《钻井工艺技术》word版

1、.钻井工艺技术第一章 钻井设备第一节 概述钻机是钻井地面设备的总称。目前常用的钻井方法是旋转钻井。它的工作原理是:利用钻头旋转破碎岩石, 形成井身;利用钻柱将钻头送到井底;利用起升设备起下钻柱;利用转盘或井下动力钻具带动钻柱和钻头旋转;利用泥浆泵循环钻井液带出井底岩屑。为此 , 钻井工艺对钻机有以下根本要求: 1旋转钻头的才能。要求钻机能提供足够的扭矩和转速, 并维持一定的钻压。 2起下钻具的才能。要求具有一定的起重量和起升速度, 并有一定的超载才能。3洗井的才能。要求能提供足够的水力能量, 以适应洗井和喷射钻井的需要。4为适应钻机搬迁的特点,还要求钻机容易安装、拆卸和运输。概括地说钻机是由动

2、力机组、传动机组、工作机组、辅助机组及控制机组等组成图1-1。按其工的性质又可分为八个部分。1.提升系统设备它是一套大功率的起重设备。主要由钻井绞车、游动系钢丝绳、天车、游动滑车及大钩、悬挂游动系统的井架及起升操作用的工具如：吊钳、 吊环、吊卡、卡瓦及上扣器等组成图1-1。它的主要作用是起下钻、换钻头、均匀送钻、下套管及进展井下特殊作业等。2.泥浆循环系统设备主要由泥浆泵、地面高压循环管汇、水龙带、水龙头、钻柱、泥浆净化及调配设备等组成图1-3。它的主要作用是清洗井底、携带岩屑、在喷射钻井及井下动力钻具钻井顶部驱动钻井中，还起到传递动力的作用。3. 地面旋转钻进设备 主要由转盘、水龙头、方钻杆

3、、钻杆、钻铤及钻头等组成。它的主要作用是不断地破碎岩石, 加深井眼及处理井下的复杂情况等。4. 动力驱动设备它属于钻机的动力机组, 是驱动起升、旋转和循环等三大工作机组的动力设备。钻机用的动力设备主要是柴油机, 其次是交流或直流电动机。5. 传动系统设备它属示钻机的传动机组。其主要作用是联结动力机与工作机组,并将动力传递到各工作机组图1-4。传动系统设备主要由减速箱、离合器、传动皮带轮、传动链轮及并车、倒车机构等组成。根据能量传递的方式不同,可分为机械、液压及液力传动。6. 控制系统设备它属于钻机的控制机组。控制的内容包括发动机的启动、停车、变速和并车等, 绞车、转盘、泥浆泵等工作机组的启动、

4、停车、调速和换向等。控制的方式有机械、气动、 液压和电力控制等, 随钻机的类型不同而异。控制系统的主要作用是远间隔 操作指挥和协调各机组正常工作。7. 钻机底座它属于钻机的辅助机组,包括井架、钻台动力机、传动系统和泥浆泵等的底座。它主要用于安装钻机的各机组,是钻机不可缺少的组成部分。8. 辅助设备它属于钻机的辅助机组,包括供气设备、供水设备、供电设备、钻鼠洞设备、防喷设备、防火设备、辅助起重设备及保温设备等。它是为整套钻机效劳的,是钻机不可分割的部分。第二节 井架与起升系统一、井架井架是钻机起升系统的组成部分。它的主要作用是安装天车、悬挂游车、大钩、水龙头、方钻杆、钻杆及钻链等设备, 相当于起

5、重设备的支架,并可存放钻柱。因此,钻井对井架的根本要求是：必须有一定的高度和空间;便于安装、存放钻柱等设备和有利于平安快速地进展起下钻作业;应具有足够的承载才能,以适应井下情况的需要:结构要简单、轻便,便于搬迁、拆装和维修。目前国内常用的石油钻井井架有塔型和A型两种。二、天车和游车1、天车钻机的天车和游车用钢丝绳穿起来,共同组成了钻机的复滑轮系统或叫游动系统。天车是定滑轮组, 固定在井架的顶部;游车是动滑轮组,在井架内部的空间上下往复运动。它们的主要作用是省力,减轻钢丝绳和钻机绞车的负载,用十多吨的力可起升上百吨的钻柱，获得极大的机械效益。2、游车 游车和天车一样, 型号较多,其根本构造大同小

