国外小井眼钻井技术

1、 一、小井眼的基本概念一、小井眼的基本概念 1、凡是大于、凡是大于2 3/8”（60.23mm）油管不能作内管柱的）油管不能作内管柱的 井称小井眼；井称小井眼； 2、全井、全井90的井眼直径是用小于的井眼直径是用小于7”（ 177.8mm）钻）钻 头钻的井称为小井眼；头钻的井称为小井眼； 3、直径小于、直径小于8 1/2”（ 215.9mm）的井称为小井眼。）的井称为小井眼。 目前，比较普遍的定义是：目前，比较普遍的定义是：90的井眼直径小于的井眼直径小于7” 或或 70的井眼直径小于的井眼直径小于6”的井称为小井眼井。的井称为小井眼井。 二、小井眼钻井技术发展概况二、小井眼钻井技术发展概况

2、小井眼钻井是于始于上世纪小井眼钻井是于始于上世纪40年代，年代，50年代美国的年代美国的Carter公司公司 在犹他州，阿肯色州，路易丝安那州等地钻了在犹他州，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，的结论是钻小井眼井在经济上是合算的。据统计，50年代后期至年代后期至60 年代初，世界上有年代初，世界上有131家石油公司共钻了家石油公司共钻了3216口平均井深为口平均井深为1376米米 的小井眼井的小井眼井 （最大井深达（最大井深达3658M），明显降低了钻井成本。），明显降低了钻井成本。 在这期间，小井眼钻井兴旺在这期

3、间，小井眼钻井兴旺 ，开发了小井眼钻井的配套工具，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、井口等如小尺寸卡瓦、吊卡、扶正器、防喷器、井口等 。进入。进入60年代中后年代中后 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。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，例如瑞典的研制专用的小井眼钻机，例如瑞典的Mcrodrill 公司研制的公司

4、研制的MD系列钻系列钻 机。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。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。景气，钻井综合成本压力大，小井眼又引起广泛重视。 当时英国的当时英国的 BP公司公司1986年在年在Plungar油田，用油田，用MD3型小井眼钻机型小井眼钻机 钻钻6口口1000m

5、的井，并取得了很好的效果。的井，并取得了很好的效果。 这几口井的井身结构为这几口井的井身结构为 61/4”（ 168.75mm钻头）钻头）/51/2” (139.7mm套管套管)40m 43/4”（ 120.65mm钻头）钻头）/37/8”（ 96.875mm 套管）套管）500m 33/8”（ 85.725mm钻头）钻头）/27/8”（ 73.914mm套管）套管）1000m 90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，特别是连续软管

6、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。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。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三、小井眼钻井技术发展的原因 1 1、经济因素、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。据几发展

7、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 费用费用25-50%。在个别边远地区甚至使钻井费用降低。在个别边远地区甚至使钻井费用降低75%。特特 别是别是8080年代中期油价下跌，迫使各石油公司用更廉价的勘探方年代中期油价下跌，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。法，小井眼便是其主要途径。 具体原因具体原因 （1）小井眼钻井的初期投资较小，包括使用较小的钻机、）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；较小的井

8、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；）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；）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；）小井眼的修井成本较低； （5）小井眼的整体开发成本较低。）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。吸引力。 2、技术进步、技术进步 进入进入80年代，小井眼钻井装备（小井眼钻机、连续软管年代，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

9、器、井口、钻头、井下动力钻钻机）、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、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。钻井成为可能。 3、环境保护的压力小、环境保护的压力小 小井眼钻机占地面积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，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钻井液用量及岩屑量减少75%，施工机具用量大幅度下降，施工机具用量大幅度下降， 对环保有利。对环保有利。 4、勘探开发

10、的需要、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，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。下情况，及早作出决策，减小勘探的风险。 项项 目目小井眼（美元）小井眼（美元）常规井（美元）常规井（美元） 套管套管130013001210012100 油管油管5300530053005300 井口井口11001100220022

