搜索
481Chapter4钻井与完井（3课时）第一节钻井方法第二节旋转钻井系统的基本构成第三节旋转钻井工艺过程第四节完井第五节特殊钻井技术第六节海洋石油钻井本章就钻井和完井工程中的主要概念、设备、方法及过程进行介绍。482一、我国钻井技术发展简况古代钻井约在公元前3世纪到公元11世纪，井眼由人下入井内挖掘而成。始于公元1041年～1053年前后，井眼以顿钻方式由人力向下钻凿成井。井口直径如碗口大小(约3～5寸)，即“卓筒井”，井深达千余尺，公元1253年用牛做动力代替人力。大井眼阶段小井眼阶段公元前3～1世纪（战国时期），李冰在四川钻凿盐井；公元147～189年，在邛崃(qiónglái)钻出一口天然气井,称为火井1521年，四川嘉州(今乐山)钻盐井时偶得石油，是为我国第一口油井；1840年，在四川钻成世界上最深的井（1200m），火井；清初,四川有盐井5637口，清末有8456口，分布于40个洲县。中国最早利用钻井技术进行油气及资源勘探与开发。§4.1钻井方法483欧洲是在19世纪初开始用顿钻打井美国第一口油井（机械顿钻）完成于1859年，井深21.7m。近代钻井1901~1920年，萌牙时期；发展了旋转转井方法，循环钻井液清洗井底；1920~1948年，发展时期；牙轮钻头、固井工艺、钻井液应用1948~1968年，科学化钻井时期；研究钻井中的内在规律；1968~至今，自动化钻井时期。1907年，在陕西省延长油矿利用金属制钻机钻成中国大陆第一口油井(延一井)；井深81米；日产油400～500斤。1939年，在甘肃玉门用德国造钻机钻成一口井；1907年～1948年，共利用新方法钻井169口，总进尺67020米，井深都小于1500米。484二、钻井方法常用钻井方法顿钻钻井(冲击钻井)旋转钻井在长期的生产实践中，人类创造和发明了多种钻井方法，并且随着生产的发展，钻井设备也在进步和完善。485顿钻钻井也叫冲击钻井。通过地面将钢丝绳拉起，将钻头提离井底，再向下冲击，岩石随之破碎，再不时向井内注水，将岩屑和泥土混成泥浆，再下入捞砂筒捞出岩屑。钻进不连续，速度慢；冲击方式，费时费事费力1.顿钻钻井它不适应快速钻井的要求，特别钻深井或超深井它更不能满足生产的需要，因此代替它的是旋转钻井。486旋转钻井是利用钻头旋转时产生的切削或研磨作用破碎岩石，是当前最通用的钻井方法。1901年美国首先使用，中国于30年代中期开始使用，它比顿钻钻速快，并能处理井塌、井喷等复杂情况。按动力传递方式不同，分为转盘旋转钻井和井下动力钻井两种。2.旋转钻井487又称为转盘钻井，其是从顿钻钻井演变而来的。地面钻具转动带动井下钻头转动，钻头转动时就可破碎岩石，破碎了的岩屑被泥浆泵泵入井内的泥浆循环带到地面。连续钻进，速度快，冲击+切削；地面驱动地下钻头转动，浪费功率。（1）转盘旋转钻井488这是旋转钻井的又一种方法，这种方法钻井就是在钻柱下边接上井下动力钻具，其他的和转盘钻井一样。钻头转动不是靠转盘而是靠井下动力钻具带动。因此大部分钻具不转动，节省了大量功率，磨损小、使用寿命长。井下动力钻具包括涡轮钻具和螺杆钻具该方法主要用于钻定向井、丛式井和水平井。（2）井下动力钻具钻井489钻井方法总结常用钻井方法顿钻钻井(冲击钻井)旋转钻井转盘旋转钻井井下动力钻具旋转钻井井口是敞开的，无控制装置；钻井是间断的，进展慢；适用于浅层低压油气井。井口是封闭的，有控制系统；连续性，进展快；用于硬软地层和各种压力系统；用于定向井、水平井的钻井；4810按用途一般分为两种：探井和生产井探井：探明储油构造，取得地质资料，认识和评价含油气情况，落实油层位置和油气田面积、储量等等；生产井：按照油气田开发方案有效地开采地下石油与天然气资源。按井筒在地下的形状（即井眼的轨迹）又可分为二种：直井、定向井。其中定向井又可再分为斜井和水平井。