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第五章油气钻井方法及工艺钻井方法钻井设备钻井工具基本钻井工艺过程第一节钻井方法（drilling）为了在地下岩层中钻出所要求的孔眼而采用的钻孔方法。钻井方法人工掘井人力冲击钻井法顿钻钻井法旋转钻井法连续管钻井法目前普遍使用钻井方法分类1.顿钻钻井法（CableToolDrilling）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缺点：钻头功率小，破岩效率低，钻井速度慢。2.旋转钻井法（RotaryDrilling）分类转盘旋转钻井法井底动力钻具旋转钻井法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转盘旋转钻柱加压设计井深转盘方补心方钻杆补心水龙头水龙带井底动力钻具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①井底动力钻具的动力是由电源或地面泥浆泵提供的。②钻柱的功能只是给钻头施加一定的钻压。与钻盘旋转钻井的区别3.连续管钻井法(柔杆钻井法)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第二节钻井设备钻机：石油钻井的地面配套设备，由多种机器设备组成的一套大功率重型联合工作机组。可以满足完成钻进、接单根、起下钻、循环洗井、下套管、固井、完井及特殊作业和处理井下事故等要求。1.钻机的分类（按钻井深度）大型钻机超重型钻机重型钻机中型钻机H5000m，W2500kNH＝1000～2500mW＝800～1600kNH＝3000～5000mW＝2000～2500kN轻便钻机H1000m，W800kN，89～140mm钻杆，井径160mm，深井H3000m，W300kN，42～89mm钻杆，井径150mm，勘探井、水井钻机的分类（按动力设备）柴油机驱动钻机直流电驱动钻机交流电驱动钻机以柴油机为动力，通过机械传动或液力传动的钻机工作机用直流电动机驱动。通常用于海上钻井工作机用交流电动机驱动钻机的分类（按使用地区）陆地钻机海洋钻机陆地（包括沙漠、沼泽等）使用的钻机自升式钻井平台半潜式钻井平台钻井船钻井固定平台各种类型的钻机陆上钻机海洋钻井平台2.钻机的组成及功能起升系统旋转系统循环系统驱动与传动系统气控系统井控系统钻机的组成1.起升系统(1)组成(2)功能②起下钻、接单根和钻进时的钻压控制。①下放、悬吊或起升钻柱、套管柱和其它井下设备进、出井眼；井架、天车、游动滑车、大绳、大钩及绞车游车天车钢丝绳2.旋转系统（RotarySystem）(1)组成(2)功能保证在洗井液高压循环的情况下给井下钻具提供足够的旋转扭矩和动力，以满足破岩钻进和井下其它要求。转盘水龙头钻头钻柱3.循环系统（CirculationSystem）(1)组成泥浆泵、泥浆净化装置(固相控制设备)和泥浆槽、罐等(2)功能①从井底清除岩屑；②冷却钻头和润滑钻具。动力机、传动部分4.驱动与传动系统(1)组成(2)功能产生动力，并把动力传递给泥浆泵、绞车和转盘。柴油机或电动机联轴器、离合器、变速箱、皮带传动及链条传动等装置钻机平台上的气体发动机远离钻机平台的柴油机5.气控系统控制面板(控制机构)、传输管线和阀门、执行机构以及压气机等。(1)组成：(2)功能：确保对整个钻机各个工作机构及其部件的准确、迅速控制，使整机协调一致的工作。6.井控系统(1)组成：防喷器组、钻井四通、节流管汇、压井管线以及液、气压控制机构组成。⑵防喷器主要功能：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)可以剪断钻具井架天车游动滑车大钩水龙头转盘绞车泥浆泵柴油机传动装置钻井现场“十大件”第三节钻井工具井下钻具井口工具一、井下钻具水龙头以下至钻头的管柱和工具的总称。主要包括钻头和钻柱。1.钻头直接破碎岩石形成井眼的工具。影响钻井速度最直接的因素之一衡量钻头破岩效率高低的主要指标用钻头进尺除以纯钻进时间，即单位纯钻进时间的钻头进尺，表示钻头破碎岩石的能力和效率，单位为m／h。