科研項目論證報告-小井眼、長水平段水平井鉆井技術(shù)研究

1、<p><b>　　中油商密5年</b></p><p><b>　　中 原 油 田</b></p><p>　　科研項目可行性論證報告</p><p>　　項 目 名 稱：小井眼、長水平段水平井鉆井技術(shù)研究</p><p>　　課 題 名 稱：小井眼、長水平段水平井鉆井技術(shù)研究</

2、p><p>　　編 寫 人：____ 李茂生__________ ________</p><p>　　負 責(zé) 單 位：_____ 鉆井二公司__________________</p><p>　　二Ｏ一二 年 3 月 12 日</p><p>　　一、項目立項依據(jù)與目的意義</p><p>　　1、項目研

3、究的重要性分析</p><p>　　水平井開發(fā)作為一種提高單井產(chǎn)量和油氣田綜合開發(fā)效益的有效手段，越來越受到人們的重視，實踐表明，水平井技術(shù)在低滲透油氣藏的開發(fā)中，可以增加暴露的油氣面積，有利于提高產(chǎn)量，減少生產(chǎn)井?dāng)?shù)，降低鉆井成本，是提高氣田單井產(chǎn)能及采收率的有效方法，其成功應(yīng)用對油氣田的發(fā)展具有重要意義。</p><p>　　深井小井眼、長水平段鉆井是一項風(fēng)險很大的工程，存在著大量的模糊

4、性、隨機性和不確定性問題。由于對鉆井過程中的客觀情況認識不清楚或主觀意識的決策失誤，往往會發(fā)生許多復(fù)雜情況甚至造成嚴重的事故，輕者耗費大量的人力物力和時間，重者導(dǎo)致全井的廢棄。具初步估計，深井小井眼、長水平段鉆井處理復(fù)雜和事故的時間應(yīng)該在10%以上。</p><p>　　一口井特別是水平井一旦出現(xiàn)事故，不但會增加處理事故的時間，還會給后續(xù)施工帶來不可預(yù)料的風(fēng)險。鉆井速度的提高不光可以降低成本，同時還降低了出現(xiàn)井下

5、事故的時間和可能性。</p><p>　　該項目針對小井眼、長水平段水平井鉆井速度慢、鉆井周期長及井下復(fù)雜等問題，開展水平井清砂、潤滑和鉆井參數(shù)優(yōu)選等技術(shù)研究；為小井眼、長水平段水平井優(yōu)選鉆井參數(shù)、鉆頭類型和確保井下提供科學(xué)依據(jù)；同時針小井眼、長水平段水平井材料價格和運費價格的攀升，鉆井利潤空間減少的現(xiàn)狀進行降本增效的研究。該研究將對小井眼長水平段水平井產(chǎn)生重要的推動作用，對確保井下安全和鉆井提速具有重要的指導(dǎo)和

6、借鑒意義。</p><p>　　2、需要解決的技術(shù)難題</p><p>　　小井眼、長水平段水平井井眼直徑小，水平段長，受泵壓的限制，排量偏小。攜砂相對困難，井眼凈化難度大。</p><p>　　井深、存在高陡構(gòu)造、高地應(yīng)力、地層破碎和較強的泥頁巖膨脹縮徑，井壁穩(wěn)定困難。</p><p>　　小井眼、長水平段水平井地層受鉆井液浸泡時間長，容易

7、發(fā)生失穩(wěn)坍塌現(xiàn)象。</p><p>　　由于井深，溫度高，鉆井液性能維護困難。鉆井液密度高，體系中固相含量高，高壓差形成的泥餅粗厚，使得鉆進時扭矩大，起下鉆時附加摩擦阻力大，處理復(fù)雜情況時容易演變?yōu)檎掣綁翰羁ㄣ@。</p><p>　　小井眼、長水平段水平井機械鉆速低，井下安全風(fēng)險大。</p><p>　　二、主要研究內(nèi)容、技術(shù)路線、技術(shù)關(guān)鍵</p>&

8、lt;p><b>　　(一)主要研究內(nèi)容</b></p><p>　　1、水平井清砂技術(shù)研究</p><p>　　(1)主要研究內(nèi)容及技術(shù)難點分析</p><p>　　水平井與直井相比，井下情況比直井要復(fù)雜得多，不僅要穩(wěn)定井斜角和井眼方位，還要處理由重力作用、摩擦力、巖屑沉降等諸因素而涉及到其他一系列問題，從而使水平井的安全鉆進與直井相比

