钻井的工艺流程ppt课件.ppt

第二章钻井施工工序 目录 第三章钻井地质基础 第一章石油钻井概论 第四章钻井工艺技术 第五章固井与完井 第六章井口工具 第七章钻头 第八章下井钻具 第九章钻井仪器仪表 第十章井下复杂情况及事故处理 第一章石油钻井概论 第一章石油钻井概论 钻井是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 钻井方法是指为了在地面以下岩层中钻出所要求的孔眼而采用的钻孔方法 在石油钻井现场上使用的钻井方法主要有顿钻钻井法和旋转钻井法 目前普遍使用的是旋转钻井法 第一章石油钻井概论 旋转钻井法包括地面转盘旋转钻井法和井底动力钻具旋转钻井法 旋转钻井法的原理 第一章石油钻井概论 油气井类型一 按井深划分井的类型二 按钻井目的划分井的类型1 探井 指其目的主要是通过钻井而探明地质情况 获取地下地层油气资源分布及响应性质等方面的井 他包括地质探井 地层探井 预探井 祥探井 评价井等 2 开发井 指以开发为目的 为了给已探明的地下油气提供通道 或为了采用各种措施使油气被开采出来所钻的井 一般包括浅生产井 生产井 注水井和检查资料井 目录 第二章钻井施工工序 第三章钻井地质基础 第一章石油钻井概论 第四章钻井工艺技术 第五章固井与完井 第六章井口工具 第七章钻头 第八章下井钻具 第九章钻井仪器仪表 第十章井下复杂情况及事故处理 第二章钻井施工工序 第二章钻井施工工序 钻井是一项系统工程 是多专业 多工种利用多种设备 工具 材料进行的联合作业 同时它又是多程序紧密衔接 多环节环环相扣的连续作业 施工的全过程都具有相当的复杂性 每一口井的完成包括钻前工程 钻进工程和完井作业三个阶段 每一项工程阶段又有一系列的施工工序 其主要工序一般包括 定井位 道路勘测 基础施工 安装井架 搬家 安装设备 一次开钻 二次开钻 钻进 起钻 换钻头 下钻 完井 电测 下套管 固井作业等 第二章钻井施工工序 下达井位 接收钻井设计 井位测量 土方施工 井架就位钻井施工 复测井位 施工准备 钻机安装 水电讯 钻具转运 钻井物资 钻前验收 停注放溢 技术交底 开钻 加重 中途检测 完钻 完钻测井 划眼通井 下套管 施工准备 固井 固井检验 搬迁 交付 校正设备应先找平 再找正七字标准 平 稳 正 全 牢 灵 通 五不漏要求 不漏油 气 水 电 钻井液 其中 钻前工程是指开钻前的准备工程 它包括以下内容 测定井位 落实水源 修筑道路 基础施工 井架安装 钻机搬迁与安装 土方工程施工 全套水 电 讯路的铺设和安装防冻保温设施以及备齐开钻钻具和用料 做好开钻井口准备 包括下导管和冲鼠洞 工序衔接如下 第二章钻井施工工序 安装防冻保温设施 测定井位 修筑道路 井场 落实水源 基础施工 井架安装 钻机搬迁 就位 备齐钻具 用料 工具 水 电 讯铺设 钻机安装 土方施工 开钻井口准备 钻进工程是指从开钻到全井进尺钻完所进行的施工 根据地质与工程设计的不同要求 这个时期可分为一次开钻 二次开钻或多次开钻 钻进工程的具体内容包括钻进 起下钻 钻井取芯 测井 井壁取芯 中途固井等 一般正常工序衔接如下 第二章钻井施工工序 一次开钻 下表层套管 技术套管固井 表层套管固井 二次开钻 测井 井壁取芯 下技术套管 三次钻进 钻达目的层 完井工程是指从完钻井深至交井的工程阶段 完井方法有四种 裸眼完井 是指油气层井段不下套管封隔的完井方法 射孔完井 是指钻穿油气层 将油层套管下过油气层底部 固井封隔油气层 再用射孔器射穿油气层井段的套管与水泥环 以形成油气流入井内通道的完井方法 贯眼完井 是钻穿油气层后将带孔眼 或割缝 套管下至油气层底部 