6、异。三、大钩大钩是起升系统的设备之一 ,正常钻进时悬挂水龙头、承受井下钻柱的重量,起下钻时悬挂吊环吊卡完成起下作业。对大钩有以下根本要求：有足够的承载才能,能缓冲减震、转动灵敏、平安制动、操作方便,结均紧凑、简单。四、钻井绞车绞车是起升系统设备的起重部分,随钻机的类型不同,形式有所差异。绞车传动机构的主要作用是传递动力，以不同的速度驱动转盘和滚筒。绞车的刹车机构，钻进时,通过施加在刹把上的压力大小，可以均匀控制滚筒的运动速度和大钩的负荷,从而向钻头施加钻压,确保正常钻进。第三节 水龙头与转盘一、水龙头水龙头是旋转、起升与循环系统连接的纽带。它承受井内钻柱的全部重量,保持钻具的自由旋转与水龙带相

7、接,将钻井液注入井底,承受循环过程中的高泵压,同时连接钻进过程中不转动有的大钩与转动的方钻杆。二、转盘转盘是钻机旋转系统设备之一。其主要作用是：在转盘钻井中,旋转钻头破碎法石;使用井下动力钻具时,承受反扭矩:起下钻作业中支撑和悬挂钻柱,承受轴向负荷,完成上卸扣的操作,处理井下复杂情况和进展井下打捞作业时旋转钻柱等。三、转盘的传动方式转盘的传动方式,随钻机的类型不同而有所差异。现场上常见的有两种方式：一是绞车驱动；二是万向轴驱动。1.绞车驱动又叫链条驱动 转盘的动力是经过绞车的链条传递到转盘上的。其主要优点是简化了传动方式,传动间隔 大,但要受绞车情况的影响和限制。2.万向轴驱动 万向轴驱动的动

8、力是经过绞车的双排活动链轮或经传动系统直接到变速箱,再经变速箱通过万向轴驱动转盘，它的最大特点是不受绞车位置的影响和限制,操作上方便、灵敏,变速档次多。第四节 泥浆泵泥浆泵是钻机循环系统设备之一,它象人的心脏一祥。常规钻进时,循环钻井液,清洗井底,辅助钻头更有效地破碎岩石；使用井下动力钻具时, 通过泵入的钻井液,传递动力带动钻头转动；喷射钻井中,通过泵入的高压钻井液，经过喷嘴转换成水力能量,清洁井底并对岩石直接进展水力破碎,进步钻进速度。根据钻井消费技术开展的需要, 对泥浆泵的要求愈来愈高,但其根本要求是：功率大、泵压高、排量大、流量稳定, 耐腐蚀、耐磨损、易损件寿命长,重量轻、体积小、拆修方

9、便、自动化程度高 ,泥浆循环流程泥浆循环系统图 1-3主要由泥浆泵、高压管线、水龙带、水龙头、钻柱及泥浆净化设备等组成。其循环流程如下:动力机驱动泥浆泵, 泥浆泵从泥浆池中吸入钻井液,通过泥浆泵增压后进入高压泥浆管线、立管、水龙带、水龙头、钻柱,经钻头水眼冲向井底,然后由钻柱与井壁的环形空间返出井口,再经泥浆净化设备流回泥浆池。第五节 泥浆净化装置泥浆中的固相含量高时,降低钻速、加剧钻头磨损、污染泥浆性能、污染油气层、影响固井质量等。钻井时要及时去除泥浆中的固相含量，泥浆中固相含量的去除常用机械去除法和化学去除法。机械去除法是利用重力沉淀、筛滤和离心旋流等机械方法去除泥浆中的固相含量。此法在现

