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钻井工程基本知识2011年1月50639队工程技术知识普及讲座之授课人：李瑞琼18643111165提纲三.钻井流程一.钻井的概念二.现代钻井系统组成四.固井施工流程五.岩层评价技术六.完井技术一、钻井基本概念利用钻机设备（顿钻钻机或旋转钻机）和工具（钻头、钻柱等），在地下钻出具有一定深度的圆柱形井眼（最大钻井深度超过12000m，1985年原SovietUnion），以达到勘探和开发地下资源之目的。西方早期钢绳钻机1.顿钻钻井时期（1901年以前）《蜀中广记》：国朝（明）正德末年，嘉州开盐井，偶得油水，可以照夜，其光加倍，沃之以水，则焰俞甚，扑之以灰则灭…….1521年，我国在嘉定（乐山）用竹绳冲击钻钻出第一口油井。1835年在四川自贡钻成世界上第一口超千米深井（1001.42米）—兴海井，到1997，累计开采天然气14000万m3。1859年，美国E.H.Drake在宾夕法尼亚用钢绳冲击钻钻出第一口石油井（21.64m)。1878年，福建巡抚丁日昌从美国购买一部钻机，在台湾苗栗油矿钻成第一口油井。钻到120米，石油“滚滚而出”，日产油1.5T。1907年，山西巡抚曹鸿引进日本钻机，在陕北延长钻成延1井，井深81米，日产油1T。石油钻井发展简史石油钻井发展简史2.旋转钻钻井时期（1901年以后）1900年，德国发明旋转钻井（转盘钻）。1936年，国民政府引进德国四套旋转钻机。1937年，在四川巴县开钻巴1井，1939年11月钻至1420米完钻。（1）概念时期（1901~1920）（2）发展时期（1920~1948）（3）科学化钻井（1948~1969）（4）自动化钻井（1969~）钻井发展趋势钻井发展趋势未来的钻井研究项目高效钻井的专家系统激光钻井和射孔技术海上作业能量供应综合系统井壁稳定性研究钻井废物管理固井新材料水平井大位移井小井眼钻井欠平衡钻井顶部驱动连续油管钻井随钻测量/地质导向自动化（闭环）钻井国内外近十年来发展的主要钻井技术石油钻井目的及任务：探明含油气构造，开发油气田普查详查区域勘探油田勘探油田开发了解全区区域地址概况，划分构造单元，初步确定可能含油气层系。详细研究确定油气聚集带，找出可供钻探的区域构造。研究区域的地质构造及含油气远景，发现工业油气藏（0.3~5t/d）。探明油田边界和面积，算准储量，提供油藏全部资料，开辟试验区。油气开采、补充能量、井网调整基准井参数井构造井预探井（野猫井）详探井评价井资料井油、气井注入井调整井石油钻井的目的与任务把钻井按钻井的目的进行分类：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,边探井开发井：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。石油钻井的种类区域探井构造井构造井详探井探井彩59彩58彩551开发井石油钻井的分类直井定向井水平井大位移井开窗侧钻井提纲三.钻井流程一.钻井的概念二.现代钻井系统组成四.固井施工流程五.岩层评价技术六.完井技术动力系统提升系统旋转系统循环系统井控系统二、现代钻井系统组成电力传输动力系统柴油机(黄色)直接驱动发电机给钻井设备提供电能电动机驱动泥浆泵工作(顶部装置为发电机降温)1.动力系统现代钻井系统组成机械传输动力系统皮带传递动力带动上部的泥浆泵工作几台发动机的链条及齿轮组装在金属盒内1.动力系统现代钻井系统组成2.提升系统旋转钻井平台提升系统绞车滚筒快绳天车死绳钻绳游车大钩死绳锚存储滚筒不论钻井平台是以电能还是机械传输动力，目的都是为了钻井，所以提升系统必不可少。一般提升系统由绞车、滚筒、井架、天车、游车和钢丝绳组成。现代钻井系统组成提升系统→绞车与猫头绞车由带钢丝绳的滚筒、猫头轴、离合器、换向齿轮-链条及刹车装置组成猫头分为摩擦式猫头和自动猫头2.