中国石油大学钻井工程第2章钻井工艺与方法1

1、第第2 2章章 油气钻井方法及工艺油气钻井方法及工艺第一节第一节 钻井概述钻井概述第二节第二节 钻井方法钻井方法第三节第三节 基本钻井工艺工程基本钻井工艺工程 第一节第一节 钻井概述钻井概述n 钻井的概念钻井的概念n 钻井的种类钻井的种类一、一、 什么是钻井？什么是钻井？利用一定的工具和技术在地层中钻出一个较大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。孔眼的过程。 钻井可按钻井的目的、几何形状、井深钻井可按钻井的目的、几何形状、井深等进行分类。等进行分类。二、钻井的种类二、钻井的种类1. 按钻井目的分类：按钻井目的分类： 区域普查井区域普查井 ：基准井、剖面井、参数井、构造井：基准井

2、、剖面井、参数井、构造井 探井：预探井、详探井等探井：预探井、详探井等 开发井：生产井（油井、气井）、注入井（注水井、开发井：生产井（油井、气井）、注入井（注水井、注气井）注气井） 特殊用途井：检查井、观察井、调整井、救援井等。特殊用途井：检查井、观察井、调整井、救援井等。n基准井：基准井：在区域普查阶段，为了了解地层的沉积特征和在区域普查阶段，为了了解地层的沉积特征和 含油气情况、验证物探成果而钻的井。含油气情况、验证物探成果而钻的井。n剖面井剖面井：是为了研究地层岩性、岩相变化，为寻找含油：是为了研究地层岩性、岩相变化，为寻找含油 气构造而钻的井。气构造而钻的井。n参数井：参数井：为了解区

3、域构造，提供岩石物性参数而钻的井。为了解区域构造，提供岩石物性参数而钻的井。n构造井：构造井：为了了解地质构造特征、验证物探成果，并编为了了解地质构造特征、验证物探成果，并编 制地下某一标准层的构造图。制地下某一标准层的构造图。n探井：探井：为了确定油气藏是否存在及其埋藏位置而钻的井（预为了确定油气藏是否存在及其埋藏位置而钻的井（预探井）；为了对油气藏进行工业评价及取得油气开发所需探井）；为了对油气藏进行工业评价及取得油气开发所需 的地质资料而钻的井（详探井）。的地质资料而钻的井（详探井）。二、钻井的种类二、钻井的种类区区域域普普查查井井n生产井：在进行油田开发时，为开采石油和天然气而钻的生产

4、井：在进行油田开发时，为开采石油和天然气而钻的井。井。n注入井：开发后期为了提高采收率及开发速度，而对油田注入井：开发后期为了提高采收率及开发速度，而对油田进行进行注水注气注水注气以补充和合理利用地层能量所钻的井。以补充和合理利用地层能量所钻的井。n检查井：油田开发到某一含水阶段，为了搞清各油层的压检查井：油田开发到某一含水阶段，为了搞清各油层的压力和油、气、水分布状况，剩余油饱和度的分布和变化情力和油、气、水分布状况，剩余油饱和度的分布和变化情况。况。n观察井：油田开发过程中专门用来了解地下动态的井。观察井：油田开发过程中专门用来了解地下动态的井。n调整井：油田开发中后期，为进一步提高开发效

5、果和最终调整井：油田开发中后期，为进一步提高开发效果和最终采收率，而调整原有开发井网所钻的井。采收率，而调整原有开发井网所钻的井。n救援井：为了救援而钻的井。救援井：为了救援而钻的井。二、钻井的种类二、钻井的种类开开发发井井特特殊殊用用途途井井2.按几何形状不同分类：按几何形状不同分类： 直井、定向井、水平井、大位移井直井、定向井、水平井、大位移井n直井：直井：井口与井底在同一条铅垂线上；井口与井底在同一条铅垂线上；n定向井：定向井：沿着预先设计的井眼轨迹钻达目的层，沿着预先设计的井眼轨迹钻达目的层，井口与井底不在同一条铅垂线上。井口与井底不在同一条铅垂线上。二、钻井的种类二、钻井的种类根据井