10、场上普遍采用采用震动筛、除砂器等固控设备,以去除大于l0微米的钻屑。 化学去除法是利用选择性的聚沉剂,保存泥浆中的粘土颗粒,对普通粘土颗粒起聚沉作用而到达去除有害固相的目的。此法可去除小于10微米以下的固相颗粒,以弥补机械去除法的缺乏。第二章 钻头及钻柱第一节 钻头钻头分为：刮刀钻头、牙轮钻头、金刚石钻头等。一、刮刀钻头刮刀钻头是旋转钻井使用最早的钻头类型。其构造简单，制造方便，本钱低。在泥岩和页岩等软地层中，钻井速度比较高。国内外前后充分发挥了刮刀钻头的优势，获得了很高的指标，国内使用刮刀钻头进尺记录达3000多米。刮刀钻头按刀翼数目可分为双翼鱼尾、三翼、四翼刮刀钻头，常用到的是三翼刮刀钻头

11、。上钻头体有丝扣，与上部钻具相连，完成整个钻具构造；下钻头体上焊接水眼和刀翼；水眼进步喷射效果，具有抗冲蚀性；刀翼进展破碎岩石。二、 牙轮钻头牙轮钻头是近代石油钻井中使用很广的一种钻头。这是由于牙轮钻头具有冲击、压碎和剪切破碎岩石的作用，牙轮钻头与井底的接触面积小、比压高，工作扭矩小，工作刃总长度大等特点。从1909年出现的第一只牙轮钻头，经过了近一个世纪，牙轮钻头无论是钻头的材质、切削部分、钻头轴承、清洗装置等都有很大的改进。喷嘴的改进，解决了钻头的清洁问题，出现了喷射牙轮钻头；使用了硬质合金齿，进步了牙轮的抗磨性；使用密封滑动轴承使钻头的工作寿命大大进步。三、金刚石钻头在坚硬而研磨性高的地

12、层钻进,金刚石钻头比其它类型钻头的钻速和总进尺高,能减少起下钻次数,降低钻井本钱。近年来大庆油田中深井钻井口数在不断增加，随着钻井技术的不断改进，追求更高的钻井经济效益，金刚石钻头的使用非常普遍。第二节 钻柱在钻井过程中,将方钻杆、钻杆、钻铤等用各种接头连接起来组成入井的管串称为钻柱。钻柱有如下根本作用：1通过它把钻头下到井底和提升到地面。钻井过程中,无论钻头能钻多深,都必须通过钻柱来实现。2钻柱的钻挺部分是加钻压用的,使钻头能更有效地吃人地层制止用钻杆部分来加压,否那么钻杆磨损快、断裂快，并能防斜。3把旋转运动传给钻头，钻杆可以看作是一根由转盘驱动的传动轴。4钻柱将钻井液从地面传送到钻头处,

13、因此,钻柱也是一根竖直的导管。5进展特殊作业,如挤水泥、处理井下事故等。钻柱是联通地面和地下的枢纽,工作条件非常复杂,正确的管理、使用钻柱是非常重要的。钻钻铤钻头铤钻铤钻杆稳定器稳定器一、钻铤钻挺接在钻头上面,主要是给钻头施加钻压和防止井斜，因此它壁厚而粗大，单位长度重量大。壁厚一般是3853毫米,相当于同尺寸钻杆的46倍。它的直径一般与钻杆接头直径相等。这样可以增强刚度，受压时不易弯曲，因此有利于钻直井眼。二、钻杆钻杆是钻柱的根本组成部分。它是用无逢钢管制成，壁厚一般为911mm。其主要作用是传递扭矩和输送钻井液,并靠钻杆的逐渐加长使井眼不断加深。因此,钻杆在石油钻井中占有非常重要的地位。三

14、、方钻杆方钻杆位于钻柱的最上端,有四方形和六方形两种。钻进时,方钻杆与方补心、转盘补心配合,将地面转盘扭矩传递给钻杆，以带动钻头旋转。四、稳定器在钻铤柱的适当位置安装一定数量的稳定器，组成各种类型的下部钻具组合，可以满足钻直井时防止井斜的要求，钻定向井时可起到控制井眼轨迹的作用。此外,稳定器的使用还可以进步钻头工作的稳定性,从而延长使用寿命，这对金刚石钻头尤为重要。第三章 大庆油田钻井液体系大庆油田钻井液现状、体系根本配方及性能要求大庆油田在长期的钻井消费理论中，钻井液的开展由早期的钙处理泥浆、三钾基泥浆，开展为目前所使用的两性复合离子体系、乳液高分子体系、钾胺聚合物体系、甲酸盐体系及油基钻井

