科研項(xiàng)目論證報(bào)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(xiàng)目可行性論證報(bào)告</p><p>　　項(xiàng) 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(fù) 責(zé) 單 位：_____ 鉆井二公司__________________</p><p>　　二Ｏ一二 年 3 月 12 日</p><p>　　一、項(xiàng)目立項(xiàng)依據(jù)與目的意義</p><p>　　1、項(xiàng)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(shí)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(duì)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(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)很大的工程，存在著大量的模糊

4、性、隨機(jī)性和不確定性問題。由于對(duì)鉆井過程中的客觀情況認(rèn)識(shí)不清楚或主觀意識(shí)的決策失誤，往往會(huì)發(fā)生許多復(fù)雜情況甚至造成嚴(yán)重的事故，輕者耗費(fèi)大量的人力物力和時(shí)間，重者導(dǎo)致全井的廢棄。具初步估計(jì)，深井小井眼、長水平段鉆井處理復(fù)雜和事故的時(shí)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(huì)增加處理事故的時(shí)間，還會(huì)給后續(xù)施工帶來不可預(yù)料的風(fēng)險(xiǎn)。鉆井速度的提高不光可以降低成本，同時(shí)還降低了出現(xiàn)井下

5、事故的時(shí)間和可能性。</p><p>　　該項(xiàng)目針對(duì)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(shí)針小井眼、長水平段水平井材料價(jià)格和運(yùn)費(fèi)價(jià)格的攀升，鉆井利潤空間減少的現(xiàn)狀進(jìn)行降本增效的研究。該研究將對(duì)小井眼長水平段水平井產(chǎn)生重要的推動(dòng)作用，對(duì)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(duì)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(qiáng)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(shí)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(hù)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(jìn)時(shí)扭矩大，起下鉆時(shí)附加摩擦阻力大，處理復(fù)雜情況時(shí)容易演變?yōu)檎掣綁翰羁ㄣ@。</p><p>　　小井眼、長水平段水平井機(jī)械鉆速低，井下安全風(fēng)險(xiǎn)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(diǎn)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(jìn)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(huì)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(qiáng)，則形成巖屑床所需時(shí)間長，反之，則形成巖屑床所需時(shí)間就短。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)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(xiǎn)的，當(dāng)沉積到一定厚度后，巖屑床會(huì)整體下滑從而造成沉砂卡鉆。</p>&l

10、t;p>　　該項(xiàng)研究內(nèi)容可以細(xì)分為以下幾個(gè)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(gè)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(shí)也確保了完井管柱的順利下入。</p><p>　　井斜超過45°要進(jìn)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(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證實(shí)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(jìn)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(shí)，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(jìn)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(shí)，

13、鉆井液塑性粘度和動(dòng)切力的比值不少十2:1。</p><p>　　(3)預(yù)期達(dá)到的技術(shù)目標(biāo)</p><p>　　通過加強(qiáng)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(duì)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(diǎn)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(diǎn)就決定了在水平井鉆進(jìn)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(huì)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(yán)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(qiáng)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(shí)應(yīng)控制濾餅薄而堅(jiān)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(diǎn)：①由于受到成本的制約，往往會(huì)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(huì)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(huì)嚴(yán)重影響鉆井液的潤滑性。</p><p>　　該項(xiàng)研究內(nèi)容可以細(xì)分為以下幾個(gè)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(shí)測(cè)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(duì)所加入的潤滑劑的效果進(jìn)行評(píng)估。</p><p>　　鉆井液要實(shí)行四級(jí)凈化，降低固相含量。同時(shí)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(jī)率很大，同時(shí)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(shí)，每鉆進(jìn)一段時(shí)間要大幅度活動(dòng)鉆具一次。④用18°錐度鉆桿打斜井段，防止直臺(tái)階鉆桿吃入地層而容易形成鍵槽。</p><p>　　(3)預(yù)期達(dá)到的技術(shù)目標(biāo)</p><p>　　通過加強(qiáng)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(diǎn)分析</p><p>　　由于小井眼長水平段水平井機(jī)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(qiáng)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(shí)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(huì)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(gè)安全窗口，其上限對(duì)應(yīng)于破裂壓力，下限對(duì)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(duì)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(shí)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(shí)，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(dòng)，使泥頁巖脫水而強(qiáng)度發(fā)生改變，兩者都不利于井壁穩(wěn)定。井內(nèi)鉆井液對(duì)泥頁巖的化學(xué)作用，最終可以歸結(jié)到對(duì)井壁巖石力學(xué)性能參數(shù)、強(qiáng)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(qiáng)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(huì)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(xiàng)研究內(nèi)容可以細(xì)分為以下幾個(gè)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(hù)水基鉆井液體系流變性的穩(wěn)定。該體系從幾方面來增強(qiáng)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(jī)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(yán)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(duì)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(jì)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(shí)，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(zhǔn)則和張性破裂準(zhǔn)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>　?、偈褂煤线m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>　?、谕ㄟ^有效封堵和形成致密泥餅的方法來維持這個(gè)徑向支撐，同時(shí)，降低鉆井液濾液的侵入。</p><p>　?、劾没疃绕胶饫碚?，采用反滲透法，降低泥頁巖近井壁的含水量和孔隙壓力，增加泥頁巖強(qiáng)度和有效應(yīng)力。</

