【正文】 2) 小井眼側(cè)鉆井軌跡優(yōu)化 設(shè)計與控制技術(shù) 目前，國內(nèi)針對自己領(lǐng)域的需要，已開發(fā)出定向井及水平井軌跡設(shè)計系統(tǒng)。我處針對各油田套管開窗 側(cè)鉆井的實際情況，研制出了新型高效雙弧面懸掛坐封式套管開窗工具，可實現(xiàn)一次起下鉆完成定向密封井實現(xiàn)開窗，且開窗鉆頭盡可能不損傷造斜器，分叉角可造到 度至 4 度，開窗周期較目前降低 20％ 30％的目標(biāo)，可以根本解決目前開窗工具坐封周期長、效率低、定向精度低和分叉難度大等技術(shù)難題。為了適應(yīng)各種油田地層的需要，提高鉆井速度和解決小井眼側(cè)鉆卡鉆事故頻繁和小井眼固井難的難題，我處研究出異型金剛石切削刃鉆頭，使鉆頭壽命提夠 4 倍以上；同時開發(fā)出新型可擴眼鉆 頭，將直徑 118mm 鉆頭機械式擴眼到直徑 130mm 中國石油大學(xué)（華東）成 人 (網(wǎng)絡(luò) )教育畢業(yè)論文 25 至 150mm 。 隨著勘探理論和認識的提高 ， 新疆油田公司根據(jù)新的勘探思路 ， 在以前完鉆井的基礎(chǔ)上 ， 利用原有井眼進行加 深 ， 達到了勘探目的 ， 加快了勘探速度 ， 節(jié)約了勘探資金。地層壓力情況 ： 壓力系數(shù) ， 井底溫度 ， 3310m， 91℃。 中國石油大學(xué)（華東）成 人 (網(wǎng)絡(luò) )教育畢業(yè)論文 26 ① 磨浮箍、浮鞋及鉆進時 ， 小鉆具強度低 ， 尤其是抗扭強度低 ， 容易發(fā)生鉆具事故。 ⑤ 小井眼中處理井下事故、復(fù)雜情況的工具、手段較少 ， 發(fā)生事故不易處理 ， 風(fēng)險大。 ② 磨浮箍、浮鞋 鉆具 組合 :120mm 磨鞋 + 89mm 鉆鋌 14 根 +73mm 鉆桿 +76mm 方鉆桿 ， 施工參數(shù)為 : 鉆壓 3050kN， 轉(zhuǎn)速 60r/min， 排量 610L/s， 泵壓 1215MPa 。小井眼共使用 4 只牙輪鉆頭 ， 一只 PDC 鉆頭 ，鉆進進尺 ， 平均機械鉆速為 。司鉆在鉆臺上不能直接控制水泥車的啟動、停止 ， 出現(xiàn)緊急情況 不能立即停車 。 ② 磨鞋效率低。 ④ 打撈電橋應(yīng) 使用 扭矩控制的轉(zhuǎn)盤或動力鉆 ， 避免出現(xiàn)扭矩?zé)o法控中國石油大學(xué)（華東）成 人 (網(wǎng)絡(luò) )教育畢業(yè)論文 28 制 ， 使銑鞋卡瓦脹大 ， 一次撈不上 ， 浪費了時間。 ③ 隨著 地質(zhì)勘探 理論和認識的不斷提高 ， 利用老井眼進行加深勘探 ，是降低勘探成本 ， 加快勘探速度的一條有利途徑。小井眼鉆井是低油價下降低勘探開發(fā)費用的一種有效途徑。但如用小型石油鉆機、礦業(yè)連續(xù)取心鉆機、鉆修兩用鉆機、專門研制的小井眼鉆機或連續(xù)軟管作業(yè)裝置鉆小井眼，還能大幅度減少井場占地，進一步減少環(huán)境污染和降低鉆 后井場占地的修復(fù)費用。在此我再次對以上幫助過我的老師和朋友表示誠 摯的謝意。 史老師在百忙之中對我的論文悉心的指導(dǎo)，對我論文的完成給予了很大的支持，同時我還要感謝我身邊的 熱心幫助我的 朋友們 。 (4)小井眼鉆井能節(jié)省套管、水泥、泥漿等材料的消耗量，減少泥漿和鉆屑的處理量。 (2)連續(xù) 取心探井結(jié)合小量地震勘探有助于減少勘探風(fēng)險，降 低勘探費用，縮短勘探周期，提高勘探準(zhǔn)確性。 (5)認識與 體會 ① 滴 102 加深井的成功實施 ， 為新疆油田實施小井眼加深積累了經(jīng)驗。 ③ 使用 118mm 磨鞋磨下部結(jié)構(gòu) ， 可以滿足下 鉆頭的需要。使用費用高。