提升系统提升系统↓天车|游车|钢丝绳2.提升系统提升系统→死绳锚|游车|水龙头|大钩2.提升系统3.旋转钻进装置水龙头方钻杆转盘钻柱钻头现代钻井系统组成游车下部的大钩正在锁住水龙头提环钻工正安放卡瓦旋转装置现代钻井系统组成钻杆与钻铤转动的转盘与方钻杆旋转装置现代钻井系统组成钻工正在对扣连接管柱游车正把钻铤下入井内(钻铤较钻杆重，可施加钻压)旋转装置现代钻井系统组成PDC钻头取芯钻头旋转装置→钻头现代钻井系统组成三牙轮钻头新钻头正准备入井钻井液高速流过喷嘴旋转装置现代钻井系统组成钻柱纵振钻柱扭振钻柱横振旋转装置→井下钻具旋转方式现代钻井系统组成4.循环系统废水池泥浆池钻屑下滑泥浆振动筛加重装置泥浆泵排出管线立管水龙带水龙头方钻杆钻柱环空钻铤井眼钻头泥浆泵泥浆池立管水龙带钻柱分离装置现代钻井系统组成泥浆功能：1、悬浮和携带钻屑2、润滑和冷却钻具3、稳定井壁4、平衡地层压力5、发挥水力效能6、传递动力循环系统→循环介质现代钻井系统组成泥浆经井眼环空流回泥浆池泥浆回流管线泥浆通过立管经水龙带进入钻柱立管水龙带泥浆泵将泥浆打入循环管线排出管线(至立管)泥浆泵循环系统→流程现代钻井系统组成循环系统→分离装置5.井控系统现代钻井系统组成5.井控系统防喷器可实现的功能：1)密封钻具2)强行起下钻3)悬挂钻具4)手动、液动锁紧闸板5)用作分流系统6)可以剪断钻具防喷器产品闸板防喷器环形防喷器分流器旋转防喷器电缆防喷器带压作业装置井口防喷器组现代钻井系统组成节流管汇：由一系列特殊的、可远程控制的管线组成，用井口防喷器组关井后，司钻可以通过它释放井底压力，不至于造成井下失控。5.井控系统提纲三.钻进流程一.钻井的概念二.现代钻井系统组成四.固井施工流程五.岩层评价技术六.完井技术设计钻前准备一开二开三开完井测试油井完成地质设计、工程设计修路、平井场、打基础、设备搬运及安装、准备井口钻进、（测斜）、（测井）、下表套固井、安装井口钻进、（取心）、（测斜）、（测井）、下技套固井、安装井口钻进、（取心）、（测斜）、（测井）、（中途测试）、下油套固井、安装试油井口一开二开三开钻进三、钻进流程防喷器防喷器至钻井液净化系统一开钻进下表层套管注水泥施工安装井口防喷器井口防溢管钻井液出口三、钻进流程二开钻进下中间套管防喷器防喷器二开固井三开钻进下生产套管完井固井三、钻进流程钻进基本过程包括：钻进、接单根、起钻、换钻头、下钻等钻进：钻头破碎岩石使井眼不断加深接单根：通过接单根使钻具不断加长起下钻：将井内钻具起出或将井内起出的钻具重新下到井内换钻头：起出钻具卸掉旧钻头换上新钻头重新下入井中循环钻井液：钻头提离井底并保持钻井液的循环三、钻进流程①上提单根并放入鼠洞②上提方钻杆，将水龙头推至鼠洞单根的上方③连接水龙头和单根，再把单根与井筒内钻柱相连④用连接好单根并加长的钻柱继续钻进1234接单根三、钻进流程钻进流程→接单根1、上提钻柱，在鼠洞内放置单根(右)4、接上单根，上提钻柱，重新入井2、安放卡瓦，坐稳下部钻具3、卸下方钻杆，连接鼠洞内单根三、钻进流程将方钻杆及水龙头放至大鼠洞钻工在钻柱上安装吊卡,起出下部钻具钻进流程→起下钻12三、钻进流程起出一柱钻具后安放锥形卡瓦，坐稳下部钻具卸开上部立柱立柱按顺序放置在钻台上543钻进流程→起下钻三、钻进流程井架工负责将上部钻柱摆放整齐起至钻铤与钻头时，用专用工具卸开连接处起出的钻头磨损应更换新钻头入井876钻进流程→起下钻三、钻进流程提纲三.钻井流程一.钻井的概念二.现代钻井系统组成四.固井施工流程五.岩层评价技术六.完井技术下套管下套管作业与下钻柱非常相似，只是因为套管相对钻柱直径大，形状结构与钻柱不同，需要特殊的上扣工具、吊卡和管钳。此外，套管相对于钻杆线重大，深井下套管对钻机起升能力要求高。