29、p><p>　　④通過抑制性方法，使鉆井液中的溶質(zhì)擴(kuò)散進(jìn)入泥頁巖，在粘土片中交換并有效降低膨脹壓。</p><p>　?、菔广@井液中的溶質(zhì)擴(kuò)散進(jìn)入泥頁巖，與泥頁巖組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來增強(qiáng)泥頁巖的膠結(jié)力。</p><p>　　(3)預(yù)期達(dá)到的技術(shù)目標(biāo)</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(jìn)

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(diǎn)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(shí)踐表明，鉆頭的使用效果如何，對(duì)一口井的鉆井速度等效益指標(biāo)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?yàn)椴煌牡貙?，巖性不同，破碎機(jī)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(jì)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(duì)巖石軟硬程度的劃分，對(duì)應(yīng)不同巖性的鉆頭也用相應(yīng)的軟硬程度予以標(biāo)志。在鉆頭選型時(shí)，通常根據(jù)所鉆地層巖性，選配軟硬程度與之相對(duì)應(yīng)的鉆頭。這是目前現(xiàn)場(chǎng)普遍采用的定性鉆頭選型方法。其缺

32、點(diǎn)是當(dāng)對(duì)應(yīng)地層的鉆頭類型較多或地層巖性未知時(shí)，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(shí)際使用效果來衡量。即利用鉆頭的技術(shù)或經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：如鉆頭進(jìn)尺、鉆頭壽命、平均機(jī)械鉆速或鉆頭單位進(jìn)尺成本等作為鉆頭選型的依據(jù)。由于鉆頭指標(biāo)的優(yōu)劣往往需現(xiàn)場(chǎng)人員憑借經(jīng)驗(yàn)判斷，而且各鉆頭使用的鉆進(jìn)參數(shù)不同，由此得到的鉆頭指標(biāo)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(shí)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(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、研磨性、可鉆性級(jí)值等。因此，它對(duì)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(cè)試方法測(cè)定巖石力學(xué)參數(shù)，不需要取心，而且聲波測(cè)井可取得整個(gè)井深剖面的全部巖石力學(xué)參數(shù)。&l

34、t;/p><p>　　鉆進(jìn)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(shí)錄井資料是其中不可缺少的組成部分，蘊(yùn)含有大量的地層信息，體現(xiàn)著鉆進(jìn)過程的客觀規(guī)律。鉆時(shí)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(duì)鉆時(shí)錄井資料進(jìn)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(jìn)行特別的現(xiàn)場(chǎng)巖心測(cè)試，并可利用實(shí)鉆數(shù)據(jù)隨時(shí)提供必要的數(shù)據(jù)。因此，可以節(jié)省大量的作業(yè)時(shí)間，提高工作

35、效率，達(dá)到事半功倍的效果。</p><p>　　利用某區(qū)域已鉆井的鉆時(shí)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(duì)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(jìn)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(duì)應(yīng)層段的合理選型。</p><p>　　改進(jìn)鉆頭設(shè)計(jì)，加強(qiáng)鉆頭合理選型，鉆頭作為直接破碎

36、巖石的關(guān)鍵工具，對(duì)大直徑井眼的機(jī)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(jī)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(duì)地層的針對(duì)性不強(qiáng)。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(duì)地層巖性特點(diǎn)，改進(jìn)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(qiáng)化鉆頭使用措施。</p><p>　　(3)預(yù)期達(dá)

37、到的技術(shù)目標(biāo)</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(shí)鉆數(shù)據(jù)，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)方法優(yōu)選鉆頭從而達(dá)到提高機(jī)械鉆速，降低鉆井成本的目的。</p><p>　　5、水平井快速鉆進(jìn)技術(shù)</p><p>　　(1)主要研究內(nèi)容及技術(shù)難點(diǎn)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(huì)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(gè)相對(duì)合理的結(jié)果。</p><p>　　鉆井過程是一個(gè)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(zhǔn)確取得，對(duì)鉆井參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化單純靠某個(gè)理論的精度來保證是不現(xiàn)實(shí)的，這已被多年來的鉆井實(shí)踐所證明。例如，鉆壓轉(zhuǎn)速優(yōu)選時(shí)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(shí)需要的實(shí)際排量與理論排量之間有時(shí)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(jì)算系數(shù)不準(zhǔn)確等，導(dǎo)致理論計(jì)算值與實(shí)際情況出入較大，尤其在小井眼條件下計(jì)算誤差更明顯。</p><p>　　在鉆井實(shí)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(rèn)識(shí)到，把巖屑從井底舉到地面上來需要經(jīng)過兩個(gè)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(gè)過程也是兩個(gè)問題。理論分析和實(shí)驗(yàn)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(shí)沖離井底這個(gè)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?zèng)_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(gè)很大的沖擊力，從而使巖屑及時(shí)

