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刘宁论文1

东北石油大学秦皇岛分校毕业设计

小井眼钻井技术的应用及发展趋势研究

学生姓名：

刘宁

学号：

1204430224

专业班级：

石油工程2012-2班

指导教师：

年月日

摘要

小井眼是继水平井之后,在80年代后期开始兴起的又一热点技术.据国外小规模现场试脸及预浏,小井眼钻井费用较常规尺寸升眼可节省钻井费用30%一40%,经济效益十分可观。

本文第一部分介绍了小井眼钻井技术重新兴起的背景、小井眼的定义、为什么能节省钻井费用、适用范围及发展前景。

第二部分着重分析了小井眼钻井技米中需要研究解决的问题,以及国外目前解决的程度。

最后提出了几点建议,认为该技术是一项来统工程,应尽早在国内开展攻关,并在适用地区进行试验及推广。

摘要等正文定稿之后再写，现在不着急

Abstract

Slimholehorizontalwellisfollowingafteranotherhottechnologyinthelate80'sbegantorise.Accordingtoforeignsmallscalefieldtestandprediction,slimholedrillingcoststhantheconventionalsizeLeyecansavedrillingcost30%a40%,verysubstantialeconomicbenefits.Thefirstpartofthispaperintroducestheslimholedrillingtechnologytotheriseofthebackground,slimholedefinition,whycansavedrillingcost,scopeofapplicationanddevelopmentprospects.Thesecondpartfocusesontheanalysisoftheneedtostudyandsolvetheslimholedrillingtechnologyinriceabroadtosolveproblems,andthedegreeofthecurrent.Finally,putforwardsomeproposals,thatthetechnologyisasystemengineering,shouldassoonaspossibletocarryoutresearchinChina,andthetestandpopularizationintheapplicablearea.

目录

第一章什么是小井眼

第二章小井眼水平井应用技术分析

第三章小井眼技术在海洋平台中的应用分析

3.1（小井眼技术在海洋平台上的优势）

3.1.1（节约钻井费用）

3.1.2（有利于环境保护）

3.1.3（减少运输困难和勘探风险）

3.1.4（增大平台的可变载荷）

3.1.5（有利于双井系统的建造）

3.1.6（增大平台的使用面积）

第四章国内外小井眼钻井设备的发展

结论

参考文献

目录等正文定稿，并将各级标题都做好标记，自动生成

第一章什么是小井眼

题目不合适

对这个问题有各种各样的提法,如“比常规井眼小的井眼”、“能降低钻井费用的井眼”、“适宜于连续取心的井眼”、“可用连续油管工作的井眼”、“小于6in（152.4mm）的井眼”等等。

国外目前引用得较多的,是Milihlem等人在1989年提出的定义:

90%以上井段用小于7in（177.smm）钻头打的井眼。

对这种提法,有人也提出了异议,认为它限制了小井眼在深井及水平井中的使用,而且只是在钻井这个领域内给出了规定。

国外在进行经济技术指标对比时,常规井眼和小井眼绝大部分采用如下尺寸:

常规井眼:

钻头8巧in（215.gmm）,套管5巧in（139.7mm）。

小井眼:

钻头4%in（120.65mm）,套管3兄in（58.gmm）。

综合以上情况,我们认为小井眼较合适的提法是:

穿过目的层的井段是用小于7in（177.smm）钻头钻成的井眼。

这种提法的含义是:

1.规定了油层部分钻头的最大尺寸小于常规井眼,对浅井及中深井,二开后即可用这种

尺寸钻头打到底;对深井及水平井,可向上逐级扩大。

2.未规定小井眼的最小尺寸,也就是说井眼究竟缩小到什么程度,可根据实际经济效益及技术可能性而定。

3.小井眼既适用于低产井,也可用于中产井旧产100~200m,）,并兼顾到注水后期总液量的增加。

为简化小井眼装备及工艺配套的工作量,国内小井眼尺寸的系列应和老井加深及侧钻相适应。

第二章小井眼水平井应用技术分析

小井眼水平井技术及其适应性

小井眼水平井是指穿过目的层的井眼直径小于或等于6in（152.4mm），井斜角大于或等于86°，并保持这种角度钻完一定长度水平段的定向井。

小井眼水平井集合了小井眼井和水平井的优点，具有机械钻速高、钻井成本低、岩屑及污水排放量少，搬迁方便，产能高等优点，对于开发致密性油气藏和二次开发老油田具有广阔的应用前景。