油气层以上井眼注水泥封隔的完井方法 衬管完井 是钻至油气层顶部 下油层套管 注水泥封隔 再用小钻头钻穿油气层 下入带孔眼 或割缝 的衬管的完井方法 第二章钻井施工工序 完井工程是按施工设计规定的完井方法进行施工的过程 本课仅介绍一般正常射孔完井程序 完井工程阶段的作业程序包括 完井电测 井壁取芯 油层套管固井 试压 测声幅 装井口装置等 一般正常工序衔接如下 第二章钻井施工工序 完井电测 井壁取芯 装井口装置 通井 下油层套管 油层固井注水泥候凝 测声幅试压 资料上报交井 目录 第二章钻井施工工序 第三章钻井地质基础 第一章石油钻井概论 第四章钻井工艺技术 第五章固井与完井 第六章井口工具 第七章钻头 第八章下井钻具 第九章钻井仪器仪表 第十章井下复杂情况及事故处理 第三章钻井地质基础 第三章钻井地质基础知识 钻井地质研究的对象 钻井是石油 天然气勘探与开发的主要手段 石油与天然气都埋藏在地下不同深度的岩石中 因此钻井地质所研究的对象就是我们钻井所钻的岩石 地球的构造地球的内部结构 从外到里是由地壳 地幔 地核三部分组成 地壳的厚度一般为30 40km 石油钻井的深度都在地壳的深度范围内 第三章钻井地质基础知识 地壳中的岩石分类 按成因分为三大类 岩浆岩 沉积岩和变质岩 1 岩浆岩 是高温高压下的岩浆从地层深处侵入或喷出地表冷凝而成的岩石 主要有花岗岩和玄武岩等 特点是无层理 块状 2 沉积岩 是在地壳表层条件下 主要是母岩 即岩浆岩 变质岩及早期形成的沉积岩 的风化产物 经搬运 沉积后再经成岩作用而形成的岩石 常见的沉积岩有 泥岩及页岩 砂岩 砾岩 石灰岩等 石油生成于并绝大部分储集于沉积岩的孔隙 裂缝和溶洞中 3 变质岩 由于物理化学环境的改变 而使早期形成的岩浆岩 沉积岩以固体状态重新发生本质变化而形成的岩石 常见的变质岩有 大理岩与片麻岩 第三章钻井地质基础知识 主要沉积岩的介绍 1 泥岩及页岩 粘土类沉积物经成岩作用而形成泥岩 呈薄片层状的泥岩称为页岩 含石油沥青丰富的页岩叫油页岩 2 砂岩 砂粒 0 01 2mm 经胶结物胶结在一起形成砂岩 胶结物一般有 硅质 钙质 铁质 泥质等 砂岩一般都具有孔隙 可以储存油 气 水 岩石孔隙度 岩石孔隙体积与岩石的总体积之比 孔隙度大且渗透性好的砂岩是很好的油气储集层 3 砾岩 砂粒 2mm 经胶结物胶结在一起形成砾岩 4 石灰岩 主要由碳酸钙沉积而成的岩石 裂缝和溶洞发育的石灰岩也是很好的油气储集层 第三章钻井地质基础知识 岩石的机械性质 岩石在外力的作用下 由变形到破碎的过程中所表现出来的力学性质就叫岩石的机械性质 与石油钻井有关的岩石机械性质主要有 1 岩石的强度 是指岩石抵抗外力破坏的能力 岩石的强度与岩石孔隙度及组成岩石的物质成分有关 孔隙度大 强度小 矿物成分硬度较高 岩石的强度越大 2 岩石的硬度 是指岩石抗压入的极限强度 岩石的硬度与孔隙度 造岩矿物成分及胶结物的性质有关 胶结物的强度一般认为 硅质 铁质 钙质 泥质 3 岩石的塑性 是指岩石在外力的作用下 破碎前呈现永久变形的性质 塑性岩石可采用切削破碎的方式 4 岩石的研磨性 岩石磨损钻头的能力 石灰岩 泥页岩 泥板岩的研磨性小 石英砂岩 粗中粒花岗岩 燧石的研磨性大 5 岩石的可钻性 一定条件下 钻进岩石的难易程度 与岩石的机械性质 破岩方式 钻井参数 钻井液性能 井底清洁程度等因素有关 第三章钻井地质基础知识 岩石性质对钻井的影响 岩石性质对钻井工作的影响可分为两方面 即岩石的机械性质对钻井工作的影响与岩石的化学性质对钻井工作的影响 这两种因素相互或单独影响钻井速度与进尺 使钻井过程中发生井漏 井喷 井塌 卡钻等复杂情况 使钻井液受到污染等 分别表现在 1 