第12章 小井眼钻井工艺重点讲义资料

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1、第十二章 小井眼钻井工艺第一节 小井眼定义和用途2一小井眼定义2二小井眼的用途和前景2三小井眼的局限性和难度2第二节 小井眼钻井设备2一套管程序3二固井3三钻井液4第三节 钻 头4一钻头的种类4二钻头类型的选择4第四节 小井眼钻具5一钻具的种类5二小井眼钻具组合5三小井眼对钻具的要求6第五节 小井眼连续取心技术6一小井眼连续取心的特点6二小井眼连续取心用的工具7第六节 小井眼井控7一小井眼井控与常规井的差别7二小井眼的溢流检测8三小井眼压井方法8四小井眼井控设备分类9第七节 连续油管技术9一连续油管的材质及其物理机械性质9三连续油管的地面设备10四连续油管的使用寿命12五连续油管在小井眼钻井中

2、的应用范围12六连续油管钻井的优点和局限性13参 考 文 献14第一节 小井眼定义和用途一小井眼定义到目前为止，还没有一个统一的小井眼定义。美国阿莫科Amoco）公司认为，不少于 90以上的井段是用直径小于177.8毫米（7 英寸）的钻头钻成的井眼，或70以上的井段 直径小于 152.4毫米（6 英寸）的井称小井眼。我们认为只要能满足以下条件之一的就可称 为小井眼：1一口井中90井段是用直径小于177.8毫米（7英寸）的钻头钻成的井眼。 2水平井水平段的井径小于200毫米（778英寸）的井眼。3在老井眼开窗侧钻、加深，井径小于177.8毫米（7英寸）的井眼。4.井的最后一段井眼直径通常是从95

3、.2104.8毫米（33/4。41 / 8英寸），从中可 获得大量评价井的资料，可在该井眼内进行完井作业的井。二小井眼的用途和前景经过石油工业几十年的共同努力，小井眼技术日臻完善，可在很多领域发挥效益。1. 钻早期勘探井和评价井：在浅海区域采用简易平台钻小井眼探井或评价井，进行早期地质勘探和评价，可以减少资金的投入。2. 钻开发井：对井深较浅、单井产量低的边际油田，采用小井眼可以节约开发投资，提高经济效益。3. 提高老油田的产量：利用小井眼钻井技术，重返老井进行加深、侧钻、钻大斜度或水平井，进行二次开采，使老井产量提高。4. 借助国际经验、技术优势，建立我国海洋石油钻井作业的小井眼体系，使小井

4、眼技术在我国海洋石油钻井作业中逐步成熟和发展。三小井眼的局限性和难度尽管小井眼具有广泛的用途，但还存在一定的局限性，主要有以下几方面：1. 某些技术还不过关，小井眼钻井中使用的硬件和软件还未能完全满足需求。2. 钻探深度受到限制，加深钻探时的技术难度更大。3. 井控困难。4. 井下事故和复杂情况不易处理。第二节 小井眼钻井设备目前，我国海上现有钻井设备都能满足钻小井眼的要求。当前国际上适用于小井眼的钻机有石油钻机、矿业连续取心钻机、混合钻机和连续油管作业钻机等。这些钻机的共同特点是小而轻、结构简单紧凑、噪音小、操作人员少，多数采用顶部驱动或动力水龙头而不用转 盘，还配有先进的数据采集系统、监控

5、装置，提高了小井眼钻井速度和成功率。一套管程序小井眼套管程序的确定，与常规井基本相同，只是套管直径相对减小。它主要根据地质 目的、油层深度、地层特性、异常孔隙压力和可能发生的复杂情况，决定所采用套管的层数、 直径大小和所下深度。此外，还根据不同海域的风浪大小和冰情,选用不同的隔水导管。常 用的各层套管尺寸如下：1隔水导管：762毫米（30英寸）、609.6毫米（24英寸）、508毫米（20英寸）等。2技术套管:339.72毫米（133/8英寸）、244.47毫米（95 / 8英寸）、177.8毫米（78 8英寸）、168.27毫米（65/8英寸）等。图1 1典型小井眼钻井系统3.生产套管：13

