【正文】 .................................................31 中國石油大學(xué)（華東）成 人 (網(wǎng)絡(luò) )教育畢業(yè)論文 1 前 言 小井眼鉆井技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域比較廣闊，隨著鉆井技術(shù)設(shè)備及工具的出現(xiàn)，當(dāng)前，小井眼技術(shù)不僅可用于淺井，直井，也可用于中深井和深井，定向井和水平 井，多分支井；不僅可用于探井也可用于開發(fā)井；不僅用于打新井，也用于老井加深和開窗側(cè)鉆。因此，小井眼技術(shù)用于低滲透油氣田的開發(fā)，老油田中后期挖潛開發(fā)和邊遠(yuǎn)新區(qū)的勘探，都具有突出的優(yōu)越性。在過去的幾十年里，國外對小井眼鉆井技術(shù)進(jìn)行了大量的研究，取得了很多成果，形成了相對完善的理念。這些成果非常值得我們?nèi)ソ梃b。 下面將從國外的一些技術(shù)入手向大家介紹小井眼鉆井的發(fā)展。 中國石油大學(xué)（華東）成 人 (網(wǎng)絡(luò) )教育畢業(yè)論文 2 第 1 章 小井眼的基本概念 對于小井眼的提法有各種各樣，不盡相同，國內(nèi)外到目前為止沒有統(tǒng)一的定義。 (1) 美國 Amoco 公司 ： 90%以上的井眼用小 于 6″的鉆頭鉆成。 (2) 法國 Elf 公司 ： 完鉆井眼小于常規(guī)完鉆井眼（ 81/2″） 的井統(tǒng)稱為小井眼。 (3) 凡是大于 2 3/8″ 油管不能作內(nèi)管柱的井稱小井眼； (4) 全井 90％的井眼直徑是用小于 7″ 鉆頭鉆的井稱為小井眼； (5) 還有的認(rèn)為環(huán)空間隙小于 1″的井眼為小井眼。 目前， 比較 普遍的定義是： 90％的井眼直徑小于 7″ 或 70％的井眼直徑小于 6″ 的井稱為小井眼井 。 小井眼鉆井技術(shù)發(fā)展概況 小井眼鉆井是于始于上世紀(jì) 40 年代， 50 年代美國的 Carter 公司在猶他州，阿肯色州，路易絲安那州等地鉆了 108 口小井眼井，得出的結(jié)論是鉆小井眼井在經(jīng)濟(jì)上是合算的。據(jù)統(tǒng)計(jì)， 50 年代后期至 60 年代初，世界上有 131 家石油公司共鉆了 3216 口平均井深 為 1376m。 的小井眼井 （最大井深達(dá) 3658m），明顯降低了鉆井成本。 在這期間，小井眼鉆井興旺 ， 開發(fā)了小井眼鉆井的配套工具，如小尺寸卡瓦、吊卡、扶正器、防噴器、井口等 。進(jìn)入 60 年代中后期 ， 世界范圍內(nèi)小井眼活動(dòng)減少，主要原因是借助常規(guī)鉆機(jī)或改進(jìn)的常規(guī)鉆機(jī)打小井眼井節(jié)省費(fèi)用不大。 70 年代初，開始借用采礦業(yè)的小井眼連續(xù)取心鉆機(jī)鉆井，并專門研制專用的小井眼鉆機(jī)，例如瑞典 的 Cordell 公司研制的 MD 系列鉆 機(jī) 。 80 年代中期以前，小井眼沒有引起石油界足夠的重視，原因之一是當(dāng)時(shí)的油價(jià)較高。原因之二是小井眼鉆井技術(shù)還不完善。 80 年代中期以來，由于油氣價(jià)格的下跌，世界范圍內(nèi)石油工業(yè)不景氣，鉆井綜合成本壓力大，小井眼又引起廣泛重視。 