9、有著很大的不同。</p><p>　　在水平井中，由于重力的作用，井斜角超過30°以后的井段內(nèi)，巖屑就會逐漸沉降到下井壁，形成巖屑床，鉆井液攜砂性能好、懸浮能力強，則形成巖屑床所需時間長，反之，則形成巖屑床所需時間就短?，F(xiàn)場實踐發(fā)現(xiàn)，巖屑床在井斜角為30°到60°之間的井段內(nèi)，是不穩(wěn)定的，也是較危險的，當(dāng)沉積到一定厚度后，巖屑床會整體下滑從而造成沉砂卡鉆。</p>&l

10、t;p>　　該項研究內(nèi)容可以細分為以下幾個部分：①巖屑床厚度判定研究，②短起下清砂研究，③高轉(zhuǎn)速清砂研究，④大排量清砂研究等幾個部分。</p><p>　　(2)擬采取的具體技術(shù)方案</p><p>　　只有將小井眼、長水平段的清砂工作做好了，鉆柱才能夠順利的起下，同時也確保了完井管柱的順利下入。</p><p>　　井斜超過45°要進行短起下鉆清砂

11、工作。通過定期的短起下鉆，破壞下井壁的巖屑床，借助泥漿上返出井筒。根據(jù)大量實踐經(jīng)驗證實巖屑床形成和攜砂最難的井段為井斜48～70°，水平段由于攜砂阻力小，不易形成巖屑床。鉆進中發(fā)現(xiàn)扭矩增加不正常，就要查明原因，如無其他原因，說明已經(jīng)形成巖屑床；在每次接單根或每次起下鉆時，都要記錄鉆柱的摩擦阻力以及轉(zhuǎn)盤扭矩，發(fā)現(xiàn)摩擦阻力增加，說明井下已經(jīng)存在巖屑床，就要采用短程起下鉆和分段循環(huán)的辦法清除巖屑床。發(fā)生沉砂卡鉆后，忌諱硬提解卡，最好

12、的處理方法是接上方鉆桿，大排量循環(huán)，進行倒劃眼。</p><p>　　在短程起下鉆清砂效果不太明顯的情況下，適當(dāng)提高轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速，利用鉆井液的渦流作用協(xié)助清砂；條件許可的情況下加大鉆井液的排量以及采用稀、稠鉆井液交替的方法將沉砂攜帶出井筒。</p><p>　　鉆井液的攜砂性是保持井眼凈化、預(yù)防沉砂卡鉆的重要措施之一。在水平井中，為了更好地滿足攜砂的需要，要求鉆井液必須有最低的屈服值，同時，

13、鉆井液塑性粘度和動切力的比值不少十2:1。</p><p>　　(3)預(yù)期達到的技術(shù)目標</p><p>　　通過加強小井眼、長水平段井段的清砂研究，可以使該井段處于一種相對干凈的狀態(tài)；從而避免了沉砂卡鉆等類似事故的發(fā)生，降低了轉(zhuǎn)盤扭矩和起下鉆摩阻，提高了井下安全性。</p><p>　　2、水平井潤滑技術(shù)研究</p><p>　　(1)主要

14、研究內(nèi)容及技術(shù)難點分析</p><p>　　在水平井中，隨著井斜角的增大，鉆具作用于井壁的側(cè)壓力也隨之增大，水平井本身的特點就決定了在水平井鉆進中易發(fā)生粘附卡鉆，加鉆壓困難。如果鉆井液潤滑性不好，就會使這些情況更加復(fù)雜化，因此，搞好鉆井液的潤滑性十分重要。</p><p>　　加入潤滑劑可以降低濾餅?zāi)Σ料禂?shù)，降低濾餅?zāi)Σ料禂?shù)的方法是通過添加固體潤滑劑和液體潤滑劑。為了搞好鉆井液潤滑性，通常

15、是加入液體和固體組合的潤滑劑，也可只加入單一的液體潤滑劑。不論采取哪種方式，都要保持潤滑劑在鉆井液中的含量，才能有效降低摩阻。水平井要求鉆井液濾餅?zāi)Σ料禂?shù)小于0.10。</p><p>　　嚴格控制濾失量及濾餅厚度，粘附卡鉆與鉆具和濾餅的接觸面積有關(guān)，而接觸面積又與濾失量和濾餅厚度有關(guān)。一般說來，水平井中應(yīng)控制API濾失量在3mL以內(nèi)，高溫高壓濾失量在15mL以內(nèi)。加強固控工作，保持鉆井液中含砂量低于0.5%，低

