小井眼钻井技术

小井眼钻井技术第1页/共28页第五讲

小井眼钻井技术SlimHoleDrilling第2页/共28页主要内容小井眼的基本概念小井眼钻井发展概况发展小井眼钻井技术的原因小井眼钻井设备及工具小井眼井控技术小井眼完井技术小井眼钻井的应用第3页/共28页

一、小井眼的基本概念对于小井眼的提法有各种各样，不尽相同，到目前为止没有统一的定义。

1、美国Amoco公司90%以上的井眼用小于6″的钻头钻成。

2、法国Elf公司完钻井眼小于常规完钻井眼（81/2″）的井统称为小井眼。

3．有的认为70%以上的井眼小于6″。

4．还有的认为环空间隙小于1″的井眼。

5.Bp公司套管层数少于常规井的井眼。二、小井眼钻井发展概况

小井眼钻井早在50年代后期就发展起来。当时美国的Carter公司在犹他州，阿肯色州，路易丝安那州等地钻了108口小井眼井，得出的结论是钻小井眼井在经济上是合算的。据统计，50年代后期至60年代初，世界上有131家石油公司共钻了3200多口平均井深为1376米的小井眼井，明显降低了钻井成本。第4页/共28页

80年代中期以前，小井眼之所以没有引起石油界足够的重视，原因之一是当时的油价较高。原因之二是小井眼钻井技术还不完善。

80年代中期以来，由于油气价格的下跌，世界范围内石油工业不景气，小井眼又引起广泛重视。

三、小井眼钻井技术发展的原因

1、经济因素

80年代中期油价下跌，迫使各石油公司用更廉价的勘探方法。小井眼便是其主要途径。据几家石油公司小规模实验统计，小井眼可节省钻井费用25-50%。在个别边远地区甚至使钻井费用降低75%。

2、技术进步

80年代，钻头，泥浆和井下动力钻具，井控等钻井技术与设备均取得重大发展，使安全经济地进行小井眼钻井成为可能。第5页/共28页

3、环境保护的压力小小井眼钻机占地面积小,小井眼比常规井眼井径缩小一半，钻井液用量及岩屑量减少75%，施工机具用量大幅度下降，对环保有利。

4、勘探开发的需要在边远地区，地面条件恶劣。运输困难的地区，勘探工作风险大，地震工作在短时间内不能获得精确的地下资料，在这些地区打一些连续取芯的探井，可及早搞清地下情况，及早作出决策，减小勘探的风险。

由于小井眼具有可降低钻井成本，减小勘探风险，有利于环保，所以小井眼成为90年代的热门技术之一。第6页/共28页

四、小井眼钻井设备及工具

（一）小井眼钻机适用于小井眼的钻机：常规小型石油钻机、连续取芯钻机、混合钻机、连续软管作业装置。国外大部分使用小型石油钻机和车装钻修两用钻机。例如美国生产的65-B型车装钻机用27/8”-41/2”钻杆，钻深能力1372–3658米。图1第7页/共28页

为满足小井眼钻井的要求，国外一些公司专门研制了多种型号的小井眼钻机，例如瑞典Microdrill公司研制的小井眼钻机钻深能力介于800-1700m之间钻机总高10.91m（相同钻深能力的常规钻机总高为40m）外形尺寸9.50*3.53*10.91

井场占地25*32m，是常规钻机占地面积的1/4。第8页/共28页（1）MD3型小井眼钻机钻机重13吨，钻深能力1500m

井场布置如下图图3第9页/共28页（2）MD5小井眼钻机安装后长宽高9.53.5310.91最大钻深1500米配有先进的仪表图4第10页/共28页直升飞机运输式小井眼钻机（Conoco印尼公司生产）是为在沼泽地区钻井而设计的，一次搬家需运输能力1.8吨的直升机运100架次。图5第11页/共28页国外一些公司用矿业连续取芯钻机钻小井眼探井。图6第12页/共28页连续软管钻井装置图7第13页/共28页

