钻井工程绪论课件

1、 钻井工程 welcome主讲教师：卜文胜Assoc. Bu wensheng绪论 1石油钻井的概念 所谓石油钻井是指利用专用设备和技术，在预先选定的地表位置处，向下或一侧钻出一定直径的孔眼，一直达到地下油气层的工作。2石油钻井的种类（1）把钻井按钻井的目的进行分类：区域普查井 ：基准井、剖面井、参数井、构造井探井：预探井、详探井、边探井开发井：生产井（油井、气井）、注入井（注水井、注气井）特殊用途井：检查井、观察井、调整井、救援井等。基准井：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。剖面井：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。参数井：为了解

2、区域构造，提供岩石物性参数而钻的井。构造井：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。探井：为了确定油气藏是否存在及其埋藏位置（预探 井），对油气藏进行工业评价及取得油气开发所需 的地质资料（详探井），圈定油气藏边界及其储量（边探井）。生产井：在进行油田开发时，为开采石油和天然气而 钻的井。注入井：开发后期为了提高采收率及开发速度，而对 油田进行注水注气以补充和合理利用地层能 量所钻的井。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 度的分布和变化情况，观察井：油田开发过程中专门用来了解地下动态的井调整井：油田开发中后期，为进一

3、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。救援井：为了救援而钻的井。（2）把钻井按井斜角不同分类： 直井、定向井、水平井直井：井口与井底在同一条铅垂线上定向井：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。水平井：沿着预先设计的井眼轨迹以井斜角85的角度进入目的层。（3）把钻井按井深不同分类：浅井 H2500m，中深井 2500mH4500m，深井 4500mH6000mH9000m3、钻井的特点 人们常说“上天容易入地难”，这是因为天上的大气是均质的而地层则在横向和纵向上都具有很强的非均质性和各向异性。 地层在沉积过程中经历了上千万乃至几十亿年的风雨和磨难

4、，无数次大大小小的地壳运动使地质构造变得非常复杂，坚硬的岩石即使是金刚石钻头也很难钻穿，疏松的岩石又很容易坍塌，盐岩层和泥岩层则通常引起膨胀变形，地下的高温以及压力系统的多变性也给钻井带来许多意想不到的麻烦。 总之，入地的难点体现在：地层的不可见性、岩石的非均质性和各向异性、构造的复杂性、地层压力系统的多变性。 1）、钻井的发展史2100多年前，中国就开始了钻井，应用的是顿钻钻井方法，这是在四川自贡，目的是为了获得地下的盐。1521年钻盐井偶得石油，这是我国的第一口油井。1835年在四川钻成了一口天然气井兴海井，井深达1200m，是当时世界上最深的井到1820年，及鸦片战争前夕，钻井深度突破1

5、000米，中国第一口油井在陕西延长油矿。目前日产量还有200公斤美国1859年8月在宾夕法尼亚洲泰特斯维尔小镇才打了一口20m深的油井，也就是所谓的世界上的第一口油井；前苏联在1863年才打出20m深的井。4、钻井技术的发展 中国第一口世界记录延伸井（ERD）西江24-3-A14，测深9450米，1996 年11月20日开钻，1997年6月10日正式交井投产，扣除钻机改造时间，实际作业时间101天，成功实现了一口井开发一个小油田的设想，创造了全井水平位移8062.7米，裸眼井段5032米，MWD/LWD实时传输接收讯号深度9106米三项世界记录。2)钻井方法的发展（1）人工掘井：1521年之前

6、（2）人力冲击钻：15211835年，是靠人力、捞砂筒、特殊钻头、悬绳、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落冲击作用来钻井的。支架游梁悬绳井壁钻头井底特点是： 1）破岩与清岩相间进行。 2）冲击力小，破碎效率低。 3）设备简单，起下钻方便。（3）机械顿钻（冲钻）：18591901年优点：设备简单；起下钻方便。缺点：靠冲击作用破岩，钻头功率小，破岩效率低，钻井速度慢；破岩和清岩相间进行。（4）旋转钻：1901年发展起来的。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法。旋转钻井又分为转盘钻井、井下动力钻具钻井、顶部驱动旋转钻

7、井。特点是： 1）破岩与清岩相接进行。 2）旋转动力大，转速高，破碎效率高。 3）设备复杂，起下钻繁琐。3旋转钻井技术的发展（1）概念时期（19011920年）：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。（2）发展时期（19201948年）：这个时期牙轮钻头、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。（3）科学化钻井时期（19481968年）：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、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技术。（4）自

8、动化钻井时期（1968现在）：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。三、钻井施工工序定井位道路勘察基础施工安装井架搬家安装设备7. 一次开钻二次开钻钻进起钻换钻头下钻13.完井电 测14.下套管固井钻前施工钻井施工完井施工封井器一开钻进下表层套管注水泥施工安装井口防喷器井口防溢管钻井液出口二开钻进施工三开钻进施工井身结构钻井范围：井眼直径：100mm500mm井的垂直深度；12262米（前苏联科拉半岛上的SC3井）。井的水平位移：一万米以上（正在准备

9、12000米、14000米水平位移的井）四、目前钻井技术现状目前较新的钻井技术：定向井、水平井、大位移井技术分枝井技术深井（45006000m）、超深井(6000m9000m）特超深井（9000m以上）深海钻井欠平衡钻井技术小井眼钻井技术地质导向钻井技术挠性连续管钻井技术综合技术专项技术 一、钻井主要设备与钻具（一）钻井主要设备 对钻机的基本要求：起下钻能力、旋转钻进能力、循环洗井能力。 主要设备：井架、天车、绞车、游动滑车、大钩、转盘、水龙头（动力水龙头）及钻井泵（钻机八大件），动力机（柴油机、电动机、燃气轮机），联动机，固相控制设备，井控设备等。天 车井 架游 车游车钻机的八大系统 ： 主

