小井眼鉆井設(shè)備及工藝技術(shù)現(xiàn)場質(zhì)量管理研究

余淼

川慶鉆探工程有限公司川西鉆探公司 四川成都 610000

雖然在世界各國的石油領(lǐng)域當(dāng)中，小井眼鉆井技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用，但受到國家和地區(qū)等因素的影響，在小井眼方面的理解還存在著相應(yīng)的差異，所以，直到現(xiàn)在，對于小井眼的概念仍然沒有得到有效的統(tǒng)一，而在對油田進(jìn)行開發(fā)和鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)用的小井眼鉆井技術(shù)有很多種，這些技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)各異，而且在施工工藝方面也有所差別，在具體使用過程中要將現(xiàn)場管理工作做好，因此，有必要針對小井眼鉆井設(shè)備及相關(guān)工藝管理進(jìn)行深入的研究。

1 小井眼鉆井工藝及設(shè)備概述

目前，人們能夠普遍接受的小井眼定義為：70%的井深直徑在127mm以下或是90%的井深直徑低于177.8mm的井即為小井眼。在小井眼鉆井工藝中，常見的方法包括直徑較小的鉆井液馬達(dá)旋轉(zhuǎn)鉆頭鉆井、采礦取心筒連續(xù)取心鉆井以及小型旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)應(yīng)用的小直徑鉆頭及鉆桿鉆井，其中，第一種方法的應(yīng)用較為普遍，第二種方法存在一定的適用范圍限制，一般在新探區(qū)進(jìn)行地質(zhì)取心鉆井時(shí)應(yīng)用，而第三種方法則容易出現(xiàn)鉆桿扭斷的問題[1]。

在采用小井眼鉆井技術(shù)的過程中，應(yīng)用的設(shè)備主要有以下幾種：

1.1 鉆機(jī)

在世界各國當(dāng)中，如今還沒有形成統(tǒng)一的鉆機(jī)配套設(shè)備，且各國和各地區(qū)在進(jìn)行小井眼鉆井施工時(shí)，使用的設(shè)備大多都是經(jīng)過現(xiàn)有設(shè)備改造或自行設(shè)計(jì)研發(fā)的鉆機(jī)，而國內(nèi)應(yīng)用的鉆機(jī)類型主要有兩種，一種是鉆深在1200m以上的鉆機(jī)，另一種是鉆深能力在1000m左右的鉆機(jī)。

1.2 鉆頭

由于小井眼鉆機(jī)在加鉆壓方面比較困難，且鉆具質(zhì)量普遍較強(qiáng)，在進(jìn)行定向井施工的過程中，對于鉆井技術(shù)具有較高的要求，所有在具體應(yīng)用過程中，容易對小井眼鉆井施工的效率造成一定的影響，我國目前在進(jìn)行鉆井操作中常用的鉆頭主要有以下幾種類型，分別是天然金剛石類、熱穩(wěn)定聚晶類、牙輪類以及PDC類。

1.3 鉆桿

我國在應(yīng)用小井眼鉆井技術(shù)時(shí)，應(yīng)用的鉆桿主要是標(biāo)準(zhǔn)小尺寸鉆桿和礦業(yè)取心鉆桿這兩種，而國外主要應(yīng)用長度為88.9mm的鉆桿。但在對小于120.7mm或者尺寸更小的鉆頭進(jìn)行使用時(shí)，通常還會(huì)用到60.325mm以及73.35mm等尺寸的鉆桿[2]。

1.4 鉆井液馬達(dá)

我國在鉆井液馬達(dá)方面，已經(jīng)研發(fā)出了高、中、低轉(zhuǎn)速的液馬達(dá)，且尺寸較多，可以滿足不同直徑種類和不同轉(zhuǎn)速的鉆井要求，而且馬達(dá)具有高達(dá)200℃的抗高溫性能。

1.5 取心裝置

在小井眼鉆井施工中，我國應(yīng)用的取心裝置包括取心鉆機(jī)、鉆桿、鉆頭、巖心筒及相關(guān)配套裝置等。目前我國的鉆井工藝已經(jīng)能夠在104.8mm乃至更小的井眼當(dāng)中進(jìn)行取心操作，而且借助鉆柱抗振技術(shù)能夠使巖心收獲率得到有效的提升。

1.6 打撈工具

如果在鉆井期間井下發(fā)生安全事故問題，需要進(jìn)行落魚打撈時(shí)，就要對打撈工具加以應(yīng)用，而目前打撈矛、打撈籃、打撈杯以及打撈筒是最為常用的打撈工具。

1.7 降低鉆柱振動(dòng)和疲勞破壞的相關(guān)設(shè)備

在鉆井施工中，這種配套工具主要包括：液力加壓器、具有抗偏轉(zhuǎn)能力的PDC鉆頭、降低牛鉆振動(dòng)力的柔性轉(zhuǎn)盤或頂驅(qū)、鉆井液馬達(dá)以及耐疲勞鉆桿接頭等[3]。

2 小井眼鉆井現(xiàn)場工藝技術(shù)管理問題及相關(guān)解決措施

2.1 鉆柱疲勞損壞及振動(dòng)