11、00 其它工具（扶正器等）其它工具（扶正器等）80080012001200 钻进钻进15800158001660016600 公司管理费公司管理费900900900900 车辆车辆90090018001800 外部人员外部人员120120120120 固井固井2800280020002000 酸化酸化150150600600 测井测井850850850850 射孔射孔450450350350 压裂压裂3300330045004500 井场、房租费用井场、房租费用2500250025002500 钻井液钻井液1000100010001000 岩心分析岩心分析200200200200 总计总计37

12、470374705222052220 小井眼节约小井眼节约1475014750美元或美元或2828 1524m深小井眼与常规井的各项费用对比深小井眼与常规井的各项费用对比 指标分类指标分类小井眼井小井眼井常规井常规井 全部钻井费用（）全部钻井费用（）5050100100 燃料消耗（）燃料消耗（）2525100100 井场面积（井场面积（% %）2525100100 钻井液费用（）钻井液费用（）2020100100 钻井深度（钻井深度（m m）4267.24267.24267.24267.2 井眼直径（井眼直径（mmmm）101.6101.6215.9215.9 钻机重量（钻机重量（kgkg）1

13、54020154020186862.5186862.5 直升机搬迁（每次直升机搬迁（每次2491.5kg2491.5kg）（次）（次）150150500500 大力神车搬迁（次）大力神车搬迁（次）12126565 卡车搬迁（次）卡车搬迁（次）18185555 每班人数（人）每班人数（人）3 34 46 6 营地居住人数（人）营地居住人数（人）30308080 总动力（总动力（kwkw）1350135040004000 钻柱重量（钻柱重量（t t）3737150150 钻井液泵动力（钻井液泵动力（kwkw）2462462386.22386.2 使用浆体积（使用浆体积（L L）7950795023

14、8500238500 小井眼与常规井各项指标对照表（小井眼与常规井各项指标对照表（4267M中深井）中深井） 国国 家家小井眼（美元小井眼（美元/m/m）常规井（美元常规井（美元/m/m）节约（）节约（） 阿拉斯加阿拉斯加21492149401640164646 巴基斯坦巴基斯坦4334336336333232 肯尼亚肯尼亚692692110911093838 Amoco公司在不同国家所钻井成本对比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。眼井与常规井的钻井成本对比。 在印尼

15、新几内亚西南的鸟头地区，在印尼新几内亚西南的鸟头地区，Conoco公司于公司于1986年年 使用新设计的直升飞机吊运的轻便钻机钻了使用新设计的直升飞机吊运的轻便钻机钻了12口小井眼，口小井眼， 平均每口井的成本平均每口井的成本200万美元，而过去同一地区的普通井万美元，而过去同一地区的普通井 则需则需655万美元。万美元。 1989年，年，Oryx能源公司制定了一项采用小井眼开窗侧钻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和水平钻井计划来改造位于美国德克萨斯州的Pearsau油油 田。田。 1990年初开始对年初开始对5口老井实施小井眼开窗侧钻方案，即在口

16、老井实施小井眼开窗侧钻方案，即在 老井老井51/2”（ 139.7mm）套管中开窗侧钻一个）套管中开窗侧钻一个41/2” （ 114.3mm）的水平井段。表）的水平井段。表2-4为这为这5口井开窗侧钻口井开窗侧钻 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，使每米成本升接头过多，易出故障，这大大降低

17、了钻速，使每米成本升 高。高。 井号井号天数天数水平位移（水平位移（m m）总费用指数总费用指数水平段费用指数水平段费用指数 1 14444579.4579.41.091.092.172.17 2 239397067061.121.121.831.83 3 32525678.5678.50.790.791.341.34 4 43333432.5432.50.630.631.681.68 5 518184454450.60.61.571.57 平均平均3232568.1568.10.850.851.721.72 小井眼开窗侧钻数据统计（小井眼开窗侧钻数据统计（1990年）年）* 1990年常规井