當(dāng)時(shí)英國的 BP 公司 1986 年在 Plunger 油田，用 MD－ 3 型小井眼鉆機(jī)中國石油大學(xué)（華東）成 人 (網(wǎng)絡(luò) )教育畢業(yè)論文 3 鉆 6 口 1000M 的井，并取得了很好的效果。 這幾口井的井身結(jié)構(gòu)為 61/4″ （ mm 鉆頭） 51/2″ ( mm 套管 ) 40m 43/4″ （ mm 鉆頭） 37/8″ （ mm 套管） 500m 33/8″ （ mm 鉆頭） 27/8″ （ mm 套管） 1000m 90 年代小井眼鉆井成為世界范圍內(nèi)的熱門技術(shù)之一，并且小井眼鉆井技術(shù)和裝備趨于成熟，特別是連續(xù)軟管鉆井技術(shù)的發(fā)展，使小井眼可完成常規(guī)井眼完成的任務(wù)，例如小井眼定向井、水平井、大位移井、欠平衡壓力鉆井、地質(zhì)導(dǎo)向鉆井等。 電子學(xué)的進(jìn)步為小井眼技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。采用小型傳感器就不必利用常規(guī)直徑的油井來獲得地下信息。從而可大大降低成本。就目前的勘探技術(shù)、油藏描述 技術(shù)及輸送 EOR 化學(xué)藥劑 的技術(shù)來說，采用直徑為 案。 美國能源部 (DOE)正在開發(fā)通過小井眼技術(shù)減少獲得地下信息成本的技術(shù)。該項(xiàng)目的主要任務(wù)包括： (1)利用當(dāng)前可用的連續(xù)管技術(shù)對淺井進(jìn)行小井眼鉆井； (2)對深井小井眼鉆井的可行性進(jìn)行評估； (3)將井底鉆井設(shè)備小型化，并對其進(jìn)行測試； (4)將測井工具小型化； (5)在地震檢測儀器設(shè)備中結(jié)合新興的小型傳感器技術(shù)； (6)通過小井眼來輸送 EOR 化學(xué)藥荊。 小井眼鉆井系統(tǒng)由 1 個(gè)機(jī)械旋轉(zhuǎn)的刮刀鉆 頭、 1 個(gè)水力驅(qū)動(dòng)的容積式馬達(dá)以及連續(xù)管鉆柱等組成。通過對井徑為 cm 垂直井的小井眼鉆井系統(tǒng)的工業(yè)可行性 實(shí)驗(yàn) 研究 表明該系統(tǒng)適用于連續(xù)管鉆井，在 Cathie 大理巖與 Berea 砂巖中的鉆進(jìn)速度可達(dá) 。在常規(guī)油田測井工具中標(biāo)準(zhǔn)尺寸最小的直徑為 ，這對小井眼來說尺寸仍太大，無法使用。因而，按常規(guī)設(shè)計(jì)了 的伽馬測井工具，結(jié)合密度與井徑測井曲線，可提供足夠多的測井資料。目前還沒有適于小井眼尺寸的井徑測量工具，但將其微型化也不是很難。此外，還需要小型輕便的測井電纜以及相關(guān)的數(shù)據(jù)采集系 統(tǒng)，而采用連續(xù)管傳送測井工具將成為可能。 迄今為止，小井眼鉆井活動(dòng)遍及世界許多國家，如美國、法國、德國、英國、加拿大和委內(nèi)瑞拉等。 9O 年代，世界鉆小井眼井的數(shù)量呈不斷增長趨勢。美國仍是目前世界上鉆小井眼井最多的國家．而且在老井加深、側(cè)中國石油大學(xué)（華東）成 人 (網(wǎng)絡(luò) )教育畢業(yè)論文 4 鉆領(lǐng)域應(yīng)用小井眼技術(shù)最多，特別是側(cè)鉆短半徑水平井。 由于小井眼鉆井的自身優(yōu)勢，在世界范圍內(nèi)正蓬勃發(fā)展，小井眼正在部分的取代常規(guī)井眼，給石油工業(yè)帶來顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。 