16、密度固相含量小于12%，同時應(yīng)控制濾餅薄而堅韌。</p><p>　　小井眼、長水平段水平井在潤滑方面主要存在以下一些難點：①由于受到成本的制約，往往會出現(xiàn)潤滑劑加量的不足，②在某些特殊情況下，潤滑劑的選擇不合適、質(zhì)量存在問題也會導(dǎo)致鉆井液的潤滑性不足，③鉆井液含沙量的增加、固控設(shè)備使用不到位會嚴重影響鉆井液的潤滑性。</p><p>　　該項研究內(nèi)容可以細分為以下幾個部分：①液體潤滑研究

17、，②固體潤滑研究，③含沙量的控制研究。</p><p>　　(2)擬采取的具體技術(shù)方案</p><p>　　起下鉆及接單根過程中，通過摩阻、扭矩判定鉆井液的潤滑情況；在排除了巖屑床影響的情況下，如果扭矩、摩阻得不到改善，采用實測鉆井液的摩擦系數(shù)的方法來判斷判斷是否需要加入潤滑劑。</p><p>　　根據(jù)鉆井液的體系及相應(yīng)的地層情況，選擇相應(yīng)的固體潤滑劑和液體潤滑劑

18、；并對所加入的潤滑劑的效果進行評估。</p><p>　　鉆井液要實行四級凈化，降低固相含量。同時調(diào)整好泥漿性能，控制總的固相含量和摩阻。</p><p>　　由于長水平段水平井井斜大，水平段巖屑攜帶到48～70°井段，在鉆井液潤滑不佳的情況下，故形成粘卡的機率很大，同時應(yīng)采用的措施有：①減少鉆具向下的阻力，盡可能減少鉆具與井壁的接觸面積。用加重鉆桿代替鉆鋌，用無磁抗壓縮鉆桿代替

19、無磁鉆鋌，用欠尺寸穩(wěn)定器代替足尺寸的穩(wěn)定器，減少下部穩(wěn)定器數(shù)量，降低鉆具剛性。②短起下鉆，如井斜超過50°開始定期短起下鉆。③為了防止粘卡，造斜時，每鉆進一段時間要大幅度活動鉆具一次。④用18°錐度鉆桿打斜井段，防止直臺階鉆桿吃入地層而容易形成鍵槽。</p><p>　　(3)預(yù)期達到的技術(shù)目標</p><p>　　通過加強小井眼、長水平段井段的鉆井液潤滑研究，可以使該

20、井的鉆井液的潤滑性處于一種良好狀態(tài)；從而避免粘吸卡鉆等類似事故的發(fā)生，降低了轉(zhuǎn)盤扭矩和起下鉆摩阻，提高了井下安全性。</p><p>　　3、水平井井壁穩(wěn)定技術(shù)研究</p><p>　　(1)主要研究內(nèi)容及技術(shù)難點分析</p><p>　　由于小井眼長水平段水平井機械鉆速慢、泥頁巖地層在鉆井液中長期浸泡下，由于水化作用造成巖石強度降低，容易引起井壁不穩(wěn)定。通過合理調(diào)

21、整鉆井液性能，降低濾失量，提高濾液的抑制性，防止泥頁巖水花。同時合理控制鉆井液的密度和粘度，在保證井下安全的情況下，盡量降低鉆井液密度和粘度，為充分發(fā)揮水力能量，降低井底壓差，提高破巖效率創(chuàng)造有利條件。</p><p>　　鉆開地層形成井眼以后，井眼周圍產(chǎn)生應(yīng)力集中，若鉆井液密度不足以有效地平衡井壁應(yīng)力，則常常會出現(xiàn)井壁不穩(wěn)定現(xiàn)象。井壁不穩(wěn)定分為兩種情況：一是鉆井液密度過低，即井內(nèi)鉆井液液柱壓力過低，井壁發(fā)生剪切