粘土岩层 钻速快 但易水化膨胀导致井眼缩小 泥包钻头 2 砂岩层 由于砂岩层有较好的渗透性 因此井壁易形成较厚的泥饼 引起粘附卡钻 3 砾岩层 钻进中易蹩 跳钻和井壁垮塌 且钻具 钻头易疲劳损坏 4 地层软硬交错 易发生井斜 5 岩层中的可溶性盐 如钻遇石膏层 岩盐层等 岩层中大量的钙离子 碳酸根离子及重金属离子对泥浆的性能产生破坏 第三章钻井地质基础知识 地层的沉积顺序 在地球历史发展的每一阶段 地球表面都有一套相应的地层形成 正常情况下 后形成的地层总是覆盖在先形成的地层上面 越在上面的地层其年代越年轻 由于我们钻井的目的就是在地层中寻找油气藏及其他矿藏 因此必须对地层沉积顺序有一定的了解 下面就对松辽盆地地层沉积顺序见面有介绍 松辽盆地地层沉积顺序表 黑帝庙油层 萨尔图油层 葡萄花油层 高台子油层 扶余油层 杨大城子油层 第三章钻井地质基础知识 油气藏的基本特性 钻井的任务就是钻开岩层查明和采出地下相对富集的 具有经济价值的石油和天然气 即通常所称之 油气藏 每一个油气藏都是在一定的地质条件下形成的 因此 每一个油气藏都具有各自的特点 但一般说来 构成一个油气藏都必须具备以下三个基本要素 储集层即油气储存的场所 储集层内的流体包括石油 天然气和地层水 绝大多数油气藏中均有水与油气共生 它们之间的关系非常密切 圈闭是储集层中能捕获油气的 天然容器 是保持油气不致散失的重要条件 圈闭是形成油气藏的必要条件之一 第三章钻井地质基础知识 石油1 化学组成石油是一种成分非常复杂的天然有机化合物的混合物 其中主要成分是液态烃 2 物理性质颜色石油的颜色是多种多样的 一般为黄褐色 棕色 淡黄色及暗绿色 也有白色 淡红色等 颜色决定于石油的化学成分 一般轻质油色浅 重质油色深 比重石油在20 时的重量与同体积4 的纯水重量之比称为石油的比重 一般用 表示 石油比重变化很大 一般在0 75 1 0之间 个别的大于1或小于0 75 粘度石油的粘度决定于石油的化学成分和温度 压力 温度增高石油粘度降低 而压力增加则粘度增大 石油中轻质油组分增加 粘度随着降低 石油粘度在不同油田和不同油层中变化是很大的 第三章钻井地质基础知识 石油2 物理性质溶解性石油不溶于水而溶于有机溶剂的性质称溶解性 石油能溶于氯彷 四氯化碳 苯 石油醚等 发热量石油的发热量大 化学成分不同发热量亦不同 一般烷烃石油比环烷烃 芳香烃石油发热量均高 与其它燃料相比 石油发热量就更高 荧光性石油在紫外线照射下 具有发出一种特殊 光亮 的特性谓之荧光性 几乎所有的石油都具有荧光性 仅轻质汽油和石蜡例外 旋光性石油具有使偏光面发生旋转的特性称旋光性 只有有机化合物才具有旋光性 故石油的旋光性是石油有机成因说的有力根据之一 凝固点由于温度下降 由液态石油开始凝固为固态时的温度称凝固点 石油凝固点的高低与石油中重质组分的含量有关 特别与石蜡的含量有关 石蜡含量多 凝固点高 相反 石油中轻质组分含量高凝固点低 各地石油凝固点的变化范围较大 从 50 30 之间 目录 第二章钻井施工工序 第三章钻井地质基础知识 第一章石油钻井概论 第四章钻井工艺技术 第五章井控技术 第六章固井与完井 第七章井口工具 第八章钻头与下井钻具 第九章钻井仪器仪表 第十章井下复杂情况及事故处理 第四章钻井工艺技术 第四章钻井工艺技术 一 直井钻井技术 二 定向井钻井技术 三 水平井钻井技术 第四章钻井工艺技术 重点介绍防斜打直井技术 石油钻井中始终强调快速 优质 快速是指钻进速度要快 而优质 就是主要指井身质量的优质 衡量井身质量的一个非常重要的指标即是井斜 井斜的基本概念 一般情况下井身轴线和铅垂线之间都有一定的偏离 这种偏离就叫井斜 之 直井钻井技术 