6、眼轴线剖面的类型，所根据井眼轴线剖面的类型，所钻的井可以分为：直井和定向钻的井可以分为：直井和定向井。井。定向井定向井直井直井二、钻井的种类二、钻井的种类普通定向井：普通定向井：一个井场内仅有一个井场内仅有1口最大井斜角小于口最大井斜角小于60的定向井。的定向井。大斜度井：大斜度井：最大井斜角在最大井斜角在60 80范围内的定向井。范围内的定向井。水平井：水平井：最大井斜角大于或等于最大井斜角大于或等于86 ，并保持这种井斜角钻完一，并保持这种井斜角钻完一定长度段的井。定长度段的井。大位移井：大位移井：定义一：定义一：水平位移水平位移=垂深垂深2的定向井或水平井；的定向井或水平井；定义定义二：

7、二：测深测深=垂深垂深2的定向井或水平井。的定向井或水平井。丛式井：丛式井：在在一个井场（海洋平台）一个井场（海洋平台）上上有计划地钻出两口或两口以有计划地钻出两口或两口以上的定向井组，其中可含上的定向井组，其中可含1口直井。口直井。多底井（分支井）：多底井（分支井）：一个井口下面一个井口下面有两个或两个以上井底的定有两个或两个以上井底的定向井。向井。定定向向井井丛丛式式井井 分支井及形式分支井及形式主井眼和分支井主井眼和分支井都是裸眼都是裸眼主井筒注水泥主井筒注水泥 分支井为裸眼分支井为裸眼主井筒注水泥主井筒注水泥分支井下套管分支井下套管主井筒和分支井主井筒和分支井都注水泥都注水泥水泥封固主

8、井筒水泥封固主井筒和分支井和分支井,各层压力分隔各层压力分隔井下分叉装置井下分叉装置分支井分级分支井分级西江西江24-3油田油田西江西江24-1油田油田8063米2850米水深100米大位移井大位移井3.把钻井按井深不同分类：把钻井按井深不同分类：n浅井浅井H2500m2500m 中深井中深井 2500H4500 2500H4500n深井深井 4500H6000 4500H6000m H6000m4.按温度、压力的高低分类：按温度、压力的高低分类：n高温高压井：高温高压井：按国际通用概念，地温超过按国际通用概念，地温超过150度称为高温，地度称为高温，地层压力当量密度超过层压力当量密度超过1.

9、8g/cm3或用超过或用超过70MPa井口装置时称高井口装置时称高压，两者同时具备的井称为高温高压井。压，两者同时具备的井称为高温高压井。n超高温高压井：超高温高压井：井底温度超过井底温度超过220度，井底压力超过度，井底压力超过105MPa二、钻井的种类二、钻井的种类第二节第二节 钻井方法钻井方法为了在地下岩层中钻出所要求的孔眼而为了在地下岩层中钻出所要求的孔眼而采用的钻孔方法。采用的钻孔方法。人工掘井人工掘井人力冲击钻井法人力冲击钻井法顿钻钻井法顿钻钻井法(机械机械)旋转钻井法旋转钻井法连续管钻井法连续管钻井法目前普遍使用目前普遍使用钻井方法钻井方法钻井方法钻井方法分分 类类依据：依据：如

10、何破碎如何破碎岩石、怎样取出岩石、怎样取出岩屑、净化井眼岩屑、净化井眼钻井技术发展简史钻井技术发展简史钻井技术发展简史钻井技术发展简史钻井技术发展简史钻井技术发展简史n人工掘井：人工掘井：15211521年之前。年之前。n人力冲击钻：人力冲击钻：1521152118351835年，是年，是靠人力、捞砂筒、特殊钻头、悬靠人力、捞砂筒、特殊钻头、悬绳、游梁等来完成的。实际上是绳、游梁等来完成的。实际上是利用了杠杆原理及自由落体的下利用了杠杆原理及自由落体的下落冲击作用来钻井的。落冲击作用来钻井的。特点是：特点是：1 1）破岩与清岩相间进行。）破岩与清岩相间进行。2 2）冲击力小，破碎效率低。）冲击

11、力小，破碎效率低。3 3）设备简单，起下钻方便。）设备简单，起下钻方便。n顿钻钻井法：顿钻钻井法：1859185919011901年年支架游梁悬绳井壁钻头井底第二节第二节 钻井方法钻井方法顿钻钻井法顿钻钻井法工工艺艺过过程程钢丝绳提升钻头钢丝绳提升钻头冲击井底，击碎岩石冲击井底，击碎岩石岩屑、泥土混合成泥水浆岩屑、泥土混合成泥水浆提出钻头提出钻头捞出井内的泥水浆捞出井内的泥水浆暴露新井底暴露新井底下放下放下捞砂筒下捞砂筒向井内注水向井内注水积累到一定量积累到一定量设计井深设计井深 顿钻钻井示意图顿钻钻井示意图特点特点起、下钻费时少，设备简单起、下钻费时少，设备简单(1)(1)破碎岩石，取出岩屑

