小井眼钻井设备及工艺技术现场管理研究.pdf

第1 2 期 ． 6 5． 小井眼钻井设备及工艺技术现场管理研究 白冬平 长城钻探工程有限公司国际钻井公司 ， 北京 1 0 01 0 1 [ 摘 要] 本文简要介绍了小井眼钻井设备及工艺包括的有关设备钻机、钻头、钻杆、钻井液马达、取心装置、打捞工 具及减少钻柱振动和疲劳破坏的工具，同时重点分析 了小井眼钻井设备及工艺现场管理中常见的几个问题，提出了对策建 议 。 [ 关键词]小井眼钻井设备；工艺技术；现场管理；研究分析 l ／ I x 井眼钻井设备及工艺技术概述 小井眼钻井是迄今为止世界各 国普遍采用的 一 种油 田开发和钻井 技术 。 目前 尚未有一个统一 的小井眼的概念 ，不 同的国家和石油公司有不 同 的理解 。人们普遍可接受 的定义为 9 O ％的井身 直径小于1 7 7 ． 8 mm或7 0 ％的井身直径小于 1 2 7 mm 的井被定义为小井 眼。 目前常用 的小井眼钻井方 法有小型旋转钻机旋转 小直径钻杆和钻头钻井、 小直径 钻井液马达旋转钻头钻井 、小直径采矿 取 心筒连 续取心钻井三种 。第一种方法面临小直径 钻杆容 易扭 断的问题 ；第二种方法是 目前应用最 为普遍 的一种钻井方式 ；第三种方法适用范围有 限，主要用于新探区地质取心钻井等用途。 1 ． 1 钻机 目前 尚未形成配套系列 的小井眼钻井钻机 。 各个 国家、各个钻井 公司大 多根据实 际情况 ，自 行 设计小井眼钻井钻机或者将现有钻机改造成适 用 于小井眼钻井 的钻机 。我 国国内，主要有钻深 能力 1 0 0 0 m左右和钻深 能力大于1 2 0 0 m两类钻机 类型。 1 ． 2钻头 由于小井眼钻机 钻具轻、加钻压 困难，同时 定 向井钻井工 艺要求较高 ，从而影响到小井眼钻 井 的速度 。钻头 的选择对提高小井眼钻井速度 至 关重要 。 目前在 国内，小井眼钻井一般选用牙轮 钻头、P D C钻头 、热稳定聚晶金刚石钻头 T S P 钻 头和天然金刚石钻头。 1 ． 3 钻杆 国内钻井作业 中一般选用 的小井眼钻杆有两 大类 第一类 是标准 的小尺寸钻杆 第二类是矿 业取心钻杆 。国外小井眼钻井一般采用 8 8 ． 9 mm 3 ． 1 ／ 2 英寸 钻杆，但在采用 1 2 0 ． 7 mm 4 ． 3 ／ 4 英寸 或更小尺寸 的钻头进行钻井作业 时，应使 用 7 3 ． 2 5 mm 2 ． 7 ／ 8 英寸 或 6 0 ． 3 2 5 mm 2 ． 3 ／ 8 英寸 钻杆。 1 ． 4钻井液马达 目前 ， 国 内 已经 研 制 成 功 多 种 尺 寸 的小 井 眼 钻 井 液 马 达 ，主 要 有 高 、 中 、 低 三 种 转 速 5 0 0 ～1 0 0 0 r ／ mi n 和多种直径 3 8 ． 1 ～ 1 7 1 ． 5 mm的小井眼钻井液马达 ，其抗高温性能已超过 2 0 0 ℃ 。 1 ． 5取心装置 就 国 内情 况而言 ，小井眼连续取心装置包 括 取心钻机 、取心钻杆、取心钻头 、岩心筒和其 它 配套装置 。目前 的钻井工艺 已能在 1 0 4 ． 8 mm或更 小的井眼 中进行取心并采用钻柱抗振技术来提 高 岩心收获率 ，如 图1 所示。 1 ． 6打捞工具 在小井眼钻井作业 中，发生井下事故有落 鱼 要打捞 时，要使用打捞工具。常用 的打捞工具有 打捞篮 、打捞杯 、打捞矛、打捞筒之类。 1 ． 7减少钻柱振动和疲劳破坏的工具 为 了减 轻 小井 眼钻井 作 业 中常见 的钻 柱 振 动和疲劳破坏 ，主要采用的配套工具有 抗偏 转 P DC 钻头 、减小扭转振动的柔性转盘或顶驱、钻 井液 马达和液力加压器、耐疲 劳新型钻杆接头。 这些配套工具可 以延长钻头寿命 ，在许多地层钻 作者简介白冬平 1 9 7 7 一，男，河北武强人，2 0 0 0 年毕业于 中国石油大学 华东， 本科学历，工程师。