石油钻探小井眼钻井技术.ppt
石油钻探小井眼钻井技术,小井眼钻井技术,1.小井眼的定义 小井眼钻井技术当前在国外主要用于探资井、水平井、侧钻井、老井加深及特殊的开发井，也用于直井。据哈里伯顿公司介绍，该公司在美国加里福尼亚承包的68口井，全是小井眼直井。美国和加拿大小井眼钻井技术发展迅速，许多有关小井眼钻井完井等难题得以解决。根据各家介绍，应用小井眼钻井技术可降低成本30-50%。,小井眼钻井技术,1.小井眼的定义 关于小井眼的意义非常多，世界上各国各公司及有关专家的定义都不一样。但从以下两个方面定义小井眼是大家承认的。(1)依据环空尺寸大小；(2)依据经过一口井的90%井深的最大钻头尺或井眼直径，目前比较普遍的定义是：90%的井身直径小于177.8mm到70%的井身直径小于127mm之间的井为小井眼片。,小井眼钻井技术,2.小井眼的优点与不足 小井眼钻井的优点在于：1).井眼小节约钻井液用量，如采用160mm井眼比用216mm井眼，1560m井深可节约钻井液60m3（原用160m3）；2).环隙小节约水泥，如采用160mm井眼，下101mm油层套管比用216mm井眼，下140mm套管，1500m井深可节约水泥17t（原用32.2t）；,小井眼钻井技术,2.小井眼的优点与不足 3).所用钻具尺寸和套管尺寸小可节约钢材，101mm套管与140mm套管对比，每米少11.16kg；4).由于小井眼所用钻具和套管尺寸小所以选用的钻机及其相应的设备减小；5).由于选用小的占机及配套设备，能源消耗低；6).由于钻机小，钻具及套管尺寸小，减少了运输量及劳动费用；,小井眼钻井技术,2.小井眼的优点与不足 7).对于旧井可以重新加深并完井；美国和加拿大很多老井由于长期使用已损坏或枯竭井。用小井眼钻井技术在老井眼里加深钻井或进行侧钻井，可以大大节约投资。某公司使用一台小钻机加深了20口枯竭的气井，在101mm生产套管中用86mm钻头进行加深，最后下入73mm油管，然后固井，水泥返到地面。节约成本55%左右。,小井眼钻井技术,2.小井眼的优点与不足 8).占地面积小，土地就是金钱，所以油公司要想办法减少打井时的占地面积，小井眼钻井，由于钻机及配套设备小而轻，钻具及套管直径小等都能减少占地面积；9).保护环境；环境在美、加两国特别重视，所有井场打完井后必须将垫井场的土运走，所有钻井液必须拉走，不得随便排放。小井眼钻井、井场小则减少污染面积，减少运土量，也减少钻井液用量。,小井眼钻井技术,2.小井眼的优点与不足 10).适用于边远，无陆上交通地区的钻井，如在新几内亚西南的鸟头地区，Conoco公司于1986年使用新设计的直升飞机吊运轻便钻机打了12口小井眼井。平均每口井费用2百万美元，而过去在同一地区打井每口井要655万美元；11).小井眼对采油来说也存在很多好处，如：抽油杆重量减轻，抽油机设备变小，节能等。,小井眼钻井技术,2.小井眼的优点与不足,表1 平均井深，4267m的常现井与小井眼井的比较,小井眼钻井技术,2.小井眼的优点与不足 小井眼钻井的不足之处：小井眼有很多优点，并不是说小井眼可以完全代替大井眼，它的应用范围仍有一定的局限性，相对大井眼来说也存在不少缺点，这些缺点国外有些已经解决，有的正在攻关。1).小井眼产量受到限制；2).分层压裂及大排量压裂，分层开发受到限制；3).测井工具受到限制，现有测井仪器还不能完全满足各种小井眼测井需要；4).钻井工具受限制。品种少，难以达到用产要求。,小井眼钻井技术,3.小井眼钻井方式 根据小井眼钻井选用钻机类型，钻井方式及相关设备、装置、小井眼钻井方式可以分成以下三种基本方式：1).