第四章钻井工艺技术 井斜的危害 1 对勘探工作的影响 井斜大了就会造成井深误差 使地质资料不真实 导致地质工作得出错误结论而漏掉油气层 如果井斜过大还会使井眼偏离设计井位 打乱油气田的开发布井方案 使采收率降低 2 对钻井工作的影响 如果井斜过大 钻柱在狗腿井段旋转时要产生很大的弯曲交变应力 而使钻具疲劳破坏 在狗腿井段容易拉出键槽导致起下钻困难甚至卡钻 同时严重的狗腿度还可能影响测井 下套管作业及固井质量3 对采油工艺的影响 井斜过大就会影响井下的分层开采及注水作业 并对抽油机井常会引起油管和抽油杆的磨损与折断 之 直井钻井技术 第四章钻井工艺技术 井斜的原因 影响井斜的原因有很多 如地质条件 钻具结构 钻进技术措施 操作技术及设备的安装质量 上述因素中 地质条件和钻具结构对井斜的影响最大 1 地质条件因素一般有 地层倾角 层理及走向 岩石的层状结构 各向异性 岩性软硬交错和断层等 其中起重要作用的是地层倾角 其他因素对井斜的影响都与地层倾角紧密相连 表现在 倾斜的地层对井斜的影响岩性岩性软硬交错对井斜的影响地层的各项异性对井斜的影响 之 直井钻井技术 第四章钻井工艺技术 2 下部钻具弯曲对井斜的影响 下部钻具在钻压的作用下发生弯曲是引起井斜的另一个原因 其弯曲程度越严重 井斜也越严重 它对井斜的影响表现在两个方面 1 下部钻具弯曲使钻头相对井眼轴线发生偏斜 其钻进方向偏离原井眼轴线 直接导致井斜 2 下部钻具弯曲使钻压改变了作用方向 引起井斜的横向偏斜力 3 其他因素对井斜的影响 包括设备安装质量不好 钻井操作水平不高及防斜措施不当等 也会使井钻斜 之 直井钻井技术 第四章钻井工艺技术 防止井斜 纠斜的理论知识 1 井斜的控制方法一口井的井斜变化主要取决于增斜力与减斜力两者之间的平衡关系 总的来说 控制井斜的方法常采用有力的防斜钻具 以减小和抵消钻头上的增斜力 或增大减斜力 使井斜不超过一定范围而又同时允许加大钻压而提高钻速 例如 满眼钻具 钟摆钻具 偏重钻铤及塔式钻具等 之 直井钻井技术 第四章钻井工艺技术 防止井斜 纠斜的理论知识 满眼钻具的组成 用扶正器组成的满眼钻具 至少要载钻头上适当位置安装三个扶正器 保持有三点接触井壁 才能达到限制钻头的横向位移 减小井斜变化率的目的 之 直井钻井技术 第四章钻井工艺技术 防止井斜 纠斜的理论知识 钟摆钻具控制井斜 通过采用钟摆钻具及相应的技术措施 用以增大钟摆减斜力 平衡和克服地层造斜力 钟摆减斜力将钻头推向井眼下侧 以达到减斜的目的 之 直井钻井技术 第四章钻井工艺技术 防止井斜 纠斜的理论知识 之 直井钻井技术 第四章钻井工艺技术 防止井斜 纠斜的理论知识 之 直井钻井技术 第三章井口工具 井场常见的井口工具有 吊卡 吊钳 卡瓦 安全卡瓦 液压大钳及滚子方补芯等吊卡 用于起下钻时 提升和下放钻具 并使钻具坐于转盘 在钻进中用于接单根 吊卡主要由主体 活页 开口销 手柄 活页销 锁销手柄 平衡紧定螺钉和上锁销等部分组成 通常可分为侧开双保险式 对开双保险式及闭锁环式 目前现场普遍采用的是侧开双保险式吊卡 其优点是体积小 重量轻 结构简单 操作和维护保养方便 安全 第三章井口工具 吊钳 分为外钳 内钳两种 工作时相互协作 主要用于起下钻 下套管及钻进接单根作业时 上卸钻具丝扣及紧扣 目前现场普遍使用的是B型吊钳 B型吊钳的结构比较复杂 主要由大钳销子 钳柄 吊杆 吊环 平衡螺丝 1 扣合器 方框 2 固定扣合器 双公 3 长钳 4 短钳 双母 5 扣合器等十个部分呢组成 其中5 扣合器即为活动钳头 更换5 扣合器可上卸不同的钻具 第三章井口工具 卡瓦 用于起下钻作业中卡光滑的管体 同时还可以将钻具卡紧于转盘中以传递扭矩划眼之用 