应列出一级、二级标题去写，还有上面第一句话，前面已经详细介绍了，这里就不要重复写了

另外，“小井眼”应该写全称

一.小井眼的应用领域

1.加密井

在大部分老油气田，采用常规开采技术只能开采大约40%的原始资源储量，整体上有20%的储量没被波及，局部上还有20%的储量没被波及，另外的20%是残余油储量。

若有一半的未波及储量能利用合适的手段开采，则可采石油储量将升高至50%。

在这些老油区钻加密井便是开发未波及储量的一般方法。

低成本小井眼水平井钻井的技术为开发未波及油气田提供了空间，另外可以用小井眼水平井钻井技术开发那些曾经被认为没有开发价值的油藏。

2.老井的再钻

国内的油田存在成千上万口因各种原因报废的定向井、直井，其中不乏许多具有较高的开采价值的井。

若使用套管开窗侧钻水平井的技术即可使这些井复活，节省可观的钻井费，改进油田的开发效益。

因此用该技术进行老井再钻具有重大意义。

二.技术适应储层

1.存在局部裂缝发育的储层

在需要有一个水平延伸井段来穿过较多的裂缝来提高产量，但又不能快速开采或没有相当大的产量和储量去弥补常规水平井眼的额外开采费用的情况下，小井眼水平井就成为有效的开采方法。

在局部分布破裂带，仅有部分井可以穿过多个裂缝带；对于未穿过裂缝网络的枯竭的直井，侧钻水平井则可以显著的提高老井产量。

所以我们应该把利用小井眼水平井二次完成老井的办法作为该类油田今后的开采方针。

2.特殊油气藏

针对有底水的油气藏、带气顶的油藏及凝析气藏等特殊油气藏，采用过大的生产压差往往会导致生产井的气锥、水锥和反凝析液污染，从而造成生产井产能和油气藏采收率的降低。

此时可利用水平井泄油面积较大、生产压差较小等优点，来开发该类特殊的油气藏，从而避免或减缓气锥、水锥和反凝析液污染而造成的损失，改进开发效果。

利用小井眼水平井技术施工的难点

和普通水平井比较，小井眼水平井钻井技术具有钻具尺寸小而柔性大、钻具和井壁间的环空间隙小等特点。

所以存在以下几种施工的困难：

一.钻具偏心弯曲变形大，钻进加压困难

采用小井眼水平井技术施工时，下端所用钻具外径仅有88.9mm或者更小，其特点是刚度低、柔性大。

在下端井段钻进下，由于钻具偏心弯曲变形而导致钻进摩阻非常大、钻进扭矩也大，钻压传递难，严重影响了钻井的速度，从而成为小井眼水平井施工最大的难点。

二.钻井液上返的速度低，岩屑携带困难大

小井眼水平井施工下钻具、井壁的环空间隙最小处仅4.68mm，钻井液流量低而上返速度慢，带来安全施工隐患。

三.泵压高，对设备要求高

由于小井眼钻井要求排量低，现场配备的柴油机怠速满负荷运转，排出管容易积碳，润滑性能降低，对设备损伤大；钻具承拉、承压能力比常规钻具低，容易发生钻具事故；管路循环系统长期承受高压，容易产生刺漏。

四.井控工作难度大

因为环空间隙较小，所以起下钻的抽吸压力和激动压力会导致地层流体进入井眼和压裂地层，并引起井漏。

泥浆气侵和井漏的形成时间比较快，从而需要井控措施快速而有效。

另外小井眼的溢长比较大，气侵上窜较快，井眼容积减少l方，环空液柱减少83.14m。

因此正确判断快速关井是进行井控的基本，对于特殊作业需要长时间停止泥浆循环时，采用高于地层压力0.15当量密度的泥浆压井来保证作业安全。

五.水平段长，轨迹控制难度大

小井眼水平段长，水平位移大，井身轨迹控制难度大，同时井下的MWD仪器对钻井液固相和流量反应灵敏，所以对井下仪器性能要求比较高。

钻井液固相颗粒容易阻塞井下的仪器，从而导致施工不能持续进行或仪器不能正常工作；并且钻具的内径小且易弯曲，导致了脉冲信号衰减的厉害，需要采取措施来增强来自井下仪器的信号强度。