18、的总成本和水平段成本为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，从而使日进尺提高及动力水龙头组合，从而使日进尺提高55。因此，又进行。因此，又进行 了了8口井的小井眼开窗侧钻作业（在老井口井的小井眼开窗侧钻作业（在老井51/2”套管中开窗侧套管中开窗侧 钻钻37/8”的水平井段）。下表为这的水平井段）。下表为这8口井的数据统计。与前口井的数据统计。与前5 口井对比，水平位移增加口井对比，水平位移增加6，而日进尺提高，而日进尺提高55，建井周，建井周 期缩短了期缩短了31，成本降低了，成本降

19、低了53。 井号井号天天 数数水平位移水平位移总费用指数总费用指数水平段费用指数水平段费用指数 1 11818444.4444.4* * *0.630.633.883.88 2 23838615.1615.10.740.743.313.31 3 32424610.2610.20.410.411.841.84 4 42121820.5820.50.430.431.461.46 5 52020683.4683.40.450.451.831.83 6 61818587.3587.30.500.502.362.36 7 71414487.7487.70.310.311.751.75 8 8222257

20、9.1579.10.540.542.602.60 平均平均2222603.5603.50.500.502.382.38 小井眼开窗侧钻数据统计（小井眼开窗侧钻数据统计（19911992年）年） 井眼尺寸井眼尺寸 （mmmm） 深度深度/ /位移位移 （m m） 成本指数成本指数水平段水平段 成本指数成本指数 常规井常规井215.9215.93136.1/1140.33136.1/1140.31.001.001.001.00 小井眼井小井眼井155.58155.582956/992.72956/992.70.820.820.870.87 小井眼开窗侧钻小井眼开窗侧钻98.4398.43/603.

21、5/603.50.500.502.382.38 小井眼水平钻井小井眼水平钻井120.65120.652955.6/961.32955.6/961.30.680.680.730.73 小井眼与常规井的钻井成本比较小井眼与常规井的钻井成本比较 Oryx公司在公司在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。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

22、种废料的处理和排放、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。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，如图常规井的比较，如图3所示。从图中可以看出，在井深相同所示。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时，小井眼较常规井眼井径缩小50%，钻井液用量和排放钻，钻井液用量和排放钻 屑量减少屑量减少75% ，这些对环境保护很有

23、利。此外，小井眼费用，这些对环境保护很有利。此外，小井眼费用 也较常规井减少也较常规井减少40% 。 小井眼井与常规井比较小井眼井与常规井比较 不同尺寸井眼的费用和时间对比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：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）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。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

24、水泥费用，约占节约总费用的）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。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，）评价费用，包括录井、测井、中途测试、岩心分析等费用， 约占节约总费用的约占节约总费用的11%12%。基本上不随井深变化而变化。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、三种基本形式

25、：转盘钻进、 井下马达、连续取心钻进井下马达、连续取心钻进。 （一）小井眼钻机（一）小井眼钻机 适用于小井眼的钻机：常规小型石油钻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。例如美国生产的和车装钻修两用钻机。例如美国生产的65- B型车装钻机型车装钻机 用用27/8”- 41/2”钻杆钻杆 ，钻，钻 深能力深能力 1372 3658米。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为满足小井眼钻井的要求，国外一些公司专门

26、研制了多种型号的 小井眼钻机，例如瑞典小井眼钻机，例如瑞典MicrodrillMicrodrill公司研制的小井眼钻机公司研制的小井眼钻机 钻深能力介于钻深能力介于800-1700m800-1700m之间之间 钻机总高钻机总高10.91m10.91m（相同钻深能力的常规钻机总高为（相同钻深能力的常规钻机总高为40m40m） 外形尺寸外形尺寸 9.509.50* *3.533.53* *10.9110.91 井场占地井场占地2525* *32m32m，是常规钻机占地面积的，是常规钻机占地面积的1/41/4。 （1 1）MD3MD3型小井眼钻机型小井眼钻机 钻机重钻机重1313吨，钻深能力吨，钻深

