探讨微小井眼技术井下工具最新进展和思考

张亮

摘要：随着钻井技术的不断研发，形成了很多新的技术和工艺，有效的提升了整体钻井施工的质量水平。微小井眼技术的研发，具有成本低、智能化、环保效果突出的使用优势，在最近几年的实践中也得到了不断的应用。本文结合国外先进的微小井眼技术井下工具的最新进展进行研究和思考，对国内该技术的发展提出了相对应的策略和发展建议。

关键词：微小井眼技术;井下工具;发展思考

前言：

随着社会的不断发展，环保理念、信息技术、能源需求等各种意识的增强，在钻井技术的应用中，微小井眼钻井技术的研发得到了重视和开发。该技术在实践应用的过程中，需要使用专业的钻井工具，随着机械化的发展，井下工具也变得更先进，更智能，从而也更好地保障了该项技术的高效率应用。

一、微小井眼技术井下工具的最新进展

国外某实验室，在1994年提出了连续油管钻微小井眼的钻井新概念，之后，该项理念被不断的深化发展，发展形成了微小井眼技术的钻井技术，更好的提升了钻井的质量，有效的降低了成本。通过近几年来不断的研究，微小井眼技术中的井下工具也得到了有效的发展。主要表现在以下几个方面。

（一）微小井眼智能转向系统

为更好的保证在钻井过程中，井眼轨迹的光滑性，减少在连续的钻井过程中油管与井壁之间的摩擦力，国外某公司开发研究了一款智能的可转向螺杆和LWD底层电阻率传感器。其中，该转向螺杆设计过程中，外径为60mm，长度5m，可以实现最大15°/30.5m的造斜率。使用这款智能的可转向螺杆，在进行施工的过程中，螺杆上方的转向脊通过不断的收缩和扩张，可以对钻头产生一个外力，从而实现调节转向脊来控制不同的侧向力方向和大小，更好的保障下钻过程中，钻头按照既定的方向和深度进行钻井的施工过程。另外，该公司还专门研发设计了一款利用多种频率作用下电磁波传播电阻率的测量工具，这种工具的外径设计60mm左右，可以在400KHz和2MHz的频率下开展有效的测量，并对地层中的电阻率和伽玛射线产生的作用进行测量，然后结合测量的结果转动调节转向螺杆，利用这样的连续操作过程产生的作用力更好的开展钻井施工作业。

（二）串联对转式螺杆钻井系统

在钻井作业中，机械钻速越高，下钻的效率越高。在正常的情况下，会通过增加钻压、提高扭矩，加速钻头的转速来达到提高机械钻速的效果，但是在微小井眼钻井的施工过程中，使用常规的方法存在一定的难度，钻压和扭矩都不能很好的进行改变，为此，国外某公司专门研发设计了一款串联对转式螺杆钻井系统，有效的实现了在较低的钻压变化和较低的扭矩变化中实现提升机械钻速的实用效果。在该系统的设计中，左旋容积式螺杆的运动，驱动小直径的钻头进行定向的钻进施工，右旋容积式螺杆的运动，在稳定器的作用下，与钻头进行串联使用，保障钻头的下钻施工。其中，在整个系统中，钻头的材质要选用高质量的硬质合金技术，能够在高速的运转过程中正常使用。通过对该系统的实践应用进行实验数据的收集，发现平均钻速可以达到25m/h左右，常规技术中心平均钻速只有

3-9 m/h，有效的实现了钻速的提升。

（三）连续油管钻井用大功率涡轮钻具和钻头

在高速钻井的过程中，一些高硬度高碾磨性岩层在进行施工的时候，需要使用更大功率的钻具和更高刚性的钻头，为此，国外某公司联合开发研制了一种新型的可以在连续油管钻井的过程中，使用的大功率涡轮钻具和钻头。根据切削温度热力学模型和热反应的程序使用，对井下施工的环境进行了模型建立。模拟井下TSP切削齿和PDC切削齿的热反应过程，并根据不同岩层的特性，设计了不同型号的固定齿钻头类型，在实践的应用中发挥出良好的使用效果。通过实践应用数据的分析，使用73mm涡轮钻具和钻头，液力效率有效的提高了13%左右。

（四）小型机械辅助式高压水力喷射钻井工具

微小井眼钻井施工作业中，高压液体喷射能更有效的开发利用井底的压力，对于提升机械钻速和侧钻深度，都有积极的意义。其中，将喷射钻井技术中钻速有效的提升到超过24.4m/h的情况下，马达的运行寿命将可以实现超过100h的提升。国外某公司研发的一种小型机械辅助式高压水力喷射钻井工具，其中井下马达的工作压力是30MPa，气体分离器将流体从气体中股份李，井下增压器的最大输出压力可以达到100MPa，压力的增大，更好的提升了喷射钻井的需要，在进行金刚石切削齿和高压喷射联合施工的作业过程中，大大提升了机械钻速。经过数据的对比分析，可以發现使用这种方式进行钻井施工比常规的施工机械钻速提升了3-5倍。

（五）微小井眼钻井牵引器

微小井眼连续油管在进行施工的作业中，很容易受到硬性发生屈曲，进而增大与井壁之间的摩擦，钻头上的钻压压力不够。钻井牵引器的开发使用，可以更好的保证连续油管的前进和深入地层。根据常规的牵引器进行创新与改造，针对不同的施工环境设置不同的操作参数，其中牵引器的使用中，中心控制组件和首尾轴组件的组成中，前者主要负责对钻井液产生的拉力和推理进行作用，后者负责通过一定的扩张器，提升下钻过程中的整个机器设备的可靠性，并在不同的软硬质地的地层中实现有效的操作。通过实践的数据分析，发现使用微小井眼牵引器的情况下，最大牵引力可以达到15.6kN，柔性轴可以再各个方向上进行转动，并实现15°/30.5m的造斜率，通过55°/30.5m的井眼。

二、我国微小井眼技术的发展与思考

随着我国钻井技术的不断研发，水平也在不断的进步与发展，与国外先进技术之间的差距越来越小。在各种关键技术被国外垄断的环境中，更要加强自主创新，积极研发。第一，要不断的关注国外先进技术的研究成果，并与主要的科研团队加强技术性交流活动，提高技术水平。第二，要根据我国的实际国情，制定适应于微小井眼技术研发的规划。第三，要在国家相关部门的牵头下，组织大型的石化企业开展有效的科研攻关，保障经费资金。第四，结合当前研究中的优势进行扩大化的发展，并着重研发井下MWD和LWD的微型化工作。

结语：

文章对国外先进的微小井眼钻井技术应用中，智能转向系统、螺杆钻井系统、钻具和钻头、钻井工具、牵引器等井下工具的最新使用进展进行了分析，提出了国内该项技术发展思考的策略，坚持自主创新发展，不断提升我国钻井作业的施工技术水平。

参考文献：

[1]   宋卫东.微小井眼钻井技术的相关内容探析[J].石化技术，2018，25（06）：111.

[2]   杨靖.微井眼连续管钻井技术[J].中国石油和化工，2016（S1）：265+262.

[3]曹有好，吴迪，孟宪瑞.水力喷射微小井眼径向水平井产能影响规律研究[J].内江科技，2016，37（07）：63-64.