主要的技术措施

一.钻井参数的优选

1.按情况合理确定排量

钻井液流量的确定，必须结合测量仪器及马达的性能和特点，进而确定最优的钻井液流量，使仪器和马达一直处于最优的工作状态，从而延长马达寿命，实现防止测量时钻具长时间处于静止的目的，同时也达到充分携砂和彻底净化井眼的效果。

2.按情况合理确定钻压

钻压的大小及加压方式直接影响导向钻具。

所以在施工过程中，必须根据轨迹控制的需求，合理的选择钻压，配合采用连续加压及快速间断的加压等方法，尽量利用转盘钻方式来控制轨迹的走向，尽量避免或少用滑动钻的方式钻进，以便提高施工的效率及实现轨迹的平滑，确保井下作业的安全。

二.马达的优选

小井眼水平井的施工用钻具尺寸一般较小，可承受的扭矩也小。

若使用120带扶正器马达时，则钻具所受扭矩较大。

所以应选用不带扶正器的马达，以便降低钻具摩阻。

此外，马达的弯壳体度数应满足设计造斜率需要，同时也要考虑到摩阻的影响，应在较短的井段完成轨迹调的整任务。

一般选弯壳体的度数比设计的弯壳体度数大一个级别。

三.采用导向钻井技术

用MWD超小尺寸仪器导向钻井技术进行钻进，以提高轨迹控制的精度和质量，保证钻井施工的安全和高效，为圆满完井作业打下坚实基础。

四优化钻具组合，避免井下复杂情况

水平段钻进时，过大的摩阻使钻压很难传递到钻头，所以在钻进时，应根据井下情况尽量减少钻铤的使用，并根据井深适时上调加重钻杆，优化钻具组合，从而减少井下复杂情况，并提高滑动钻进速度。

五.钻井液的控制

一般来说，为了节约钻井的成本及有效的保护油气层，施工中通常采用近平衡压力的钻井技术。

为了满足携砂需要及减少井下钻具摩阻和扭矩，特别需要指出的是，在定向及水平段应及时的补充润滑剂并定期的泵入一定量的高粘钻井液以清洗井眼。

六.确保MWD正常工作

要严格控制钻井液的性能。

根据施工的需要，去合理选择和利用超小尺寸的MWD井下仪器，多方式控制脉冲信号强度，使得信号既可在地面仪器可分辨的范围内，又会因信号过强而损坏井下仪器，从而确保施工的正常进行。

第三章小井眼技术在海洋平台中的应用分析

20世纪20年代,美国最早开始利用小井眼钻井技术,但直到50年代才开始更进一步的研究和应用。

国内70年代在吉林、新疆、大庆油田钻了800多口小井眼井。

小井眼技术在沉默了一段时间后,于80年代后期（大致是1987年）又掀起热潮。

截至目前,世界上已钻成小井眼井上万口,最大垂直井深超过6000m,该技术已应用于水平井、深井钻井中。

小井眼钻井技术比较发达的有美国的Amoco公司、BakerHughes公司、Nabors工业公司和英国的BP公司等。

3.1小井眼技术在海洋平台上的优势

3.1.1节约钻井费用

世界范围内的钻井实践表明,小井眼钻井比常规钻井可节省费用50%左右,特别是使用专门设计的小井眼钻机后,节约钻井费用可高达60%~75%。

a）钻前费用,即井场及钻机搬迁费用约占节约总费用的30%。

b）泥浆、套管、水泥及注水泥费用约占节约总费用的30%以上。

c）降低处理费用。

如果小井眼的尺寸是常规井的1/2,那么钻屑体积只是常规井的25%,这就大大减少了处理的费用;而较小的井眼尺寸可使钻屑体积减少到常规井眼的1/6,并相应地减少泥浆的用量。

