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第2章油气钻井方法及工艺第一节钻井概述第二节钻井方法第三节基本钻井工艺工程第一节钻井概述钻井的概念钻井的种类一、什么是钻井？利用一定的工具和技术在地层中钻出一个较大孔眼的过程。对我们而言，主要是开发油气资源。钻井直井水平井钻井可按钻井的目的、几何形状、井深等进行分类。二、钻井的种类1.按钻井目的分类：区域普查井：基准井、剖面井、参数井、构造井探井：预探井、详探井等开发井：生产井（油井、气井）、注入井（注水井、注气井）特殊用途井：检查井、观察井、调整井、救援井等。基准井：在区域普查阶段，为了了解地层的沉积特征和含油气情况、验证物探成果而钻的井。剖面井：是为了研究地层岩性、岩相变化，为寻找含油气构造而钻的井。参数井：为了解区域构造，提供岩石物性参数而钻的井。构造井：为了了解地质构造特征、验证物探成果，并编制地下某一标准层的构造图。探井：为了确定油气藏是否存在及其埋藏位置而钻的井（预探井）；为了对油气藏进行工业评价及取得油气开发所需的地质资料而钻的井（详探井）。二、钻井的种类区域普查井生产井：在进行油田开发时，为开采石油和天然气而钻的井。注入井：开发后期为了提高采收率及开发速度，而对油田进行注水注气以补充和合理利用地层能量所钻的井。检查井：油田开发到某一含水阶段，为了搞清各油层的压力和油、气、水分布状况，剩余油饱和度的分布和变化情况。观察井：油田开发过程中专门用来了解地下动态的井。调整井：油田开发中后期，为进一步提高开发效果和最终采收率，而调整原有开发井网所钻的井。救援井：为了救援而钻的井。二、钻井的种类开发井特殊用途井2.按几何形状不同分类：直井、定向井、水平井、大位移井直井：井口与井底在同一条铅垂线上；定向井：沿着预先设计的井眼轨迹钻达目的层，井口与井底不在同一条铅垂线上。二、钻井的种类根据井眼轴线剖面的类型，所钻的井可以分为：直井和定向井。定向井直井二、钻井的种类普通定向井：一个井场内仅有1口最大井斜角小于60°的定向井。大斜度井：最大井斜角在60°~80°范围内的定向井。水平井：最大井斜角大于或等于86°，并保持这种井斜角钻完一定长度段的井。大位移井：定义一：水平位移=垂深×2的定向井或水平井；定义二：测深=垂深×2的定向井或水平井。丛式井：在一个井场（海洋平台）上有计划地钻出两口或两口以上的定向井组，其中可含1口直井。多底井（分支井）：一个井口下面有两个或两个以上井底的定向井。定向井丛式井双向迭加三叉辐射形人字形肋骨形分支井及形式主井眼和分支井都是裸眼1主井筒注水泥分支井为裸眼2主井筒注水泥分支井下套管3主井筒和分支井都注水泥4水泥封固主井筒和分支井,各层压力分隔5井下分叉装置6分支井分级西江24-3油田西江24-1油田8063米2850米水深100米大位移井南海西江大位移井3.把钻井按井深不同分类：浅井H2500m中深井2500H4500深井4500H6000超深井H6000m4.按温度、压力的高低分类：高温高压井：按国际通用概念，地温超过150度称为高温，地层压力当量密度超过1.8g/cm3或用超过70MPa井口装置时称高压，两者同时具备的井称为高温高压井。超高温高压井：井底温度超过220度，井底压力超过105MPa二、钻井的种类第二节钻井方法为了在地下岩层中钻出所要求的孔眼而采用的钻孔方法。人工掘井人力冲击钻井法顿钻钻井法(机械)旋转钻井法连续管钻井法目前普遍使用钻井方法钻井方法分类依据：如何破碎岩石、怎样取出岩屑、净化井眼我国古代钻井系统古代钻井工具现代钻井工具钻井技术发展简史钻井技术发展简史现代旋转钻进系统古代冲击钻进系统钻井技术发展简史人工掘井：1521年之前。人力冲击钻：1521～1835年，是靠人力、捞砂筒、特殊钻头、悬绳、游梁等来完成的。实际上是利用了杠杆原理及自由落体的下落冲击作用来钻井的。特点是：1）破岩与清岩相间进行。2）冲击力小，破碎效率低。3）设备简单，起下钻方便。顿钻钻井法：1859～1901年支架游梁悬绳井壁钻头井底第二节钻井方法顿钻钻井法工艺过程钢丝绳提升钻头冲击井底，击碎岩石岩屑、泥土混合成泥水浆提出钻头捞出井内的泥水浆暴露新井底下放下捞砂筒向井内注水积累到一定量设计井深顿钻钻井示意图特点起、下钻费时少，设备简单(1)破碎岩石，取出岩屑的作业都是不连续的；优点：缺点：(2)钻头功率小，破岩效率低，钻井速度慢；(3)不能进行井内压力控制；(4)只适用于钻直井。