設(shè)計加深進尺 50m， 實際加深進尺 154m，從搬家到完井用時 44d， 鉆井周期 17d， 施工中無復(fù)雜、事故發(fā)生 ， 成功的進行了錄 井 、測井作業(yè) ， 取全了地質(zhì)資料 ， 順利地完成了鉆探任 務(wù)。 ③ 鉆進 鉆具 組合 : 鉆頭 + 89mm 鉆鋌 24 根 +73mm 鉆桿 +76mm 方鉆桿 ， 泥漿密度 ， 粘度 5055s， 施工參數(shù)為 : 鉆壓 6080kN，中國石油大學(xué)（華東）成 人 (網(wǎng)絡(luò) )教育畢業(yè)論文 27 轉(zhuǎn)速 65r/min， 排量 10L/s， 泵壓 1517MPa。 ① 套撈電橋 鉆具組合 :115mm 銑鞋 + 115mm 隨鉆打撈杯 +73mm 鉆桿 +76mm 方鉆桿 ， 套銑 參數(shù) 為 : 鉆壓 30kN， 轉(zhuǎn)速 65r/min， 排量 6L/s， 泵壓 810MPa 。 ③ 環(huán)空 間隙 小 ， 鉆具水眼小 ， 泥漿循環(huán)流動阻 力大 ， 施工泵壓高 ， 水利參數(shù)選擇受到限制。 (1) 地質(zhì)設(shè)計 地質(zhì)設(shè)計要求 ， 在原井深的基礎(chǔ)上加深鉆進 50m 左右 ， 鉆井至井深3360m， 井底無油氣顯示完鉆。 滴 102 井小井眼加深井基本情況 滴 102 位于準(zhǔn)噶爾盆地陸梁隆起滴南凸起滴西 1 號背斜 ， 井型直井 ，是 2021 年施工的 一口 滴西 10 井區(qū)評價井 ， 位于滴西 10 井北東 2km， 完鉆井深 3310m， 完鉆層位為石炭系 ， 巖性為凝灰?guī)r、安山巖 ， 套管下深 ， 阻流板位置 ， 水泥返深 1865m。 中原油田井下特種作業(yè)處在小井眼高效側(cè)鉆技術(shù)方面作了一些基礎(chǔ)性研究工作，取得了一些研究成果，開發(fā)了一些簡便、經(jīng)濟、實用的新型鉆井工作。可提高機械鉆速 10％ 20%，能大幅度延長鉆柱的使用壽命，減少鉆 柱的斷脫事故和卡鉆事故，有效的解決目前水力加壓器的砂堵 現(xiàn)象和短壽命的缺陷，可適用與修井機開展小井眼側(cè)鉆作業(yè)，消耗較小的泵壓，能提供 36t 的穩(wěn)定鉆壓值，從而實現(xiàn)高效側(cè)鉆的目的。我們采用空間約束條件下的多目標(biāo)（兩個靶點以上）軌跡設(shè)計方法，基于 PDC 鉆頭、單 牙輪鉆頭 與水力加壓時相結(jié)合的鉆具結(jié)構(gòu)，進行小井眼約束條件下的鉆柱靜力學(xué)和運動學(xué)分析計算，確定最優(yōu)軌跡控制的鉆具結(jié)構(gòu)及鉆進參數(shù)。解決的方法主要有兩種： ① 擴徑、預(yù)留縮徑空間 ② 控制縮徑 前者主要是著眼點是開發(fā)和使用擴眼工具，后者是根據(jù)側(cè)鉆井地質(zhì)條中國石油大學(xué)（華東）成 人 (網(wǎng)絡(luò) )教育畢業(yè)論文 24 件和 現(xiàn)有的測井資料、水力壓裂資料，建立井眼應(yīng)力場分析計算力學(xué)模型，并 作井眼應(yīng)力場分析規(guī)律的數(shù)值模擬計算，弄清側(cè)鉆井段地層三向應(yīng)力的大小。 軌跡優(yōu)化設(shè)計與控制技術(shù)的核心是：設(shè)計手段的先進性和鉆具結(jié)構(gòu)。其最終目的是將投資和施工風(fēng)險降低 到最低限度。因此，它能解決油田老區(qū)塊上具有開發(fā)價值的事故井、變形井和加深井，而靠常規(guī)修井技術(shù)不能恢復(fù)其產(chǎn)能的問題。老井周圍預(yù)破碎裂紋發(fā)育，三個應(yīng)力值（空隙壓力、坍塌壓力、破裂壓力）完全改變，不能定量掌握，泥漿安全壓力范圍的掌握困難，所形成的新井眼縮徑量加大，井壁穩(wěn)定難度加大。