一般来说,小井眼井的环形空间比常规井的环形空间小一个数量级。

3.1.2有利于环境保护

小井眼较常规井眼井径缩小50%,钻井液用量及排放钻屑量减少75%,对环保有利。

同时由于小井眼钻井所需装备小于常规钻机,燃油消耗和排放到大气的废气也相应地减少。

小井眼钻井的另一个益处是噪声低,在海洋平台有限的空间内,这一点就显得特别重要。

3.1.3减少运输困难和勘探风险

据统计,世界范围内探井成功率只有13%,干井占到87%。

用小井眼打探井因减占地及设备、材料用量而降低风险。

有利于减少供应物资的运输次数,降低作业成本,保证连续钻井作业,提高经济效益。

3.1.4增大平台的可变载荷

对相同规模的海洋平台,由于钻井设备质量的减少,平台的可变载荷增大,有利于钻井作业。

3.1.5有利于双井系统的建造

新一代深海半潜式钻井平台应用双联井架的主辅井口作业理念,在同一平台上配备2套钻井系统,主系统钻井,辅系统接管、维修、钻井等,以提高作业效率。

3.1.6增大平台的使用面积

钻井井场占地减少75%,施工机具用量也大幅度下降,按一定比例缩小的装备使得操作运行的场地大大减小。

第四章国内外小井眼钻井设备的发展

国外小井眼钻井设备的发展现状

一.小井眼钻机的发展现状

1.由常规石油钻机改造的小井眼钻机

美国Paker钻井公司、Cofor公司在常规石油钻机上装配了1套钢丝绳连续取芯装置,将其改造成能钻6000m的小井眼钻机。

并制造了能满足钻压和转速要求的92.7mm（3.65英寸）特殊钻柱。

法国Foraso1-Foramer公司分别改造成功了1台W-NApache型拖车式、全自动液压驱动小井眼钻机和1台可控硅电驱动半自动钻机。

其共同特点是自动化程度高、作业更安全、效率高,只需3人操作,所用钻杆较常规钻杆长,钻机配备有液压大钳,自动卡瓦,管子自动排放系统,并配有220kW（300hp）液动顶驱装置,钻机体积小,钻井深度2500m。

意大利改装成的G150钻机,全部采用液压驱动,整部钻机安装在1台半联挂式牵引车上,移动非常方便。

其顶部驱动装置安放在井架上,并由2根钢缆悬吊,缆绳滑轮在液压缸顶部,并固定在半挂车的支架上,可使大钩具有液压缸伸缩速度的2倍。

液压缸支撑柱轻便又可改变高度。

改造的另一部分是竖直钻杆排放导轨系统,共有12个排放钻杆笼,每个可装18根88.9mm（312英寸）立根,利用一悬臂吊可把钻杆抓举到井眼中。

钻机最大起吊行程可达16m,钻机平台高度为6.1m,顶驱由4个液压马达组成,并可提供可达36kN·m的扭矩,发电系统和冷却风扇都安装在隔音房内,钻机平台上安置了自动化液压卡瓦和动力大钳,专门设计的小井眼钻井液处理系统也集中在钻机上,泥浆槽容量为80L/cm便于快速监测。

该钻机的质量为20t,可钻2000m以下的井。

据英国壳牌公司统计,至少有5个国家将常规钻机改造成小井眼钻机,并钻了几百口井,在一定程度上,取得了较好的经济效益。

但改造的小井眼钻机,系统工作不可靠,尤其是升降系统,在下套管时常会出现故障;改造型钻机平台不标准,配套设备及工具（如卡瓦、大钳、升降系统等）在钻机平台上布置不易协调,势必会影响钻井作业时间;对钻机实现完全自动化改造,需投资费用较高。