27、能力1500m1500m 井场布置如下图井场布置如下图 图 3 （2）MD5小井眼钻机小井眼钻机 安装后安装后 长长 宽宽 高高 9.5 3.53 10.91 最大钻深最大钻深 1500米米 配有先进的仪表配有先进的仪表 图 4 直升飞机运输式小井眼钻机（直升飞机运输式小井眼钻机（Conoco印尼公司生产）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吨的直升机吨的直升机 运运100架次。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。国外一些公司用矿业连续取芯钻机钻小井眼探井。 图 6 连续软管钻机连续软管钻机(

28、CTD) 连续管钻机采用一条很长的柔性金属软管，起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。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目前连续管钻机钻深能力可达15240米。截止米。截止 到上世纪到上世纪90年代末年代末,世界上约有世界上约有500多台连续管多台连续管 钻机，预计钻机，预计2010年可达年可达800多台。多台。 连续软管钻机连续软管钻机 连续软管钻井装置连

29、续软管钻井装置 图 7 全套装置分别安全套装置分别安 装在两台卡车上，装在两台卡车上， 无井架，利用随无井架，利用随 车吊吊着注入头车吊吊着注入头 对准井口，注入对准井口，注入 头本身有坐地的头本身有坐地的 框架框架,主要用于主要用于 北极地区各种地北极地区各种地 形形-45环境下环境下 钻井钻井. 全地形车装连续软管钻井装置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拖车装连续软管钻井装置 所有部件均安装在一所有部件均安装在一 台台8轮重型车上轮重型车上,卡车卡车 尾部装有

30、两腿井架尾部装有两腿井架, 可利用两个液缸起升可利用两个液缸起升 到钻井位置到钻井位置,井架放井架放 倒后卡车可在公路上倒后卡车可在公路上 自由行驶自由行驶.井架上面井架上面 有一个悬吊注入头的有一个悬吊注入头的 横梁横梁,横梁可沿井架横梁可沿井架 上下移动上下移动,注入头可注入头可 在横梁下面水平移动在横梁下面水平移动, 以对准或离开井口以对准或离开井口. 带井架的车装连续软管钻井装置带井架的车装连续软管钻井装置 全装置分为全装置分为 注入头、滚注入头、滚 筒、控制室、筒、控制室、 液压动力装液压动力装 置、钻井泵、置、钻井泵、 高压管线和高压管线和 净化系统净化系统6 个模块，组个模块，组

31、 装在钻井船装在钻井船 上上。 模块式海上连续软管钻机模块式海上连续软管钻机 装置安装置安 装在长装在长 方形井方形井 场中央，场中央， 井架固井架固 定在可定在可 以平行以平行 四边形四边形 起升的起升的 高钻台高钻台 底座上底座上 面。滚面。滚 筒架空筒架空 设计可设计可 减少连减少连 续软管续软管 疲劳疲劳. 陆地连续软管钻井装置陆地连续软管钻井装置 专用的塔式专用的塔式 井架固定着井架固定着 注入头，井注入头，井 架的架的3个侧面个侧面 均有可上下均有可上下 的扶梯，滚的扶梯，滚 筒置于井架筒置于井架 前面，钻井前面，钻井 泵和净化系泵和净化系 统置于井架统置于井架 右侧，液压右侧，液

32、压 动力装置置动力装置置 于左侧，主于左侧，主 要用于陆地要用于陆地 钻井钻井 陆地连续软管钻塔陆地连续软管钻塔 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（二）小井眼钻头及钻杆 1 1、小井眼钻头、小井眼钻头 8080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：牙轮钻头碍。适用于小井眼的钻头有：牙轮钻头. PDC. TSP. PDC. TSP钻头和天然金刚石钻头。钻头和天然金刚石钻头。 一般采用一般采用PDC.TSPPDC.TSP钻头钻头. .还有用偏心还有