12、的作业都是不连续的；破碎岩石，取出岩屑的作业都是不连续的；优点：优点：缺点：缺点：(2)(2)钻头功率小，破岩效率低，钻井速度慢；钻头功率小，破岩效率低，钻井速度慢；(3)(3)不能进行井内压力控制；不能进行井内压力控制；(4)(4)只适用于钻直井。只适用于钻直井。顿钻钻井法顿钻钻井法旋转钻井法旋转钻井法n旋转钻井：是自旋转钻井：是自1901年发展起来的。年发展起来的。n旋转钻井是靠动力带动钻头旋转，在旋转的过程中对井旋转钻井是靠动力带动钻头旋转，在旋转的过程中对井底岩石进行破碎，同时循环钻井液以清洁井底的钻井方底岩石进行破碎，同时循环钻井液以清洁井底的钻井方法。法。n旋转钻井又分为转盘钻井、

13、井下动力钻具钻井、顶部驱旋转钻井又分为转盘钻井、井下动力钻具钻井、顶部驱动钻井。动钻井。n特点是：特点是：1）破岩与清岩相接进行。）破岩与清岩相接进行。2）旋转动力大，转速高，破碎效率高。）旋转动力大，转速高，破碎效率高。3）设备复杂，起下钻繁琐。）设备复杂，起下钻繁琐。（1 1）概念时期（概念时期（1901190119201920年）年）：这个时期内开始将钻井和洗井结：这个时期内开始将钻井和洗井结合在一起，并使用了牙轮钻头和注水泥固套管技术。合在一起，并使用了牙轮钻头和注水泥固套管技术。（2 2）发展时期（发展时期（1920192019481948年）年）：这个时期牙轮钻头、固井工艺、：这个

14、时期牙轮钻头、固井工艺、钻井液等得到进一步发展，同时出现了大功率钻井设备。钻井液等得到进一步发展，同时出现了大功率钻井设备。（3 3）科学化钻井时期（科学化钻井时期（1948194819681968年）年）：这个时期钻井技术有了迅：这个时期钻井技术有了迅速发展。采用了喷射钻井，镶齿、滑动密封轴承钻头，低固相、速发展。采用了喷射钻井，镶齿、滑动密封轴承钻头，低固相、无固相不分散体系钻井液及固相控制技术，总结出了影响机械钻无固相不分散体系钻井液及固相控制技术，总结出了影响机械钻速的有关因素，采用了地层压力检测、井控技术及平衡压力钻井速的有关因素，采用了地层压力检测、井控技术及平衡压力钻井技术。技术

15、。（4 4）自动化钻井时期（自动化钻井时期（19681968现在）现在）：发展了钻井参数自动检测、：发展了钻井参数自动检测、综合录井、随钻测量技术等计算机技术在钻井工程中的应用；发综合录井、随钻测量技术等计算机技术在钻井工程中的应用；发展了优化钻井、井口机械化自动化工具、自动化钻机、井眼轨迹展了优化钻井、井口机械化自动化工具、自动化钻机、井眼轨迹遥控及自动闭环控制技术等新技术、新工艺及新设备。遥控及自动闭环控制技术等新技术、新工艺及新设备。旋转钻井技术的发展旋转钻井技术的发展旋转钻井法旋转钻井法1.1.转盘旋转钻井法转盘旋转钻井法(1)工艺过程工艺过程钻头钻头吃入地层吃入地层破碎岩石破碎岩石清

16、洗井底清洗井底循环洗井液循环洗井液转盘旋转转盘旋转钻柱加压钻柱加压设计井深设计井深 转盘旋转钻井法转盘旋转钻井法 (2) 特点特点目前这种方法在世界各国被广泛使用。目前这种方法在世界各国被广泛使用。钻杆完成起下钻具、传递扭矩、为钻头施加钻压、提钻杆完成起下钻具、传递扭矩、为钻头施加钻压、提供洗井液的入井渠道等任务；供洗井液的入井渠道等任务；钻头在一定的钻压作用下旋转破岩，提高了破岩效率；钻头在一定的钻压作用下旋转破岩，提高了破岩效率；在破岩的同时，井底岩屑被清除出来；在破岩的同时，井底岩屑被清除出来；提高了钻井速度和效益。提高了钻井速度和效益。1.1.转盘旋转钻井法转盘旋转钻井法钻头钻头吃入地