所以,国外钻井经验表明,使用改造的小井眼钻机还不能取得非常令人满意的效果。

2.专门设计的几种典型小井眼钻机

瑞典Microdrill公司是最先设计小井眼钻机的公司,已设计了800、1500、1700m3种规格的小井眼钻机,其中MD-1500型钻机井架高11m,最大钻深1500m,液压顶部驱动装置安装在井架上,钻台配有自动液压卡瓦,采用3m长外平内加厚钻杆,接单根时用人工放在钻柱顶部,用旋转头旋合螺纹,所用钻具外径为25～127mm,钻机井场面积为42m×25m。

Longyear公司生产的PM603小井眼取心钻机，采用双筒连续取芯筒,岩芯通过取芯钻头进入27m长内筒,筒满后,可在钻具内将钢丝绳打捞筒下入井内,与取芯筒内筒连接提至地面,然后再将另一内筒下入井内。

采用液压顶驱,可钻3000m（完井井径77mm）,据称是目前世界上最好的取芯钻机。

美国Standard公司设计了一台专门用于印尼爪哇的Irian沼泽地小井眼钻机,该钻机装在9个8m长、2m宽、1m深的滑撬上。

在35000km2沼泽地内移运非常方便。

另外,Conoco和Westburne公司还专门制造了可用SikoskyS-58T直升飞机搬运（每次搬运1.8t）的钻机,直接用飞机吊装。

搬运这种钻机只需100架次,而搬运常规钻机需500多架次。

Amoco公司和Nabors工业公司联合研制的Nabors170型小井眼钻机,井架高26m,可钻3600m井,该钻机配有2台239kW（325hp）柴油机,比常规钻机装机功率减少4/5,通过液压系统分别驱动257kW（350hp）液压绞车和2台122kW（165hp）三缸钻井泵,其顶部驱动既可提供低转数（150r/min）、高扭矩（13.83kN·m）,又可提供连续取芯时的高转数（1000r/min）、低扭矩（1.66kN·m）,起下钻时,可进行划眼或倒划眼。

该钻机配有Amoco公司的数据控制系统和井控专家系统,可实时收集、处理、储存、显示各钻井参数,专家系统能自动判断井涌并通知司钻,若司钻没有做出反应,系统10s内自动采取措施。

该钻机采用模块化设计,每块不超过2.7t,由直升飞机吊运。

随着国外小井眼钻机技术的发展,许多公司都已形成各自的小井眼钻机系列。

例如,意大利的SilvioBallerini公司的ST系列包括ST-2、ST-4、ST-6、ST-10,钻井深度从980～3500m;Advance公司的G系列车装钻机包括G-14、G-22、G-35、G-55、G-75,钻井深度从800～1800m;美国的CBC公司的CS系列包括CS-1000、CS-2000、CS-4000,钻井深度从1000～4000m,其中CS4000钻机可进行连续取芯钻井。

另外,小井眼钻机的机械化、自动化、智能化水平非常高;井队作业人员非常少,一般只需2～3人操作,有的只需1人操作,且作业过程准确、安全、可靠、省时（如接单根在1min内完成）。

二.小井眼钻具的发展现状

a）钻头　常规小尺寸牙轮钻头不能适应小井眼高转数,因为转速高,轴承磨损快,钻头进尺小,效率非常低。

因此,国外在70年代已研制开发了抗偏转的PDC钻头,热稳定聚晶金刚石钻头（即TSP钻头）和天然金刚石钻头,这几种钻头都能适应高转速、全面钻进、连续取芯和与泥浆马达配合使用,且寿命都比常规牙轮钻头高4倍以上。

新型的PDC聚晶金刚石钻头和TSD金钢石钻头,外形为穹形刀头,对深层、中硬地层二叠纪的钻井及扩眼效果非常好,在降低扭矩、钻头冷却方面都比普通的PDC和TSD钻头效果好。

