【文章內(nèi)容簡介】 500m、 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。 Long year 公司生產(chǎn)的 PM603 小井眼取心鉆機，采用雙筒連續(xù)取芯筒，巖芯通過取芯鉆頭進入 27m 長內(nèi)筒，筒滿后，可在鉆具內(nèi)將鋼絲繩打撈筒下入井內(nèi)，與取芯筒內(nèi)筒連接提至地面，然后再將另一內(nèi)筒下入井內(nèi)。采用液壓頂驅(qū)，可鉆 3000m(完井井徑 77mm)，據(jù)稱是目前世界上最好的取芯鉆機。 美國 Standard公司設(shè)計了一臺專門用于印尼爪哇的 Irion沼澤地 小井眼鉆機，該鉆機裝在 9 個 8m 長、 2m 寬、 1m 深的滑撬上。在 35000km2沼澤地內(nèi)移運非常方便。另外， Concho 和 Westbourne 公司還專門制造了可用Skokie S58T 直升飛機搬運 (每次搬運 )的鉆機，直接用飛機吊裝。搬運這種鉆機只需 100 架次，而搬運常規(guī)鉆機需 500 多架次。 Amoco 公司和 Nabobs 工業(yè)公司聯(lián)合研制的 Nabors170 型小井眼鉆機，井架高 26m，可鉆 3600m 井，該鉆機配有 2 臺 239kW(325hp)柴油機，比常規(guī)鉆機裝機功率減少 4/5，通過液壓系統(tǒng)分別驅(qū)動 257kW(350hp)液壓絞車和 2臺 122kW (165hp)三缸鉆井泵，其頂部驅(qū)動既可提供低轉(zhuǎn)數(shù) (150r/min)、高扭矩 ( m)，又可提供連續(xù)取芯時的高轉(zhuǎn)數(shù) (1000r/min)、低扭矩( m)，起下鉆時，可進行劃眼或倒劃眼。該鉆機配有 Amoco 公司的數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)和井控專家系統(tǒng)，可實時收集、處理、儲存、顯示各鉆井參數(shù)，專家系統(tǒng)能自動判斷井涌并通知司鉆，若司鉆沒有做出反應(yīng)，系統(tǒng) 10s內(nèi)自動采取措施。該鉆機采用模塊化設(shè)計，每塊不超過 ，由 直升飛機吊運。 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。例如，意大利的 Silvia Ballerinas 公司的 ST 系列包括 STST ST ST10，鉆井深度從 9803500 m； Advance 公司的 G 系列車裝鉆機包括 G1 G2 G3 G5 G75，鉆井深度從 8001800m；美國中國石油大學(xué)（華東）成 人 (網(wǎng)絡(luò) )教育畢業(yè)論文 11 的 CBC 公司的 CS 系列包括 CS1000、 CS202 CS4000，鉆井深度從10004000m，其中 CS4000 鉆機可進行連續(xù)取芯鉆井。 另外，小井眼鉆機的機械化、自動化、智能化水平非常高；井 隊作業(yè)人員非常少，一般只需 23 人操作，有的只需 1 人操作，且作業(yè)過程準確、安全、可靠、省時 (如接單根在 1 min 內(nèi)完成 )。 (3) 小井眼鉆具的發(fā)展現(xiàn)狀 ① 鉆頭 常規(guī)小尺寸牙輪鉆頭不能適應(yīng)小井眼高轉(zhuǎn)數(shù)，因為轉(zhuǎn)速高，軸承磨損快，鉆頭進尺小，效率非常低。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。 新型的 PDC 聚晶金剛石鉆頭和 TSD 金鋼石鉆頭，外形為 穹形刀頭，對深層、中硬地層二疊紀的鉆井及擴眼效果非常好，在降低扭矩、鉆頭冷卻方面都比普通的 PDC 和 TSD 鉆頭效果好。 最近美國見克休斯公司已研制成功一種適合于小眼井高速旋轉(zhuǎn)的三牙輪鉆頭，其滑動軸承采用專門設(shè)計的 ATJ33 O 型 環(huán)密封，有非常高的可靠性。 ② 鉆柱 國外小井眼鉆井一般用 鉆桿。而對于用 或更小尺寸鉆頭鉆井時，則用 或 鉆桿。對于較小尺寸的鉆桿，由于其抗拉、抗扭強度的限制，使得小井眼鉆進過程中鉆頭加壓和扭矩能力降低。因此，國外研制成功了高強度鉆 桿和優(yōu)質(zhì)接頭以及適應(yīng)小井眼鉆柱組合的 直徑 為 ， ， 等幾種規(guī)格的或成系列的鉆頭加壓器、振擊器、鉆桿工具接頭、可變徑扶正器等井下鉆井工具。 ③ 井下取芯工具 Amoco 公司已研究出一種地層高速鉆井系統(tǒng)，即在小井眼鉆井中采用 連續(xù) 取芯技術(shù)，同時也研制開發(fā)了一種鋼絲繩連續(xù)取芯筒，即將巖芯筒做成雙筒式，鉆進過程中巖芯進入內(nèi)筒，然后用鋼絲繩通過鉆柱將內(nèi)筒打撈提出，再下入 1 個新的內(nèi)筒與取芯外筒連接好，繼續(xù)取芯。例如 CBC 公司的 CBC 系列鋼絲繩取芯系統(tǒng)。 ④ 打撈工具小井眼打撈工具乃是非常 重要的工具，國外已專門設(shè)計制造了幾種直徑在 以下的打撈筒，可以打撈小井眼鉆井事故中的各種落魚，其 提升能力 都在 20t 左右，足以打撈起井下鉆柱總成。 中國石油大學(xué)（華東）成 人 (網(wǎng)絡(luò) )教育畢業(yè)論文 12 ⑤ 測井設(shè)備正是由于小井眼測井設(shè)備的發(fā)展，才使得小井眼鉆井在國內(nèi)外再次興起。目前國外生產(chǎn)完井測量儀器外徑可小到 ，空間控制儀器外徑可小到 35mm， MWD 外徑可小到 。斯倫貝謝最近已研制成功了外徑 51mm 和 44mm 的定向井 MWD 工具。 ⑥ 完井工具適應(yīng)于小井眼完井的各種規(guī)格的尾管懸掛器、封隔器、射孔槍、砂控工具，在國外都有系列產(chǎn) 品。保證了小井眼完井方案的可靠實施。 國內(nèi)小井眼鉆井設(shè)備現(xiàn)狀 國內(nèi)各油田及鉆井公司鉆小井眼設(shè)備多數(shù)為小型常規(guī)鉆機、地質(zhì)勘探鉆機、修井機，有些油田甚至還用到中型鉆機，形成“大馬拉小車”的現(xiàn)象。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。 從各油田鉆小眼井的情況看，由于鉆機選擇不合理，或鉆機不配套 (如修井機沒有泥漿 循環(huán)系統(tǒng) )，鉆井、測井工具不配套，以及小井眼井控設(shè)備不配套等原因，在鉆井過程中，遇到的各種事故不能及時處理，設(shè)備待機時間太長，使得鉆井設(shè)備費用抵消了小井眼工藝過程中其他項目節(jié)省的費用，實際上有些小井眼費用已超過了常規(guī)鉆井費用。 對我國研制小井眼鉆井設(shè)備的 幾點建議 隨著我國小井眼鉆井工作的開展，國內(nèi)已研制成功了液壓頂部驅(qū)動鉆井系統(tǒng)、金剛石小井眼鉆頭、小井眼測斜儀器、小井眼井下鉆具、液控盤式剎車，而液壓絞車、液壓泥漿泵也正在研制中，這些都為小井眼鉆機的研制奠定了基礎(chǔ)，加之科學(xué)技術(shù)，制造水平的進步與引進，我國已具備了制造或改造小井眼鉆機的技術(shù)實力與制造能力。 中國石油大學(xué)（華東）成 人 (網(wǎng)絡(luò) )教育畢業(yè)論文 13 鉆機 (1) 合理選擇研制小井眼鉆機的類型 目前適合于小井眼鉆井的鉆機有由常規(guī)鉆機改造的小井眼鉆機、專門設(shè)計的小井眼旋轉(zhuǎn)鉆機，連續(xù)取芯鉆機和連續(xù)軟管鉆井裝置 4 種類型。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。另外，對常規(guī)鉆機改造在一定程度上阻礙了小型、新型鉆機及相關(guān)設(shè)備的發(fā)展，連續(xù)取芯鉆機和連續(xù)軟管鉆井裝置對設(shè)計制造技術(shù)、材料的要求更高，在我國現(xiàn)階段還不宜開發(fā)，但應(yīng)注意跟蹤或引進有關(guān)技術(shù)，以便下一階段開發(fā)。而小型全自動 (或半自動 )液壓頂驅(qū)鉆機在現(xiàn)階段開發(fā)已具備了非常成熟的條件。 (2) 合理設(shè)計小井眼鉆機標準系列 參考國外小井眼鉆機系統(tǒng)標準以及我國油田適于小井眼開發(fā)的實際地質(zhì)情況，認為小井眼鉆機系列應(yīng)在 800～ 3500m 之間，且每級鉆機鉆深能力差為 500m 較宜。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。 (3) 注重小井眼鉆機配套技術(shù)及設(shè)備的研究與開發(fā) 由于小眼井環(huán)空間隙小，井涌監(jiān)測與控制就變得非常突出，所以早期井涌監(jiān)測系統(tǒng)、防噴器組及除氣裝置應(yīng)與鉆機配套開發(fā)。