第五章石油钻井

第四章石油钻井4.1钻井目的和方法4.1.1钻井在石油工业中的地位和作用4.1.2石油钻井的分类

石油钻井类型探井生产井地质探井预探井详探井地质浅井检查井、资料井生产井注水井4.1.3我国钻井技术发展简况·

我国古代钻井技术的发展可分为两个阶段大井眼阶段，公元前3世纪到公元11世纪，人下井内挖掘而成；小井眼阶段，始于公元1041～1053年前后（宋朝），以顿钻方式用人力向下钻凿成井。·

近代1907年使用金属制钻机钻井。我国1939年在玉门用德国制造的钻机打成了一口油井，井深几十米。全国从1907～1948年共41年间用新法打井169口，总进尺67020米。·

现代1949年后，石油钻井进尺急剧增加，保证了石油及天然气储量与产量的高速增长。

进入90年代，我国的钻井技术已达到国际先进水平，“九·五”期间，我国的钻井队伍已步入海外国际市场。

4.1.4钻井方法1.顿钻钻井

依靠钻柱向下冲击破碎岩石，通过向井内注水将岩屑变成泥浆后用捞砂筒捞出。钻井功率小，速度慢，不能满足快速钻井、深井及超深井的需求。2.旋转钻井·转盘钻井依靠转盘旋转带动钻柱及钻头转动而破碎岩石，破碎的岩屑通过泥浆循环携带至地面。该法应用最广泛，但钻具与井壁摩擦消耗大量功率，对设备功率要求很大。·井下动力钻具钻井钻头转动依靠井下动力钻具，大部分钻柱不动。其中涡轮钻具和螺杆钻具依靠泥浆传递能量，电动钻具依靠电缆传递能量。同转盘钻井相比，减少了钻柱转动带来的摩擦损失。3·

其它新兴的钻井方法如熔化法、热胀裂法、化学反应法、机械诱导应力法等。其目的在于节省能量，满足钻深井和超深井的需要。这些方法目前尚处于探索和室内试验阶段。4.2石油钻机简介4.2.1钻机的组成

石油钻机是由多种机器设备组成、具有多种功能的联合工作机组。为满足钻井工艺要求，整套钻机必须具备下列各系统和设备。一、旋转系统作用：转动井中钻具，带动钻头破碎岩石。

主要设备：转盘、水龙头、钻柱(方钻杆、钻杆、钻铤、接头、钻头)。转盘在工作过程中要完成以下工作： 1·转动井中钻具，传递足够大的扭矩和必要的转速。

2·完成卸钻头、卸扣，处理事故时倒扣、进扣等辅助工作；

3·下套管或起下钻时，承托井中全部套管柱或钻杆柱重量。 钻井时，转盘制动上部钻杆柱，以承受反扭矩。

水龙头的主要功用：

·1·悬持旋转着的钻杆柱，承受大部分以致全部钻具重量；

·2·向转动着的钻杆柱内引输高压泥浆。 水龙头是起升、旋转、循环三大工作机组的交汇点。

·方钻杆位于钻柱的最上端，其上部和水龙头相连，下部和钻杆相连接。长度一般比钻杆单根长2~3米,根据其截面形状可分为正方形截面和六角形截面两种。其主要作用是传递扭矩和承受钻柱的重量。