17、层吃入地层破碎岩石破碎岩石清洗井底清洗井底循环洗井液循环洗井液动力钻具旋转动力钻具旋转钻柱加压钻柱加压设计井深设计井深2. 2. 井底动力钻具旋转钻井法井底动力钻具旋转钻井法(1)工艺过程工艺过程(2)分类分类涡轮钻具涡轮钻具螺杆钻具螺杆钻具电动钻具电动钻具转动钻头的动力由地面移到井下，直接接在钻头之上；转动钻头的动力由地面移到井下，直接接在钻头之上；钻柱不旋转，钻柱不旋转，钻柱的功能只是给钻头施加一定的钻压、钻柱的功能只是给钻头施加一定的钻压、形成洗井液通路和承受井下动力钻具外壳的反扭矩；形成洗井液通路和承受井下动力钻具外壳的反扭矩；井底动力钻具的动力是由电源或井内钻井液流体提供井底动力钻具

18、的动力是由电源或井内钻井液流体提供的。的。(3) 特点特点2. 2. 井底动力钻具旋转钻井法井底动力钻具旋转钻井法连续管钻井法连续管钻井法(柔杆钻井法柔杆钻井法)1.1.工艺过程工艺过程钻头、加压装置、动力机钻头、加压装置、动力机下放至井底下放至井底循环洗井液循环洗井液延伸井眼延伸井眼钻头旋转，破碎岩石钻头旋转，破碎岩石为动力机提供动力为动力机提供动力清洗井底清洗井底连续管连续管连续管钻井示意图连续管钻井示意图2.特点特点(5)(5)具有巨大的发展潜力，目前正在发展、完善中。具有巨大的发展潜力，目前正在发展、完善中。(1)(1)连续管钻井实现了起、下钻的连续机械化，节省了连续管钻井实现了起、下

19、钻的连续机械化，节省了时间和劳动量；时间和劳动量；(2)(2)在起下钻时仍能保持洗井液的正常循环；在起下钻时仍能保持洗井液的正常循环；(3)(3)由洗井液直接提供破岩钻进的能量，大大提高了能由洗井液直接提供破岩钻进的能量，大大提高了能量的有效利用率；量的有效利用率；(4)(4)为全自动化控制提供了很好的条件；为全自动化控制提供了很好的条件；连续管钻井法连续管钻井法(柔杆钻井法柔杆钻井法)第三节 基本钻井工艺过程三个阶段：即三个阶段：即钻前淮备钻前淮备、钻进钻进以及以及固井与完井固井与完井1 1钻前准备钻前准备修公路、平井场及打水泥基础、钻井设备的搬运和安排、修公路、平井场及打水泥基础、钻井设备

20、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。工具、器材等。2 2钻进钻进钻进是进行钻井生产取得进尺的唯一过程。钻进是进行钻井生产取得进尺的唯一过程。其基本工艺过程有：其基本工艺过程有：第一次开钻第一次开钻( (一开一开) )第二次开钻第二次开钻( (二开二开) )第三次开钻第三次开钻( (三开三开) )从地面钻出一个大井眼，然后下表层套管。从地面钻出一个大井眼，然后下表层套管。用较小一些的钻头继续钻进，若遇到复杂用较小一些的钻头继续钻进，若遇到复杂地层，用钻井液难以控制时，便要下技术地层，用钻井液难以控制时，便要下技术套管套管( (中间套管中间套管) )。再用小一些的钻头往下钻进，直到设计井深，再用小一些的钻头往下钻进，直到设计井深，下油层套管，进行固井、完井作业。下油层套管，进行固井、完井作业。每改变一次钻头尺寸，开始每改变一次钻头尺寸，开始钻一新井段的工艺叫钻一新井段的工艺叫开钻开钻3 3、固井与完井固井与完井固井固井即是在已钻成的井眼内下入套即是在已钻成的井眼内下入套管，而后在套管与井眼间的环形空管，而后在套管与井眼间