三、石油井的分类（2种）4811最大井深：12226m（俄罗斯）最大单只钻头进尺：2134m(PDC钻头8½英寸/21.59cm）最高温度、压力：温度200℃，压力110MPa最长的连续取心：128m最大水平位移：11278m(垂深1637m)四、钻井世界纪录4812§4.2旋转钻井系统的基本构成系统基本构成（4类）一、钻机二、钻进工具三、钻井液四、钻井作业人员4813钻机是全套钻井设备的总称。目前全球使用最为广泛的是转盘旋转钻机。钻机由柴油机、传动轴、泥浆泵、绞车、井架、天车、游动滑车、大钩、水龙头和转盘等组成。整个转盘旋转钻机成套钻井设备通常由六个系统组成。一、钻机旋转钻井系统的基本构成4814旋转钻机动力系统由发动机和一套动力传动装置来驱动钻井设备。目前柴油发动机(1490～4470千瓦)是国内主要的动力来源。用来起下井内钻具和下套管的设备。包括井架、天车、游车、大钩、吊环等组成用来旋转钻柱、向井底传递动力、破碎岩石的一套设备。包括转盘、转盘变速箱、水龙头、方钻杆及其传动装置。旋转系统还有接、卸钻柱和钻具的功能。钻进时能循环泥浆，冲刷井底，将破碎的岩石带到地面上的一套设备。包括泥浆池、泥浆槽等。井控系统对可能发生的复杂情况进行控制和处理，以恢复正常钻井。有防喷器组、储能器机组和防喷器组遥控面板、测试管汇、压井管汇4部分。监测系统a.由综合录井对井下情况进行监测；b.由各种仪表对钻进参数进行记录和测量；c..对钻井液中的天然气和硫化氢进行监测。提升系统旋转系统循环系统六个组成系统4815二、钻进工具……基本构成之二钻进工具（又称钻柱）主要包括钻头、方钻杆、钻杆、钻铤、井下动力钻具等。一般情况下方钻杆在最上面，方钻杆下接钻杆，钻杆下接钻铤或井下动力工具，最下端接钻头。以下对主要的井下钻井工具及作用进行了介绍。4816钻头尺寸应用最多4¾in(12.06cm)57/8in(14.92cm)6½in(16.51cm)77/8in(20.00cm)8½in(21.59cm)9½in(24.13cm)105/8in(26.98cm)12¼in(31.11cm)14¾in(37.46cm)17½in(44.45cm)20in(50.80cm)26in(66.04cm)聚晶金刚石复合片钻头4817二、钻进工具……基本构成之二1.钻头钻头是直接破碎岩石、造就井眼的重要工具。要加快钻井速度，必须采用适合地层条件的“锋利”钻头。分类（1）刮刀钻头：切削xiāo刃，用于非固结的软地层效果极佳。（2）PDC钻头：切削刃上使用了人造金刚石和烧结碳化钨，比刮刀钻头强度性能好，用于软性地层。（3）金刚石钻头：切削刃用天然金刚石制成，适用于坚硬地层或较软地层。但怕高温，注意冷却钻头。（4）牙轮钻头：目前使用最广泛的钻头。压碎、冲击、剪切，可适用于从软到硬的各种的地层。4818二、钻进工具（续）1.钻头：直接破岩、造就井眼的重要工具。2.钻铤：钢质厚壁筒形管材。接在钻头之上向钻头施加钻压和传递扭矩。3.钻杆：钢质厚壁筒形管材。钻井延伸、传递扭矩和输送钻井液的工具。钻杆在起下钻中要负担最大的拉伸力，例如4000米的5英寸的钻柱重量约150吨。4.方钻杆：传递扭矩。中空四边形或六边形钢柱。壁厚比钻杆大三倍左右,具有较高的抗拉与抗扭强度5.井下动力钻具：可直接在井下驱动钻头钻进，可以减少动力消耗，减轻钻具和套管的磨损和破坏。6.其他钻井工具：防斜、造斜、防卡、解卡和钻柱稳定的钻井工具等。7.钻台上的操作工具：包括吊卡、卡瓦、上卸和大钳、动力大钳和吊环等。4819三、钻井液……基本构成之三钻井液：具有满足钻井和完井工程所需要的多种功能的循环流体。由于初期的钻井液是由最简单的泥土和水组成，“钻井泥浆”或“泥浆”就成为钻井液沿用至今的代名词。旋转钻井中，要利用钻井液清洗井底，携出井下钻屑并控制井内压力。清洗井底携出岩屑冷却钻头保护井壁钻井液在钻井中的8种主要作用润滑钻具破岩作用平衡地层压力保护油气层4820三、钻井液……基本构成之三钻井液对于钻井就像血液对于人体一样重要。