现场常用的是三片式卡瓦 主要有卡瓦体 卡瓦牙 衬套 压板 手把螺栓 铰链销钉 衬板和卡瓦手柄组成 现场钻井作业工作中要经常检查卡瓦牙是否固定牢靠 严防卡瓦牙坠入井内 第三章井口工具 安全卡瓦 用于起下钻铤 取心筒和大直径的管子时卡于卡瓦上部 防止一旦卡瓦失灵时钻具溜入井内 以保证以上作业的安全性 安全卡瓦由若干节卡瓦牙通过销子连接成一体 其两端又通过销孔的销柱与丝杠联结为一个可调节性卡瓦 规格见下表 第三章井口工具 液压大钳 为井口机械化工具 主要由行程变速箱 减速装置 钳头 气控系统和液控系统等部分组成 用于 1 起下钻作业时在扭矩不超过100千牛 米范围内上卸钻杆接头 螺纹 2 正常钻进时上卸方钻杆 接头 3 上卸直径为203mm的钻梃 4 甩钻杆作业 5 活动钻具 当转盘不能转动时 可用低档 2 7转 分 活动钻具 时间在半小时左右 第三章井口工具 滚子方补芯 主要由上盖 下座 轴 四个滚轮 紧固螺栓和加油杯等组成 滚子方补芯的维护保养方面应注意的是 1 每周检查保养 2 完井后用压软金属法检查滚轮与方钻杆的间隙是否大于3mm 3 完井后用撬杠撬动滚轮判断轴和滚轮轴承的磨损情况 检查移动量是否大于0 8mm 4 完井后转动滚轮测量磨损深度是否大于3 2mm 以上三项指标如超过允许值 必须检修或更换 第二章钻井地质基础知识 目录 第三章井口工具 第一章石油钻井概论 第四章钻头 第五章下井钻具 第六章钻井仪器仪表 第七章钻井工艺技术 第八章固井与完井 第九章井下复杂情况及事故处理 第四章钻头 钻头是直接破碎岩石 形成井眼的工具 它是影响钻井速度最直接的因素 衡量钻头破岩效率高低的主要指标 1 钻头进尺 一只钻头在整个使用过程中 其钻进的井段长度 单位为米 m 2 钻头寿命 在钻头的整个使用过程中 钻头在井下的纯钻进时间 包括划眼 单位为小时 h 3 机械钻速 用钻头的进尺除以纯钻进时间 即单位纯钻进时间的钻头进尺 来表示钻头破碎岩石的能力和效果 单位为米 小时 m h 公式为 第四章钻头 例题 某只钻头从1000m钻至2000m起钻 所用纯钻进时间为50h 求该钻头的机械钻速是多少 解 钻头机械钻速Vm 钻头进尺 钻头纯钻进时间 H T 2000 1000 50 1000 50 20m h答 该只钻头的机械钻速为20m h 第四章钻头 常用钻头简介 为适应不同的钻井目的 钻进地层和钻井工艺技术的要求 破岩钻头按照钻切岩石面积及形状的不同 可分为全面钻进钻头 环形钻进的取芯钻头以及用于钻水泥塞或钻锥形眼的特种钻头 按照结构特点和破岩机理的不同又可分为刮刀钻头 牙轮钻头和金刚石及PDC钻头 下面就对这几种钻头做以简要介绍 一 刮刀钻头 刮刀破岩机理 刮刀钻头是靠其刀翼在钻压的作用下吃入岩石 并在扭矩作用下剪切破岩的 是切削型钻头 其破岩机理见下图 第四章钻头 刮刀钻头的分类 刮刀钻头按刀翼数分为两翼刮刀 三翼刮刀和四翼刮刀 另外按刀翼底刃的形状还可分为平底和阶梯式刮刀钻头 现场常用的是平底三翼刮刀钻头 第四章钻头 刮刀钻头的使用特点 1 适用地层 刮刀钻头最适宜在松软 软的泥岩 泥质砂岩 页岩等塑性和塑脆性地层钻进 其机械钻速较高 2 使用参数 对于81 2in 93 4in直径的刮刀钻头 正常钻进时 一般采用120 160KN的钻压 钻压不能太大 否则会损坏钻头或钻柱 并易引起井斜 由于刮刀钻头没有活动部件 可采用较高的转速 一般在2000m以前的浅井段选用200r min左右 2000m以下的深井段选用100 120r min 转速太高会对钻柱的寿命产生不利影响 由于刮刀钻头钻速快 单位时间内破碎的岩屑量大 块大 因此应选择较大的排量 