22、破壞(坍塌)；另一種是鉆井液密度過高，即井內(nèi)鉆井液液柱壓力過高，井壁發(fā)生張性破壞(壓裂地層)。因此，鉆井液存在于一個安全窗口，其上限對應(yīng)于破裂壓力，下限對應(yīng)于坍塌應(yīng)力。</p><p>　　井眼穩(wěn)定力學(xué)研究要解決的主要問題就是確定合理的鉆井液密度，該鉆井液密度既能保證地層流體不能侵入井內(nèi)，又能保證井壁地層巖石不因拉伸破壞而發(fā)生壓裂漏失，還需保證井壁地層巖石不因剪切破壞發(fā)生失穩(wěn)垮塌。對于一口井來講，就是要確定合理的

23、安全鉆井液密度范圍(控制范圍)。</p><p>　　不考慮巖石水化應(yīng)力的影響，而僅從巖石的力學(xué)作用出發(fā)，得出的井眼穩(wěn)定安全鉆井液密度下限(井眼坍塌時的臨界鉆井液密度)必然偏低，往往導(dǎo)致鉆井過程中井壁穩(wěn)定失敗。</p><p>　　泥頁巖中一般含有蒙脫石、伊利石和高嶺石等粘土礦物，由于粘土礦物特殊的物理化學(xué)性質(zhì)，當(dāng)鉆井液中水的活度大于地層水的活度時，鉆井液中的水將向井壁滲透，使泥頁巖吸水膨

24、脹或裂解；反之，則地層水向井內(nèi)移動，使泥頁巖脫水而強度發(fā)生改變，兩者都不利于井壁穩(wěn)定。井內(nèi)鉆井液對泥頁巖的化學(xué)作用，最終可以歸結(jié)到對井壁巖石力學(xué)性能參數(shù)、強度參數(shù)以及近井壁地帶巖石應(yīng)力狀態(tài)的改變。泥頁巖吸水一方面改變井壁巖石的力學(xué)性質(zhì)，使巖石強度降低，另一方面則發(fā)生水化膨脹，如果這種膨脹受到約束便會產(chǎn)生膨脹壓力，從而改變近井壁的應(yīng)力分布狀態(tài)。</p><p>　　該項研究內(nèi)容可以細分為以下幾個部分：①鉆井液的抑制

25、性研究，②泥餅質(zhì)量控制研究，③鉆井液密度窗口研究。</p><p>　　(2)擬采取的具體技術(shù)方案</p><p>　　在小井眼長水平段水平井水基鉆井液類型中，選用鉀鈣基高密度聚磺鉆井液體系來維護水基鉆井液體系流變性的穩(wěn)定。該體系從幾方面來增強體系流變性的穩(wěn)定性。①以控制固相粒子分散度為核心，體系中加入無機鹽(CaO、KCl)；②通過鉀、鈣離子的協(xié)同抑制作用，使粘土離子處于適度絮凝的粗分散

26、態(tài)，大幅度提高體系的固相容量限和抑制能力；③用CaO除掉沉淀碳酸氫根離子和碳酸根離子等化學(xué)污染源。</p><p>　　水平井的穩(wěn)定性比直井的井眼穩(wěn)定性更為突出，因而搞好鉆井液的抑制性，維持井眼穩(wěn)定就顯得重要。主要從以下幾方面做工作：①提高鉆井液抗溫能力，嚴格控制高溫高壓濾失量，改善濾餅質(zhì)量；②使用防塌處理劑，提高防塌效果；③保持鉆井液性能相對穩(wěn)定，采用合理的鉆井液密度。</p><p>

27、　　密度、抑制和封堵是鉆井液防塌技術(shù)的三大法寶，往往相互結(jié)合共同起作用。其中，鉆井液密度是最基本、最重要又是在鉆探上最不允許隨便調(diào)整的參數(shù)。因此，設(shè)計出合理的安全鉆井液密度是防塌鉆井液的基本任務(wù)。</p><p>　　考慮鉆井液的水化作用時，可以將水化應(yīng)力作為一種附加應(yīng)力，疊加到井壁的有效應(yīng)力中去。根據(jù)摩爾-庫伯剪切準則和張性破裂準則，可以得到新的安全鉆井液密。</p><p>　　穩(wěn)定井