33、用偏心 PDCPDC钻头。钻头。 2 2、小井眼钻杆、小井眼钻杆 标准尺寸的钻杆标准尺寸的钻杆 3 1/23 1/2 、 、2 7/82 7/8 有时也用 有时也用2 3/82 3/8 的油管。 的油管。 连续软管连续软管 用一根根长度有限的钢管对焊而成用一根根长度有限的钢管对焊而成, ,长度可根长度可根 据需要而定。软管的材料用淬火钢、回火钢或钛合金钢。据需要而定。软管的材料用淬火钢、回火钢或钛合金钢。 连续软管的外径有连续软管的外径有1 1 、 、1 1/41 1/4 、 、1 1/21 1/2 、 、1 3/41 3/4 、 、2 2 、 、2 3/82 3/8 和和3 7/83 7/8

34、 的，可满足钻井和修井的要求。 的，可满足钻井和修井的要求。 （三）小尺寸井下动力钻具（三）小尺寸井下动力钻具 （四）液力加压器（四）液力加压器 液力加压器是小井眼钻井的主要井下工具之一。是钻压的主要来液力加压器是小井眼钻井的主要井下工具之一。是钻压的主要来 源。源。 液力加压器的优越性液力加压器的优越性 1、液力加压器的本质是一个水力学上受控的活塞，在井底钻具组合内、液力加压器的本质是一个水力学上受控的活塞，在井底钻具组合内 动作起来像一个能自由伸缩的节点，有效地减小了钻头的轴向振动，动作起来像一个能自由伸缩的节点，有效地减小了钻头的轴向振动， 因此阻止了轴向振动的积聚；因此阻止了轴向振动的

35、积聚； 2、中性点稳定，钻压平稳，延长钻头、钻柱的寿命；、中性点稳定，钻压平稳，延长钻头、钻柱的寿命； 3、钻速快，且井眼规则；、钻速快，且井眼规则； 4、少用或不用钻铤，降低环空压耗，提高钻头的水力作用。、少用或不用钻铤，降低环空压耗，提高钻头的水力作用。 五、小井眼井控技术五、小井眼井控技术 （一）小井眼井控与常规井控的差别（一）小井眼井控与常规井控的差别 1 1、环空间隙、环空间隙（小井眼环空体积小）（小井眼环空体积小） 图 8 与常规井眼相比，小井眼环空间隙小，体积小。同样的流体与常规井眼相比，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

36、度侵入量，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。快，对溢流很敏感。 例：例：318318升的溢流在常规井眼环空中占升的溢流在常规井眼环空中占12m12m长，使井底压力降长，使井底压力降 低低0.105MPa0.105MPa；在小井眼环空中占；在小井眼环空中占114m114m长，使井底压力降低长，使井底压力降低0.84MPa0.84MPa。 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。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

37、大。就越大。 小井眼井控要解决的问题：小井眼井控要解决的问题： （1 1）井眼系统的压力分布规律及计算公式；）井眼系统的压力分布规律及计算公式； （2 2）最佳的溢流监测方法；）最佳的溢流监测方法； （3 3）最有效的压井方法。）最有效的压井方法。 2 2、系统的压力损失大、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。失。 掌握系统压力损失是小井眼井控的关键，有关测试数据表明，小井掌握系统压力损失是小井眼井控的关键，有关测试数据表明，小井 眼中的压力损失分布与常规井是相反的。眼中的压力损失分布与常规