最近美国见克休斯公司已研制成功一种适合于小眼井高速旋转的三牙轮钻头,其滑动轴承采用专门设计的ATJ-33O型环密封,有非常高的可靠性。

b）　钻柱　国外小井眼钻井一般用88.9mm（312英寸）钻杆。

而对于用120.7mm（434英寸）或更小尺寸钻头钻井时,则用73.25mm（278英寸）或60.325mm（238英寸）钻杆。

对于较小尺寸的钻杆,由于其抗拉、抗扭强度的限制,使得小井眼钻进过程中钻头加压和扭矩能力降低。

因此,国外研制成功了高强度钻杆和优质接头以及适应小井眼钻柱组合的直径为88.9,95.2,120.7mm等几种规格的或成系列的钻头加压器、振击器、钻杆工具接头、可变径扶正器等井下钻井工具。

c）　井下取芯工具　Amoco公司已研究出一种地层高速钻井系统,即在小井眼钻井中采用连续取芯技术,同时也研制开发了一种钢丝绳连续取芯筒,即将岩芯筒做成双筒式,钻进过程中岩芯进入内筒,然后用钢丝绳通过钻柱将内筒打捞提出,再下入1个新的内筒与取芯外筒连接好,继续取芯。

例如CBC公司的CBC系列钢丝绳取芯系统。

d）　打捞工具　小井眼打捞工具乃是非常重要的工具,国外已专门设计制造了几种直径在

103.2mm以下的打捞筒,可以打捞小井眼钻井事故中的各种落鱼,其提升能力都在20t左右,足以打捞起井下钻柱总成。

e）　测井设备　正是由于小井眼测井设备的发展,才使得小井眼钻井在国内外再次兴起。

目前国外生产完井测量仪器外径可小到76.2mm,空间控制仪器外径可小到35mm,MWD外径可小到88.9mm。

斯伦贝谢最近已研制成功了外径51mm和44mm的定向井MWD工具。

f）　完井工具　适应于小井眼完井的各种规格的尾管悬挂器、封隔器、射孔枪、砂控工具,在国外都有系列产品。

保证了小井眼完井方案的可靠实施。

国内小井眼钻井设备现状

国内各油田及钻井公司钻小井眼设备多数为小型常规钻机、地质勘探钻机、修井机,有些油田甚至还用到中型钻机,形成“大马拉小车”的现象。

近几年来国内钻小井眼井所用钻机大概有以下几种主要类型:

吉林油田使用F100型钻机及ZJ15D型钻机钻1500m深的井;四川油田在川西地区用XY5G型矿业钻机和TSJ6/660型水井钻机分别钻1000m以下和1500m小井眼井;胜利油田钻1500m以下浅层气井也曾使用了大庆130Ⅱ钻机和ZJ45型钻机;大庆油田近几年来小眼井钻得较多,占国内80%以上,主要使用进口的1500m车装钻机钻小井眼井;而长庆油田钻小井眼井主要用XJ-450、350、250及T50B几种车装修井机。

从各油田钻小眼井的情况看,由于钻机选择不合理,或钻机不配套（如修井机没有泥浆循环系统）,钻井、测井工具不配套,以及小井眼井控设备不配套等原因,在钻井过程中,遇到的各种事故不能及时处理,设备待机时间太长,使得钻井设备费用抵消了小井眼工艺过程中其他项目节省的费用,实际上有些小井眼费用已超过了常规钻井费用。

只写现状显然不够，还要写发展趋势。

结论

小井眼钻井技术的应用在国内仅仅是起步的阶段，但已经充分显示出了其优越性，使钻井成本降低18%左右。

随着这种技术大范围的推广应用，技术日臻完善，钻井成本应该还会有所下降。

在工艺技术方面，通过对定向并轨迹控制技术、钻井参数及水力参数、钻具结构的综合配套与应用，基本形成了配套的工艺技术。

在钻井设备方面，小型钻机、小井眼钻头及打捞工具等已基本形成系列。

小井眼钻井技术不仅降低了开发成本，能积极的开发小油藏，施工更安全，有利于环境保护和后期的保障工作。

参考文献

国内外小井眼钻井设备的发展_王士斌小井眼钻井技术的研究与应用_王力小井眼钻井技术的特点与应用_欧阳涛小井眼水平井应用技术分析_马飞小井眼技术在海洋平台中的应用分析_刘雅馨小井眼钻井完井技术_王志平小井眼钻井技术_周煜辉

参考文献要按照论文规范去写，举个例子：

[1]王常斌.游梁式抽油机运动参数的精确解.石油学报,1998,19

（2）:

23-26.