15、液等。一、两性复合离子钻井液体系：该体系在大庆油田外围开发井、勘探井中应用较多，其特点是具有较稳定的性能，抗高温性能较好。1、根本配方膨润土 46% 纯碱 0.20.3%NPAN 0.30.5% FA-368 0.20.3%XY-28 0.20.3% SPNH 1.02.0%有机硅腐钾 0.81.0% KOH 0.040.06%2、钻井液性能要求钻井液类型两性复合离子钻井液钻井液性能密度，g/cm3执行地质要求漏斗粘度，s5070失水/泥饼API，ml/mm<4/<1PH值89塑性粘度，mPa·s2333屈从值，Pa812n值0.650.55K值, Pa·sn0

16、.30.610秒钟切力，Pa1.02.010分钟切力，Pa4.06.0含砂量，%<0.6电阻率18，·m3.5二、乳液高分子钻井液体系 该体系在大庆油田老区调整井，二次及三次加密井中使用较多，其特点是本钱低，配制容易。1、乳液高分子体系钻井液配方：膨润土5t+纯碱160kg +清水50m3预水化24h，用JS-E将粘度调至4045s，密度加重到地质设计要求。或转钻井液10m3，混浆后参加JS-E包被剂300400kg，FH-C 200kg，性能到达设计要求。2、钻井液性能要求井 段 m0加重井深加重井深完钻固 井 前密 度g/cm3根据地质要求漏斗粘度s457050704550

17、API滤失量ml855泥 饼mm111PH 值898989切力初切Pa0.51.52.04.02.04.0终切Pa2.05.04.0124.012塑性粘度mPa·s32810401040动切力Pa515515含砂量%22三、钾胺聚合物钻井液体系 该体系与乳液高分子体系一样，在大庆油田老区调整井，二次及三次加密井中使用较多，其特点是本钱低，配制容易，维护简单。1、钻井液配制首轮井钻井液配方：膨润土5t+纯碱160kg +清水50m3预水化24h，用KPAM将粘度调至4045s，密度加重到地质设计要求。二开前钻水泥塞充分洗井，PH值小于8，在一开钻井液的根底上，参加SPNH-300kg，

18、有机硅腐植酸钾300kg，NPAN 100kg，粘度调整到4045s，密度到达地质设计要求。2、钻井液性能要求井段mm0加重井深加重井深完钻固井前密 度g/cm3根据地质要求漏斗粘度s407045654550浮筒切力初切Pa020402终切Pa042824API滤失量ml855泥饼mm111含砂量%3.53.53.5电阻率·m183.5四、甲酸盐钻井液体系简介大庆油田针对外围低压低浸透储层的特性，研制开发了甲酸盐钻井液，其特点是：能满足?178mm和?200mm井眼开发钻井的施工要求,无井塌、井漏、卡钻事故的发生。抑制性强，井壁稳定效果好，井眼规那么，井径扩大率小。该钻井液是一种有利

19、于储层保护和增产的体系。1密度高，最高达2.3g/cm3甲酸铯；2对地层损害小，浸透率恢复值最高达85%；3固相含量低，泥饼薄而韧且可酸化，压差卡钻潜力小；4井眼清洁才能好，对页岩抑制性强；5和油田所有硬件相配伍；6腐蚀性低，对环境污染小；7钻井液易维护且可回收利用；8甲酸盐可以增加聚合物的高温稳定性，最高可抗温170。五、油基钻井液简介1、大庆应用的油包水钻井液根本配方7580%柴油+35%SP-80+24.5%油酸+2.55%环烷酸酰胺+46%有机土+35%氧化沥青+2520%CaCl22030%+35%CaO。2、主要钻井液性能要求粘 度 s45120失 水 油ml<2切 力 Pa

20、110/530泥 饼 mm<1PH值1013含 砂 %<0.5塑性粘度 mPa.s2045动切力 Pa825破乳电压 v>400第四章 钻井工艺技术及流程钻井是一项复杂的系统工程，包括钻前工程、钻井工程和固井工程三个阶段，其主要施工工序一般包括：定井位、井场及道路勘测、根底施工、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、中途测试、完井、电测、下套管、固井施工等。一、钻前准备1编写钻井工程、地质设计2井位测量定井位3现场勘查井位4编制钻井运行方案，协调钻井队伍及钻井区块关井降压方案5征地、动迁6钻机搬迁7钻机安装8一开钻前的准备工作冲钻鼠洞、配置钻