38、井是相反的。在常规井中，大约在常规井中，大约90%的泵压的泵压 损失在钻柱内及钻头处，环空压力损失仅为泵压的损失在钻柱内及钻头处，环空压力损失仅为泵压的10%。而在小井眼井。而在小井眼井 中，泵压的中，泵压的90%损失在环空，其它损失占泵压的损失在环空，其它损失占泵压的10% 。 传统的环空压力损失计算方法对小井眼是不适用的，而且钻柱在井传统的环空压力损失计算方法对小井眼是不适用的，而且钻柱在井 内的偏心度对小井眼环空压力损失也有很大影响，把用常规环空压力损内的偏心度对小井眼环空压力损失也有很大影响，把用常规环空压力损 失计算公式所算结果与美国失计算公式所算结果与美国Amoco公司公司SHAD

39、S井所测数据进行比较，在井所测数据进行比较，在 2430m小井眼中，钻井液密度小井眼中，钻井液密度1.02 g/cm3，塑性粘度，塑性粘度1110-3Pas，屈，屈 服值服值2.39Pa，流量，流量3.154L/s，用正常计算公式算得环空压力损失，用正常计算公式算得环空压力损失 5308kPa，而实际测得的环空压力损失是，而实际测得的环空压力损失是3344kPa。由此可见，传统的。由此可见，传统的 计算方法不适用于小井眼，但除环空以外的其它部分的压力损失，仍然计算方法不适用于小井眼，但除环空以外的其它部分的压力损失，仍然 可以用传统的方法计算，而小井眼的环空压力损失可由可以用传统的方法计算，而

40、小井眼的环空压力损失可由SHADS井所得公井所得公 式确定。式确定。 nn i n f n nn qdddd n n k 22 0 22 0 342 )()( 12 075. 04 .25063. 0588. 2 Re 2 0 3 0 2 9 )()( 10017. 3 ii dddd q fp 式中，式中，di 钻柱直径，钻柱直径，mm； do 井径，井径，mm； f 摩阻系数；摩阻系数； k 钻井液稠度系数；钻井液稠度系数； n 钻井液流性指数；钻井液流性指数； Re雷诺数；雷诺数； p 环空压力损失，环空压力损失，kPa； q 排量，排量，L/s； 钻井液密度，钻井液密度，g/cm3。

41、SHADS公式公式 小井眼中钻柱的旋转对环空压降的影响也很大，随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。着钻柱的高速旋转，环空压降会显著增加。 例：例：Amoco公司做过实验：公司做过实验： 井深井深2438m，泥浆密度，泥浆密度m =1.028/cm3 ，泵排量，泵排量 Q=3.15l/s，钻柱不旋转时，环空压降为，钻柱不旋转时，环空压降为3.4MPa ,当量循当量循 环密度为环密度为1.13g/cm3，钻柱以，钻柱以600转转/分（分（RPM）旋转时，）旋转时， 环空压降为环空压降为7.5MPa,当量循环密度为当量循环密度为1.33g/cm3 。

42、 （二）小井眼井涌检测技术（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 种检测方法的灵敏度主要取决于液面高度仪和操作人员的警惕性。种检测方法的灵敏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这种方法一般要等到泥浆池的增量达到2m2m3 3 以上才能检测到井涌，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。法来提高检测精度

43、和灵魂度。国外发展了一些小井眼井涌检测方法。 1 1、AmocoAmoco公司井涌检测法（出入口流量法）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。机实时判断并报警，这种方法的灵敏度高。 2 2、AnadrillAnadrill公司的井涌检测方法公司的井涌检测方法 该公司研究了两种井涌检测法该公司研究了两种井涌检测法 （1 1）泥浆流量

44、的波测量方法。）泥浆流量的波测量方法。 （2 2）泥浆泵压力波的往复传播时间。）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。就说明发生了气涌。 3 3、BPBP公司研制了一种小井眼井涌早期检测系统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和立管压力，将实测值与预测值进行对比，根据两者