小井眼连续取心钻井；2).旋转式钻井；3).井下马达钻井；,小井眼钻井技术,3.小井眼钻井方式 3.1小井眼连续取心钻井 小井眼连续取心钻井技术主要用于勘探钻井，其钻机及设备是根据其井深及井身结构的设计来选配相应的钻机及配套设备，其钻井方式主要是顶驱钻机。除这种形式外Tesco公司又制造一种新的顶驱钻机，可以安装在现有其它钻机上，主要优点，可以起下立柱，下套管更为方便。连续取心就是在打井时需要不断地把地下岩心取出，为找油找气提供分析资料或通过取心提高机械钻速。所谓连续取心就是使用绳索,小井眼钻井技术,3.小井眼钻井方式 3.1小井眼连续取心钻井取心回收技术，通过绳索和打捞筒收回取心内筒，在将新的内筒下入到钻柱中。取心一直持续到取心钻头磨损、更换。这样取出的岩心直径一般在43.5mm85.1mm，岩心的大小可根据所确定井眼大小而定，但小井眼钻井所取岩心都要小于常规钻井所取的岩心。德土古公司在一口140mm的小井眼上进行连续取心，从井深369m开始取心，至到2991m，取心长度2621m，收获率达99.4%，岩心直径84.96mm。,小井眼钻井技术,3.小井眼钻井方式 3.2旋转式钻井 旋转式钻井主要通过转盘钻或顶部驱动钻来完成小井眼钻井。旋转钻井主要应用于打直井、斜直井、定向井或老井加深。有时也可用于水平井。井眼尺寸一般在171mm到120mm。根据贝克休斯英特公司介绍，该公司1993年在法国完成了两口小井眼深井，上部用的是转盘钻，其最小井眼为73mm。加拿大6-6-30-16井，在井深571m以上部分用的就是转盘钻井。,小井眼钻井技术,3.小井眼钻井方式 3.3井下马达钻井 使用井下马达完成小井眼钻井可以有几种方式：(1)由钻具连接井下马达，通过马达转动完成钻井工作，在钻井时可通过钻具和助推器给钻头加压。(2)挠曲油管配合井下马达，通过马达转动完成钻井工作。但钻井时必须通过助推器给钻头加压。(3)转盘和井下马达同时转动完成钻井工作。以上三种井下马达钻井方式，可以用于打直井、斜直井、定向井、水平井、侧钻井及老井加深。利用挠曲油管钻机还可以完成酸化、修井等作业。,小井眼钻井技术,4.小井眼井身结构设计 4.1小井眼井身结构设计中应考虑的问题(1)井眼稳定(2)油井产量(3)完井测试(4)取心(5)压裂(6)钻井中测斜(7)钻机选择,小井眼钻井技术,4.小井眼井身结构设计 4.2小井眼井身结构基本类型(1)套管系列：14089(2)探井完井井眼尺寸 6786mm（裸眼完井）(3)生产井完井井眼尺寸 114120mm（下89101mm油层套管、如果油层致密可用6773mm裸眼完井）。(4)目前大部小井眼为 120170mm 170mm101mm套管 120mm89mm套管,小井眼钻井技术,5.小井眼钻具结构及工具 5.1钻具结构特点 小井眼钻具结构与常规钻井相比最大差异在于：(1)组合中不加钻铤，一般用加厚壁钻杆或钻杆加压；(2)为了保证正常加压，及减少钻柱振动，在下部钻具组合安放助推器；(3)加震击器；(4)采用可变稳定器,小井眼钻井技术,5.小井眼钻具结构及工具 5.2钻具组合 典型组合：105mm钻头+95mm细杆+95mm助推器+98mm厚壁钻杆+89mm震击器+73mm厚壁钻杆+73mm钻杆+方钻杆,小井眼钻井技术,5.小井眼钻具结构及工具 5.3小井眼钻井主要井下工具(1)助推器(2)震击器(3)可变经稳定器(4)串联工井下动力钻具(5)小井眼钻头 在钻小井眼时，与国内钻常规钻井一样，基本使用的是牙轮钻头及PDC钻头。