顿钻钻井法旋转钻井法旋转钻井：是自1901年发展起来的。旋转钻井是靠动力带动钻头旋转，在旋转的过程中对井底岩石进行破碎，同时循环钻井液以清洁井底的钻井方法。旋转钻井又分为转盘钻井、井下动力钻具钻井、顶部驱动钻井。特点是：1）破岩与清岩相接进行。2）旋转动力大，转速高，破碎效率高。3）设备复杂，起下钻繁琐。（1）概念时期（1901～1920年）：这个时期内开始将钻井和洗井结合在一起，并使用了牙轮钻头和注水泥固套管技术。（2）发展时期（1920～1948年）：这个时期牙轮钻头、固井工艺、钻井液等得到进一步发展，同时出现了大功率钻井设备。（3）科学化钻井时期（1948～1968年）：这个时期钻井技术有了迅速发展。采用了喷射钻井，镶齿、滑动密封轴承钻头，低固相、无固相不分散体系钻井液及固相控制技术，总结出了影响机械钻速的有关因素，采用了地层压力检测、井控技术及平衡压力钻井技术。（4）自动化钻井时期（1968～现在）：发展了钻井参数自动检测、综合录井、随钻测量技术等计算机技术在钻井工程中的应用；发展了优化钻井、井口机械化自动化工具、自动化钻机、井眼轨迹遥控及自动闭环控制技术等新技术、新工艺及新设备。旋转钻井技术的发展旋转钻井法1.转盘旋转钻井法(1)工艺过程钻头吃入地层破碎岩石清洗井底循环洗井液转盘旋转钻柱加压设计井深转盘旋转钻井法(2)特点目前这种方法在世界各国被广泛使用。①钻杆完成起下钻具、传递扭矩、为钻头施加钻压、提供洗井液的入井渠道等任务；②钻头在一定的钻压作用下旋转破岩，提高了破岩效率；③在破岩的同时，井底岩屑被清除出来；④提高了钻井速度和效益。1.转盘旋转钻井法钻头吃入地层破碎岩石清洗井底循环洗井液动力钻具旋转钻柱加压设计井深2.井底动力钻具旋转钻井法(1)工艺过程(2)分类涡轮钻具螺杆钻具电动钻具①转动钻头的动力由地面移到井下，直接接在钻头之上；②钻柱不旋转，钻柱的功能只是给钻头施加一定的钻压、形成洗井液通路和承受井下动力钻具外壳的反扭矩；③井底动力钻具的动力是由电源或井内钻井液流体提供的。(3)特点2.井底动力钻具旋转钻井法连续管钻井法(柔杆钻井法)1.工艺过程钻头、加压装置、动力机下放至井底循环洗井液延伸井眼钻头旋转，破碎岩石为动力机提供动力清洗井底连续管连续管钻井示意图CoiledTubing(reeledtubing)CoiledTubing(reeledtubing)2.特点(5)具有巨大的发展潜力，目前正在发展、完善中。(1)连续管钻井实现了起、下钻的连续机械化，节省了时间和劳动量；(2)在起下钻时仍能保持洗井液的正常循环；(3)由洗井液直接提供破岩钻进的能量，大大提高了能量的有效利用率；(4)为全自动化控制提供了很好的条件；连续管钻井法(柔杆钻井法)第三节基本钻井工艺过程三个阶段：即钻前淮备、钻进以及固井与完井1．钻前准备修公路、平井场及打水泥基础、钻井设备的搬运和安排、井口准备（打导管和钻鼠洞）、备足钻井所需要的各种工具、器材等。2．钻进钻进是进行钻井生产取得进尺的唯一过程。其基本工艺过程有：①第一次开钻(一开)②第二次开钻(二开)③第三次开钻(三开)从地面钻出一个大井眼，然后下表层套管。用较小一些的钻头继续钻进，若遇到复杂地层，用钻井液难以控制时，便要下技术套管(中间套管)。再用小一些的钻头往下钻进，直到设计井深，下油层套管，进行固井、完井作业。每改变一次钻头尺寸，开始钻一新井段的工艺叫开钻3、固井与完井固井即是在已钻成的井眼内下入套管，而后在套管与井眼间的环形空间内注入水泥浆，将套管和地层固结成一体的工艺过程。只有通过下套管、固井，才能防止井眼的坍塌，形成永久的油气通道，并防止地下各层流体的互窜，达到开采油气的目的。完井包括用特定的方法连通油、气层和井筒，替喷或抽汲等方法诱导油、气流进入井筒，然后进行油气生产。固井后井眼状况示意图1套管2水泥环3气层4油层5水层第三节基本钻井工艺过程固井、完井、其它作业固井下套管注水泥完井完井方式完井井口装置试油其它作业事故处理测井射孔酸化压裂修井接单根、起下钻接单根：向钻柱上连接一根钻杆，以便继续钻进，使井深不断加深。起下钻：起钻：为了更换钻头，将井内钻柱取出换下旧钻头。下钻：换上新钻头后，重新将钻柱下入井内。有时为了处理事故、测井等也需进行起下钻作业。“钻井”的概念井的分类什么是旋转钻井？其特点？钻井的基本工艺过程。本章重点