通 過幾年的研究工作，目前已初步形成“小眼井側(cè)鉆工具及工藝配套技術(shù) 體系，主要內(nèi)容包括： (1)側(cè)鉆井 單井評價技術(shù)； (2)側(cè)鉆井井壁穩(wěn)定分析計算與控制技術(shù) ； (3)小眼井側(cè)鉆井成套工具配套技術(shù)； (4)小眼井鉆井液技術(shù)； (5)小井眼 軌跡優(yōu)化設(shè)計與控制技術(shù) ； (6)小眼井側(cè)鉆井?dāng)U眼井與快速鉆井技術(shù)； (7)小眼井側(cè)鉆井完井技術(shù)。因此中原人開始進行各種嘗試開發(fā)新的技術(shù)。 目前，油田開發(fā)形勢喜人，呈現(xiàn)出了油穩(wěn)氣升的良好局面。在環(huán)保要求嚴格的地區(qū)也可用小井眼鉆井，以減輕對環(huán)境的影響。 (2) 動態(tài) 壓井 有利有弊，用環(huán)空壓耗控制井底壓力容易壓漏地層，從而進一步加重井控問題，所以選擇和實施動態(tài)壓井要審慎行事。常規(guī)壓井是 利用 節(jié)流產(chǎn)生的套壓來增大井底壓力的，任意深度處所受的壓力等于該深度以上泥漿柱的動壓力與井口套壓之和。 (2) 可以 盡快 地實施。最大排量取決于地面管匯的額定壓力、地面泵的能力和裸眼井段的地層破裂壓力。 通過改變 排量 、鉆柱旋轉(zhuǎn)速度和泥漿性能，就可控制小井眼井涌，而不需要加重 泥漿 。 小井眼環(huán)空壓耗很大（占泵壓的 90%），動態(tài)壓井是一 種有效的小井眼壓井法。 由于波在 氣體 中的傳播速度比在泥漿中慢，傳播時間急劇增加就說明發(fā)生了氣涌。國外發(fā)展了一些 小井眼井涌檢測方法。 例： Amoco 公司做過實驗： 井深 2438m，泥漿密 度 為 ， 泵排量 Q=，鉆柱不旋轉(zhuǎn)時，環(huán)空 壓降 為 ， 當(dāng)量循環(huán)密度為 ，鉆柱以 600r/min 旋轉(zhuǎn)時，環(huán)空壓降為 ， 當(dāng)量循環(huán)密度為 。s，屈服值 ，流量 ，用正常計算公式算得環(huán)空壓力損失 5308kPa，而實際測得的環(huán)空壓力損失是 3344kPa。 掌握系統(tǒng) 壓力 損失是小井眼井控的關(guān)鍵，有關(guān)測試數(shù)據(jù)表明，小井眼中的壓力損失分布與常規(guī)井是相反的。流體在小井眼環(huán)空上返的 速度 是在常規(guī)井眼環(huán)空上返速度的數(shù)倍。 中國石油大學(xué)（華東）成 人 (網(wǎng)絡(luò) )教育畢業(yè)論文 15 第 3 章 小井眼技術(shù)的難點及對策 小井眼 技術(shù)的難點主要表現(xiàn) 在井控方面 。 (2) 小井眼井下打撈工具 。過去各油田在小井眼鉆井實踐中都不同程度地開發(fā)了一些小井眼井下工具，但這些工具僅適應(yīng)于某個油田，甚至某一 口 井的情況，普遍適應(yīng)性差。其中 1000m 和 1500m 鉆機在國內(nèi)需求量將是較多的，因為國內(nèi)石油儲量有 1/3 分布在埋深淺、低壓、低滲透的儲層中，這些儲量非常適宜于用小井眼開采。常規(guī)鉆機改造是在小井眼井下 儀器及泥漿系統(tǒng)開發(fā)初期階段常采用的手段，原因是常規(guī)鉆機生產(chǎn)能力過剩，不能以真實商業(yè)價格銷售，市場價格都比較低，使得它在使用中掩蓋了其實際作業(yè)成本。