在應(yīng)用小井眼鉆井技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場施工的過程中，井下鉆柱容易產(chǎn)生振動(dòng)問題，從而影響到鉆頭的鉆速和使用壽命，在這種情況下，鉆柱也會(huì)受到疲勞負(fù)荷的影響，其中的疲勞負(fù)荷包括交變的彎曲、振動(dòng)、拉伸以及扭轉(zhuǎn)等，容易在螺紋接頭直角吊卡臺肩等應(yīng)力較為集中的部分產(chǎn)生疲勞裂紋或造成疲勞斷裂，進(jìn)而產(chǎn)生較為嚴(yán)重的疲勞損壞問題，從而影響鉆井工作的順利開展。而想要使這種問題得到有效的解決，需要相關(guān)工作人員在施工以前對現(xiàn)場的具體情況進(jìn)行充分的檢查，根據(jù)地質(zhì)條件，相關(guān)工藝以及機(jī)械配置進(jìn)行合理的選擇，盡量對抗偏轉(zhuǎn)能力較強(qiáng)的PDC鉆頭、柔性轉(zhuǎn)盤以及頂驅(qū)鉆機(jī)加以使用，使扭轉(zhuǎn)振動(dòng)問題得到有效的控制。除此之外，在現(xiàn)場施工條件允許的情況下，還可以對液壓推進(jìn)器或者是鉆井液馬達(dá)進(jìn)行使用，使鉆柱運(yùn)行期間的軸向振動(dòng)有效消除，進(jìn)而達(dá)到提升施工安全和施工效率的目的[4]。

2.2 小井眼完井

當(dāng)前階段，無油管完井、尾管完井、割縫襯管完井以及裸眼完井是小井眼鉆井施工中較為常用的完井方式，其中無油管以及套管組合在實(shí)際施工中的應(yīng)用頻率最高，但這種方式在施工期間存在較大的摩擦壓力，容易對油井產(chǎn)量造成較大的影響。因此，需要相關(guān)技術(shù)人員對施工現(xiàn)場加強(qiáng)管理，通過對完井技術(shù)應(yīng)用情況的檢查，找出相關(guān)問題，并對小井眼完井方式加以改進(jìn)，根據(jù)施工實(shí)際，采用連續(xù)管作為鉆井作業(yè)的永久性管柱，這樣能夠有效降低完井對后期測井作業(yè)和修井作業(yè)的影響，同時(shí)還能使油井產(chǎn)量得到進(jìn)一步的提升[5]。

2.3 井眼軌跡控制

對于常規(guī)性的油井井眼而言，其環(huán)空間當(dāng)中具有較大的施工縫，而且鉆井施工很少會(huì)受到井口外徑的影響，但這也要求在現(xiàn)場施工期間，要將井眼軌跡的管控工作做好，而能夠?qū)圮壽E進(jìn)行控制的方法包括以下幾種：一是導(dǎo)向鉆井技術(shù)，在對該項(xiàng)技術(shù)加以應(yīng)用的過程中，需要將施工現(xiàn)場的實(shí)際測量結(jié)果作為參考依據(jù)，在井下完成井眼運(yùn)行軌跡的調(diào)整，而想要確保該項(xiàng)技術(shù)的效用發(fā)揮，需要使用計(jì)算機(jī)技術(shù)、井下導(dǎo)向工具、隨鉆測量技術(shù)以及PDC鉆頭作為基礎(chǔ)保障；二是復(fù)合鉆井技術(shù)，其主要是應(yīng)用螺桿鉆與高效鉆頭和轉(zhuǎn)配進(jìn)行結(jié)合應(yīng)用的一種新型鉆井技術(shù)，在具體施工期間，該項(xiàng)技術(shù)可以不起下鉆將定向和鉆井等工作完成，而且鉆進(jìn)過程中能夠保持較高的機(jī)械鉆速；三是常規(guī)鉆井技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)一般在難度較低的小井眼鉆井施工中進(jìn)行應(yīng)用，在實(shí)際操作中，主要是在常規(guī)鉆具當(dāng)中設(shè)置扶正器進(jìn)行使用，利用旋轉(zhuǎn)鉆井的形式，對鉆井參數(shù)進(jìn)行合理的選擇，以此來完成鉆井施工。相比于其他鉆井技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用并沒有太高的要求；四是動(dòng)態(tài)壓井鉆井技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)能夠?qū)︺@井過程中出現(xiàn)的環(huán)空摩擦損失加以利用，使鉆井低層部分的壓力得到有效的控制，并通過對鉆井排量以及鉆速等工作性能，控制低層當(dāng)中的不平衡壓力，進(jìn)而達(dá)到控制井眼軌跡的目的。而該項(xiàng)技術(shù)在眾多施工技術(shù)當(dāng)中，是井眼軌跡控制效果較為明顯的一種[6]。

而除了上述問題之外，在對小井眼鉆井施工中的完井作業(yè)進(jìn)行現(xiàn)場管理時(shí)，還有其他問題存在，包括鉆頭選型、鉆具要求、鉆井液要求以及鉆進(jìn)過程管理等工作，這些工作都是現(xiàn)場管理工作的重難點(diǎn)所在[7]。

3 結(jié)語

綜上所述，對于小井眼鉆井技術(shù)而言，做好設(shè)備完善和工具配套工作能夠使施工操作的安全性得到有效的保證，且對于技術(shù)發(fā)展也具有積極的作用，因此，相關(guān)單位應(yīng)該在確保施工安全的基礎(chǔ)上對容易操作、技術(shù)成本低的小井眼鉆井設(shè)備和相關(guān)配套工具進(jìn)行大力的研發(fā)與應(yīng)用，并針對該項(xiàng)技術(shù)落實(shí)好現(xiàn)場管理工作，通過相關(guān)措施，對其中存在的問題進(jìn)行有效的解決，使該項(xiàng)技術(shù)的效用能夠充分的發(fā)揮出來。