【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 500m、 1700m 三 種 規(guī)格 的小井眼鉆機(jī)，其中 MD1500 型鉆機(jī)井架高 11m，最大鉆深 1500m，液壓頂部驅(qū)動(dòng)裝置安裝在井架上，鉆 臺(tái)配有自動(dòng)液壓卡瓦，采用 3m 長(zhǎng)外平內(nèi)加厚鉆桿，接單根時(shí)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(jī)井場(chǎng)面積為 42m 25m。 Long year 公司生產(chǎn)的 PM603 小井眼取心鉆機(jī)，采用雙筒連續(xù)取芯筒，巖芯通過(guò)取芯鉆頭進(jìn)入 27m 長(zhǎng)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(jī)。 美國(guó) Standard公司設(shè)計(jì)了一臺(tái)專門用于印尼爪哇的 Irion沼澤地 小井眼鉆機(jī)，該鉆機(jī)裝在 9 個(gè) 8m 長(zhǎng)、 2m 寬、 1m 深的滑撬上。在 35000km2沼澤地內(nèi)移運(yùn)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(jī)搬運(yùn) (每次搬運(yùn) )的鉆機(jī)，直接用飛機(jī)吊裝。搬運(yùn)這種鉆機(jī)只需 100 架次，而搬運(yùn)常規(guī)鉆機(jī)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(jī)，井架高 26m，可鉆 3600m 井，該鉆機(jī)配有 2 臺(tái) 239kW(325hp)柴油機(jī)，比常規(guī)鉆機(jī)裝機(jī)功率減少 4/5，通過(guò)液壓系統(tǒng)分別驅(qū)動(dòng) 257kW(350hp)液壓絞車和 2臺(tái) 122kW (165hp)三缸鉆井泵，其頂部驅(qū)動(dòng)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(shí)的高轉(zhuǎn)數(shù) (1000r/min)、低扭矩( m)，起下鉆時(shí)，可進(jìn)行劃眼或倒劃眼。該鉆機(jī)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(shí)時(shí)收集、處理、儲(chǔ)存、顯示各鉆井參數(shù)，專家系統(tǒng)能自動(dòng)判斷井涌并通知司鉆，若司鉆沒(méi)有做出反應(yīng)，系統(tǒng) 10s內(nèi)自動(dòng)采取措施。該鉆機(jī)采用模塊化設(shè)計(jì)，每塊不超過(guò) ，由 直升飛機(jī)吊運(yùn)。 隨著國(guó)外小井眼鉆機(jī)技術(shù)的發(fā) 展，許多公司都 已形成各自的小井眼鉆機(jī)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(jī)包括 G1 G2 G3 G5 G75，鉆井深度從 8001800m；美國(guó)中國(guó)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(jī)可進(jìn)行連續(xù)取芯鉆井。 另外，小井眼鉆機(jī)的機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化水平非常高；井 隊(duì)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(guò)程準(zhǔn)確、安全、可靠、省時(shí) (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?yàn)檗D(zhuǎn)速高，軸承磨損快，鉆頭進(jìn)尺小，效率非常低。因此，國(guó)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(jìn)、連續(xù)取芯和與泥漿馬達(dá)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(duì)深層、中硬地層二疊紀(jì)的鉆井及擴(kuò)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(guó)見(jiàn)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(dòng)軸承采用專門設(shè)計(jì)的 ATJ33 O 型 環(huán)密封，有非常高的可靠性。 ② 鉆柱 國(guó)外小井眼鉆井一般用 鉆桿。而對(duì)于用 或更小尺寸鉆頭鉆井時(shí)，則用 或 鉆桿。對(duì)于較小尺寸的鉆桿，由于其抗拉、抗扭強(qiáng)度的限制，使得小井眼鉆進(jìn)過(guò)程中鉆頭加壓和扭矩能力降低。因此，國(guó)外研制成功了高強(qiáng)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(shí)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(jìn)過(guò)程中巖芯進(jìn)入內(nèi)筒，然后用鋼絲繩通過(guò)鉆柱將內(nèi)筒打撈提出，再下入 1 個(gè)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(guó)外已專門設(shè)計(jì)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(guó)石油大學(xué)（華東）成 人 (網(wǎng)絡(luò) )教育畢業(yè)論文 12 ⑤ 測(cè)井設(shè)備正是由于小井眼測(cè)井設(shè)備的發(fā)展，才使得小井眼鉆井在國(guó)內(nèi)外再次興起。目前國(guó)外生產(chǎn)完井測(cè)量?jī)x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(guó)外都有系列產(chǎn) 品。保證了小井眼完井方案的可靠實(shí)施。 國(guó)內(nèi)小井眼鉆井設(shè)備現(xiàn)狀 國(guó)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(jī)、地質(zhì)勘探鉆機(jī)、修井機(jī)，有些油田甚至還用到中型鉆機(jī)，形成“大馬拉小車”的現(xiàn)象。近幾年來(lái)國(guó)內(nèi)鉆 小井眼 井所用鉆機(jī)大概有以下幾種主要類型：吉林油田使用 F100 型鉆機(jī)及 ZJ15D 型鉆機(jī)鉆 1 500m 深的井；四川油田在川西地區(qū)用 XY5G 型礦業(yè)鉆機(jī)和 TSJ6/660 型水井鉆機(jī)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(jī)和ZJ45 型鉆機(jī)；大慶油 田近幾年來(lái)小眼井鉆得較多，占國(guó)內(nèi) 80% 以上，主要使用進(jìn)口的 1500m 車裝鉆機(jī)鉆小井眼井；而長(zhǎng)慶油田鉆小井眼井主要用XJ450、 350、 250 及 T50B 幾種車裝修井機(jī)。 