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1、第五讲第五讲小井眼钻井技术小井眼钻井技术Slim Hole Drilling 主要内容主要内容小井眼的基本概念小井眼的基本概念小井眼钻井发展概况小井眼钻井发展概况发展小井眼钻井技术的原因发展小井眼钻井技术的原因小井眼钻井设备及工具小井眼钻井设备及工具小井眼井控技术小井眼井控技术小井眼完井技术小井眼完井技术小井眼钻井的应用小井眼钻井的应用 一、小井眼的基本概念小井眼的基本概念 对于小井眼的提法有各种各样，不尽相同，到目前为止没有统一的定义。1、美国Amoco公司 90%以上的井眼用小于6的钻头钻成。2、法国Elf公司 完钻井眼小于常规完钻井眼（81/2）的井统称为小井眼。3有的认为 70%以上的
2、井眼小于6。4还有的认为 环空间隙小于1的井眼。5.Bp 公司 套管层数少于常规井的井眼。二、小井眼钻井发展概况二、小井眼钻井发展概况 小井眼钻井早在50年代后期就发展起来。当时美国的Carter公司在犹他州，阿肯色州，路易丝安那州等地钻了108口小井眼井，得出的结论是钻小井眼井在经济上是合算的。据统计，50年代后期至60年代初，世界上有131家石油公司共钻了3200多口平均井深为1376米的小井眼井，明显降低了钻井成本。80年代中期以前，小井眼之所以没有引起石油界足够的重视，原因之一是当时的油价较高。原因之二是小井眼钻井技术还不完善。80 年代中期以来，由于油气价格的下跌，世界范围内石油工业
3、不景气，小井眼又引起广泛重视。三、小井眼钻井技术发展的原因三、小井眼钻井技术发展的原因 1 1、经济因素、经济因素 80年代中期油价下跌，迫使各石油公司用更廉价的勘探方法。小井眼便是其主要途径。据几家石油公司小规模实验统计，小井眼可节省钻井费用25-50%。在个别边远地区甚至使钻井费用降低75%。2 2、技术进步、技术进步 80年代，钻头，泥浆和井下动力钻具，井控等钻井技术与设备均取得重大发展，使安全经济地进行小井眼钻井成为可能。3 3、环境保护的压力小、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
4、4、勘探开发的需要、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。四、小井眼钻井设备及工具四、小井眼钻井设备及工具 （一）小井眼钻机（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，钻深能力 13
5、72 3658米。图图 1 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，例如瑞典井眼钻机，例如瑞典MicrodrillMicrodrill公司研制的小井眼钻机公司研制的小井眼钻机 钻深能力介于钻深能力介于800-1700m800-1700m之间之间 钻机总高钻机总高10.91m10.91m（相同钻深能力的常规钻机总高为相同钻深能力的常规钻机总高为40m40m）外形尺寸外形尺寸 9.50*3.53*10.919.50*3.53*10.91 井场占地井场占地25*32m25*32m，是常规钻机占地面积的是常规钻机占地
6、面积的1/41/4。（1）MD3型小井眼钻机 钻机重13吨，钻深能力1500m 井场布置如下图图 3（2）MD5小井眼钻机安装后 长宽高 9.5 3.53 10.91最大钻深 1500米配有先进的仪表 图 4直升飞机运输式小井眼钻机（直升飞机运输式小井眼钻机（Conoco印尼公司生产）印尼公司生产）是为在沼泽地区钻井而设计的，一次搬家需运输能力1.8吨的直升机运100架次。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连续软管钻井装置连续软管钻井装置图 7 （二）小井眼钻头及钻杆（二）小井眼钻头及钻杆 1 1、小井眼钻头、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
7、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 2、小井眼钻杆、小井眼钻杆 标准尺寸的钻杆 31 1/2 2 27 7/8 8有时也用23 3/8 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 1/4 4、11 1/2 2、13 3/4 4、2、23 3/8 8 和37 7/8 8的，可满足钻井和修井的要求。五、小井眼井控技术五、小井眼井控技术 （一）小井眼井控与常规井控的差别（一）小井眼井控与常规井控的差别 1
8、 1、环空间隙小、环空间隙小（小井眼环空体积小）图 8 与常规井眼相比与常规井眼相比，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：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。2 2、系统
9、的压力损失大、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
10、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。（二）小井眼井涌检测技术（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 1、AmocoAmoco公司井涌检测法公司井涌检测法（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
11、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 2、AnadrillAnadrill公司的井涌检测方法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。3 3、BPBP公司研制了一种小井眼井涌早期检测系统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
