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1、小井眼钻井的施工难点分析钻四32558见习技术员 谢立志摘要：2021年32558队完成了几口小井眼井,其中比拟有代表性的就是我们完成的梁46-侧11 套管开窗,以及纯67区块的几口小井眼直井.在梁 46-侧11的施工中遇到仪器外 筒脱扣和断钻具等事故,在纯 67-10和纯67-11施工过程中同时出现了在井深 1400左右沉 沙卡钻.随着生产需求小井眼钻井越来越多,要求越来越高.因此,为了提升打井效率,节 约钻井本钱,完善小井眼钻井技术很有必要. 本文就针对小井眼钻井中的难点谈几点根本认 识.关键词：小井眼环空压耗钻井降低钻井工程本钱,已成为油气田勘探开发的重要课题. 小井眼 是继水平井之后,
2、在80年代后期兴起的又一热点技术.小井眼钻井 可以减少消耗,降低本钱,已得到公认,其开展潜力得到了充分肯定. 胜利油田经过40多年的开发,因套管损坏、井底落物无法到达地质 目的等,造成几千口井无法用常规修并技术恢复生产.为了最大限度地利用现有地面设施,完善注采井网,更好地开掘地下产能,实现二, 三次采油以提升原油采收率,胜利油田试验应用了小井眼定向套管开 窗侧钻技术,收到了良好的增产效果.目前,小井眼定向开窗侧钻技 术已成为胜利油田各采油厂提升采收率,实现稳产增产的重要手段.1. 小井眼钻头选型关于小井眼的定义,不同国家,不同油公司有不同的理解,有的 根据环空尺寸,有的是依据井径.比拟普遍认可
3、的定义是：90 %或更 多的井段用小于177.8mm钻头钻进的井眼来定义.本文中的梁 46- 侧11开窗后所用钻头外径为118mm,小井眼直井在二开所用钻头也 仅为165mm,符合小井眼定义.小井眼钻头选型受到限制,小井眼钻井需要使用小尺寸的钻头, 但是,钻头尺寸越小,钻头轴承就越小,因此许用钻压也就越小,结 果机械钻速偏低.对于常规PD俄金刚石钻头,由于钻头类型与所钻 地层岩性不匹配,使钻速降低.而常规小尺寸牙轮钻头由于轴承弱牙 掌薄弱,钻头寿命短,并极易发生钻头事故不能适应小井眼高转数, 由于转速高,轴承磨损快,钻头进尺小,效率非常低.国外在 70年 代已研制开发了抗偏转的PDC钻头,热稳
4、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.在梁46-侧11所用的是YC-517单牙轮钻头5只和 P183MD-118pd晚占头4只,单是换钻头就至少要起下钻九次.在纯 67-11中HAT127小井眼三牙轮钻头1只和4Fpd晚占头3只.因此, 将来小井眼钻井时应该对钻头进行优选.2. 小井眼钻井的钻具要求小井眼钻柱由于其
5、直径小重量轻,不仅施加钻压的范围受到限 制,而且由于钻柱本身刚度小强度低,不能强化钻井技术参数,从而 导致小井眼钻井效率降低.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抗扭矩水平降低.小井眼钻井时转速很高,钻具在井底承受的反扭矩也更大, 在加压过大 时极易导致扭断钻具的事故发生.在纯46-侧11接单跟钻水泥钻压4-6T至2574m时,忽然无 进尺,然后加重起钻发现定向仪器外筒从丝扣连接处掉落井内. 此时 使用的井下钻具结构为：钻头 YC517-118mm*0.2m+ 头230*230*0.4m+ 转换接头231* 双 梯口 *0.37m+仪器筒11.25m