以满足清岩和携岩的需要 注意 当钻速明显下降 蹩跳钻现象加重或泵压突然升高时 应该起钻 第四章钻头 二 牙轮钻头 牙轮钻头的分类及结构特点 牙轮钻头按牙轮数目的不同分为单牙轮钻头 双牙轮钻头 三牙轮钻头及多牙轮钻头 按牙齿制造方法的不同又分为铣齿牙轮钻头和镶齿牙轮钻头 一般是由钻头体 水眼 巴掌 轴承和牙轮等部分组成 其中牙轮钻头的轴承是非常重要的组成部分 在井下牙轮轴承要承受几吨到几十吨的钻压工作负荷很重 而且牙轮在井底的滚动会引起钻头的强烈振动 这就使牙轮轴承的磨损很快 它的磨损决定了钻头的寿命 第四章钻头 二 牙轮钻头 牙轮钻头的破岩机理 牙轮钻头是靠牙轮绕钻头轴线公转和自身转动所产生的冲击压碎和滑动剪切作用来破碎岩石的 牙轮钻头在井底的运动过程中 在钻压和钻柱旋转的作用下 牙齿压碎岩石并吃入岩石 同时产生一定的滑动而剪切岩石 第四章钻头 牙轮钻头的合理使用 牙轮钻头合理的使用时间 可根据上一只钻头的使用时间及磨损情况 参考邻井资料 考虑所选钻头的结构特点 初步确定钻头的下井使用时间 再根据钻进过程中对轴承损坏和牙齿磨损情况的判断而确定 1 轴承损坏情况的判断 钻头轴承磨损严重或损坏后 牙轮在井底的滚动要发生卡阻现象 钻头扭矩必然将急剧增大或波动增加 可由转盘和动力机的负荷变化中发现 当然在深井钻进中这种变化比较难发现 需要由其他监测手段来判断 2 牙齿磨损情况的判断 钻头牙齿随着钻进的进行而不断被磨损 当所钻地层没有显著变化 而机械钻速明显下降 即可认为钻头牙齿已经磨损到不可在用了 第四章钻头 牙轮钻头磨损分级 1 牙齿的磨损分级 用三个牙轮中磨损最严重的一个牙轮作为评定该钻头的最终级别 铣齿磨损分级镶齿磨损分级 第四章钻头 牙轮钻头磨损分级 2 轴承的磨损分级 用三个牙轮中晃动最严重的一个牙轮作为评定该钻头的最终级别 普通轴承磨损分级 第四章钻头 牙轮钻头磨损分级 2 轴承的磨损分级 密封轴承磨损分级 第四章钻头 牙轮钻头磨损分级 3 钻头直径磨损及其他部位的鉴定 钻头直径磨损用代号 J 表示 在它的右下角以数字表示直径磨损的毫米数 如 J2 表示直径磨损小于2毫米 钻头其他部位损坏 例如储油密封系统 喷嘴 丝扣 焊缝 牙爪 爪尖等有无异常或损坏 牙轮有无裂纹 偏磨等现象 用文字简要说明 第四章钻头 三 金刚石钻头及PDC钻头 金刚石钻头 PDC钻头 第四章钻头 三 金刚石钻头及PDC钻头 金刚石钻头的结构及破岩机理 金刚石钻头由钻头体 胎体和金刚石切削刃三部分组成 其切削刃在钻压的作用下压缩并吃入岩石 在钻具扭矩的作用下 象犁地一样切削岩石PDC钻头的结构及破岩机理 PDC钻头是聚晶金刚石复合片钻头的简称 由钻头体和切削齿组成 其破岩机理为对软地层主要是犁 对硬地层是靠剪切 第四章钻头 由于PDC钻头没有活动零件 且切削破碎岩石的效率比压碾方式破碎岩石的效率高 因此PDC钻头具有较高的机械钻速 最适合于井下动力钻井 由于PDC钻头的聚晶金刚石复合片坚硬易碎 因此抗冲击性能较差 使用时高转速 低钻压 第四章钻头 PDC钻头的合理使用 1 钻头搬运过程中注意防碰 使用前检查切削齿是否损坏 水眼是否堵塞 2 下钻时钻头上扣要使用专用卸扣板 并控制下放速度 尽量避免用钻头划眼 若必须划眼 应接上方钻杆 用大排量 缓慢转动钻头 且时间不超过2h 3 钻头下到井底后 提离井底0 5m以上 循环钻井液并缓慢转动钻具 以确保井底清洁 在钻头接触井底后 应以低转速和低钻压进行井底造型0 5 1m 4 用最优钻压试求法选定钻井参数以达到最快机械钻速 但不得超过厂家推荐的使用参数 可根据地层变化情况 适当调整参数 以获得最优的机械钻速 第四章钻头 PDC钻头的合理使用 5 