国外小井眼钻井技术.

国外小井眼钻井技术周广陈中国石油大学2006年4月西安一、小井眼的基本概念1、凡是大于23/8”（φ60.23mm）油管不能作内管柱的井称小井眼；2、全井90％的井眼直径是用小于7”（φ177.8mm）钻头钻的井称为小井眼；3、直径小于81/2”（φ215.9mm）的井称为小井眼。目前，比较普遍的定义是：90％的井眼直径小于7”或70％的井眼直径小于6”的井称为小井眼井。二、小井眼钻井技术发展概况小井眼钻井是于始于上世纪40年代，50年代美国的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3216口平均井深为1376米的小井眼井（最大井深达3658M），明显降低了钻井成本。在这期间，小井眼钻井兴旺，开发了小井眼钻井的配套工具，如小尺寸卡瓦、吊卡、扶正器、防喷器、井口等。进入60年代中后期，世界范围内小井眼活动减少，主要原因是借助常规钻机或改进的常规钻机打小井眼井节省费用不大。70年代初，开始借用采矿业的小井眼连续取心钻机钻井，并专门研制专用的小井眼钻机，例如瑞典的Mcrodrill公司研制的MD系列钻机。80年代中期以前，小井眼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，钻井综合成本压力大，小井眼又引起广泛重视。当时英国的BP公司1986年在Plungar油田，用MD－3型小井眼钻机钻6口1000m的井，并取得了很好的效果。这几口井的井身结构为61/4”（φ168.75mm钻头）/51/2”(φ139.7mm套管)×40m43/4”（φ120.65mm钻头）/37/8”（φ96.875mm套管）×500m33/8”（φ85.725mm钻头）/27/8”（φ73.914mm套管）×1000m90年代小井眼钻井成为世界范围内的热门技术之一，并且小井眼钻井技术和装备趋于成熟，特别是连续软管钻井技术的发展，使小井眼可完成常规井眼完成的任务，例如小井眼定向井、水平井、大位移井、欠平衡压力钻井、地质导向钻井等。目前，由于小井眼钻井的自身优势，在世界范围内正蓬勃发展，小井眼正在部分的取代常规井眼，给石油工业带来显著的技术经济效益。三、小井眼钻井技术发展的原因1、经济因素发展和应用小井眼技术的主要目的是降低钻井成本。据几家石油公司小规模实验统计，与常规井相比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%。特别是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。具体原因（1）小井眼钻井的初期投资较小，包括使用较小的钻机、较小的井场、较细的管材、较少的泥浆、水泥等；（2）小油藏使用小井眼钻井技术可以较经济地采油；（3）对于有疑问的产层（主要勘探）可以经济测试；（4）小井眼的修井成本较低；（5）小井眼的整体开发成本较低。以上这些因素对于油公司和钻井承包商都具有很大的吸引力。2、技术进步进入80年代，小井眼钻井装备（小井眼钻机、连续软管钻机）、工具（小尺寸防喷器、井口、钻头、井下动力钻具等）和整套小井眼钻井技术（小井眼水力学、井控技术、固井完井等）均取得重大发展，使安全经济地进行小井眼钻井成为可能。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，在这些地区打一些小井眼连续取芯的探井，可及早搞清地下情况，及早作出决策，减小勘探的风险。项目小井眼（美元）常规井（美元）套管130012100油管53005300井口11002200其它工具（扶正器等）8001200钻进1580016600公司管理费900900车辆9001800外部人员120120固井28002000酸化150600测井850850射孔450350压裂33004500井场、房租费用25002500钻井液10001000岩心分析200200总计3747052220小井眼节约14750美元或28％1524m深小井眼与常规井的各项费用对比指标分类小井眼井常规井全部钻井费用（％）50100燃料消耗（％）25100井场面积（%）25100钻井液费用（（％）20100钻井深度（m）4267.24267.2井眼直径（mm）101.6215.9钻机重量（kg）154020186862.5直升机搬迁（每次2491.5kg）（次）150500大力神车搬迁（次）1265卡车搬迁（次）1855每班人数（人）3－46营地居住人数（人）3080总动力（kw）13504000钻柱重量（t）37150钻井液泵动力（kw）2462386.2使用浆体积（L）7950238500小井眼与常规井各项指标对照表（4267M中深井）国家小井眼（美元/m）常规井（美元/m）节约（％）阿拉斯加2149401646巴基斯坦43363332肯尼亚692110938Amoco公司在不同国家所钻井成本对比Amoco公司在阿拉斯加、巴基斯坦和肯尼亚地区所钻的小井眼井与常规井的钻井成本对比。•在印尼新几内亚西南的鸟头地区，Conoco公司于1986年使用新设计的直升飞机吊运的轻便钻机钻了12口小井眼，平均每口井的成本200万美元，而过去同一地区的普通井则需655万美元。•1989年，Oryx能源公司制定了一项采用小井眼开窗侧钻和水平钻井计划来改造位于美国德克萨斯州的Pearsau油田。•1990年初开始对5口老井实施小井眼开窗侧钻方案，即在老井51/2”（φ139.7mm）套管中开窗侧钻一个41/2”（φ114.3mm）的水平井段。