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2011.10.14石油钻井与机械基本知识中国石油勘探开发研究院石油设备范畴石油钻井设备；采油设备；油气集输设备（地面工程或海洋工程）；压裂酸化设备；修井设备；注水注气设备等。1.钻井工艺、设备及钻井新技术2.海洋石油钻井工程技术3.海洋油气田开发概况及我国的石油战略汇报提纲1.1钻井方法钻井就是从地面钻一孔道直达油气层。破碎岩层；取出岩屑，继续钻进1.钻井工艺、设备及钻井新技术1.1钻井方法1.钻井工艺、设备及钻井新技术1.1钻井方法1.钻井工艺、设备及钻井新技术1.2钻前准备钻井工程的第一道工序。主要包括：修公路平井场、打水泥基础钻井设备搬运、安装井口准备备足钻井所需要的各种工具、器材1.钻井工艺、设备及钻井新技术1.3钻进钻井是进行钻井生产取得进尺的唯一过程。全井钻井过程的主要工序为：第一次开钻，下表层套管；第二次开钻，从表层套管内用小一些的钻头往下钻进；如地层情况不复杂，可直接钻到预定井深完井；若遇到复杂地层，用泥浆难以控制时，便要起钻，下技术套管（中间套管）；第三次开钻，从技术套管内用小一些的钻头继续钻进。依上述同样道理，或可一直钻达预定井深，或再下第二层套管，再进行第四次、第五次开钻。最后，钻完全井深，下油层套管，进行固井完井作业。1.钻井工艺、设备及钻井新技术1.3钻进表层套管——封隔地表浅水层及浅部疏松和复杂地层；安装井口、悬挂和支撑后续各层套管。根据钻井的目的层深度和地表状况而定，一般为上百米甚至上千米。油层套管——用以保护生产层，提供油气生产通道。下深位置由目的层位置及完井方式而定。技术套管——位于表层套管内的套管。主要用来封隔不同压力层系或易漏、易塌、易卡等井下复杂地层。可以是一层、两层或更多层（深井、超深井、地质情况复杂）。井身结构——指下入一口井的套管层数、尺寸、规格、长度以及各层套管相应的钻头直径和钻进深度、各层套管外的水泥上返高度等等。1.钻井工艺、设备及钻井新技术1.3钻进接单根——在钻进过程中，随着岩石的破碎，井眼在不断加深，因此钻柱也需要及时接长。钻柱主要由钻杆组成，每当井眼加深了一根钻杆的长度时，就向钻柱中接入一根钻杆，此过程叫做接单根。起钻——需要更换钻头时，便将井中的钻柱全部起出。将方钻杆-水龙头置于大鼠洞中；将钻杆按立根（2-3根钻杆的整体）卸开；更换钻头。下钻——更换钻头后，将立根连接起来，最后连接方钻杆-水龙头。钻进作业大循环——下钻—正常钻进—接单根—起钻—换钻头—下钻。1.钻井工艺、设备及钻井新技术1.4钻具组合裸眼完井——指根据地质条件与井身结构、钻具来源等决定钻井时采用何种规格的钻头、钻铤和钻杆、方钻杆配合起来组成钻柱。作用：(1)起下钻头；(2)施加钻压；(3)传递动力；(4)输送钻井液；(5)进行特殊作业：挤水泥、处理井下事故等。1.钻井工艺、设备及钻井新技术1.4钻具组合1.钻井工艺、设备及钻井新技术1.4钻具组合1.钻井工艺、设备及钻井新技术1.4钻具组合1.钻井工艺、设备及钻井新技术1.5固井固井就是向井内下入一定尺寸的套管串，并在其周围注入水泥浆，把套管固定在井壁上，避免井壁坍塌。固井工作包括：套管柱设计、下套管、注水泥。下套管类似于下钻，但在井口要使用一些专用工具，如在套管柱上要加引鞋、套管鞋、回压阀、阻流环、扶正器等附加装置。1.钻井工艺、设备及钻井新技术1.5固井注水泥流程：下套管至预定深度→装水泥头、循环泥浆、接地面管线→打隔离液→注水泥→顶胶塞→替泥浆→碰压→注水泥结束、候凝。1.钻井工艺、设备及钻井新技术1.6完井完井是钻井工程的最后环节。完井——固井后，油层被水泥和套管封固着，必须设法使油气层与井筒沟通。射孔完井——在油层套管内下入射孔枪，发射子弹射穿套管、水泥环和油层，使油层通过这些弹孔孔道与油井相连；1.钻井工艺、设备及钻井新技术1.6完井射孔完井——在油层套管内下入射孔枪，发射子弹射穿套管、水泥环和油层，使油层通过这些弹孔孔道与油井相连；1.