28、壁的工藝技術(shù)措施是綜合性的，可以采用以下措施：</p><p>　　①使用合適的鉆井液密度使井壁保持力學(xué)穩(wěn)定，利用徑向支撐壓力穩(wěn)定井壁。</p><p>　　②通過有效封堵和形成致密泥餅的方法來維持這個徑向支撐，同時，降低鉆井液濾液的侵入。</p><p>　?、劾没疃绕胶饫碚摚捎梅礉B透法，降低泥頁巖近井壁的含水量和孔隙壓力，增加泥頁巖強度和有效應(yīng)力。</

29、p><p>　?、芡ㄟ^抑制性方法，使鉆井液中的溶質(zhì)擴散進入泥頁巖，在粘土片中交換并有效降低膨脹壓。</p><p>　　⑤使鉆井液中的溶質(zhì)擴散進入泥頁巖，與泥頁巖組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來增強泥頁巖的膠結(jié)力。</p><p>　　(3)預(yù)期達到的技術(shù)目標</p><p>　　通過降低粘土礦物的水化能力，抑制其水化膨脹和水化分散以及采用合理的鉆井液密度，進

30、而使井壁處于一種良好的穩(wěn)定狀態(tài)；從而避免井下事故的發(fā)生，提高井下安全性。</p><p>　　4、水平井鉆頭優(yōu)選技術(shù)研究</p><p>　　(1)主要研究內(nèi)容及技術(shù)難點分析</p><p>　　鉆頭在油氣鉆井中起著很重要的作用，它是形成油氣通道的重要工具。鉆井實踐表明，鉆頭的使用效果如何，對一口井的鉆井速度等效益指標影響很大。而鉆頭的使用效果又首先取決于鉆頭類型選

31、擇得是否合理，就目前技術(shù)而言，鉆頭選型合理與否主要看地層與鉆頭是否相互匹配。因為不同的地層，巖性不同，破碎機理也不完全相同，各類鉆頭是根據(jù)破碎不同巖石的需要設(shè)計的，因而也就產(chǎn)生了地層與鉆頭相互匹配的問題。</p><p>　　按照巖石力學(xué)對巖石軟硬程度的劃分，對應(yīng)不同巖性的鉆頭也用相應(yīng)的軟硬程度予以標志。在鉆頭選型時，通常根據(jù)所鉆地層巖性，選配軟硬程度與之相對應(yīng)的鉆頭。這是目前現(xiàn)場普遍采用的定性鉆頭選型方法。其缺

32、點是當(dāng)對應(yīng)地層的鉆頭類型較多或地層巖性未知時，就很難確定合適的鉆頭類型。其他的方法包括用已鉆井鉆頭的實際使用效果來衡量。即利用鉆頭的技術(shù)或經(jīng)濟指標：如鉆頭進尺、鉆頭壽命、平均機械鉆速或鉆頭單位進尺成本等作為鉆頭選型的依據(jù)。由于鉆頭指標的優(yōu)劣往往需現(xiàn)場人員憑借經(jīng)驗判斷，而且各鉆頭使用的鉆進參數(shù)不同，由此得到的鉆頭指標缺乏可比性，所以這些方法都是不完善的。</p><p>　　(2)擬采取的具體技術(shù)方案</p&

33、gt;<p>　　鉆井巖石力學(xué)特性參數(shù)是實現(xiàn)科學(xué)鉆井的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之一，它反映了巖石在各種外力作用下，從變形到破碎過程中所表現(xiàn)出來的物理力學(xué)性質(zhì)。如巖石的硬度、塑性系數(shù)、抗壓強度、抗剪強度、研磨性、可鉆性級值等。因此，它對鉆井工程中的鉆頭選型、參數(shù)優(yōu)化及技術(shù)決策等都具有重要意義。</p><p>　　利用巖石聲學(xué)測試方法測定巖石力學(xué)參數(shù)，不需要取心，而且聲波測井可取得整個井深剖面的全部巖石力學(xué)參數(shù)。&l

34、t;/p><p>　　鉆進過程中所取得的錄井資料是鉆井資料中的重要組成部分，而鉆時錄井資料是其中不可缺少的組成部分，蘊含有大量的地層信息，體現(xiàn)著鉆進過程的客觀規(guī)律。鉆時錄井資料不僅能反映地層巖石特性的變化，而且還能反映鉆頭的工作狀況、地層壓力梯度的變化等，對鉆時錄井資料進行深度有效的處理可以提取更多的地層信息。由于不需要進行特別的現(xiàn)場巖心測試，并可利用實鉆數(shù)據(jù)隨時提供必要的數(shù)據(jù)。因此，可以節(jié)省大量的作業(yè)時間，提高工作