·

钻杆是钻柱的主要组成部分。主要作用是传递扭矩、输送泥浆、钻进使用。其公称尺寸通常以其本体的外径来表示。

·

钻铤位于钻柱最下部，两端分别与钻杆和钻头相连结。它是由高级合金钢制成，钻铤壁比钻杆壁厚得多，因此强度大，因此用来承受压力，也可以给钻头加压，以便增加钻井速度。

钻头 机械钻速：单位时间内的进尺，米/时。 钻头总进尺：指一只钻头下井从开始工作到报废为止累计的钻进进尺数。衡量钻头的好坏，主要是一只钻头的总进尺和机械钻速。

钻头的类型：

·刮刀钻头依靠工作刃的刮切作用破岩，结构简单，成本低，在软地层使用效果好。

·牙轮钻头使用数量最多，既可以用于软地层、中硬地层，也可以用于硬地层。其类型有单牙轮、双牙轮、三牙轮、多牙轮，其中，三牙轮工作较稳定，使用最多。

·金刚石钻头分为天然金刚石钻头和人造金刚石钻头（PDC钻头）天然金刚石钻头：采用天然金刚石用烧结等工艺方法使其与钻头形成一体，再进行热处理制成坚硬耐磨的钻头，适用于特别坚硬地层，但价格高。 PDC钻头用人造聚晶金刚石切削块嵌于钢体或焊于钻头胎体而制成的新型切削钻头。使用广泛。·特殊钻头 (1)取心钻头 (2)矛形钻头 用途：钻水泥塞；打捞时用来钻碎井下的铁块或将铁块挤入井壁；在换小钻头之前用来打导眼，起找中和领眼作业。 (3)菱形钻头 用途：下套管前或钻进过程中遇泥饼太后时进行划眼钻进。 (4)偏心钻头 用途：用于扩大井下部分井段的直接或用来拔井底落物使其居中。 (5)梯形钻头 用途：当井眼直径由大变小时，用来找中的专用工具。

二、起升系统作用：起下钻具、更换钻头、下套管及控制钻头送进等。主要设备：主绞车、辅助绞车(或猫头)、调节刹车、游动系统(包括钢丝绳、天车、游动滑车(或简称游车)、大钩)以及悬挂游动系统的井架。

·

钻井绞车不仅是起升系统设备，而且也是整个钻机的核心部件，被称为钻机的心脏。作用： 用以起下钻具、下套管； 钻进过程中控制钻压，送进钻具； 借助猫头上、卸钻具丝扣，起吊重物及进行其它辅助工作； 充当转盘的变速机构或中间传动机构； 整体起放井架。

·井架作用：安放天车、悬挂游车、大钩及专用工具，在钻井过程中进行起下钻具、下套管操作；起下钻时用以存放立根。类型：塔形、A形、桅形等组成：本体、天车台、二层台（井架工进行起下钻操作）、立管平台（装拆水龙带控制台）、工作梯天车、游车、钢丝绳和大钩通称游动系统；其中，天车是安装在井架顶部的定滑轮组，游车是在井架内部上下作往复运动的动滑轮组。三、循环系统 作用：清洗井底、携带岩屑、保护井壁。 主要设备：泥浆泵、地面管汇、水龙带、水龙头、泥浆池、泥浆槽、泥浆净化设备(即除砂器、除泥器、除气器和振动筛)及制备泥浆设备。

泥浆循环过程：泥浆泵→地面高压管汇→水龙带→水龙头→钻杆柱(方钻杆、钻杆、钻铤)→

钻头→环空→泥浆净化设备(振动筛、泥浆槽、除砂器、除泥器、除气器等)→

吸入池

泥浆净化设备固相类型颗粒尺寸（微米）标准振动筛钻屑≥

440

细网筛砂440～150

除砂器砂150～74

除泥器砂74～44

离心机（沉淀式）粉砂44～2

以上三大系统设备是直接服务于钻井生产的，是钻机的三大工作机组。

四、动力系统 作用：为三大工作机组及其他辅助机组提供动力。 主要设备：柴油机或者交流、直流电动机及其他供电、保护、控制设备等。

五、传动系统 作用：把发动机的能量传递和分配给工作机。 主要设备：减速、并车、倒转、变速等机构。现代钻井系统除机械传动外，还有液力传动、液压传动或电传动等形式。

六、控制系统 作用：指挥各系统协调地进行工作，是钻机的“神经”系统。 组成：司钻控制台、各种执行机构、阀件、管线等。 控制方式：常用的有机械控制、气控、液控、电控和电、气、液混合控制。

七、钻机底座 作用：用以安装钻井设备，方便钻井设备的移动。 包括钻台底座、机房底座和泥浆泵底座等。

八、辅助设备 一般有空气压缩设备、钻鼠洞设备、井口防喷装置、辅助发电设备(供机械化装置、压风机及照明用电)与辅助起重设备、活动房屋(材料库、修理间、值班房等)，在寒冷地区钻井时还需配备保暖设备。

4.2.2钻机分类 按钻机深度分为： 浅井钻机：钻井深度≤1500米中深井钻机：钻井深度为1500～3200米 深井钻机：钻井深度为3200～5000米 超深井钻井：钻井深度>5000米（中型钻机—最大钻深3200米，重型钻机—4000米，超重型钻机—6000米）