經(jīng)濟(jì)因素 發(fā)展和 應(yīng)用 小井眼技術(shù)的主要目的是降低鉆井成本。據(jù)幾家石油公司小 規(guī)模實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，與常規(guī)井相比小井眼可節(jié)省鉆井費(fèi)用 2550%。在個(gè)別邊遠(yuǎn)地區(qū)甚至使鉆井費(fèi)用降低 75%。特別是 80 年代中期油價(jià)下跌，迫使各石油公司用更廉價(jià)的勘探方法，小井眼便是其主要途徑。 具體原因 (1) 小井眼鉆井 的初期投資較小，包括使用較小的鉆機(jī)、 較小的井場、較細(xì)的管材、 較少 的泥漿、水泥等； (2) 小油藏使用小井眼鉆井技術(shù)可以較經(jīng)濟(jì)地采油； (3) 對于有疑問的產(chǎn)層（主要勘探）可以經(jīng)濟(jì)測試； (4) 小井眼的修井成本較低； (5) 小井眼的整體開發(fā)成本較低。 以上這些因素 對于 油公司和鉆井承包商都具有很大 的吸引力。 技術(shù)進(jìn)步 進(jìn)入 80 年代 ，小井眼鉆井裝備（小井眼鉆機(jī)、連續(xù)軟管鉆機(jī)） 、 工具（小尺寸防噴器、井口、鉆頭、井下動(dòng)力鉆具等）和整套小井眼鉆井技術(shù)（小井眼水力學(xué)、井控技術(shù)、固井完井等）均取得重大發(fā)展，使安全經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行小井眼鉆井成為可能。 勘探開發(fā)的需要 在邊遠(yuǎn)地區(qū)，地面條件惡劣，運(yùn)輸困難的地區(qū)，勘探工作風(fēng)險(xiǎn)大，地震工作在短時(shí)間內(nèi)不能獲得精確的地下資料，在這些地區(qū)打一些小井眼連續(xù)取芯的探井，可及早搞清地下情況，及早作出決策，減小勘探的風(fēng)險(xiǎn) 。 中國石油大學(xué)（華東）成 人 (網(wǎng)絡(luò) )教育畢業(yè)論文 5 環(huán)境保護(hù)的壓力小 小井眼鉆機(jī)占 地面積小 ， 小井眼比常規(guī)井眼井徑縮小一半，鉆井液用量及巖屑量減少 75%，施工機(jī)具用量大幅度下降，對環(huán)保有利。 國內(nèi)外對環(huán)境保護(hù)問題越來越重視，鉆井作業(yè)帶來的大量鉆井液、廢油、水泥漿、鉆屑，各種廢料的處理和排放、空氣污染和噪聲污染等問題一直使鉆井承包商感到頭疼。小井眼鉆井使這些問題得到 了較好的解決。 BP 勘探作業(yè)公司對環(huán)境保護(hù)和費(fèi)用方面作了小井眼與常規(guī)井的比較，如圖 11 所示。從圖中可以看出，在井深相同時(shí)，小井眼較常規(guī)井眼井徑縮小 50%，鉆井液用量和排放鉆屑量減少 75%，這些對環(huán)境保護(hù)很有利。此外，小井眼費(fèi) 用也較常規(guī)井減少 40% 。 小井眼井與常規(guī)井比較 圖 11小井眼與常規(guī)井比較 中國石油大學(xué)（華東）成 人 (網(wǎng)絡(luò) )教育畢業(yè)論文 6 圖 12 不同尺寸井眼的費(fèi)用和時(shí)間對比 從圖 12 分項(xiàng) 費(fèi)用分析 中可以看出，小井眼鉆井費(fèi)用降低主要在以下三個(gè)方面： (1) 鉆前 費(fèi)用 ，即井場及鉆機(jī)搬遷費(fèi)用，約占節(jié)約總費(fèi)用的 30%左右。