35、效率，達到事半功倍的效果。</p><p>　　利用某區(qū)域已鉆井的鉆時錄井資料及其他鉆井資料，可建立區(qū)域微可鉆性沿井深的變化規(guī)律，并針對每口井，根據(jù)地層分類和微可鉆性系數(shù)大小，利用鉆頭記錄數(shù)據(jù)庫，按層段進行鉆頭分類，同一區(qū)塊上多口井的數(shù)據(jù)經(jīng)處理，可以得到相同層段綜合使用成本最低的鉆頭類型。這種鉆頭即為對應(yīng)層段的合理選型。</p><p>　　改進鉆頭設(shè)計，加強鉆頭合理選型，鉆頭作為直接破碎

36、巖石的關(guān)鍵工具，對大直徑井眼的機械鉆速具有至關(guān)重要的影響。合理選擇和使用與地層相適應(yīng)，性能優(yōu)良的鉆頭也是提高大直徑井眼機械鉆速的重要途徑。目前大尺寸牙輪鉆頭品種少，在使用過程中存在鉆頭對地層的針對性不強。齒面結(jié)構(gòu)與井底破巖的要求不相適應(yīng)、水力結(jié)構(gòu)與井底清洗的要求不相適應(yīng)的問題。因此，應(yīng)針對地層巖性特點，改進鉆頭齒面結(jié)構(gòu)和水力結(jié)構(gòu)，研制新型鉆頭，提高鉆頭質(zhì)量，以及強化鉆頭使用措施。</p><p>　　(3)預(yù)期達

37、到的技術(shù)目標</p><p>　　通過從巖性出發(fā)尋求與地層巖石相匹配的鉆頭，以及從該地區(qū)已鉆的鉆頭資料入手，通過大量的實鉆數(shù)據(jù)，運用統(tǒng)計方法優(yōu)選鉆頭從而達到提高機械鉆速，降低鉆井成本的目的。</p><p>　　5、水平井快速鉆進技術(shù)</p><p>　　(1)主要研究內(nèi)容及技術(shù)難點分析</p><p>　　在小井眼、長水平段水平井鉆井條件下

38、優(yōu)選鉆井參數(shù)，會受到諸多約束條件的制約，需要綜合考慮鉆井工藝、權(quán)衡利弊，才能得到一個相對合理的結(jié)果。</p><p>　　鉆井過程是一個十分復(fù)雜的多因素相互作用過程，參數(shù)多變而且有的參數(shù)難以準確取得，對鉆井參數(shù)進行優(yōu)化單純靠某個理論的精度來保證是不現(xiàn)實的，這已被多年來的鉆井實踐所證明。例如，鉆壓轉(zhuǎn)速優(yōu)選時需要的地層可鉆性系數(shù)、牙齒磨損系數(shù)、軸承工作系數(shù)、鉆壓影響系數(shù)、轉(zhuǎn)速影響系數(shù)等，有的不易直接取得，有的與鉆頭結(jié)

39、構(gòu)、材質(zhì)相關(guān)，隨著技術(shù)發(fā)展而變化，鉆頭廠家又不能提供；水力參數(shù)優(yōu)選時需要的實際排量與理論排量之間有時存在較大的誤差，鉆井液的流變性導(dǎo)致粘度變化、井眼狀況不明、計算系數(shù)不準確等，導(dǎo)致理論計算值與實際情況出入較大，尤其在小井眼條件下計算誤差更明顯。</p><p>　　在鉆井實踐中發(fā)現(xiàn)，盡管使用了大排量洗井，鉆井速度仍然得不到顯著的提高。后經(jīng)過大量的分析和研究才認識到，把巖屑從井底舉到地面上來需要經(jīng)過兩個過程：首先要

40、把巖屑沖離井底，然后把它們從環(huán)形空間內(nèi)帶到地面上來這兩個過程也是兩個問題。理論分析和實驗室的研究證明，將巖屑從環(huán)形空間攜帶到地面上來，并不是很困難的事情不需要很大的排量就可以做到，可是要把巖屑沖離井底，則要困難得多。要解決把巖屑及時沖離井底這個問題，就需要新的工藝技術(shù)，這就是噴射鉆井技術(shù)。噴射鉆井是將泥漿泵輸送的高壓泥漿通過鉆頭噴嘴形成高速沖擊射流，它具有很高的噴射速度，具有很大的水功率，它能給予井底巖屑一個很大的沖擊力，從而使巖屑及時