钻进时坚持使用钻杆滤清器 以防水眼堵塞 按选定的钻压和转速进行正常钻进 送钻要均匀 钻遇硬夹层时 可适当降低钻压 待钻穿后 再恢复正常钻压 6 遇到下列情况之一应考虑起钻 钻头没有进尺 泵压有明显升高或降低 机械钻速突然降低 采取措施无效 当低钻压钻进时 井底扭矩很大 且机械钻速降低 通过每米成本计算钻头继续使用时已不经济 第四章钻头 取芯钻头取心钻头用于钻取岩心 取心钻头是以环状破碎井底岩石 在中心部位形成岩心柱 岩心收获率的大小 钻进快慢都与钻头质量和选择有关 取心钻头的结构设计要有利于提高岩心收获率 钻头钻进时应平稳以免振动损坏岩心 钻头外缘与中心孔应同心 钻头水眼位置应使射流不直射岩心处并减少漫流对岩心的冲蚀 钻头的内腔应能使岩心爪尽量靠近岩心入口处 这样可使岩心形成后很快经岩心爪进入岩心筒而被保护起来 同时可使割心时尽量靠近岩心根部减少井底残留岩心 第四章钻头 取芯钻头根据取心所钻地层不同 取心钻头同样分为牙轮 刮刀和金刚石几种类型 第二章钻井地质基础知识 目录 第三章井口工具 第一章石油钻井概论 第四章钻头 第五章下井钻具 第六章钻井仪器仪表 第七章钻井工艺技术 第八章固井与完井 第九章井下复杂情况及事故处理 第五章下井钻具 下井钻具的构成 主要有方钻杆 钻杆 钻铤 钻杆接头 扶正器及各种配合接头 1 方钻杆位于钻柱的最上端 上部与水龙头相连 下部与钻杆相连 主要作用是传递扭矩和承受钻柱的重力 为了传递扭矩 方钻杆断面呈正方形或六边形 方钻杆两端车有丝扣 上端为反扣 下端为正扣 防止旋转时自动卸扣 为了接单根后方钻杆的方部可以进入方补心 要求他比单根长2 3米 一般长度为13 14 5米 第五章下井钻具 下井钻具的构成 2 钻杆是钻柱的基本组成部分 是由圆形断面 壁厚中空的无缝钢管制成 其主要作用为传递扭矩 输送钻井液 连接及延长钻柱以达到不断加深井眼的目的 现场常用的钻杆全部为无细扣对焊钻杆 常用的单根长9米左右 第五章下井钻具 3 钻铤是主要给钻头施加钻压之用及防止井斜 钻铤是用高级合金钢制成的 壁厚一般为38 53mm 相当与钻杆的4 6倍 质量约为同长度钻杆的4 5倍 上接钻杆下接钻头 用它自身的重力给钻头加压 由于钻铤粗 刚性大 在钻压作用下不易产生弯曲 有利于防止井斜和钻具折断 钻铤的尺寸指的是外径 两端扣形都是粗扣 目前采用的钻铤尺寸有146 1mm 158 75mm 177 85mm 203 20mm 228 6mm 第五章下井钻具 4 接头分为钻杆接头和配合接头两类 其中钻杆接头是钻杆的组成部分 用以连接钻柱 其类型有 内平接头 适用于外加厚及内加厚的钻杆 优点是钻井液流过接头阻力小 但易于磨损 强度较低 贯眼接头 适用于内加厚及内外加厚的钻杆 磨损接头比内平接头小 流动阻力较大 正规接头 适用于内加厚钻杆 流动阻力最大 但它外径小 磨损小 强度较高 5 接头类型的表示法 三位数字表示接头的类型 第一位数字表示钻杆外径 第二位数字表示接头类型 一平二贯三正规 第三位表示公母扣 1 表示公扣 0 表示母扣 如410表示41 2 钻杆内平式母扣接头 第五章下井钻具 下井钻具的受力情况 钻柱在不同的工作状态下受到不同的载荷 概括起来有轴向拉力和压力 弯曲力矩 离心力 扭矩 纵向振动 扭转振动和动载等力的作用 钻柱工作时其最严重的受力部位是 1 钻进时 下部钻柱同时受到压力 扭矩和弯矩的组合交变应力作用 钻头遇阻 遇卡都会使钻柱受到的扭矩增大 同时由于岩性变化 钻头的冲击及纵振 送钻不均匀等因素的影响 使 中和点 的位置频繁上下移动 所以 中和点 附近的钻柱受到交变载荷的作用 这也是钻具受力最严重部位 井口扭矩此时最大 2 起下钻时 井口处的钻柱所受拉力最大 