从事钻井作业工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m ． 6 6 一 ● 维修改造 石 油 和 化 工 设备 2 0 1 3 年 第 1 6 卷 进时比转盘钻进快3 5 倍，钻井成本可降低5 0 ～ 7 0 ％ 左右 。 目前钻井作业 中还 出现 了串联的三级液力 加压器 ，其工作原理 与单级相 同，只是在加压器 上需作用更大的钻压。 冉髓抗 稚 } _ f 蕊 琶 _ 【 j 琵 毽 _ 差 S 。 图l 小井眼连续取心装置 装置 2小井眼钻井设备及工艺现场管理中存在的问题 及解决 2 ． 1 钻柱振动和疲劳破坏 在小井 眼钻井作业及现场管理中，井下钻柱 的振动会影响钻头寿命和 正常 的钻速 ，钻柱承受 着交变的拉伸、扭转 、弯 曲、震动等疲劳载荷 ， 很容易在应力集中严重 的内螺纹接头直角 吊卡 台 肩部位产生疲劳断裂和裂纹 ，从而加剧钻柱疲 劳 破坏 。一旦疲劳破坏致使钻柱断裂 ，除 了造成严 重经济损失外 ，还可能引发安全事故，影响钻井 作业的继续进行 。 为了解 决小井 眼钻井作业 中钻柱振动和疲劳 破坏 问题 ，可采用抗偏转的P D C转头 。近年来较 多地使用柔性转盘和顶驱钻机 以减少扭转振动， 或采用钻井液 马达和靠液力加钻压 的液压推进器 以消除钻柱轴 向振动 。还可 以采用耐疲劳 的新型 钻杆接头等配套技术 ，使小井眼钻井 的可靠性和 效率显著提高。 2 ． 2小井眼完井 常规的小井眼完井方 式有裸 眼完井 、尾管完 井、割缝衬管完井 以及无油管完井等方法 。 目前 采用较多的是无油管与套管组合 的完井方式 ，但 在这种方式 的现 场管理中却存在着种种 弊端 ，最 突出的是使用的油管尺 寸较小 ，因而导致摩擦压 力损失增加，进而影响油井产量。 为 了解决上述 小井眼完井方式面临的问题 ， 改善小井眼完井方式，可以使用连续油管作 为永 久管柱 ，即采用小井眼单筒完井方式。这种方式 的特 点有 生产油管的直径会大于等于生产尾管 的直径 ，而且没有诸如油管 回收短节或油管 定位 密封接头之类 的限制性硬件 。该种方式具有不妨 碍 以后 的测井和修 井作业 、完井方式简单 、能提 高产量等优 点。根据钻井 实践经验 ，这种 改进方 法只适用于低产井。 2 _ 3 井眼轨迹控制 ． 在常规井眼中， 由于环空间隙较大，其 外径 对钻进 的影响可 以忽略不计。而小井眼钻井却对 井控提 出了很高要求 ，见表 1 。因此井眼轨迹控 制是小井 眼钻进与现场管理 中的又一技术难 点， 一 般情 况下井眼轨迹控制方法有 导向钻井技术、 复合钻 井技术及常规钻井及动态压井 四种井控方 法。 2 ． 3 ． 1导向钻井技术 导 向钻井技术是这样一种技术 ，即根据实时 测量结果 ，井下实 时调整井眼轨迹 的做法 。导 向 钻井技术所需要 的设备和配套工具主要包括钻头 一般为P DC 钻头 、井下导 向工具、随钻测量 技术 MWD、L WD等 以及计算机技术为基础的 井眼轨迹控制技术 。该项钻井技术 的显著特点是 可 以进行井眼轨迹的随钻测量、实时调整 。 2 ． 3 ． 2复合钻井技术 复合钻井技术是利用高效钻头和螺杆钻具再 加转盘钻进 的一种新型钻井技术 ，可 以钻进 、定 向而不用起下钻 ，机械 钻速很高 ，往往是普通钻 进速度 的几倍 。其 中高效钻 头有牙轮钻头 H P DC 钻头；螺杆钻具则是高压泥浆通过螺杆与定子橡 胶衬套 的螺旋通道往下压挤 ，在压差下使螺杆产 生一个 工作扭矩 ，带动主轴旋转 ，从而使钻头工 作的一种钻具。 2 ． 3 _ 3 常规钻井技术 这 种钻 井技 术 在简 单 的小井 眼钻 进 中使 用 较多 ，所使用 的钻具是在常规钻具上加扶正器组 成 的。用旋转钻井合理选择钻井参数 ，间距离测 斜来完成的。