從各油田鉆小眼井的情況看，由于鉆機(jī)選擇不合理，或鉆機(jī)不配套 (如修井機(jī)沒(méi)有泥漿 循環(huán)系統(tǒng) )，鉆井、測(cè)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(guò)程中，遇到的各種事故不能及時(shí)處理，設(shè)備待機(jī)時(shí)間太長(zhǎng)，使得鉆井設(shè)備費(fèi)用抵消了小井眼工藝過(guò)程中其他項(xiàng)目節(jié)省的費(fèi)用，實(shí)際上有些小井眼費(fèi)用已超過(guò)了常規(guī)鉆井費(fèi)用。 對(duì)我國(guó)研制小井眼鉆井設(shè)備的 幾點(diǎn)建議 隨著我國(guó)小井眼鉆井工作的開展，國(guó)內(nèi)已研制成功了液壓頂部驅(qū)動(dòng)鉆井系統(tǒng)、金剛石小井眼鉆頭、小井眼測(cè)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(jī)的研制奠定了基礎(chǔ)，加之科學(xué)技術(shù)，制造水平的進(jìn)步與引進(jìn)，我國(guó)已具備了制造或改造小井眼鉆機(jī)的技術(shù)實(shí)力與制造能力。 中國(guó)石油大學(xué)（華東）成 人 (網(wǎng)絡(luò) )教育畢業(yè)論文 13 鉆機(jī) (1) 合理選擇研制小井眼鉆機(jī)的類型 目前適合于小井眼鉆井的鉆機(jī)有由常規(guī)鉆機(jī)改造的小井眼鉆機(jī)、專門設(shè)計(jì)的小井眼旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)，連續(xù)取芯鉆機(jī)和連續(xù)軟管鉆井裝置 4 種類型。常規(guī)鉆機(jī)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(jī)生產(chǎn)能力過(guò)剩，不能以真實(shí)商業(yè)價(jià)格銷售，市場(chǎng)價(jià)格都比較低，使得它在使用中掩蓋了其實(shí)際作業(yè)成本。另外，對(duì)常規(guī)鉆機(jī)改造在一定程度上阻礙了小型、新型鉆機(jī)及相關(guān)設(shè)備的發(fā)展，連續(xù)取芯鉆機(jī)和連續(xù)軟管鉆井裝置對(duì)設(shè)計(jì)制造技術(shù)、材料的要求更高，在我國(guó)現(xiàn)階段還不宜開發(fā)，但應(yīng)注意跟蹤或引進(jìn)有關(guān)技術(shù)，以便下一階段開發(fā)。而小型全自動(dòng) (或半自動(dòng) )液壓頂驅(qū)鉆機(jī)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(jì)小井眼鉆機(jī)標(biāo)準(zhǔn)系列 參考國(guó)外小井眼鉆機(jī)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)以及我國(guó)油田適于小井眼開發(fā)的實(shí)際地質(zhì)情況，認(rèn)為小井眼鉆機(jī)系列應(yīng)在 800～ 3500m 之間，且每級(jí)鉆機(jī)鉆深能力差為 500m 較宜。其中 1000m 和 1500m 鉆機(jī)在國(guó)內(nèi)需求量將是較多的，因?yàn)閲?guó)內(nèi)石油儲(chǔ)量有 1/3 分布在埋深淺、低壓、低滲透的儲(chǔ)層中，這些儲(chǔ)量非常適宜于用小井眼開采。 (3) 注重小井眼鉆機(jī)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(cè)與控制就變得非常突出，所以早期井涌監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、防噴器組及除氣裝置應(yīng)與鉆機(jī)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(jì)合理的泥漿固控設(shè)備也是鉆機(jī)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(jī)的開發(fā)，最大限度地發(fā)揮小井眼鉆機(jī)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(guò)去各油田在小井眼鉆井實(shí)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(gè)油田，甚至某一 口 井的情況，普遍適應(yīng)性差。所以在我國(guó)開發(fā)小井眼工具還有待于系統(tǒng)地組織進(jìn)行，特別是應(yīng)以鉆機(jī)開發(fā)為龍頭。目前應(yīng)著重開發(fā)中國(guó)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(cè)斜儀器及 MWD。 (5) 鉆具盡量采用 API 標(biāo)準(zhǔn)鉆具，同時(shí)需設(shè)計(jì)專用的小尺寸，鉆頭推進(jìn)器 (加壓器 )、鉆柱振擊器，小尺寸可變徑扶正器等。 中國(guó)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(diǎn)及對(duì)策 小井眼 技術(shù)的難點(diǎn)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(duì)溢流很敏感。 例 ： 31L的溢流在常規(guī)井眼環(huán)空中 占 12 m長(zhǎng)，使井底壓力降低 ；在小井眼環(huán)空中占 114 m 長(zhǎng)，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(diǎn)來(lái)看，流體在井筒侵入高度越高，井控的難度就越大。 中國(guó)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(wèn)題： (1) 井眼系統(tǒng)的壓力分布規(guī)律及計(jì)算公式； (2) 最佳 的溢流監(jiān)測(cè)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(cè)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(jì)算方法對(duì)小井眼是不適用的，而且鉆柱在井內(nèi)的偏心度對(duì) 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(jì)算公式所算結(jié)果與美國(guó) Amoco 公司 SHADS 井所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)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(jì)算公式算得環(huán)空壓力損失 5308kPa，而實(shí)際測(cè)得的環(huán)空壓力損失是 3344kPa。由此可見(jiàn)，傳統(tǒng)的計(jì)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(jì)算，而小井眼的環(huán)空壓力損失可由 SHADS 井所得公式確定 見(jiàn)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(guó)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(duì)環(huán)空壓降的影響也很大，隨著