中國石油大學(xué)（華東）成 人 (網(wǎng)絡(luò) )教育畢業(yè)論文 7 隨著井深加大，其比例下降，這說明小井眼要用輕便鉆機(jī)。 (2) 鉆井液、套管、水泥及注水泥費(fèi)用，約占節(jié)約總費(fèi)用的 30%以上。隨著井深加大，其比重上升。 (3) 評價(jià)費(fèi)用，包括錄井、測井、中途測試、巖心分析等費(fèi)用，約占節(jié)約總費(fèi)用的 1112%?；旧喜浑S井深變化而變化。 以上三項(xiàng)節(jié)約的費(fèi)用占總節(jié)約費(fèi)用的 7080%。 中國石油大學(xué)（華東）成 人 (網(wǎng)絡(luò) )教育畢業(yè)論文 8 第 2 章 小井眼鉆井 系統(tǒng)、 裝備及工具 專用 小井眼鉆井 系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)小井眼鉆井的關(guān)鍵。典型小井眼鉆井系統(tǒng)有 3 種 基本型 式 ， 轉(zhuǎn)盤 鉆進(jìn)、連續(xù) 取芯 鉆進(jìn)和井下馬達(dá)系統(tǒng) 。 共同特點(diǎn)是：采用小鉆機(jī)、小直徑鉆具和高轉(zhuǎn) 速鉆進(jìn)，比常規(guī)鉆井系統(tǒng)可節(jié)約鉆井成 本4070%。 轉(zhuǎn)盤鉆進(jìn)系統(tǒng) 采用小直徑 鉆桿 和高速度的金剛石鉆頭，鉆速一般可達(dá) 6m/h。該系統(tǒng)可用在 小井眼內(nèi)進(jìn)行取芯 鉆進(jìn)、擴(kuò)眼完井，還可以用于老井加深的小井眼完井。 連續(xù)取芯 鉆進(jìn)系統(tǒng) Amoco 公司最早研制并使用了這種鉆井系統(tǒng)，采用礦業(yè)取芯 小鉆機(jī)，液壓頂驅(qū)，外平接頭薄壁鉆桿， 電纜可回收巖芯 筒和取芯 鉆頭。頂驅(qū)鉆速可高達(dá) 2250r/min， 一般使用 400800r/min，采用電纜可回收巖芯 筒和 取芯 鉆頭，得到連續(xù)巖芯 長度可達(dá) 。在開發(fā)井的小井眼取芯鉆井中，取芯 率高達(dá) %。 井下動(dòng)力鉆具鉆進(jìn)系統(tǒng) 國 外已研制了多種小型井下動(dòng)力鉆具 （又稱井下馬達(dá)）用于鉆小井眼井。螺 桿鉆具直徑為 mm，可鉆井眼直徑相應(yīng)為 mm。鉆井速度為 5001000r/min，鉆井速度比轉(zhuǎn)盤鉆快 35 倍。 小井眼水平鉆井系統(tǒng) 常用的小井眼鉆井系統(tǒng)采用小井眼高速螺桿鉆具（ 300800r/min），配以特別的側(cè)向齒熱穩(wěn)定金剛石 TSD 鉆頭或 PDC 鉆頭，在螺桿鉆具上配有兩個(gè)彎短節(jié)和一個(gè)造斜滑塊。實(shí)驗(yàn)證實(shí)小直徑螺桿鉆具直徑為中國石油大學(xué)（華東）成 人 (網(wǎng)絡(luò) )教育畢業(yè)論文 9 ，配以 TSD 和 PDC 鉆頭，在轉(zhuǎn)速為 6001000r/min 范圍 內(nèi)鉆不同地層，此轉(zhuǎn)速低的牙輪鉆頭以 150r/min 鉆進(jìn)速度快 35 倍。 國外小井眼鉆井設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀 (1) 由常規(guī) 石油 鉆機(jī)改造的小井眼鉆機(jī) 美國 Pacer 鉆井公司、 Coffer 公司在常規(guī)石油鉆機(jī)上裝配了 1 套鋼絲繩連續(xù)取芯裝置，將其改造成能鉆 6000m 的小井眼鉆機(jī)。