（二）小井眼钻头及钻杆

1、小井眼钻头

80年代中期以来，钻头技术取得重大进展，不再构成小井眼钻井的障碍。适用于小井眼的钻头有：牙轮钻头.PDC.TSP钻头和天然金刚石钻头。一般采用PDC.TSP钻头.还有用偏心

PDC钻头。

2、小井眼钻杆

标准尺寸的钻杆

31/2〃27/8〃有时也用23/8〃

的油管。

连续软管用一根根长度有限的钢管对焊而成,长度可根据需要而定。软管的材料用淬火钢、回火钢或钛合金钢。连续软管的外径有1〃、11/4〃、11/2〃、13/4〃

、2〃、23/8〃

和37/8〃的，可满足钻井和修井的要求。第14页/共28页

五、小井眼井控技术

（一）小井眼井控与常规井控的差别

1、环空间隙小（小井眼环空体积小）

图8第15页/共28页

与常规井眼相比，小井眼环空间隙小，体积小。同样的流体侵入量，小井眼比常规井眼：流体在环空占的体积大，上返速度快，对溢流很敏感。例：318升的溢流在常规井眼环空中占12m长，使井底压力降低0.105MPa；在小井眼环空中占114m长，使井底压力降低0.84MPa。流体在小井眼环空上返的速度是在常规井眼环空上返速度的数倍。从井控的观点来看，流体在井筒侵入高度越高，井控的难度就越大。

小井眼井控要解决的问题：（1）井眼系统的压力分布规律及计算公式；（2）最佳的溢流监测方法；（3）最有效的压井方法。第16页/共28页

2、系统的压力损失大

系统的压力损失包括：地面管汇、钻柱内、钻头水眼和环空压力损失。实验表明，小井眼中系统压力损失的分布规律与常规井中的分布规律正相反。在小井眼中，环空压力损失占泵压的90%,甚至更多，其它损失占泵压的10%；在常规井中，钻柱内及钻头的压力损失占泵压的90%，环空压力损失仅为泵压的10%。

小井眼中钻柱的旋转对环空压降的影响也很大，随着钻柱的高速旋转，环空压降会显著增加。例：Amoco公司做过实验：井深2438m，泥浆密度ρm=1.028/cm3

，泵排量Q=3.15l/s，钻柱不旋转时，环空压降为3.4MPa,当量循密度为1.13g/cm3，钻柱以600转/分（RPM）旋转时，环空压降为7.5MPa,当量循环密度为1.33g/cm3。第17页/共28页

（二）小井眼井涌检测技术常规钻井主要通过监测泥浆池液面的增量来控制检测井涌。这种检测方法的灵魂度主要取决于液面高度仪和操作人员的警惕性。这种方法一般要等到泥浆池的增量达到2m3

以上才能检测到井涌，显然小井眼钻井不能单纯依靠池增量来检测井涌，必须应用新的方法来提高检测精度和灵魂度。国外发展了一些小井眼井涌检测方法。

1、Amoco公司井涌检测法（出入口流量法）在泥浆吸入管和返出管线上安装电磁流量计，实时记录入、出口流量，并打印出，从曲线的变化及发生现井涌或井涌，也可通过计算机实时判断并报警，这种方法的灵敏度高。

2、Anadrill公司的井涌检测方法该公司研究了两种井涌检测法（1）泥浆流量的波测量方法。（2）泥浆泵压力波的往复传播时间。由于波在气体中的传播速度比在泥浆中慢，传播时间急剧增加就说明发生了气涌。第18页/共28页

3、BP公司研制了一种小井眼井涌早期检测系统

该系统实时采集泥浆流出量和立管压力，并用井筒动态模型预测泥浆流出量和立管压力，将实测值与预测值进行对比，根据两者之间的偏差及时判断是否发生了井涌、井漏或钻具刺漏异常情况。据BP公司称，系统模型考虑了钻柱旋转的影响，能够检测到1桶（159升）的溢流量。该系统在小井眼钻井作业中获得了成功的应用。第19页/共28页