41、、迅速地離開井底，始終保持井底干凈。這就是噴射鉆井能夠大幅度提高鉆速的主要原因。因此，在鉆井過程中，水力因素是影響鉆井速度和成本的重要因素。</p><p>　　針對長嶺地區(qū)深部地層巖石的抗壓強度高、研磨性強的特點，近年在該地區(qū)引進了國外提高機械鉆速的新技術(shù)——高速渦輪動力鉆具+金剛石孕鑲鉆頭的復(fù)合鉆井技術(shù)。該技術(shù)綜合了渦輪鉆具高速、大扭矩、無橫向震動、機械鉆速高和金剛石鉆頭研磨性好、適合高速旋轉(zhuǎn)的特點。通過使用

42、發(fā)現(xiàn)“渦輪+孕鑲金剛石鉆頭”復(fù)合鉆井技術(shù)在該地區(qū)深部非均質(zhì)地層具有一定的技術(shù)優(yōu)勢。</p><p>　　井下動力鉆具配合PDC鉆頭復(fù)合鉆進，具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢。分析其原因，包括如下主要影響因素：</p><p>　?、俑咝DC鉆頭對付某些地層的優(yōu)勢明顯大于牙輪鉆頭。</p><p>　?、诮陙砺輻U鉆具的質(zhì)量不斷提高，壽命大大增加，與PDC鉆頭匹配，能夠充分發(fā)揮P

43、DC鉆頭的效能。</p><p>　　③在長水平段、小井眼中常規(guī)鉆井的動力損耗很大，并且容易出現(xiàn)套管磨損及鉆桿疲勞破壞，而井下動力復(fù)合鉆進技術(shù)主要是利用井下動力馬達直接驅(qū)動鉆頭，動力損耗較小，改善了底部鉆具組合的工況，從而提高了鉆井的效率和安全性。在井下動力鉆具(螺桿鉆具等)工作的同時，啟動轉(zhuǎn)盤復(fù)合鉆進，有利于防止鉆具被卡及減少鉆具托壓。</p><p>　?、茉谑褂镁聞恿︺@具鉆進時，由

44、于施加的鉆壓比較小，在垂直鉆井中有利于防止井斜。</p><p>　　該項研究內(nèi)容可以細分為以下幾個部分：①PDC鉆頭+螺桿復(fù)合鉆井技術(shù)研究；②渦輪+孕鑲金剛石鉆進技術(shù)研究；③導(dǎo)向鉆進技術(shù)研究；④鉆井參數(shù)優(yōu)化研究。</p><p>　　(2)擬采取的具體技術(shù)方案</p><p>　　長水平段水平井鉆井參數(shù)優(yōu)選技術(shù)應(yīng)立足于現(xiàn)場，具有實用性，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)在現(xiàn)場容易獲取，對有

45、的參數(shù)通過現(xiàn)場實際數(shù)據(jù)進行反演計算，再代入計算模型，利用現(xiàn)場的實際數(shù)據(jù)對計算結(jié)果進行實時校正和優(yōu)化。例如根據(jù)上一只鉆頭、上一個井段或鄰井的實際數(shù)據(jù)來反求一些參數(shù)，對理論計算結(jié)果進行校正，優(yōu)化當(dāng)前鉆頭或當(dāng)前井段的鉆井參數(shù)；或者根據(jù)當(dāng)前鉆頭的實際數(shù)據(jù)來預(yù)測和優(yōu)化下一只鉆頭的鉆井參數(shù)，這樣可以消除理論計算模型的系統(tǒng)誤差，從根本上保證鉆井參數(shù)優(yōu)選結(jié)果的可靠性和實用性。</p><p>　　采用井下動力鉆具鉆井方式，配合自

46、銳式金剛石鉆頭，高轉(zhuǎn)速鉆進，提高機械鉆速。在歐洲地區(qū)，在深井牙輪鉆頭鉆速很低的情況下，采用渦輪鉆具配合自銳式金剛石鉆頭鉆進，單只鉆頭進尺一般在200~500m，機械鉆速在2.5~5.0m/h。</p><p>　　采用井下動力鉆具，可以大大提高鉆頭的轉(zhuǎn)速，提高鉆頭的機械破巖能量，從而提高機械鉆速。使用加長馬達+PDC鉆頭以與轉(zhuǎn)盤復(fù)合鉆進方式提高鉆井速度的技術(shù)已十分成熟。</p><p>　