6、9.70毫米（51/2英寸）、127毫米（5英寸）、114.3毫米（41 / 2英 寸）、76.20毫米（3英寸）等。二固井小井眼因井身结构简单，环空间隙小、套管尺寸小、强度低，固井设计和施工时应考虑 以下问题。1 和常规井一样，小井眼固井可根据有无浅气层、井的深度和水泥上返高度等情况， 可采用单级或双级注水泥。2. 为有效地支撑管柱，防止套管柱通热膨胀弯曲，通常管外水泥应尽可能返高，管内 要留较长水泥塞。为使套管柱居中，并防止管柱弯曲，可在套管柱上多加扶正器等。3. 在设计水泥浆时着重考虑其流变性，应选择流动性好，触变性能强和低失水的水泥 浆。固井施工时要严格控制泵压和排量，以免因环空流动阻

7、力过大而压漏地层，顶替泥浆时 多采用塞流或平板流。三钻井液小井眼所用钻具直径小，井眼环空小，要求有良好的钻井液性能：1钻井液密度应略大于预计的地层孔隙压力当量密度，并能补偿抽汲效应产生的负压， 既不致井喷也不会压漏地层，做到平衡压力钻井。2有良好的抑制性，防止泥页岩膨胀、垮塌，稳固井壁，保持井眼规则。3低粘度、低失水，防止循环时高速上返产生过大压力降，避免在井壁上形成过厚泥 饼。4钻井液应有良好的流变性和润滑性，能提高低剪切速度下的粘度，防止开泵压力太 大而压漏地层，并具有使钻具旋转时扭矩小和良好的携带钻屑能力。第三节 钻 头一钻头的种类小井眼钻井的钻头有研磨切削型和牙轮钻头。牙轮钻头多用于含

8、砾岩地层或某些坚硬地 层。本节主要介绍以下几种研磨切削型钻头。1全面钻进金刚石钻头(1) 侧钻胎体钻头：它是专为造斜侧钻设计的，这种钻头具有平坦的底面和短的保径， 配合井下马达和弯接头使用时，其结构形式有助于钻头朝侧向钻进，而其中心凹槽可控制井 眼始终朝着一个方向延伸；(2) 天然或热稳定聚晶金刚石钻头(TSP):这种钻头可用于钻直井、斜井或水平井, 大量的金刚石用于钻头保径，有良好的侧向切削性能，能适应高转速钻井，在斜井段中使用 寿命长。(3) 复合片聚晶金刚石钻头(PDC)是小井眼钻井常用的钻头。(4) 刮刀钻头。它具有四个翼片，底部镶嵌硬质合金(碳化钨)，并加敷金刚砂，这 种钻头的扭矩比

9、较大。(5) 硬质合金磨铣钻头:它主要用于钻水泥塞或金属碎块，在配合井下马达使用时， 研磨破碎的效果更好。2取心钻头 在小井眼连续取心作业中，多采用天然金刚石取心钻头和 TSP、 PDC 取心钻头。天然 金刚石取心钻头又分为孕镶和表镶两种。二钻头类型的选择1. 小井眼钻井使用金刚石或PDC钻头，无论从钻头寿命、进尺和成本上看都要比使用牙轮钻头有利，井眼越小越合算。由于小井眼用的牙轮钻头轴承和牙齿强度低、寿命短，因 此，国际上极少用牙轮钻头钻小井眼。2小井眼环空间隙小、流动阻力大，环空水功率消耗大，因而不能借助钻头水功率来 提高小井眼的钻速。3.金刚石及PDC取心钻头在小井眼取心时有良好的效果。

10、4四翼刮刀在使用顶驱装置下钻小井眼，具有较高的机械钻速，单只钻头进尺较高。第四节小井眼钻一钻具的种类1小井眼钻具：钻杆、加重钻杆、钻铤、油管（常在小井眼浅井中代替钻杆）、连续 油管（缠绕管）、连续取心岩心筒和绳索式回收工具。2小井眼钻杆主要有以下三大类：（）标准的小尺寸钻杆：常规石油钻机、修井机和专门的小井眼钻机一般用标准的小尺 寸钻杆如89和73毫米（312和278英寸）钻杆进行小井眼的全面钻进和常规取心，有时 也用60.3毫米（238英寸）油管与标准小尺寸钻杆组成的混合管柱钻小井眼。（2）矿业取心钻杆：采用矿业取心钻杆进行小井眼的全面钻进和连续取心，也能用标 准的小尺寸钻杆或二者混合管柱进