另外，小井眼鉆井循環(huán)泥漿量較小，當(dāng)量循環(huán)密度大，選擇 或設(shè)計合理的泥漿固控設(shè)備也是鉆機開發(fā)應(yīng)考慮的重要內(nèi)容。 鉆井井下工具 為了配合小井眼鉆機的開發(fā)，最大限度地發(fā)揮小井眼鉆機的潛能，開發(fā)與之相適應(yīng)的井下鉆井工具是非常重要的。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。所以在我國開發(fā)小井眼工具還有待于系統(tǒng)地組織進行，特別是應(yīng)以鉆機開發(fā)為龍頭。目前應(yīng)著重開發(fā)中國石油大學(xué)（華東）成 人 (網(wǎng)絡(luò) )教育畢業(yè)論文 14 以下產(chǎn)品。 (1) 具有合理結(jié)構(gòu)的小尺寸 PDC、 TSP、金剛石鉆頭，甚至高速牙輪鉆頭。 (2) 小井眼井下打撈工具 。 (3) 完井工具 (主要有小尺寸封隔器、尾管懸持器、防砂工具等 )。 (4) 小尺寸測斜儀器及 MWD。 (5) 鉆具盡量采用 API 標準鉆具，同時需設(shè)計專用的小尺寸，鉆頭推進器 (加壓器 )、鉆柱振擊器，小尺寸可變徑扶正器等。 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 。 差別 環(huán)空間隙（小井眼環(huán)空體積小） 圖 31 常規(guī)井與小井眼試井比較 圖 31 中 與常規(guī) 井眼 相比，小井眼環(huán)空間隙小，體積小。同樣的流體侵入量，小井眼比常規(guī)井眼：流體 在環(huán)空占的體積大，上返速度快，對溢流很敏感。 例 ： 31L的溢流在常規(guī)井眼環(huán)空中 占 12 m長，使井底壓力降低 ；在小井眼環(huán)空中占 114 m 長，使井底壓力降低 。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。 從井控的觀點來看，流體在井筒侵入高度越高，井控的難度就越大。 中國石油大學(xué)（華東）成 人 (網(wǎng)絡(luò) )教育畢業(yè)論文 16 小井眼井控要 解決 的問題： (1) 井眼系統(tǒng)的壓力分布規(guī)律及計算公式； (2) 最佳 的溢流監(jiān)測方法； (3) 最有效的壓井方法。 系統(tǒng)的壓力損失大 系統(tǒng)的壓力損失包括：地面管匯、鉆柱內(nèi)、 鉆頭水眼和環(huán)空壓力損失。 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。在常規(guī)井中，大約 90%的泵壓損失在鉆柱內(nèi)及鉆頭處，環(huán)空壓力損失僅為泵壓的 10%。而在小井眼井中，泵壓的90%損失在環(huán)空，其它損失占泵壓的 10% 。 傳統(tǒng)的環(huán)空壓力損失計算方法對小井眼是不適用的，而且鉆柱在井內(nèi)的偏心度對 小井眼 環(huán)空壓力損失也有很大影響，把用常規(guī)環(huán)空壓力損失計算公式所算結(jié)果與美國 Amoco 公司 SHADS 井所測數(shù)據(jù)進行比較，在 2430m小井眼中， 鉆井 液密度 ，塑性 粘度 11103Pas，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。由此可見，傳統(tǒng)的計算方法不適用于小井眼，但除環(huán)空以外的其它部分的壓力損失，仍然可以用傳統(tǒng)的方法計算，而小井眼的環(huán)空壓力損失可由 SHADS 井所得公式確定 見式 (31） 。 SHADS 公式 (31) 式中 ： din —— 鉆柱直徑， mm； do —— 井徑， mm； f —— 摩阻系數(shù)； k —— 鉆井液稠度系數(shù)； n —— 鉆井液流性指數(shù)； nninfnnn qddddn nk ????? ???????? ???? 220220342 )()(12 ??????? ????203029)()( ii dddd qfp ?中國石油大學(xué)（華東）成 人 (網(wǎng)絡(luò) )教育畢業(yè)論文 17 Re—— 雷諾數(shù)； Δ p —— 環(huán)空壓力損失， K Pa； q —— 排量， L/s； ρ —— 鉆井液密度， g/cm3。 小井眼中鉆柱的旋轉(zhuǎn)對環(huán)空壓降的影響也很大，隨著