21、井液、组合一次开钻的钻具构造、检查落实各项工具、材料的准备情况。二、钻进工程1、一开钻进的工作内容及要求1进尺工作是指井眼不断加深的工作，包括纯钻进、接单根、划眼、起下钻、循环钻井液等工序。接单根：当钻完方钻杆的有效长度时，将一根钻杆接到井内钻柱上，使之加长操作的过程。划眼：在已钻井眼内，去除附在井壁上的杂物，修整井壁，边循环旋转下放或上提钻柱的过程。起下钻：将井下的钻柱从井眼内起出来，称为起钻；将钻具下到井眼内称为下钻。循环钻井液：开泵将钻井液通过循环系统进展循环。2辅助工作处理钻井液，检查保养设备等工作。3下表层套管钻完表层后，按工程设计要求下表层套管。4注水泥固井表层套管下完后，进展注水

22、泥固井作业，通过固井设备，注入到套管与地层的环形空间去，把套管和地层固结在一起。5候凝2、二开钻进二开钻进是指从表层套管内下入小一级的钻头往下钻进的过程。根据地质设计和地下情况，可以一直钻进到完钻井深，然后下入油层套管完井。1二开前的准备工作安装井控设备，放喷管线，试压，组合钻具。钻水泥塞，磨阻流环式浮箍、浮鞋；洗井到开钻程度。二开钻进需要钻开地层、油层，在油气层中钻井要放喷、防漏、防塌、防斜等，预防井下复杂情况，保护好油气层。2井口放喷器和配套的井控系统应符合钻井设计要求，压力等级应和地层压力匹配，放喷器芯子尺寸必须与井内钻具一致。3井控设备的安装质量必须满足油气层平安钻进需要。4钻具组合：

23、钟摆钻具，钻头：PDC。5钻进施工严格按照钻进设计执行，钻井参数主要包括：钻头类型及参数、钻井性能、钻进参数、水力参数；钻进参数主要包括：钻压、转速、排量、立管泵压；水力参数主要包括：上返速度、喷射速度、钻头压降、环空压耗、钻头水功率等。6辅助工作：定点侧斜，处理钻井液，修理设备。7钻进中应进展油气层压力监测工作，遇到钻速突然加快、防空、憋钻、跳钻、油气水显示等情况，应立即停钻循环观察，有外溢现象要关井观察。8钻开油气层前，要进步钻井液密度至设计上限加重泥浆。9钻开油气层要保护好油层，处理好钻井液，下钻速度要慢，防止压力冲动导致井漏，上提钻柱不要过快，防止抽喷。10钻开油气层要做好放喷演习，设

24、专人观察溢流。三、完钻按钻井地质设计钻进到预计井深，留足口袋，处理钻井液，起钻准备电测。四、电测1微电极测井方法：主要用微电位和微梯度的差异划分浸透层。2视电阻率测井方法：利用0.25米、0.45米短梯度视电阻率比值求浸透率及确定油层厚度；利用2.5米梯度和0.5米电位曲线划分油水层并进展标准测井的地层比照。3自然电位测井方法：主要用于划分油水层及求地层水电阻率以及水泥值含量等。4其它辅助测井方法：主要有井径、井斜等满足钻井工程需要和辅助测井解释。5三侧向测井法：为解决如何求准地层真电阻率而提出的一种电流聚焦测井方法。主要用于解决厚层非均匀质和定性判断水淹层问题。6声速测井法：用于解释油层水淹