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(duì)長嶺地區(qū)深部地層巖石的抗壓強(qiáng)度高、研磨性強(qiáng)的特點(diǎn)，近年在該地區(qū)引進(jìn)了國外提高機(jī)械鉆速的新技術(shù)——高速渦輪動(dòng)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(dòng)、機(jī)械鉆速高和金剛石鉆頭研磨性好、適合高速旋轉(zhuǎn)的特點(diǎn)。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(shì)。</p><p>　　井下動(dòng)力鉆具配合PDC鉆頭復(fù)合鉆進(jìn)，具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。分析其原因，包括如下主要影響因素：</p><p>　?、俑咝DC鉆頭對(duì)付某些地層的優(yōu)勢(shì)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>　?、墼陂L水平段、小井眼中常規(guī)鉆井的動(dòng)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(dòng)力復(fù)合鉆進(jìn)技術(shù)主要是利用井下動(dòng)力馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)鉆頭，動(dòng)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(dòng)力鉆具(螺桿鉆具等)工作的同時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)盤復(fù)合鉆進(jìn)，有利于防止鉆具被卡及減少鉆具托壓。</p><p>　?、茉谑褂镁聞?dòng)力鉆具鉆進(jìn)時(shí)，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(xiàng)研究內(nèi)容可以細(xì)分為以下幾個(gè)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(jìn)技術(shù)研究；③導(dǎo)向鉆進(jìn)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(chǎng)，具有實(shí)用性，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)在現(xiàn)場(chǎng)容易獲取，對(duì)有

45、的參數(shù)通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行反演計(jì)算，再代入計(jì)算模型，利用現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際數(shù)據(jù)對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)校正和優(yōu)化。例如根據(jù)上一只鉆頭、上一個(gè)井段或鄰井的實(shí)際數(shù)據(jù)來反求一些參數(shù)，對(duì)理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)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(shí)際數(shù)據(jù)來預(yù)測(cè)和優(yōu)化下一只鉆頭的鉆井參數(shù)，這樣可以消除理論計(jì)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(shí)用性。</p><p>　　采用井下動(dòng)力鉆具鉆井方式，配合自

46、銳式金剛石鉆頭，高轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)，提高機(jī)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(jìn)，單只鉆頭進(jìn)尺一般在200~500m，機(jī)械鉆速在2.5~5.0m/h。</p><p>　　采用井下動(dòng)力鉆具，可以大大提高鉆頭的轉(zhuǎn)速，提高鉆頭的機(jī)械破巖能量，從而提高機(jī)械鉆速。使用加長馬達(dá)+PDC鉆頭以與轉(zhuǎn)盤復(fù)合鉆進(jìn)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(xiàng)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(jī)械鉆速就越高。而且一般遵循的規(guī)律是上部地層對(duì)轉(zhuǎn)速比較敏感，下部地層對(duì)鉆壓比較敏感。大直徑井眼提高鉆速前提條件為：純鉆時(shí)間所占的時(shí)效比例盡可能大，平均單只鉆頭的進(jìn)尺盡可能多，行程機(jī)械鉆速盡可能大。深部小井眼提高機(jī)械鉆速，根據(jù)深部小井眼鉆井的特點(diǎn)，目前最有效的方法之一就是采用井下動(dòng)力鉆具；轉(zhuǎn)盤/雙驅(qū)動(dòng)復(fù)合鉆井技術(shù)和采用強(qiáng)化鉆井參數(shù)鉆進(jìn)

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(dá)到的技術(shù)目標(biāo)</p><p>　　通過進(jìn)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(jī)械鉆速，從而達(dá)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(yàn)，從而將調(diào)研中的成功經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用與小井眼、長水平段水平井的施工中，進(jìn)而降低施工風(fēng)險(xiǎn)，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>　?、趯?duì)引入的新技術(shù)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。</p><p><b>　　(2)技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)</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(xiàng)目達(dá)到的總目標(biāo)及技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)</p><p><b>　　(一)項(xiàng)目總目標(biāo)</

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(jī)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(biāo)</b></p><p>　　(1)機(jī)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(jì)效益指標(biāo)</b></p><p>　　四、計(jì)劃進(jìn)度安排及考核目標(biāo)(分年度按季度填寫)</p><p>　　五、開題條件(包括技術(shù)準(zhǔn)備、人員情況*、現(xiàn)有儀器設(shè)備及實(shí)驗(yàn)室條件)</p>

53、<p><b>　　1、人員情況：</b></p><p>　　2、儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)室條件及技術(shù)準(zhǔn)備情況</p><p>　　六、經(jīng)費(fèi)測(cè)算明細(xì)及使用計(jì)劃</p><p><b>　　(一)經(jīng)費(fèi)測(cè)算明細(xì)</b></p><p>　?。?）調(diào)研差旅費(fèi) 2

54、萬元</p><p>　?。?）研究費(fèi)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>　　（3）鑒定驗(yàn)收費(fèi)用 2.0萬元

55、 </p><p>　　合計(jì) 705萬元</p><p><b>　　(二)經(jīng)費(fèi)計(jì)劃</b></p><p>　　表1 項(xiàng)目投入總資金 (萬元)</p><p>　　表2 甲方撥款計(jì)劃 (萬元)</p>