6、+转换接头双梯口 *2A10*0.33m+接头 2A10*210*0.41m+ 钻铤 104mm5根*45.52m+ 加重钻杆 89mm5柱 *136.8mm 钻 杆 73mm*2373.1m+ 方 保 211*210*0.31m+211*210*0.36m+ 方入 5m落鱼为：钻头 YC517-118mm*0.2m+ 头30*230*0.4m+ 转换接头 231* 双梯 口 *0.37m+ 仪器筒 8.55m.针对小井眼钻井时钻速高使得小尺寸的钻杆抗扭矩水平降低,在加压过大时极易导致扭断钻具的事故发生.因此在钻具入井之前一定 要检查好钻杆台阶是否平整,有刺漏,公母扣是否磨损,各种不常用 的钻
7、具下井前做好探伤,操作人员在上扣时一定要上紧,优化钻井参数,尤其是选择合理的钻进参数.3. 小井眼钻井的施工特点及难点3.1井控问题通过与常规井眼间隙比照,小井眼的环空体积更小.在小井眼钻 井时,钻具转速很快,使环空中高速上返的泥浆也高速旋转产生很大 的离心力撞击井壁,进而破坏井壁,影响泥浆的携岩效果；同时与泥 浆的上返运动合并产生旋流,大大的增加其环空压耗；加之钻杆接头 处的凸起也进一步消耗了钻井液能量, 降低其携岩水平.在常规井眼 中由于环空间隙较大,其外径对钻进影响可以忽略,因此小井眼钻井 对井控提出了很高要求.为保证小井眼钻井的平安,井控设备有：全封、半封闸板防喷器 和钻柱内防喷工具、
8、动平衡压井所需除气装置和管汇,并储藏性能良 好的加重泥浆,以及两台液面检测仪.表1;小井眼与常规井眼间隙比照井眼直径mm钻杆本体间隙过水段面积钻杆尺寸mm间隙mm间隙比例%井眼截面积mn2钻杆本体mm环形间隙mm面积比例%215.912744.510036951106612393010016588.938.0585.52137262041516863.381187322.550.56109304183674728.19表2:小井眼与常规井眼钻杆接头处间隙比照井眼直径mm钻杆接头间隙钻杆接头过水面积钻杆水眼接头尺寸mm间 隙mm间隙比例%断面积2mm环空面积mrn面积比例%面 积2mm比例%21
9、5.91622710020602159891009258100118104.786.6124.788618231214.46234425.32由于在小井眼环空压力损失占整个系统约 90恕上,而常规井大 约90醐失在钻柱和钻头.同时钻柱偏心度在小环空压力损失起重要 作用,钻杆转动与不转动环空压力损失比为1.11.6.因此,对于以 环空损失占主要地位的小井眼井, 动态压井成为有效的井控方法.动 态压井是用循环时环空摩擦损失来限制地层压力,可以通过改变排量、转速或泥浆性能来限制不平衡地层压力.同时通过纯67-12和纯67-15成功的实践经验证实：现有好的重钻井液技术和小井眼井控技 术可以平安钻进.3
10、.2小井眼钻井液要求小井眼钻井的特点一是环空间隙小(小井眼环隙只有常规井的 20%),环空压力损失大,二是转速高(500-1000转/分),钻井液中的 固相在离心作用下易粘附于钻杆内壁,因而对钻井液提出特殊的要 求,小井眼钻井或小井眼取芯钻井方面对泥浆的要求比拟严格,其特殊要求如下：(1) 能够在较低的排量下清洗井底,携带和悬浮岩屑；(2) 小井眼环隙小,即使在较低的排量下环空钻井液大多呈紊 流流态.因此要求钻井液具有最低的失水、低粘度,良好的造壁性、 较强的防塌水平,以保证在紊流流态下井壁的稳定性；(3) 由于小井眼的压力损失主要在环空,因而增加了钻井液的 当量密度,增大了起下钻时的波动压力
