-30-16井，在井深571m以上部分用的就是轉(zhuǎn)盤鉆井。這兩種鉆頭有時(shí)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。(3)轉(zhuǎn)盤和井下馬達(dá)同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)完成鉆井工作。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(shí)一般采用TSD熱穩(wěn)定性鉆頭。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(shí)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；(7)鉆機(jī)選擇5).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(jì)來選配相應(yīng)的鉆機(jī)

8、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(diǎn)，可以起下立柱，下套管更為方便。連續(xù)取心就是在打井時(shí)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、改換。這樣取出的巖心直徑一般在43.5mm85.1mm，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

9、眼上進(jìn)行連續(xù)取心，從井深369m開始取心，至到2991m，取心長(zhǎng)度2621m，收獲率達(dá)99.4%，巖心直徑84.96mm。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(dòng)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(shí)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。 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

10、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(dòng)完成鉆井工作，在鉆井時(shí)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(dòng)完成鉆井工作。但鉆井時(shí)必須通過助推器給鉆頭加壓。 (3)轉(zhuǎn)盤和井下馬達(dá)同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)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)。 小井眼鉆井技術(shù) 4.小井眼井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.1小井眼井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的問題 (1)井眼穩(wěn)定 (2)油井產(chǎn)量 (3)完井測(cè)試 (4)取心 (5)壓裂 (6)鉆井中測(cè)斜 (7)鉆機(jī)選擇 小井眼鉆井技術(shù) 4.小井眼井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

11、 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 6786mm裸眼完井） (3)生產(chǎn)井完井井眼尺寸 114120mm下89101mm油層套管、如果油層致密可用6773mm裸眼完井）。 (4)目前大部小井眼為 120170mm 170mm101mm套管 120mm89mm套管小井眼鉆井技術(shù) 5.小井眼鉆具結(jié)構(gòu)及工具 5.1鉆具結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 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(dòng)，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 小井眼鉆井技術(shù) 5.小井眼

12、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(dòng)力鉆具 (5)小井眼鉆頭 在鉆小井眼時(shí)，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(duì)而言進(jìn)尺少、壽命短，但由于地層因素所致，有時(shí)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， 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

13、這兩種鉆頭有時(shí)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(shí)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。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(huì)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(duì)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

14、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； 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(shí)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(chǎng)及各種條件下的試驗(yàn)，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。 (1)井眼穩(wěn)定 (2)油井產(chǎn)量三個(gè)電磁流量計(jì)分別裝在立管、導(dǎo)管出口和鉆井液補(bǔ)充罐出口上，主要用來測(cè)量鉆井流量變化情況，大鉤載荷傳感及位置傳感器測(cè)鉤載變化，通過這些變化確定井下氣、水浸變化量，以達(dá)到報(bào)警目的。(3)有抑制、穩(wěn)定頁巖并能使井眼接近標(biāo)

15、準(zhǔn)尺寸；三個(gè)電磁流量計(jì)分別裝在立管、導(dǎo)管出口和鉆井液補(bǔ)充罐出口上，主要用來測(cè)量鉆井流量變化情況，大鉤載荷傳感及位置傳感器測(cè)鉤載變化，通過這些變化確定井下氣、水浸變化量，以達(dá)到報(bào)警目的。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(shí)一般采用TSD熱穩(wěn)定性鉆頭。(2)為了保證正常加壓，及減少鉆柱振動(dòng)，在下部鉆具組合安放助推器；牙輪鉆頭由于軸承小，相對(duì)而言進(jìn)尺少、壽命短，但由于地層因素所致，有時(shí)還必須使用。(3)有抑制、穩(wěn)定頁巖并能使井眼接近標(biāo)準(zhǔn)尺寸；(4)由于井眼小，形成井噴的時(shí)間短，井控難度增大。但鉆井時(shí)必須通過助推器給鉆頭加壓。平均每口井費(fèi)用2百萬美元，而過去在同一地區(qū)打井

16、每口井要655萬美元 ；(3)完井測(cè)試 (4)取心(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(duì)低轉(zhuǎn)數(shù)鉆機(jī)來說可能影響小些；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、安裝、小井眼鉆井方式可以分成以下三種基本方式：(2)由于小井眼環(huán)隙小、壓降高，所以要求鉆井液粘度低；小井眼鉆井技術(shù) 6.小井眼鉆井液 CBF鉆井液性能 小井眼鉆井技術(shù) 6.小井眼鉆井液 CBF鉆井液的維護(hù) 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。

17、小井眼環(huán)空水力學(xué)計(jì)算模式、方法與常規(guī)井不同之處在于： (1)鉆柱轉(zhuǎn)速成對(duì)環(huán)空流場(chǎng)影響很大。 (2)環(huán)空流動(dòng)不僅是泊利葉流，還會(huì)出現(xiàn)庫特流。 (3)水力能量的90%消耗在流動(dòng)壓降，因此水力清巖，破巖功能大大降低 . 小井眼鉆井技術(shù) 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。 小井眼套管剛度比大井眼套管剛度小，所以固井后由于水泥漿放熱造成的膨脹，可能導(dǎo)致套管彎曲，因此在固井時(shí)要充分使用扶正器，保證套管居中。 由于環(huán)隙小，水泥環(huán)薄，為了提高固井質(zhì)量，除提高水泥漿質(zhì)量外，國外在固井施工作中采用電腦控制水泥漿密度及高能攪拌混合器，增加水泥的水化程度。 小井眼鉆井技術(shù) 9.小井眼井控 小井眼環(huán)空容積較常規(guī)井眼小的多，從而井涌到井噴時(shí)間很短，東方人Eastman公司研究出一種井涌檢測(cè)系統(tǒng)，它可以檢測(cè)出井筒內(nèi)鉆井液20l/min變化量，井涌監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由三個(gè)電磁流量計(jì)，大鉤位置傳感器，大鉤載荷傳感器及計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)組成。三個(gè)電磁流量計(jì)分別裝在立管、導(dǎo)管出口和鉆井液補(bǔ)充罐出口上，主要用來測(cè)量鉆井流量變化情況，大鉤載荷傳感及位置傳感器測(cè)鉤載變化，通