为安全地钻小井眼，美国的Amoco公司还专门研制了小井眼井控专家系统。该系统可实时采集和处理钻井数据，及时检测井涌，并可自动执行井控措施。Amoco公司的小井眼井控专家系统第20页/共28页

（三）小井眼压井方法---动态压井法

由于小井眼环空体积小，井涌来的快的特点，一般不能采用常规压井方法。小井眼环空压耗很大（占泵压的90%），动态压井是一种有效的小井眼压井法。

1、动态压井法（动平衡压井）：动态压井是利用循环泥浆时产生的压力损耗来控制地层压力。例：在图8所示的小井眼中，以3.15升/秒的排量循环泥浆时,当量循环密度(ECD)为1.15g/cm3;当排量增加到6.3升/秒时,井底的当量循环密度增至1.45g/cm3

。

通过改变排量、钻柱旋转速度和泥浆性能，就可控制小井眼井涌，而不需要加重泥浆。

2、动态压井的实施

（1）钻井过程实测环空压耗的大小。改变泵排量，在各种排量下实测环空压耗，并记录下来，以备动态压井时使用。

（2）若检测到井涌，立即增大排量，从而增大泥浆柱对地层的压力。最大排量取决于地面管汇的额定压力、地面泵的能力和裸眼井段的地层破裂压力。

（3）将钻柱稍稍提起，关闭环行防喷器，使泥浆通过节流管线流出。第21页/共28页

在钻进过程中发生井涌，也可不停钻，通过增大排量和钻柱的旋转速度来控制井涌。

3、动态压井的优越性动态压井法优于常规压井的等待加重法和司钻法（1）不用加重泥浆。（2）可以尽快地实施。（3）可最大限度地减小套管鞋处的压力。对裸眼井段而言，动态压井比常规压井对井壁产生的压力小。动平衡压井时，泥浆系统的欠平衡压力是均匀的作用在整个井壁上的，井壁上任意深度处所受的压力等于该深度以上泥浆静液柱的压力与环空压降之和。常规压井是利用节流产生的套压来增大井底压力的，任意深度处所受的压力等于该深度以上泥浆柱的动压力与井口套压之和。

4、应注意的问题（1）采用动态压井法还是常规压井法，取决于地层压力预测值和可获得的环空压耗。环空压耗的大小取决于设备能力（额定排量、功率）、井径、井深、泥浆性能、钻柱直径。环空压耗对井眼冲蚀非常敏感。（2）动态压井有利有弊，用环空压耗控制不好容易压漏地层，从而进一步加重井控问题，所以选择和实施动态压井要审慎行事。第22页/共28页

实践证明，某些小井眼也可用常规法压井，这要根据具体情况而定。决策程序如下：

计算压井排量下的环空压降计算常规压井时的井底压力

常规压井会引起井漏吗？不环空压降大于Pf-Ph?不采用常规压井

降低压井排量能使环空压降减少到Pf-Ph或以下吗?是采用小井眼压井第23页/共28页

六、小井眼完井

小井眼可用常规的完井方法（裸眼完井.尾管注水泥完井.割缝衬管完井等)。常用单筒完井法,可降低小井眼完井费用,增大小井眼油气流动通道,提高小井眼油气产量。（单筒完井是英国油公司80年代提出的）单筒完井的特点是生产管柱（油管柱）封固到井口，直接用做采油通道。也称“无油管完井”

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七、小井眼钻井的应用小井眼的应用范围很广，既可用于边远地区和地面条件恶劣的地区（如层林、沼泽、滩海等）的勘探与开发，也可用于老油田的再勘探和再开发。在环保要求严格的地区也可用小井眼钻井，以减轻对环境的影响。就井的类型而言，小井眼适用于：

1、探井、开发井；

2、直井、定向井、水平井；

3、浅井、深井、超深井；

4、低产井、中产井。三个重要应用领域：小井眼水平井、老井侧钻、老井加深

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