上提套管准备连接解开吊卡准备下入套管12四、固井施工流程用液压大钳拧紧接头连接好的套管入井43固井施工→下套管四、固井施工流程通常在下入套管前，在套管外面要加上刮泥器和扶正器，扶正器有几个弓形弹簧片且紧贴在套管外壁，可以保证套管处于井眼中心；刮泥器可以将井壁上泥饼除去，保证更好的固井质量。固井施工↓套管附件四、固井施工流程水泥灰罐固井施工作业固井施工→固井设备四、固井施工流程固井施工↓固井附件水泥头上胶塞下胶塞浮箍扶正器套管鞋固井中固井完顶替液上胶塞下胶塞阀门关闭水泥浆干水泥清水喷射混合器及漏斗提纲三.钻井流程一.钻井的概念二.现代钻井系统组成四.固井施工流程五.岩层评价技术六.完井技术岩层评价-录井当一口井钻达设计深度后，如何才能判断所钻井段是否存在油气？有几种方法可供参考钻杆测试取芯地质人员正在检测钻屑地质人员在显微镜下观测钻屑检测钻屑检测岩屑测井五、岩层评价技术将测井仪器下入井底，再缓慢上提，在此过程中，它可以测量它所经过的地层特性，一般测井方法有几种：电测井：测量并记录原始电阻和地层的感应电阻大小声测井：记录声音在岩层中的反射放射测井：测量并记录原始的反射和在岩层中的感应反射。当这些信号被记录后，由计算机处理作图，并经专业人员分析以确定是否存在油气及存在的多少。岩层评价测井岩层评价技术取芯有两种方式：一种是下入取芯筒，安装在钻柱下部下入井底。当取芯筒旋转钻进的时候，一段圆柱形井底岩芯就在取芯筒内带出。另一种是井壁取芯器，靠下部的射孔弹冲击井壁，一小块岩芯就被装在工具中带出，这种方式一次可以在任意深度取约30块小岩样。岩层评价→取芯岩层评价技术提纲三.钻井流程一.钻井的概念二.现代钻井系统组成四.固井施工流程五.岩层评价技术六.完井技术●完井：从钻开生产层、下油层套管、注水泥固井、射孔到试采等一系列生产过程的总称。六、完井技术目的是为了改善井底径向流动，使地下油气流能够有效地从井筒流向地面。目前油井完井基本上可分为：固井射孔完井、筛管完井、裸眼完井等。当油公司仔细分析在各个层段进行的各种测试所获取的数据后，他们将决定是否完井还是填井放弃。当确定地层没有工业油气流，放弃该井。如果有工业油气流需要完井，主要有以下步骤：六、完井技术1、选择完井方式；2、完井3、安装采油树4、酸化(非必需)5、压裂(非必需)（一）裸眼完井法先期裸眼完井后期裸眼完井类型优点缺点裸眼完井1.油井完善程度好，有利于提高油井产量2.减少固井和射孔损害油气层3.采用砾石充填的井，有利于油井生产1.有油、气、水的井，无法分层开采2.无法分层改造六、完井技术--井壁稳定，不易坍塌的碳酸盐、火山岩或砂岩储层；无底水、无气顶的单一厚储层或者压力、性质基本一致的多层储层。--下套管作业难度较大的特殊井（欠平衡井、水平井等）。适用条件（二）固井射孔完井法六、完井技术--适用范围广，一般无不适用地层。类型优点缺点射孔完井1.可有选择性地射开地层，实现分层开采2.在生产井段能选择性的进行修井作业3.可进行各种井下增产措施4.可以多层完井5.适合多种类型油气藏完井1.出油面积小，完善程度较差2.对井深和射孔浓度要求严格3.固井质量要求高，水泥浆可能伤害油气层适用条件完井→射孔射孔枪下至油层射孔弹射穿生产套管地层油气流入生产套管内可供入井的射孔枪固井射孔完井法射孔方法电缆套管枪射孔电缆输送过油管负压射孔油管输送负压射孔固井射孔完井法（三）筛管完井法六、完井技术--地层出砂，固井完井储层伤害严重地层。类型优点缺点筛管完井1.可配合封隔器实现选择性非固井完井2.可实现分层开采3.非固井完井，有利于完井作业过程中的储层保护4.有利于防砂1.井下工具相对复杂2.完井成本相对较高适用条件绕丝割缝多孔材料烧结筛管完井法筛管类型：油管顶部安装采油树来收集地层流体，通过地面上采油树阀门的开关来控制油气的采集。完井→装采油树六、完井技术酸化原因：1、存在工业油气层；2、油气层岩石渗透率太低；3、地层岩石能被酸溶解；酸化工艺：根据需要确定需要挤入地层的酸液量，泵入酸液，迫使酸液进入地层，并溶蚀地层，形成油流通道。完井→酸化六、完井技术谢谢大家