第五章下井钻具 钻柱的损坏 钻进时钻具在泥浆中长期受到交变载荷的作用 便会发生破裂或折断 决大多数 的钻具损坏有以下几种情况 1 多数钻杆的损坏发生在钻进旋转中或从井底上提时 即使是遇卡提断 也是在疲劳裂纹已发展到一定程度后才导致破坏的 2 大多数钻杆的破坏发生在距接头1 2米以内的部位 3 钻杆的破坏往往与钻杆内表面存有严重的腐蚀斑痕有关 4 从钻杆外表面发生的破坏 一般与钻杆表面原有的伤痕有关 5 由于钻铤本体的的厚度大 因此钻铤的破坏通常发生在丝扣联结处 由于钻柱在井内长期承受拉伸 压缩 扭转和弯曲应力循环因此疲劳破坏不可避免 疲劳破坏分为纯疲劳 伤痕疲劳和腐蚀疲劳破坏三种形式 其中伤痕疲劳破坏是由钻柱表面的伤痕引起的 钻柱表面的伤痕有 卡瓦的 大钳的咬痕 旋扣链钳的咬痕和擦伤 印摸记号 橡胶保护器造成的够槽 电弧的灼伤 地层和井下金属碎削造成的刻痕 第五章下井钻具 合理使用钻具 用好 管好钻具 防止钻具发生事故 对优质 快速 安全钻井有着十分重要的意义 所以必须十分重视钻具的合理使用 1 如钻具丝扣不清洁 水眼不通 丝扣损坏和接头磨薄 本体有伤 磨损及弯曲超过使用标准时 一律不得下井使用 2 钻具上下钻台必须戴好护丝 上扣前必须清洗丝扣 检查台阶 因为钻具是依靠接头台阶端面密封的 所以台阶面必须完好无损 然后涂满清洁的标准丝扣油 3 上卸钻具丝扣时不得将吊钳咬在钻杆本体上 严禁磨扣 跳扣和用转盘绷扣 入井钻具必须用双钳按规定的上紧力矩扭紧 4 新车扣的钻铤 接头丝扣 要坚持磨合到光滑无毛刺才能下井 丝扣表面光滑及经磷化处理的则不需磨合 5 入井钻具必须丈量好长度 内外径 钻铤 接头及打捞工具等要准确测量 并画草图 做好详细记录 第五章下井钻具 合理使用钻具 6 严格执行钻具探伤 试压规定 7 深井按要求定期倒换钻具 倒换钻杆时要成组倒换 目的是改变钻具的受力情况 使每个立柱轮流在不同的井深承受大小不同的负荷 以延长钻具的使用寿命 起钻时钻杆应错扣检查 以防粘扣 钻铤立柱按规定时间将所有的丝扣卸开 清洗检查 起钻时井架工检查钻具是否弯曲 内钳工检查钻具母扣 外钳工检查钻具公扣 内 外钳工共同检查钻具有无损伤和刺漏等情况 8 卸钻杆时必须卸成单根 拉下钻台的打捞工具 配合接头 钻铤提升短节和其它工具均应卸开 第五章下井钻具 合理使用钻具 9 井场钻具必须放在专用管架台上 两端悬空长度不得超过2米 钻铤 方钻杆的悬空长度 不得超过1米 井场钻具与其它各种管材必须分类摆放 最多不能超过三层 全部母接头对齐 接头密封面和丝扣要清洗干净并涂油防腐 10 钻具 包括其它管材 上面不得堆放重物及酸 碱等化学药品 并不得在上面进行电 气焊工作 11 在转运 回收 装卸及运输钻具过程中 不得在地面上拖拉和碰撞 在转运方钻杆时 短途使用专用架 长途运输则必须把方钻杆装在套管内 两端固定牢靠 第二章钻井地质基础知识 目录 第三章井口工具 第一章石油钻井概论 第四章钻头 第五章下井钻具 第六章钻井仪器仪表 第七章钻井工艺技术 第八章固井与完井 第九章井下复杂情况及事故处理 第六章钻井仪器仪表 钻井现场常用的仪器仪表主要有指重表 泵压表 侧斜仪等 其中 1 指重表是石油钻井普遍使用的一种重要钻井仪表 主要用来测量钻具悬重和钻压大小及其变化 它包括死绳固定器 重力指示仪 和记录仪三个部分 第六章钻井仪器仪表 指重表工作原理是 死绳固定器将钻机死绳的拉力通过传感器转换成液体压力信号 传递给重力指示仪 迫使弹簧管自由端产生位移 经过放大机构带动指针 直接在表盘上指示悬重和钻压大小 另一路压力信号传递给记录仪的记录弹簧管 其位移经连动机构 用记录笔在专用纸上作出钻压和悬重的变化曲线