25、后孔隙度变化的孔隙度测井方法。五、固井施工1固井前准备1下套管就是为了使井内油气可以得到有效的开采，在钻完一口井后，用管线封隔地层并将油气层深处引导至地面的施工工程。2处理钻井液至固井要求。2固井固井就是向井内下入套管管柱，在套管柱与井壁的环形空间注入水泥浆进展封固，以在套管外壁和井壁之间形成稳固的水泥环，防止井壁垮塌；同时在套管内形成一个从地面至井下由钢管做成的油气通道的过程。固井的目的：1封隔油、气水层，防止地层间流体互相窜流，保护消费层。2封隔严重漏失层或其它坍塌等复杂地层。3支撑套管和防止地下流体对套管的腐蚀。3注水泥方式1常规注水泥方法。2双级或分级注水泥方法。3管外注水泥方法。4常

26、规注水泥方法工艺流程循环洗井停泵卸循环接头装水泥头注隔离液下胶塞入井注水泥浆上胶塞入井注隔离液碰压试压施工完毕六、声波变密度测井声波变密度是评价钻井固井质量的根本数据，是油田开发射孔选层的根本根据之一，因此现场应用和评价工作极为重要，涉及到下步试油投产和措施提供条件，涉及到为今后油层压裂改造提供环境。第五章 钻井油气层保护技术在钻井过程中，钻井液、完井液是油气层翻开时首先接触油气层的工作液，易对油气层造成损害。油气层一旦受到损害，欲恢复到原有的程度是相当困难的，费用也是相当昂贵的。因此，保护油气层的根本方针以预防为主。钻井过程中防止油气层损害是保护油气层系统工程的第一环节，其目的是交给试油或采

27、油部门一口无损害或低损害的、固井质量优质的油气井。油气层损害具有累加性，钻井中对油气层的损害不仅影响油气层发现和油气井的初期产量，还会对今后各项作业损害油气层的程度以及作用效果带来影响。因此搞好钻井过程中的油气层保护工作，对进步勘探、开发经济效益至关重要。一、钻井过程中造成油气层损害原因在钻井过程中，大多数情况是采用正压差钻井，既钻井液液柱压力高于地层孔隙压力。这样，在钻开油气层时，在正压差的作用下，钻井液的固相进入油气层造成孔喉堵塞，其液相进入油气层与油气的岩石和流体作用，破坏油气层原有的平衡，从而诱发油气层潜在损害因素，造成浸透率下降。钻井过程中油气层损害原因可以归纳为以下几个方面。1、钻

28、井液中固相颗粒堵塞油气层2、钻井液滤液与油气层岩石不配伍引起的损害3、钻井液滤液与油气层流体不配伍引起的损害4、油相浸透率变化引起的损害5、正压差急剧造成油气损害6、钻井过程中影响油气层损害程度的工程因素7、油气层浸泡时间对储层损害8、环空返速对储层损害9、钻井液性能对储层损害二、保护油气层的钻井工艺技术钻开油气层钻井液不仅要满足平安、快速、优质、高效的钻井施工需要，而且要满足保护油气层的技术要求。通过多年的研究，可归纳以下几个方面：1、采取近平衡或欠平衡压力钻井。2、合理降低钻井液密度，满足不同压力油气层钻井。3、采用优质钻井液体系，降低钻井液中固相颗粒对油气层的损害。4、降低油气层裸眼浸泡

29、时间。5、搞好井控、防止井喷、井漏等对油气层的损害。6、采取有效的钻关措施，降低油层的层间压差。第六章 大庆钻井新技术一、程度井一、程度井钻井目的1、施行低浸透砂岩油藏程度井钻井完井技术研究2、利用程度井技术开采剩余油可行性研究二、井眼轨迹控制技术1、第一造斜段控制工艺；2、第一稳斜段控制工艺；3、第二造斜段控制工艺；4、探油顶与着陆控制工艺油顶及工具造斜率两个不确定性及测量信息滞后，对薄油层准确探油顶、着陆有较大难度。为确保能准确探明油顶深度和油中位置，保证井眼轨迹准确着陆进靶，提出了平安着陆法。详细方案是从整个轨道的第二造斜段起，以中半径造斜率增斜钻进到某一井斜称探油顶井斜,此时钻头必须位于预定油顶上方的某一高度，留出地质误差可能造成的油顶位置超前钻遇的提早量，随后进展稳斜探油顶，直到确认油顶深度和油中位置之后，然后第二次增斜着陆进靶。 在程度段应用单弯螺杆钻具配合PDC钻头钻进显著地进步了机械钻速和井眼轨道