表2-4为这5口井开窗侧钻的数据统计。从表中可看出，水平段的成本明显较高，且平均费用几乎与一口新井相同，其结果在经济上并不令人鼓舞。费用高的原因主要是由于井下连接导向工具系统的接头过多，易出故障，这大大降低了钻速，使每米成本升高。井号天数水平位移（m）总费用指数水平段费用指数144579.41.092.172397061.121.83325678.50.791.34433432.50.631.685184450.61.57平均32568.10.851.72小井眼开窗侧钻数据统计（1990年）*1990年常规井的总成本和水平段成本为1。1991年，由于开发了一种可靠的井下导向工具系统以及动力水龙头组合，从而使日进尺提高55％。因此，又进行了8口井的小井眼开窗侧钻作业（在老井51/2”套管中开窗侧钻37/8”的水平井段）。下表为这8口井的数据统计。与前5口井对比，水平位移增加6％，而日进尺提高55％，建井周期缩短了31％，成本降低了53％。井号天数水平位移总费用指数水平段费用指数118444.4**0.633.88238615.10.743.31324610.20.411.84421820.50.431.46520683.40.451.83618587.30.502.36714487.70.311.75822579.10.542.60平均22603.50.502.38小井眼开窗侧钻数据统计（1991－1992年）井眼尺寸（mm）深度/位移（m）成本指数水平段成本指数常规井215.93136.1/1140.31.001.00小井眼井155.582956/992.70.820.87小井眼开窗侧钻98.43/603.50.502.38小井眼水平钻井120.652955.6/961.30.680.73小井眼与常规井的钻井成本比较Oryx公司在Pearsau油田所钻的常规井与小井眼井的钻井成本对比比可以看出，小井眼水平井，老井开窗侧钻，成本都是降低的。国内外对环境保护问题越来越重视，钻井作业带来的大量钻井液、废油、水泥浆、钻屑，各种废料的处理和排放、空气污染和噪声污染等问题一直使钻井承包商感到头疼。小井眼钻井使这些问题得到了较好的解决。BP勘探作业公司对环境保护和费用方面作了小井眼与常规井的比较，如图3所示。从图中可以看出，在井深相同时，小井眼较常规井眼井径缩小50%，钻井液用量和排放钻屑量减少75%，这些对环境保护很有利。此外，小井眼费用也较常规井减少40%。小井眼井与常规井比较不同尺寸井眼的费用和时间对比从以上分项费用分析中可以看出，小井眼钻井费用降低主要在以下三个方面：（1）钻前费用，即井场及钻机搬迁费用，约占节约总费用的30%左右。随着井深加大，其比例下降，这说明小井眼要用轻便钻机。（2）钻井液、套管、水泥及注水泥费用，约占节约总费用的30%以上。随着井深加大，其比重上升。（3）评价费用，包括录井、测井、中途测试、岩心分析等费用，约占节约总费用的11%~12%。基本上不随井深变化而变化。以上三项节约的费用占总节约费用的70%~80%。四、小井眼钻井装备及工具目前，发展和采用的小井眼钻井系统有三种基本形式：转盘钻进、井下马达、连续取心钻进。（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。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。（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（2）MD5小井眼钻机安装后长宽高9.53.5310.91最大钻深1500米配有先进的仪表图4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国外一些公司用矿业连续取芯钻机钻小井眼探井。图6连续软管钻机(CTD)连续管钻机采用一条很长的柔性金属软管，起下钻时连续地将软管缠绕在一个直径很大的滚筒上，中间不用拆卸钻杆，可节省起下钻时间60%--70%。连续管钻机重量轻，占地面积小。目前连续管钻机钻深能力可达15240米。截止到上世纪90年代末,世界上约有500多台连续管钻机，预计2010年可达800多台。连续软管钻机连续软管钻井装置图7全套装置分别安装在两台卡车上，无井架，利用随车吊吊着注入头对准井口，注入头本身有坐地的框架,主要用于北极地区各种地形-45°环境下钻井.全地形车装连续软管钻井装置无井架，所有装置均安装在一个大型拖车上，主要用于陆地钻井拖车装连续软管钻井装置所有部件均安装在一台8轮重型车上,卡车尾部装有两腿井架,可利用两个液缸起升到钻井位置,井架放倒后卡车可在公路上自由行驶.井架上面有一个悬吊注入头的横梁,横梁可沿井架上下移动,注入头可在横梁下面水平移动,以对准或离开井口.带井架的车装连续软管钻井装置全装置分为注入头、滚筒、控制室、液压动力装置、钻井泵、高压管线和净化系统6个模块，组装在钻井船上。模块式海上连续软管钻机装置安装在长方形井场中央，井架固定在可以平行四边形起升的高钻台底座上面。滚筒架空设计可减少连续软管疲劳.陆地连续软管钻井装置专用的塔式井架固定着注入头，井架的3个侧面均有可上下的扶梯，滚筒置于井架前面，钻井泵和净化系统置于井架右侧，液压动力装置置于左侧，主要用于陆地钻井陆地连续软管钻塔地面设备：2000年阿曼CTDU小井眼欠平衡压力钻井（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3