钻井工艺、设备及钻井新技术1.6完井射孔完井常规射孔与高能复合射孔对比1.钻井工艺、设备及钻井新技术高能复合射孔对压实带的破除常规射孔压实带示意图1.6完井裸眼完井——油层不封固，直接与油井相连；渗流面积大，油流阻力小，井底易坍塌。1.钻井工艺、设备及钻井新技术1.6完井射孔与裸眼复合完井——有的厚油层虽然适合裸眼完井，但上部如有气顶、水层或需要分层开发的油层时，也可将技术套管下过油层界面，使其封隔油层上部，然后再对下部油层进行裸眼完井，开采期间有必要时，再射开其中已封隔的上部含油层段。1.钻井工艺、设备及钻井新技术1.6完井割缝衬管及复合完井1.钻井工艺、设备及钻井新技术1.6完井直裸眼井分层改造一体化完井——下入：一只或几只遇油膨胀封隔器分层压裂滑套永久封隔器（或悬挂器）等完井工具对该井裸眼井段实现分层设置，满足分多层独立进行酸压改造，以达到不同储集类型储层都有产能贡献增大采收率的目的。1.钻井工艺、设备及钻井新技术7B26310548911CA11.7钻井液常用的钻井液为泥浆。钻井液的作用——钻井过程中冲洗井底、携带岩屑、保护井壁、冷却钻头、平衡底层压力等。气体——气体钻井（欠平衡钻井）泡沫——泡沫钻井（欠平衡钻井）喷射钻井——钻井液通过具有特殊形状和结构的小尺寸喷嘴，形成高速钻井液射流，直接射向井底，帮助钻头破碎岩石，并清除井底岩屑。显著提高钻头进尺（软地层50~100%，硬地层13~28%）显著提高机械钻速（软地层15~30%，硬地层14~21%）1.钻井工艺、设备及钻井新技术1.8常见钻井事故井漏——当井眼中泥浆液柱压力大于地层压力时，就会引起泥浆漏失。造成井漏的更具体的原因可能有：钻遇疏松地层，开泵过猛而憋漏；钻遇渗透性地层（砂岩）发生渗透性漏失；钻遇地层断裂带（石灰岩大溶洞）发生井漏。井漏会使循环失灵；严重污染油层。井塌——钻进时，井内泥浆的失水进入岩石颗粒之间，降低了岩石的胶结力，有些岩层如黏土、页岩、泥岩等，经泥浆浸泡后发生膨胀、剥落掉块，从而导致井壁不稳固和坍塌，严重的井塌可能引起落石卡钻。1.钻井工艺、设备及钻井新技术1.8常见钻井事故井喷——当钻遇高压油气水层时，由于油气水的压力大于钻井液柱压力，地层中流体喷出地面或流入井内的现象。失控的井喷是恶性事故。引起井喷的原因有：地层压力掌握不准；泥浆密度偏低；井内泥浆液柱高度降低；起钻时的抽吸作用；其他措施不当等。1.钻井工艺、设备及钻井新技术1.8常见钻井事故井喷的危害——井喷极易导致着火人员安全、设备毁坏、大量耗费油气资源、报废油气井1957-1981年，川渝油气田井喷48次，着火31次，烧毁钻机18台,伤亡158人，33口井放空天然气49亿方，报废井14口，喷空钻井液998万元。2003年重庆开县“罗16H”井喷，死亡243人，党纪政纪处分165人，刑事处理6人。井喷后压井造成井下复杂，对产层损害严重；失控着火打乱正常生产秩序；严重的环境污染。1.钻井工艺、设备及钻井新技术1.8常见钻井事故卡钻——在钻井过程中因地质因素、钻井液性能不好、技术措施不当等原因，使钻具在井内长时间不能自由活动。沉砂卡钻落石卡钻、井塌卡钻缩径卡钻泥饼卡钻键槽卡钻1.钻井工艺、设备及钻井新技术1.9钻机组成1.钻井工艺、设备及钻井新技术1.9钻机组成1）旋转系统——作用：旋转钻具；组成：转盘、水龙头；1.钻井工艺、设备及钻井新技术1.9钻机组成2）循环系统——作用：循环钻井液；组成：钻井泵、地面高压管汇、钻井液固控设备；1.钻井工艺、设备及钻井新技术1.9钻机组成3）起升系统——作用：起下钻具、下套管、控制钻进；组成：绞车、井架、天车、游车、大钩、钢丝绳等；1.钻井工艺、设备及钻井新技术1.9钻机组成水龙头——旋转系统、循环系统、起升系统的交汇点。水龙头上接起升系统（悬挂在大钩上），下连旋转系统（连接方钻杆），鹅颈管与循环系统相连（高压泥浆经鹅颈管进入冲管、中心管，最后进入方钻杆）。