11、行小井眼的全面钻进。（3）连续油管（缠绕管）：连续油管作业装置采用连续油管为钻柱进行小井眼的全面 钻进和常规取心。3小井眼井下工具：随钻震击器、减震器、液压加压器、井下马达、稳定器、随钻测 斜仪（MWD或LWD）和专用打捞工具。二小井眼钻具组合1直井钻具组合：（1）小井眼直井钻具组合和常规井的组合相同，但一般不使用方钻杆，因为小方钻杆 机械强度低，带不动整串钻柱旋转，容易变形，故多使用顶部驱动装置直接带动钻具旋转。（2）采用钟摆钻具和满眼钻具，保持井眼垂直。2斜井钻具组合：重返老井钻小井眼延伸井用于油田二次开发时使用不同类型井下马 达钻具组合和不同钻井方式可钻成不同曲率半径的斜井和水平井。（1

12、）长曲率半径水平井：可用顶部驱动旋转钻井或井下动力钻具完成。多用普通井下 马达加普通弯接头，单弯造斜接头或双弯万向短节造斜、增斜，用钻杆或加重钻杆组合成下 部钻具结构。（2）中曲率半径水平井：多使用固定角度造斜马达或可调角度的造斜马达加双弯万向 短节造斜、增斜；钻具结构由井下马达和长度短、柔性大的钢钻杆或铝合金钻杆组成。（3）短曲率半径水平井：依照驱动方式不同，短曲率半径水平井有两种钻法和相应的 钻具结构：当使用顶部驱动旋转钻井时,下部钻具结构由一串可自动转动的万向节短钻杆组成的弯曲引导器(Curved Drill Guide)组成，配合一套坐在裸眼封隔器上的斜向器(Guide Whipsto

13、ck)造斜、增斜。若用井下动力马达钻井，多使用铰接式井下马达钻具组合。先用它在井下造出台阶, 然后起出来，换另一套可测量井斜、方位的钻具组合继续进行钻井。小井眼井下马达数据见 表 121。三小井眼对钻具的要求1. 对钻具的要求：(1) 小井眼使用的钻具，要有常规井钻具同样的钢级和机械强度。(2) 钻具内径要能通过测量仪器和绳索取心工具。(3) 螺纹密封性好、强度大。2. 对钻具组合的要求：(1) 在钻小井眼水平井时，应尽量少用或不用钻铤，最好是用加重钻杆代替钻铤，而 且应将其放在直井段，使井眼容易转向并给钻头加压。(2) 钻铤最小容许外径等于两倍套管接箍直径减去钻头直径。(3) 不同曲率半径小

14、井眼采用不同的下部钻具组合。马达1号2号外径毫米88.9S3奠寸3,53.25最大压差(兆帕)5.784.30泵排蜀升/分)303417最大幽出勒率c F瓦)未加规定20转速(转/分】240330425925扭矩牛顿米)540210裘127 小井眼井下马达数据口钻杆九战钻铤 测量工具定向/旁通短节一钢强此软卷图127小井眼短曲率半径水平井 钻具结构示意图第五节小井眼连续取心技术小井眼连续取心的特点连续取心不同于常规取心，连续取心实质上是绳索式取心，岩心充满内筒后，不必起出 整个钻柱，只需用钢丝绳下入一个打捞筒，就能将装有岩心的内筒从井底的岩心筒中取出来, 然后再将另一个内筒投入钻柱内后继续取心

15、，这样可以大幅度减少起下钻次数，提高取心效 率。连续取心技术作为一种非常有效的勘探方法，于70年代初引入，并使之适用于油田小井眼取心作业。二小井眼连续取心用的工具1. 矿业取心钻杆：小井眼连续取心作业用矿业取心钻杆，它不同于石油钻井钻杆，其主要特点是：（1）它是一种薄壁无缝钢管，机械强度比同直径的常规钻井钻杆小。（2）具有外平、内加厚接头。外平接头可减少钻杆摩阻和环空压力降，内加厚可以使 接头保持较高的强度，承受足够的扭矩，避免接头发生泄漏。（3）外径小，介于44.5150毫米（13/45”7/16英寸）之间。（4）长度短，仅为16 （3.319.7英尺）。（5）重量轻，CHD134、CHD101和CHD76型矿业取心钻杆的重量分别为20.8、13.1 和8.5公斤/米。在连续取心