如果没有性能良好、足够数量的钻井液，或者钻井液不能正常循环时，钻井工作将无法进行，有时还将严重危及井的“生命”。我校的大庆“铁人”王进喜肖像：铁人搅拌泥浆，人拉肩扛安装钻机。4821钻井液是溶胶悬浮液体系，由三个部分组成：①液相：可以是淡水或盐水，或某种类型的油品②固相：为增加体系密度，常用重晶石，为改善流变性和滤失性常用微晶高岭土③处理剂：用以调整泥浆性能，常用各种有机或无机化学处理剂分类以水为连续相的钻井液叫水基钻井液以油为连续相的钻井液叫油基钻井液。水基钻井液的应用最为广泛，只是在特殊井如取心或高难度定向井中才使用油基钻井液。现代钻井技术对泥浆的性能要求很高，要具有一定的密度、粘度、滤失量、泥饼、切力及含砂量等，并且随着钻井所钻遇的地层变化能及时做出调整。4822四、钻井作业人员……基本构成之四钻井队基本上由三部分人员组成。第一部分是钻井操作人员包括钻工、井架工、副司钻、司钻和钻井班长；设备的操作人员有机械工、电工、材料工和通讯员等。司钻是操作钻机、实施钻井作业最关键的人员之一。第二部分是技术人员包括钻井工程师、机械工程师和电气工程师等。第三部分人员是管理人员包括钻井经理、会计、器材管理员和生活管理员等。4823§4.3旋转钻井工艺过程一口井从开始到完成，大致要经历准备工作、钻进、固井、其它作业等工序。4824一.准备工作定井位定井位1.定井位2.修公路3.平井场形状大致为长方形，ZJ70钻机：120m×100m4.打基础5.安装：立井架，安装钻井设备、泥浆泵，安放或挖掘泥浆池等。§4.3旋转钻井工艺过程一口井从开始到完成，大致要经历准备工作、钻进、固井、其它作业等工序。4825旋转钻井法的钻进大致可分为以下几道工序：1.钻进：用钻头直接破碎岩石2.洗井：将钻屑从井底清除掉，并携带到地面钻屑：井底岩石被钻头破碎后形成小的碎块3.接单根：钻柱也要及时接长，接一根钻杆就叫接单根。4.起下钻：换上新的钻头以后在重新下到井中继续作业，这叫做起钻和下钻。5.其它作业：进行岩屑录井、地球物理测井以及地层测试等作业。二、钻进……钻进过程之二广义的钻进：从开钻到完钻一段地层或完钻一口井的过程4826三、固井……钻进过程之三目的加固井壁，防止浅处井壁坍塌。隔离钻开的油﹑气、水层，防止开采时层间相互干扰。将称为套管的无缝钢管下入井中，并在井眼和套管之间灌注水泥浆以固定套管。固井重要工序:下套管和注水泥一口井从开始到完成，常需下入多层套管并注水泥，即需数次固井作业。48271.下套管…固井重要工序之一第二次开钻后，改用小于表层套管直径的钻头，往下钻至目的层上方处再停钻；第三次开钻后再改用更小的钻头，一直钻到目的层以下；下入第三层套管，称为油层套管，再注水泥固井。目的：为试油和今后采油气创造条件。最后射孔：利用射孔枪打穿套管和水泥环，为油流入井提供流动通道。钻头钻入地层一定深度（30～300m）；下入第一层套管，称为表层套管，再注水泥固井。目的：封住这一井段的粘土层、流沙层、砾石层及水层，并在表层套管井口安装防止井喷的装置。下入第二层套管，称之为技术套管，再注水泥固井。目的：用以封固易塌层和高压水层，或为保护浅部的油气层等。4828常用的套管、钻头尺寸钻头套管6½in(16.51cm)5½in(13.97cm)8½in(21.59cm)7in(17.78cm)121/4in(31.11cm)95/8in(24.46cm)173/4in(44.45cm)133/8in(33.97cm)26in(66.04cm)20in(50.80cm)1.0英寸=25.3995mm48292.注水泥……固井重要工序之二工序：将配置好的水泥浆，通过一定的设备和工艺注入套管，并按照设计要求使水泥浆在管外环形空间上返到一定的高度。作用：将套管和井壁的环形空间封固起来，以封隔油气水层