1.钻井工艺、设备及钻井新技术1.9钻机组成4）动力系统——作用：为上述三大机组提供动力；组成：内燃机、交直流电动机及辅助设备；1.钻井工艺、设备及钻井新技术1.9钻机组成5）传动系统——作用：连接发动机与工作机，实现从驱动设备到工作机组的能量传递、分配及运动方式的转换；组成：机械传动（液力传动、并车、分动、变速等）；电传动（交流变频传动VFD）；液压传动1.钻井工艺、设备及钻井新技术1.9钻机组成6）控制系统——作用：指挥各系统协调工作；组成：钻机控制系统（机械控制、电控、液控、气控及混合控制）、随钻测量系统（MWD）、各种钻井仪表、马达控制中心等；1.钻井工艺、设备及钻井新技术1.9钻机组成7）底座——作用：承载安装各工作机组；组成：钻台底座（承载井架、转盘、绞车、立根盒、井口工具等）；机房底座（承载动力机组、传动系统设备）；汽车底盘（车装钻机）拖车底盘（拖挂钻机）要求有足够的高度、面积和刚性；1.钻井工艺、设备及钻井新技术1.9钻机组成8）井控系统——作用：控制井喷；组成：各种防喷器（单闸板、双闸板、环形防喷器）、四通、液压控制系统、放喷管汇等；1.钻井工艺、设备及钻井新技术1.9钻机组成8）井控系统——环形防喷器1.钻井工艺、设备及钻井新技术1.9钻机组成8）井控系统——单闸板防喷器1.钻井工艺、设备及钻井新技术1.9钻机组成8）井控系统——双闸板防喷器1.钻井工艺、设备及钻井新技术1.9钻机组成8）井控系统——剪切防喷器1.钻井工艺、设备及钻井新技术1.9钻机组成8）井控系统——旋转防喷器1.钻井工艺、设备及钻井新技术1.9钻机组成8）井控系统防喷器组1.钻井工艺、设备及钻井新技术1.9钻机组成9）辅助设备——作用：为钻机各工作机组正常工作配备的必要的辅助设备；组成：空气压缩机、空气净化系统、储气罐、辅助发电机组、井场电路设备、辅助起重设备、活动房、油水罐、保温设备等；1.钻井工艺、设备及钻井新技术1.9钻机组成10）钻台操作设备——作用：用于钻台上起下钻具、排放钻具的专用工具；组成：三吊一卡（吊环、吊卡、吊钳、卡瓦）、液气大钳（钻杆钳、套管钳）、铁钻工、自动卡瓦、自动吊卡、钻杆排放装置、二层台液压排放装置等。1.钻井工艺、设备及钻井新技术1.9钻机组成铁钻工1.钻井工艺、设备及钻井新技术1.9钻机组成钻机八大件——井架、天车、游车、大钩、水龙头、转盘、绞车、泥浆泵。1.钻井工艺、设备及钻井新技术1.10钻机分类按钻井深度分类——浅井钻机（≤1500m）；中深井钻机（1500~3200m）；深井钻机（3200~5000m）；超深井钻机（5000m）；按主传动副类型分类——皮带钻机（胶带并车传动）；链条钻机（链条并车传动）；齿轮钻机（齿轮-万向轴并车传动）按驱动设备类型分类——机械驱动钻机（MD）;电驱动钻机（ED）。按使用地区和用途分类——陆地钻机、海洋钻机、沙漠钻机、斜井钻机、丛式井钻机等。1.钻井工艺、设备及钻井新技术1.11钻机型号根据油田要求和境外石油勘探开发的需要，1995年中石油胜利油田钻机方案定型会议关于我国发展钻机的意见：2000m及以下级别钻机，要大力提高运移性；3000m及以下级别钻机，发展机械驱动钻机为主；4000m级别钻机，发展电驱动和机械驱动两种级别的钻机；6000m及以上级别钻机，发展电驱动钻机为主。1.钻井工艺、设备及钻井新技术1.11钻机型号ZJ60L型——名义钻井深度6000m，链条传动钻机ZJ60DS型——名义钻井深度6000m，电驱动沙漠钻机ZJ70D——名义钻井深度7000m，交流变频电驱动钻机ZJ15X型——名义钻井深度1500m，斜井钻机ZJ10B型——名义钻井深度1000m，轻便钻机ZJ20DY型——名义钻井深度2000m，电液驱动钻机1.钻井工艺、设备及钻井新技术1.12交流电驱动钻机的特点1.绞车、转盘可实现无级调速，调速范围宽；2.电机短时增矩达1.5~2倍以上，提高提升能力和处理事故能力；3.具有恒功率宽调速特性，大大简化