12、，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。为安全地钻小井眼，美国的Amoco公司还专门研制了小井眼井控专家系统。该系统可实时采集和处理钻井数据，及时检测井涌，并可自动执行井控措施。Amoco公司的小井眼井控专家系统 （三）小井眼压井方法（三）小井眼压井方法-动态压井法动态压井法 由于小井眼环空体积小，井涌来的快的特点，一般不能采用常规压井方法。小井眼环空压耗很大（占泵压的90%），动态压井是一种有效的小井眼压井法。1 1、动态压井法、动态压井法（动平衡压井）：动态压井是利用循环泥浆时产生的压动态压井是利用循环泥浆时产生的压力损
13、耗来控制地层压力。力损耗来控制地层压力。例：在图8所示的小井眼中，以3.15升/秒的排量循环泥浆时,当量循环密度(ECD)为1.15g/cm3;当排量增加到6.3升/秒时,井底的当量循环密度增至1.45g/cm3。通过改变排量、钻柱旋转速度和泥浆性能，就可控制小井眼井涌，而通过改变排量、钻柱旋转速度和泥浆性能，就可控制小井眼井涌，而不需要加重泥浆。不需要加重泥浆。2 2、动态压井的实施、动态压井的实施 （1 1）钻井过程实测环空压耗的大小。改变泵排量，在各种排量下实测环空压耗，并记录下来，以备动态压井时使用。（2 2）若检测到井涌，立即增大排量，从而增大泥浆柱对地层的压力。最大排量取决于地面管
14、汇的额定压力、地面泵的能力和裸眼井段的地层破裂压力。（3 3）将钻柱稍稍提起，关闭环行防喷器，使泥浆通过节流管线流出。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。来控制井涌。3 3、动态压井的优越性、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
15、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 4、应注意的问题、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，用环空压耗控制不好容易压漏地层，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。实践证明，某些小井眼也可用常规法压井，这要根据具体情况而定。决策程序如下：计算压井排量下的环空压降计算压井排量下的环空压降 计算常规压
16、井时的井底压力计算常规压井时的井底压力 常规压井会引起井漏吗？常规压井会引起井漏吗？不不 环空压降大于环空压降大于Pf-Ph?不不 采用常规压井采用常规压井 降低压井排量能使环空压降降低压井排量能使环空压降 减少到减少到Pf-Ph或以下吗或以下吗?是是 采用小井眼压井采用小井眼压井 六、小井眼完井六、小井眼完井 小井眼可用常规的完井方法（裸眼完井.尾管注水泥完井.割缝衬管完井等)。常用单筒完井法,可降低小井眼完井费用,增大小井眼油气流动通道,提高小井眼油气产量。（单筒完井是英国油公司80年代提出的）单筒完井的特点是生产管柱（油管柱）封固到井口，直接用做采油通道。也称“无油管完井”七、小井眼钻井
17、的应用七、小井眼钻井的应用 小井眼的应用范围很广，既可用于边远地区和地面条件恶劣的地区（如层林、沼泽、滩海等）的勘探与开发，也可用于老油田的再勘探和再开发。在环保要求严格的地区也可用小井眼钻井，以减轻对环境的影响。就井的类型而言，小井眼适用于：1、探井、开发井；2、直井、定向井、水平井；3、浅井、深井、超深井；4、低产井、中产井。三个重要应用领域：小井眼水平井、老井侧钻、老井加深 八、结束语八、结束语 1 1、关于小井眼，目前还没有一个统一的定义。、关于小井眼，目前还没有一个统一的定义。2 2、小小井井眼眼钻钻井井是是低低油油价价下下降降低低勘勘探探开开发发费费用用的的一一种有效途径。种有效途
18、径。3 3、连连续续取取心心探探井井结结合合小小量量地地震震勘勘探探有有助助于于减减少少勘勘探探风风险险，降降低低勘勘探探费费用用，缩缩短短勘勘探探周周期期，提提高高勘勘探探准准确性。确性。4 4、钻钻小小井井眼眼一一般般能能节节省省1540%1540%的的费费用用，在在边边远远地区节省的费用会更多。地区节省的费用会更多。5 5、小小井井眼眼钻钻井井能能节节省省套套管管、水水泥泥、泥泥浆浆等等材材料料的的消消耗耗量量，减减少少泥泥浆浆和和钻钻屑屑的的处处理理量量。利利用用现现有有的的石石油油钻钻机机也也能能钻钻小小井井眼眼。但但如如用用小小型型石石油油钻钻机机、矿矿业业连连续续取取心心钻钻机机
19、、钻钻修修两两用用钻钻机机、专专门门研研制制的的小小井井眼眼钻钻机机或或连连续续软软管管作作业业装装置置钻钻小小井井眼眼，还还能能大大幅幅度度减减少少井井场场占占地地，进进一一步步减减少少环环境境污污染染和和降降低低钻钻后后井井场场占占地地的的修修复复费用。费用。6 6、小井眼特别适用于边远地区、运输困、小井眼特别适用于边远地区、运输困难及地面条件恶劣的地区，以及环境敏感地难及地面条件恶劣的地区，以及环境敏感地区。区。7 7、小小井井眼眼的的应应用用范范围围广广泛泛，其其中中小小井井眼眼水水平平井井、现现有有井井侧侧钻钻和和加加深深是是小小井井眼眼的的三三个个重要的应用领域。重要的应用领域。8
20、 8、连连续续软软管管钻钻井井在在技技术术上上也也是是可可行行的的。连连续续软软管管钻钻井井技技术术是是国国外外近近年年来来的的一一个个研研究究热热点点，正正处处在在迅迅速速发发展展之之中中。随随着着连连续续软软管管强强度度和和可可靠靠性性的的增增强强，专专用用井井下下工工具具的的不不断断改进，应用将不断增加。改进，应用将不断增加。9 9、小小井井眼眼是是一一项项系系统统工工程程。小小井井眼眼钻钻头头测测井井、完完井井、试试井井、射射孔孔、采采油油和和修修井井等等技技术术已已引引起起高高度度重重视视，这这些些技技术术的的不不断断发发展展将将进一步推动小井眼的广泛应用。进一步推动小井眼的广泛应用。谢谢！谢谢！二二0000七年三月七年三月