45、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。据了井涌、井漏或钻具刺漏异常情况。据BPBP公司称，系统模型考虑了钻柱旋转的影公司称，系统模型考虑了钻柱旋转的影 响，能够检测到响，能够检测到1 1桶（桶（159159升）的溢流量。该系统在小井眼钻井作业中获得了成功升）的溢流量。该系统在小井眼钻井作业中获得了成功 的应用。的应用。 为安全地钻小井眼，美国的为安全地钻小井眼，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

46、 措施。措施。 Amoco公司的小井眼井控专家系统公司的小井眼井控专家系统 （三）小井眼压井方法（三）小井眼压井方法-动态压井法动态压井法 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。方法。 小井眼环空压耗很大（占泵压的小井眼环空压耗很大（占泵压的90%90%），动态压井是一种有效的小井眼），动态压井是一种有效的小井眼 压井法。压井法。 1 1、动态压井法、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（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。力损耗来控制地层压力。 例

47、：在图例：在图8 8所示的小井眼中，以所示的小井眼中，以3.153.15升升/ /秒的排量循环泥浆时秒的排量循环泥浆时, ,当量循环当量循环 密度密度(ECD)(ECD)为为1.15g/cm1.15g/cm3 3; ; 当排量增加到当排量增加到6.36.3升升/ /秒时秒时, ,井底的当量循环密度增井底的当量循环密度增 至至1.45g/cm1.45g/cm3 3 。 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。不需要加重泥浆。 2、动态压井的实施、动态压井的实施 （1）钻井过程实测环空压耗的大小。）钻

48、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。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。）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。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。）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。 在钻进过程中发生井涌，也可不停钻，通

49、过增大排量和钻柱的旋转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。速度来控制井涌。 3 3、动态压井的优越性、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动态压井法优于常规压井的等待加重法和司钻法 （1 1）不用加重泥浆。）不用加重泥浆。 （2 2）可以尽快地实施。）可以尽快地实施。 （3 3）可最大限度地减小套管鞋处的压力。）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。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动平衡压井时，泥浆系

50、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。口套压之和。 4、应注意的问题、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）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

51、于设备能力（额定排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。眼冲蚀非常敏感。 （2）动态压井有利有弊，用环空压耗控制井底压力容易压漏地）动态压井有利有弊，用环空压耗控制井底压力容易压漏地 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。行事。 实践证明，某些小井眼也可用常规法压井，这要根实践证明，某些小井眼也可用常规法压井，这要根 据具体情况而定。决策程序如下据具体情况而定。决策

52、程序如下： 计算压井排量下的环空压降计算压井排量下的环空压降 计算常规压井时的井底压力计算常规压井时的井底压力 常规压井会引起井漏吗？常规压井会引起井漏吗？ 不不 环空压降大于环空压降大于1.4MPa? 不不 采用常规压井采用常规压井 降低压井排量能使环空压降降低压井排量能使环空压降 减少到减少到1.4MPa或以下吗或以下吗? 是是 采用小井眼压井采用小井眼压井 六、小井眼完井六、小井眼完井 小井眼可用常规的完井方法（裸眼完井小井眼可用常规的完井方法（裸眼完井. .尾管尾管 注水泥完井注水泥完井. .割缝衬管完井等割缝衬管完井等) )。 国外常用单筒完井法国外常用单筒完井法, ,可降低小井眼完井费用可降低小井眼完井费用, , 增大小井眼油气流动通道增大小井眼油气流动通道, ,提高小井眼油气产量。提高小井眼油气产量。 （单筒完井是英国油公司（单筒完井是英国油公司8080年代提出的）年代提出的） 单筒完井的特点：单筒完井的特点： 1 1、允许油管的直径等于或大于生产尾管的直径。、允许油管的直径等于或大于生产尾管的直径。 2 2、在全井没有通向产层的永远性直径约束。、在全井没有通向产层的永远性直径约束。 3 3、完井时在井内安装的工具设备最少。、完井时在井内安装的工具设备最少。 4 4、可通过油管进行修井作业。、可通过油管进行修井作业。 5