11、,易造成井下复杂情况.因此通过调整钻井液的流变参数,以到达降低环空压力损失、优化环空流 型,将是小井眼钻井液技术的关键之一；(4) 要求有很好的润滑性能,较低的摩阻系数.并能很好地保 护油气层；(5) 抑制稳定页岩并使井眼保持标准尺寸,特别是对具有冲蚀 作用的高速转动；(6) 适合于岩芯评价,这样就不会由于岩芯受到污染而丧失有 价值的资料.4. 事故分析及技术总结4.1外筒脱扣及断钻具事故梁46-侧11井一次断定向仪器外筒事故,连续6次打捞,打捞出 3节外筒,由于井下复杂,井眼小,打捞工期长,打捞费用和时间不 经济,于是放弃打捞井内落物(钻头 +双母接头+转换接头),一次断 钻具事故,主要因素
12、为：a井眼环空间隙小,泵排量缺乏,不利于携砂,导致活动钻具摩阻大. b杆断裂处壁厚在6.2到7mmfc右不等,壁厚较薄,小于该钢级钻杆 标准壁厚9.2mm,钻杆强度减弱.因此应对我们钻井队技术员培训最新的井底打捞工艺,配备齐全 的小井眼打捞工具,以提升打捞成功率,降低钻井本钱.5.2卡钻事故在井深到1400米左右馆陶组砾石层,纯67-11在测斜等仪器上 返期间,上提钻具时发生了沉沙卡钻,纯67-10由于接单根不及时也 发生了沉沙卡钻.这说明小井眼钻井对钻井液的携岩水平要求非常 高,尤其在钻遇岩屑体积大,不规那么,比重大时一定要调整好泥浆性 能,限制好粘度保证携岩效果,同时对职工的岗位技能也提出
13、了相当 的挑战,接单根速度一定要快,不要长时间静置钻具,假设测斜仪在一 定时间仍不上返应果断压井起钻.在钻至2050米井深,沙二底界至沙三上,纯 67-14钻遇薄层盐 膏,瞬时泥浆粘度增大,钻时明显变慢,加纯碱及无荧光粉降粘剂处 理钻井液,恢复正常钻进.小井眼钻井过程中,由于井眼和环空间隙均比拟小,增加了井眼 不稳定及压差卡钻的可能性,因而就要进行打捞作业或下入中间套 管.在较小的环空间隙内,打捞管壁较薄、尺寸较小、强度较低而柔 性又较大的钻柱及井下工具,难度较大且成功率较低.作业人员通常 下入打捞筒进行打捞作业,这种作业在小井眼中比拟困难,对于低强 度易裂管柱进行打捞可能要用打捞矛.几次打捞
14、失败进行侧钻可能是 最经济的方法.6. 钻进过程的考前须知1在二开正常造浆后,井队应认真落实好储藏重泥浆,以防范钻遇 复杂地层,以备急用,小井眼钻井遇特殊情况要求更高.2改小循环后加大药品投入,及时调整好泥浆流型,保证足够的黏 度,保证停泵后其有一定的悬浮水平,在泥浆未成型之前尽量不要长 时间停泵车测斜.3穿油层前一定去附近注水站落实注水井的停注情况,增强与甲方协调.4) 快完井穿复杂地层,或油层时候一定注意钻时变化情况,一旦钻 时忽然变快,应增强坐岗,观察返浆及振动筛出砂情况,检测钻井液 各项参数.7. 结语胜利油田作为一个从上世纪六七十年代开始全面开发的老油田, 保持稳产在2700万吨左右
15、,局部油区已经进入二次开发.小井眼水平 钻井是很有吸引力的钻井方法,不管是在占用场地,选用小马力钻机, 还是钻井液药品及套管方面都极大的节约了本钱.同常规井眼相比, 小井眼钻井可节约本钱30%-50%尤其在设备增加了二次开发老油区 的经济性.黄河钻井更应紧跟市场形势大力开展小井眼钻井技术,尤其在侧 钻井及小井眼水平井方面的研究力度.今后研究重点：1) 具有合理结构的小尺寸PDC、TSP、金刚石钻头,甚至高速牙轮 钻头.2) 高效率小井眼井下打捞工具.3) 小尺寸测斜仪器及MWD.4) 钻具尽量采用API标准钻具,同时需设计专用的小尺寸,钻头推 进器(加压器)、钻柱振击器,小尺寸可变径扶正器等.参考文献1 李广,韩强等.胜利油田小井眼定向套管开窗侧钻技术J.石油钻探技术,2021,36(04):75782 盛子堂.中原油田小井眼钻井技术实践J.中外能源,2021,13(06):43463 张戈李森,黄克献等.小井眼侧钻水平井技术的应用J.大庆石油地质与开发,2005,24(06):4041