近幾年來國內(nèi)鉆 小井眼 井所用鉆機大概有以下幾種主要類型：吉林油田使用 F100 型鉆機及 ZJ15D 型鉆機鉆 1 500m 深的井；四川油田在川西地區(qū)用 XY5G 型礦業(yè)鉆機和 TSJ6/660 型水井鉆機分別鉆 1000m 以下和 1500m小井眼井；勝利油田鉆 1500m 以下淺層氣井也曾使用了大慶 130Ⅱ鉆機和ZJ45 型鉆機；大慶油 田近幾年來小眼井鉆得較多，占國內(nèi) 80% 以上，主要使用進口的 1500m 車裝鉆機鉆小井眼井；而長慶油田鉆小井眼井主要用XJ450、 350、 250 及 T50B 幾種車裝修井機。斯倫貝謝最近已研制成功了外徑 51mm 和 44mm 的定向井 MWD 工具。例如 CBC 公司的 CBC 系列鋼絲繩取芯系統(tǒng)。而對于用 或更小尺寸鉆頭鉆井時，則用 或 鉆桿。因此，國外在 70 年代已研制開發(fā)了抗偏 轉(zhuǎn)的 PDC 鉆頭，熱穩(wěn)定聚晶金剛石鉆頭 (即 TSP 鉆頭 )和天然金剛石鉆頭，這幾種鉆頭都能適應(yīng)高轉(zhuǎn)速、全面鉆進、連續(xù)取芯和與泥漿馬達配合使用，且壽命都比常規(guī)牙輪鉆頭高 4 倍以上。 隨著國外小井眼鉆機技術(shù)的發(fā) 展，許多公司都 已形成各自的小井眼鉆機系列。 m)，又可提供連續(xù)取芯時的高轉(zhuǎn)數(shù) (1000r/min)、低扭矩(在 35000km2沼澤地內(nèi)移運非常方便。 (2) 專門設(shè)計的幾種典型小井眼鉆機 瑞典 Micro drill 公司是最先設(shè)計小井眼鉆機的公司，已設(shè)計了 800m、1500m、 1700m 三 種 規(guī)格 的小井眼鉆機，其中 MD1500 型鉆機井架高 11m，最大鉆深 1500m，液壓頂部驅(qū)動裝置安裝在井架上，鉆 臺配有自動液壓卡瓦，采用 3m 長外平內(nèi)加厚鉆桿，接單根時用人工放在鉆柱頂部，用旋轉(zhuǎn)頭旋合螺紋，所用鉆具外徑為 25～ 127mm，鉆機井場面積為 42m 25m。該鉆機的質(zhì)量為 20t，可鉆 2021m 以下的井。液壓缸支撐柱輕便又可改變高度。 法國 Fortson— Former 公司分別改造成功了 1 臺 W— N Apache 型拖車式、全自動液壓驅(qū)動 小井眼 鉆機和 1 臺可控硅電驅(qū)動半自動鉆機。 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彎短節(jié)和一個造斜滑塊。在開發(fā)井的小井眼取芯鉆井中，取芯 率高達 %。 轉(zhuǎn)盤鉆進系統(tǒng) 采用小直徑 鉆桿 和高速度的金剛石鉆頭，鉆速一般可達 6m/h。 以上三項節(jié)約的費用占總節(jié)約費用的 7080%。 (2) 鉆井液、套管、水泥及注水泥費用，約占節(jié)約總費用的 30%以上。從圖中可以看出，在井深相同時，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)境保護很有利。 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)境保護的壓力小 小井眼鉆機占 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%，施工機具用量大幅度下降，對環(huán)保有利。 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、 較小的井場、較細的管材、 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)濟地采油； (3) 對于有疑問的產(chǎn)層（主要勘探）可以經(jīng)濟測試； (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。 經(jīng)濟因素 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。 迄今為止，小井眼鉆井活動遍及世界許多國