这种技术有利于携砂 ，使用条件简 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第1 2 期 白冬平 小井眼钻井设备及工艺技术现场管理研究 一 6 7 一 单，无需使用 高速钻头和螺杆 。 2 ． 3 ． 4动态压井 动态 压 井是 利用 循 环 时环 空摩 擦 损 失来 控 制低层压力 ，通过改变排量 、转速或泥浆的性能 以达到控制不平衡低层压力 的一种井控方法 。所 以，对于 以环空损 失 占主要 因素的小井眼井，动 态压井成为有效的井控方法之一。 表l 小井眼与常规井眼间隙对比 钻杆本体间隙 过水段面积 井眼直径 mm 钻杆尺寸m m 间隙m m 间隙比例％ 井眼截面积m m 2 钻杆本体m m 环形间隙m li l 面积比例％ 2l 5 ． 9 1 2 7 4 4 ． 5 1 0 0 3 6 9 5 1 1 0 6 6 1 2 3 9 3 0 l O 0 1 6 5 8 8 ． 9 3 8 ． O 5 8 5 ． 5 2 1 3 7 2 6 2 0 4 1 5 1 6 8 6 3 ． 3 8 l 1 8 7 3 2 2． 5 5O ．5 6 1 09 30 41 83 67 47 2 8．1 9 除 了上述提到 的几个突 出问题之外 ，在小井 眼完井 作业现场管理 中还存在其他一些 问题 ，例 如 小井 眼钻井液 的要求 、对小井眼钻井钻具 的要 求 、钻头选型 、对钻进过程 的管理等 ，这些 问题 都是小井眼钻井现场管理的重点和难点。 3结论 在 小井 眼 钻井 技术 中 ，完 善 的 设备 及配 套 工具是 安全 生产和技术发展 的关键所在 ，作业单 位应本着 该项技术成本低 、易操作等特 点，加快 小井 眼装 备及配套工 具的开发与应用 ，加强对该 项技术 的现场管理 。从 目前 国内钻采作业 中小井 眼技术现场管理 的实 际看 ，还存在许多急于解决 的问题 ，如后期作业工具与小井 眼钻井工具不配 套 、小井眼钻头转速 较低、小井眼 开发与实际地 质情况不相符等情况，笔者建议除解决上述 问题 外 ，还应该加强小井 眼钻采一体化配套工具的研 制 。 ◆参考文献 [ 1 ] 张卫勤，岳登进． 国外小井眼钻井设备及工艺技术的新进 展【 J 】 ． 钻采工艺，2 0 0 1 ， 6 [ 2 】 王莉，赵晨，王吉文，梁志印，盖靖安． ， J 、 井眼钻井液的 开发与应用[ J ] ．石油科技论坛 ，2 0 1 1 ， 6 [ 3 】 袁进平，齐奉忠- 国内完井技术现状及研究方向建议[ J ] ． 钻 井工艺 ，2 0 0 7 ， 3 上接6l 页 4结束语 随着长庆油 田跨入年产5 0 0 0 万 吨大关并实现 稳产 ，预计长庆油 田未来几年将保持每年近5 0 0 万 吨大规模产能建设的局面 ，集输站场全密闭输送 技术具有降低投资、节能减排的优 势，应用前景 广 阔。其创新工艺将 成为主导老油 田 马岭 、安 塞、绥 靖、西峰等 改造 的关键技 术，还将在长 庆 油 田重要接替领域的浅油层、致密油藏发挥 重 要作用 ，对建设 “ 清洁 、和谐、绿色、低碳 ”的 长庆油 田具有重要意义。 ◆参考文 献 ⋯ 1魏小林． 长庆油 田地面建设技术发展趋 势探讨[ J 】 ． 石油规划 设计 ，2 0 0 9 ，2 o 5 1 9 - 2 1 ． [ 2 】 张箭啸，夏政，穆冬玲等． 长庆油田超低渗透油藏开发地 面设计探讨[ J ] ． 石油工程建设 ，2 0 1 0 ， 2 8 0 ． 8 5 ． [ 3 】 李时宣，崔缤，张彦博． 长庆超低渗透油藏开发地面工艺 技术 [ J ] ． 油气 田地面工程，2 0 1 1 ， 2 5 7 ． 5 8 ． [ 4 ] 郭刚，夏政，张小龙 ，王荣敏． 长庆油田油气混输工艺研 究与应用[ J 】 ． 石油工程建设，2 0 1 3 ，0 5 9 ． 6 2 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m