牙轮钻头由于轴承小，相对而言进尺少、寿命短，但由于地层因素所致，有时还必须使用。一般来讲，上部软地层用牙轮钻头，下部用PDC钻头，,小井眼钻井技术,5.小井眼钻具结构及工具 5.3小井眼钻井主要井下工具 这两种钻头有时在不同条件下交替使用，目前有不少种类的钻头可用于小井眼钻井。在深井中由于地层温度高，井眼容积小，钻井液不足以充分冷却钻头，此时一般采用TSD热稳定性钻头。据资料介绍，当前世界上最小尺寸的钻头是由Slimdrll及Borles公司制造的PDC钻头，其尺寸为38.23mm。,小井眼钻井技术,6.小井眼钻井液 由于小井眼环隙小，循环压降高，在钻井施工中会出现一系列问题，因此所使用的钻井液比常规钻井液要求的更为严格。小井眼钻井液必须满足小井眼钻井及取心要求：(1)固相含量低，防止离心作用而将固相沉积在钻杆内壁上，当然对低转数钻机来说可能影响小些；(2)由于小井眼环隙小、压降高，所以要求钻井液粘度低；(3)有抑制、稳定页岩并能使井眼接近标准尺寸；,小井眼钻井技术,6.小井眼钻井液(4)有携带固相能力；(5)滤失小，泥饼薄且有弹性；(6)由于循环时间短、散热差、所以要求钻井液热稳定性要好。Amoco及哈里伯顿公司根据室内、现场及各种条件下的试验，完成了CBF小井眼钻井液体系，并得出该体系钻井液的维护及控制方法见表2和表3。,小井眼钻井技术,6.小井眼钻井液,CBF钻井液性能,小井眼钻井技术,6.小井眼钻井液,CBF钻井液的维护,小井眼钻井技术,7.小井眼环空水力学 环空水力学是小井眼钻井的关键技术之一。它不仅涉及环压耗、井壁稳定性、携屑、井眼清洗问题，而且还与正确选择钻进参数（排量、转速、钻压、钻开液性能等）有关。也与井控有密切关系。小井眼环空水力学计算模式、方法与常规井不同之处在于：(1)钻柱转速成对环空流场影响很大。(2)环空流动不仅是泊利叶流，还会出现库特流。(3)水力能量的90%消耗在流动压降，因此水力清岩，破岩功能大大降低.,小井眼钻井技术,8.小井眼固井 小井眼由于套管与井壁的环空间隙小，为了提高固井质量及水泥环的强度，国外研制了流变性好的水泥浆和高强度水泥，并认为套管外的环空间隙一般不小于13mm。小井眼套管刚度比大井眼套管刚度小，所以固井后由于水泥浆放热造成的膨胀，可能导致套管弯曲，因此在固井时要充分使用扶正器，保证套管居中。由于环隙小，水泥环薄，为了提高固井质量，除提高水泥浆质量外，国外在固井施工作中采用电脑控制水泥浆密度及高能搅拌混合器，增加水泥的水化程度。,小井眼钻井技术,9.小井眼井控 小井眼环空容积较常规井眼小的多，从而井涌到井喷时间很短，东方人（Eastman）公司研究出一种井涌检测系统，它可以检测出井筒内钻井液20l/min变化量，井涌监测系统主要由三个电磁流量计，大钩位置传感器，大钩载荷传感器及计算机软件系统组成。三个电磁流量计分别装在立管、导管出口和钻井液补充罐出口上，主要用来测量钻井流量变化情况，大钩载荷传感及位置传感器测钩载变化，通过这些变化确定井下气、水浸变化量，以达到报警目的。,小井眼钻井技术,10.小井眼所存在的技术难点及 尚需攻关的技术问题(1)小井眼钻井一般不加钻铤，用厚壁钻杆或钻杆来代替钻铤，尤其是由于钻杆直径小，其接头部分壁薄，易出现钻杆损坏，增加钻井事故。(2)井眼小给打捞造成一定困难。(3)因环空间隙小，卡钻机会增加。,小井眼钻井技术,10.小井眼所存在的技术难点及 尚需攻关的技术问题(4)由于井眼小，形成井喷的时间短，井控难度增大。(5)井眼小，井下扶正系统受到限制，给打直井造成困难。(6)环空间隙小，水泥环薄，对提高固井质量提出了更高的技术要求,