并制造了能滿足鉆壓和轉(zhuǎn)速要求的 特殊鉆柱。 法國 Fortson— Former 公司分別改造成功了 1 臺(tái) W— N Apache 型拖車式、全自動(dòng)液壓驅(qū)動(dòng) 小井眼 鉆機(jī)和 1 臺(tái)可控硅電驅(qū)動(dòng)半自動(dòng)鉆機(jī)。其共同特點(diǎn)是自動(dòng)化程度高、作業(yè)更安全、效率高， 只需 3 人操作，所用鉆桿較常規(guī)鉆桿長，鉆機(jī)配備有液壓大鉗，自動(dòng)卡瓦，管子自動(dòng)排放系統(tǒng)，并配有 220 kW(300hp)液動(dòng)頂驅(qū)裝置，鉆機(jī)體積小，鉆井深度 2500m。 意大利改裝成的 G150 鉆機(jī)，全部采用液壓驅(qū)動(dòng)，整部鉆機(jī)安裝在 1 臺(tái)半聯(lián)掛式牽引車上，移動(dòng)非常方便。其頂部驅(qū)動(dòng)裝置安放在井架上，并由 2根鋼纜懸吊，纜繩滑輪在液壓缸頂部，并固定在半掛車的支架上，可使大鉤具有液壓缸伸縮速度的 2 倍。液壓缸支撐柱輕便又可改變高度。改造的另一部分是豎直鉆桿排放導(dǎo)軌系統(tǒng)，共有 12 個(gè)排放鉆桿籠，每個(gè)可裝 18根 立根，利用 一懸臂吊可把鉆桿抓舉到井眼中。鉆機(jī)最大起吊行程可達(dá) 16m，鉆機(jī)平臺(tái)高度為 ，頂驅(qū)由 4 個(gè)液壓馬達(dá)組成，并可提供可達(dá) 36kN m 的扭矩，發(fā)電系統(tǒng)和冷卻風(fēng)扇都安裝在隔音房內(nèi)，鉆機(jī)平臺(tái)上安置了自動(dòng)化液壓卡瓦和動(dòng)力大鉗，專門設(shè)計(jì)的小井眼鉆井液處理系統(tǒng)也集中在鉆機(jī)上，泥漿槽容量為 80 L/cm 便于快速監(jiān)測。該鉆機(jī)的質(zhì)量為 20t，可鉆 2021m 以下的井。 據(jù) 英國殼牌公司 統(tǒng)計(jì)，至少有 5 個(gè)國家將常規(guī)鉆機(jī)改造成小井眼鉆機(jī)，并鉆了幾百口井，在一定程度上，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。但改造的小井眼鉆機(jī)，系統(tǒng)工作不可靠，尤其是升降 系統(tǒng)，在下套管時(shí)常會(huì)出現(xiàn)故障；改造型鉆機(jī)平臺(tái)不標(biāo)準(zhǔn)，配套設(shè)備及工具 (如卡瓦、大鉗、升降系統(tǒng)等 )在鉆機(jī)平臺(tái)上布置不易協(xié)調(diào)，勢必會(huì)影響鉆井作業(yè)時(shí)間；對鉆機(jī)實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化改造，需投資費(fèi)用較高。所以，國外鉆井經(jīng)驗(yàn)表明，使用改造的小井中國石油大學(xué)（華東）成 人 (網(wǎng)絡(luò) )教育畢業(yè)論文 10 眼鉆機(jī)還不能取得非常令人滿意的效果。 (2) 專門設(shè)計(jì)的幾種典型小井眼鉆機(jī) 瑞典 Micro drill 公司是最先設(shè)計(jì)小井眼鉆機(jī)的公司，已設(shè)計(jì)了 800m、1