10、要系统1、起升系统2、旋转系统 3、钻井液循环系统 4、传动系统 5、控制系统 6、动力驱动系统7、钻机底座 8、钻机辅助设备系统刹把绞车司钻控制台大 钩水龙头转 盘钻井泵 顶部驱动钻井装置： 是当今石油钻井的前沿技术与装备，是近代钻井装备的三大技术成果（交直流变频电驱系统和井下钻头增压系统）之一。 顶部驱动钻井系统是20世纪末期，美国、法国、挪威等国家研制应用的一种新型的钻井系统。现在已成为石油钻井行业的标准产品。它适用性极广，从2000米到9000米的井深都可以使用顶部驱动钻井系统；从世界钻井机械的发展趋势上看，它符合21世纪钻井自动化的历史潮流。现在，我国赴国外打井的队伍，如果没有安装该

11、系统将不允许在投标竞争中中标，由此可见，顶部驱动钻井系统已经到了非用不可的地步。 所谓的顶驱，就是可以直接从井架空间上部直接旋转钻柱，并沿井架内专用导轨向下送进，完成钻柱旋转钻进，循环钻井液、接单根、上卸扣和倒划眼等多种钻井操作的钻井机械设备。 见图：它主要有三个部分组成：导向滑车总成、水龙头-钻井马达总成和钻杆上卸扣装置总成。 该系统是当前钻井设备自动化发展更新的突出阶段成果之一。经实践证明：这种系统可节省钻井时间20%到30%，并可预防卡钻事故，用于钻高难度的定向井时经济效果尤为显著。顶部驱动钻井装置主要有以下部件和附件组成: 1、水龙头钻井马达总成（关键部件）； 2、马达支架/导向滑车总

12、成（关键部件）； 3、钻杆上卸扣总成（体现最大优点的部件）； 4、平衡系统； 5、冷却系统； 6、顶部驱动钻井装置控制系统； 7、可选用的附属设备。顶部驱动钻井装置的优越性1、节省接单根时间。顶部驱动钻井装置不使用方钻杆，不受方钻杆长度的限制也就避免了钻进9米左右接一个单根的麻烦。取而带之的是利用立根钻进，这样就大大减少了接单的时间。按常规钻井接一个单根用34min计算，钻进1000米就可以节省4-5h。2、倒划眼防止卡钻。由于不用接方钻杆就可以循环和旋转，所以在不增加起下 钻时间的前提下，顶部驱动钻井装置就能够非常顺利的将钻具起出井眼，在定向钻井中，这种功能可以节约大量的时间和降低事故发生的

13、机率。 3、下钻划眼。顶部驱动钻井装置具有不接方钻杆钻过砂桥和缩径点的能力。 4、节省定向钻进时间。该装置可以通过28米立根钻进、循环，这样就相应的减少了井下马达定向的时间。 5、人员安全。顶部驱动钻井装置，是钻井机械操作自动化的标志性产品，终于将钻井工人从繁重的体力劳动中解救出来。接单根的次数减少了2/3，并且由于其自动化的程度高，从而大大减少了作业者工作的危险程度，进而大大降低了事故的发生率。 6、井下安全。在起下钻遇阻、遇卡时，管子处理装置可以在任何位置相连，开泵循环，进行立根划眼作业。 7、设备安全。顶部驱动钻井装置采用马达旋转上扣，操作动作平稳、可以从扭矩表上观察上扣扭矩，避免上扣过

14、赢或不足。最大扭矩的设定，使钻井中出现憋钻扭矩超过设定范围时马达就会自动停止旋转，待调整钻井参数后再进行钻进。这样就避免了设备长时间超负荷运转，增加了使用寿命。 8、井控安全。该装置可以在井架的任何位置钻具的对接，数秒钟内恢复循环，双内防喷器可安全控制钻柱内压力。 9、便于维修。钻井马达清晰可见。熟练的现场人员约12小时就能将其组装和拆卸。 10、使用常规的水龙头部件。顶部驱动装置可使用650吨常规水龙头的一些部件，特殊设计后维修难度没有增加。 11、下套管。顶部驱动钻井装置的提升能力很大（650吨），在套管和主轴之间加一个转换头（大小头）就可以在套管中进行压力循环。套管可以旋转和循环入井，从

15、而减少缩径井段的摩阻力。 12、取心。能够连续钻进28米，取心中间不需接单根。这样可以提高取心收获率，减少起钻的次数与传统的取心作业相比它的优点明显。污染小、质量高。 13、使用灵活。可以下入各种井下作业工具、完井工具和其他设备，即可以正转又可以反转。 14、节约泥浆。在上部内防喷器内接有泥浆截流阀，在接单根时保证泥浆不会外溢。 15、拆卸方便。工作需要时不必将它从导轨上移下就可以拆下其他设备。 16、内防喷器功能。起钻时如果有井喷的迹象即可由司钻遥控钻杆上卸扣装置，迅速实现水龙头与钻杆的连接，循环钻井液，避免事故的发生。 17、其他优点：采用交流电机驱动，减低维修保养费用；特别适用于定向井和水平井，因为立根钻进能使钻杆尽快的通过水平井段的一些横向截面。与普通钻机作业时间的比较起下钻30%纯钻进30%非生产40%典型钻井的作业时间分配起下钻25%非生产35%纯钻进40%顶部驱动钻井装置钻井时间分配1、钻具的基本组成及作用 钻具：指方钻杆以下（含方钻杆）钻头以上（含钻头）各部分工具的总称。 基本组成：方钻杆、钻杆、钻铤、各种接头及钻头。 钻柱：在钻井中通常把方钻杆、