47、　優(yōu)選鉆井參數(shù)鉆井，是在綜合影響鉆井成本各項因素的基礎(chǔ)上選擇的最優(yōu)參數(shù)組合。一般情況下鉆壓越大，轉(zhuǎn)速越高，機械鉆速就越高。而且一般遵循的規(guī)律是上部地層對轉(zhuǎn)速比較敏感，下部地層對鉆壓比較敏感。大直徑井眼提高鉆速前提條件為：純鉆時間所占的時效比例盡可能大，平均單只鉆頭的進尺盡可能多，行程機械鉆速盡可能大。深部小井眼提高機械鉆速，根據(jù)深部小井眼鉆井的特點，目前最有效的方法之一就是采用井下動力鉆具；轉(zhuǎn)盤/雙驅(qū)動復(fù)合鉆井技術(shù)和采用強化鉆井參數(shù)鉆進

48、。</p><p>　　采用大鉆桿或復(fù)合鉆桿，盡量減小沿程壓耗，發(fā)揮水力能量。</p><p>　　(3)預(yù)期達到的技術(shù)目標</p><p>　　通過進行水平井段的提速研究，大幅度提高小井眼、長水平段水平井的機械鉆速，從而達到降低鉆井成本的目的。</p><p>　　(二)技術(shù)方法、路線及其可行性分析</p><p>

49、　　在綜合分析現(xiàn)有小井眼、長水平段水平井所存在問題的基礎(chǔ)上，調(diào)研前人在水平井以及其他方面的成功經(jīng)驗，從而將調(diào)研中的成功經(jīng)驗應(yīng)用與小井眼、長水平段水平井的施工中，進而降低施工風(fēng)險，提高鉆井速度。</p><p>　　(三)技術(shù)關(guān)鍵、技術(shù)創(chuàng)新</p><p><b>　　(1)技術(shù)關(guān)鍵</b></p><p>　?、匍L水平段小井眼的相關(guān)理論分析；&

50、lt;/p><p>　　②對引入的新技術(shù)進行綜合評價。</p><p><b>　　(2)技術(shù)創(chuàng)新點</b></p><p>　　將新的鉆頭技術(shù)、安全理論應(yīng)用到長水平段水平井領(lǐng)域</p><p>　　三、項目達到的總目標及技術(shù)、經(jīng)濟指標</p><p><b>　　(一)項目總目標</

51、b></p><p>　　將深井小井眼的清砂技術(shù)、潤滑技術(shù)、井壁穩(wěn)定技術(shù)和鉆頭優(yōu)選技術(shù)應(yīng)用于小井眼、長水平段水平井鉆井施工中，提高水平井的井下安全和機械鉆速，形成一套適用于小井眼、長水平段水平井的安全快速鉆井技術(shù)。</p><p><b>　　(二)技術(shù)指標</b></p><p>　　(1)機械鉆速提高15%</p>&l

52、t;p>　　(2)事故復(fù)雜率降低30%</p><p>　　(3)無重大井下事故</p><p><b>　　(三)經(jīng)濟效益指標</b></p><p>　　四、計劃進度安排及考核目標(分年度按季度填寫)</p><p>　　五、開題條件(包括技術(shù)準備、人員情況*、現(xiàn)有儀器設(shè)備及實驗室條件)</p>

53、<p><b>　　1、人員情況：</b></p><p>　　2、儀器設(shè)備、實驗室條件及技術(shù)準備情況</p><p>　　六、經(jīng)費測算明細及使用計劃</p><p><b>　　(一)經(jīng)費測算明細</b></p><p>　?。?）調(diào)研差旅費 2

54、萬元</p><p>　?。?）研究費用 </p><p>　　渦輪鉆具及孕鑲金剛石鉆頭 400萬元 </p><p>　　鉆井液研究與應(yīng)用 300萬元 </p><p>　?。?）鑒定驗收費用 2.0萬元

55、 </p><p>　　合計 705萬元</p><p><b>　　(二)經(jīng)費計劃</b></p><p>　　表1 項目投入總資金 (萬元)</p><p>　　表2 甲方撥款計劃 (萬元)</p>