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：2009 年 32558 队完成了几口小井眼井，其中比较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，为了提高打井效率，节约钻井成本，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基本认识。关键词：小井眼 环空压耗 钻井降低钻井工程成本，已成为油气田勘探开发的重要课题
2、。小井眼是继水平井之后，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，降低成本，已得到公认，其发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、井底落物无法达到地质目的等，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，更好地发掘地下产能，实现二，三次采油以提高原油采收率，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高采收率，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
3、井径。比较普遍认可的定义是：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PDC或金刚石钻头，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单薄，钻头寿命短，并极易发生钻头事故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。国外在70 年代已研制开发了抗偏转的PD
4、C 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。在梁46- 侧11所用的是YC-517单牙轮钻头（5只）和P183MD-118pdc钻头（ 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4Fpdc钻头（3只） 。因此，将来小井眼钻井时应该对钻头进行优选
5、。2. 小井眼钻井的钻具要求小井眼钻柱由于其直径小重量轻，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能力降低。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，突然无进尺，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+接头(230*230*0.4m)+转换接头(23
6、1*双梯口*0.37m)+仪器筒 11.25m+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+接头(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能力降低，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，
7、有刺漏，公母扣是否磨损，各种不常用的钻具下井前做好探伤，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对比，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，降低其携岩能力。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安全，井控设备有: 全封、半封
8、闸板防喷器和钻柱内防喷工具、动平衡压井所需除气装置和管汇，并储备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对比钻杆本体间隙 过水段面积井眼直径 mm 钻杆尺寸 mm间隙 mm 间隙比例 %井眼截面积 mm 2 钻杆本体 mm环形间隙 mm面积比例 %215.9 127 44.5 100 36951 10661 23930 100165 88.9 38.05 85.5 21372 6204 15168 63.38118 73 22.5 50.56 10930 4183 6747 28.19表2：小井眼与常规井眼钻杆接头处间隙对比钻杆接头间隙 钻杆接头过水面积 钻杆水眼井眼
9、直径 mm 接头尺寸 mm间隙 mm间隙比例 %断面积 mm2 环空面积mm 2 面积比例 %面积 mm2 比例 %215.9 162 27 100 20602 15989 100 9258 100118 104.78 6.61 24.78 8618 2312 14.46 2344 25.32由于在小井眼环空压力损失占整个系统约90 %以上，而常规井大约90%损失在钻柱和钻头。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控制地层压力，可以通过改变排量
10、、转速或泥浆性能来控制不平衡地层压力。同时通过纯67-12和纯67-15成功的实践经验证明：现有好的重钻井液技术和小井眼井控技术可以安全钻进。3.2 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较严格，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
11、防塌能力，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，易造成井下复杂情况。因此通过调整钻井液的流变参数，以达到降低环空压力损失、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
12、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，主要因素为：a 井眼环空间隙小，泵排量不足，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 7mm 左右不等，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，以提高打捞成功率，降低钻井成本。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
13、小井眼钻井对钻井液的携岩能力要求非常高，尤其在钻遇岩屑体积大，不规则，比重大时一定要调整好泥浆性能，控制好粘度确保携岩效果，同时对职工的岗位技能也提出了相当的挑战，接单根速度一定要快，不要长时间静置钻具，若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较小，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，
14、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较困难，对于低强度易裂管柱进行打捞可能要用打捞矛。几次打捞失败进行侧钻可能是最经济的方法。6.钻进过程的注意事项1）在二开正常造浆后，井队应认真落实好储备重泥浆，以防备钻遇复杂地层，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，确保停泵后其有一定的悬浮能力，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，加强与甲方协调。4）快完井穿复杂地层，或油层时候一定注意钻时变化情况，一旦钻时突然变快，应加强坐岗，观察返浆及振动
15、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，部分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成本。同常规井眼相比，小井眼钻井可节约成本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发展小井眼钻井技术，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,2008,36(04):75782盛子堂.中原油田小井眼钻井技术实践J.中外能源,2008,13(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