钻头寿命：在整个使用过程中，钻头在井下的纯钻进时间(包括划眼——在已钻出的井眼内旋转送钻、修整井壁的过程)，单位为h；钻头进尺：在钻头寿命内，其钻进的井段长度，单位为m；机械钻速：钻头的分类按照钻切岩石面积及形状的不同：全面钻进钻头取芯钻头特种钻头按照结构特点和破岩机理的不同：刮刀钻头牙轮钻头金刚石钻头(1)刮刀钻头（Dragbit）属切削型钻头适用地层：松软地层工作原理：工作时其刀翼在钻压作用下吃入岩石，并在扭矩作用下剪切破碎岩石。破岩方式：以刮削、挤压和剪切为主的方式刮刀钻头分类及特点最常用刀翼数刀冀底刃的形状两翼(鱼尾式)刮刀钻头三翼刮刀钻头四翼刮刀钻头阶梯式刮刀钻头平底式刮刀钻头分类优点：缺点：机械钻速较高扭矩较大，控制不当易造成井斜刮刀钻头的寿命取决于刀翼的寿命(2)牙轮钻头（Conebit）组成：钻头体、水眼、巴掌、轴承和牙轮等。破岩形式：冲击、压碎和剪切等。适用地层：从软到坚硬的各种地层。(3)金刚石钻头（Diamondbit）属于磨铣型钻头破岩形式：研磨和铣削。适用地层：坚硬地层。组成：钻头体、切削齿、水眼、水槽等。金刚石特点：高耐磨、自锐作用、高温碳化聚晶金刚石层＋碳化钨底层＋柱状体部→切削元件（块）PDC钻头的特点：适应于软到中硬地层钻进，较小钻压、高转速下机械钻速高；PDC钻头PolycrystallineDiamondCompactbit破岩方式：切削方式2.钻柱(1)定义钻柱是用各种接头将方钻杆、钻杆和钻铤等部件连接起来组成的入井管柱，通常指钻头以上的钻具。(2)功能①传递扭矩②施加钻压③输送洗井液④延伸井眼⑤起下钻头⑥特殊作业⑶方钻杆传递扭矩和承受钻柱的全部重量。作用：性能：具有较高的抗拉强度和抗扭强度国产方钻杆形状：断面：中空的正方形或六边形壁厚：比一般钻杆大三倍左右材料：强度较大的优质合金钢长度：一般为13～16米⑷钻杆作用：传递扭矩与输送洗井液形状：材料：无缝圆钢管制成的；壁厚：一般为9～11mm；立根(或立柱)：三根钻杆连接在一起做为一个单元。钻杆单根：两端分别接上带粗扣的钻杆接头各一只(合称一副)。⑸钻铤作用：给钻头施加压力并保持自身处于不弯曲状态以防止井斜。形状：壁厚而粗大，一般是38～53mm单位长度重量大，相当于同尺寸钻杆的4～6倍。二、井口工具指在起下钻过程中井口所用的工具。主要有吊钳、吊卡、吊环、卡瓦、安全卡瓦、提升短节等。(1)吊钳(2)吊卡钻工正安放卡瓦第四节基本钻井工艺过程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。三个阶段：钻前淮备钻进固井与完井钻进是进行钻井生产取得进尺的唯一过程。基本工艺过程：①第一次开钻(一开)：下表层套管②第二次开钻(二开)：下技术套管每改变一次钻头尺寸，开始钻一新的井段的工艺叫开钻③第三次开钻(三开)：设计井深，下油层套管，进行固井、完井作业2.钻进3.固井固井：在已钻成的井眼内下入套管，然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。固井后井眼状况示意图①安装井口装置：控制钻进过程中遇到的高压油气水层；②巩固疏松井段，隔离复杂地层；③封隔地下油气水层，防止上下串通；⑥为油气生产建立长期稳定的通道。⑴固井目的（2）确定井身结构井身结构:井内所下套管层次、尺寸、深度、水泥返高等。套管层次：表层套管技术套管油层套管（3）下套管①定义：将按强度要求设计好的套管及其附件组成的套管柱下入井眼内的工艺②套管性质：无缝钢管，长度一般为10m左右，有足够的强度。套管抗拉强度套管抗挤强度套管抗内压强度③套管柱设计：尺寸设计、强度和密封性设计（4）注水泥水泥浆是由干水泥和水配制而成，用一套专用设备（水泥车、混合漏斗、灰罐车）将水泥浆按设计用量注入井内，使其返至套管外设计的位置。一般要求水泥环在最上部油层50～100m以上。水泥返高指固井时套管与井壁之间水泥环上升的高度，常指水泥环上端到井口方补心的距离。注水泥工艺流程（a）（b）（c）（d）（e）（a）循环钻井液（b）注隔离液和水泥浆（c）替浆（d）替浆（e）碰压上胶塞下胶塞浮箍引鞋钻井液小结⑴石油钻井方法包括：人工掘井、人力冲击钻井、旋转钻井、连续管钻井。⑵钻机主要由起升系统、旋转系统、循环系统、驱动与传动系统、气控系统、井控系统组成。⑶按照结构特点和破岩机理，钻头分为：刮刀钻头、牙轮钻头、金刚石钻头。⑸基本钻井工艺过程包括：钻前淮备、钻进、固井与完井。⑷钻柱是由各种接头、方钻杆、钻杆和钻铤等部件组成，主要功能是传递扭矩、施加钻压、输送洗井液、延伸井眼、起下钻头、特殊作业等。