按采用的主传动副类型分为： 胶带并车传动-----皮带钻机 链条并车传动-----链条钻机 锥齿轮－万向轴并车传动-----齿轮钻机

按驱动设备类型分为： 机械驱动钻机(MD)和

电驱动钻机(ED)

按使用地区和用途分为： 陆地常规钻机，海洋钻机，丛式井钻机，沙漠钻机，斜井钻机等。4·2·3钻机的特点

1、钻机是大功率、多工作机联合工作的重型机械。

2、钻井操作是不连续的，其中辅助生产的起下操作耗费了巨大能量。

3、工作地区广阔，自然环境恶劣，野外流动作业，要求钻机有很强的适应地区、环境的能力和很高的移运性能。

4、机械化自动化程度低，手工操作繁重，工业卫生条件差。4·2·4钻机基本参数 基本参数反映钻机工作性能的数量指标 主参数在基本参数中选定一个参数作为主参数，它应能：

·直接反映钻机的主要性能；

·能用以标定钻机的型名，并作为设计选用钻机的依据；

·能决定其它参数。

GB1806--86规定名义钻井深度为L为主参数。它直接表示钻机打井的能力。

4·3钻井液基本知识

钻井液通常又称为泥浆，被称为钻井的血液。钻井液性能的好坏直接影响到钻井速度、井下事故的预防和处理。

4·3·1钻井液的功用

1、悬浮和携带岩屑

2、润滑、冷却钻头和钻具

3、稳定井壁，防止井壁剥落和坍塌

4、平衡地层压力，防止井喷、井漏、井蹋

5、传递水功率，以实现喷射钻井、优选参数钻井及井下动力钻具钻井4·3·2泥浆的组成和类型

多数泥浆是粘土以小颗粒状（小于2微米）分散在水或油中所形成的溶胶－悬浮体。根据分散介质不同，分为水基泥浆和油基泥浆。以水基泥浆为例，其组成为：水＋粘土＋处理剂（降虑失剂、稀释剂、增降粘剂等16类）粘土矿物的化学成分是含水铝硅酸盐。粘土矿物很多，但常见的对泥浆工艺较为重要的只有4种：高岭石、伊利石、蒙脱石和海泡石，其中以蒙脱石为主的膨润土（又称搬土），其水化分散、吸附性好，是配制泥浆的优质原料。水基泥浆使用广泛，进一步分为淡水泥浆、盐水泥浆、钙处理泥浆、低固相泥浆等。油基泥浆是以柴油（或原油）为分散介质，水及有机搬土等作分散相，加乳化剂等处理剂配制而成。对油层损害较小。

4·3·3钻井液性能要求

1、钻井液的密度用以调节钻井液梯度压力以平衡地层孔隙压力、构造应力等

2、钻井液的流动性主要指钻井液的粘度、切力、触变性

·粘度是指钻井液流动时固体颗粒之间、固体颗粒与液体之间以及液体分子之间的内摩擦的总反映

·表观粘度：又称视粘度、有效粘度，指在某一流速梯度下，用流速梯度除以相应的切应力所得的商，是泥浆总粘度的反映。

·触变性：指搅拌后泥浆变稀、静置后泥浆变稠的特性

·切力是指静切应力，是钻井液中粘土颗粒之间形成连续空间网架结构的反映

·钻井液的造壁性指滤失量及在井壁形成泥饼质量的好坏

·钻井液的固相含量指钻井液中不溶于水的全部含量及可溶性盐类

·钻井液的酸碱度用PH值表示

4·3·3钻井液性能对钻速的影响

1、钻井液密度上升，产生的液柱压力增大，钻速降低；

2、粘度升高，钻速降低；

3、失水量增加，粘度降低，钻速增加；

4、固含增加，钻速降低。

4·3·4计算机在钻井液工作中的应用 计算机的应用以钻井液参数的科学计算为主：

·钻井液参数设计和计算

·钻井液性能分析与评价

·钻井液资料处理

4·4钻井工艺

4·4·1钻前准备定井位；修公路；平井场；打基础；供水、供电、通讯；安装井架、安装设备；·井口准备－－指下导管和钻鼠洞在离井口中心不远处的钻台前侧钻一17～18米的浅洞，下入一根钢管叫鼠洞，用来在钻井过程中存放方钻杆。在转盘外侧离中心一米多处钻一浅孔，下入一根钢管称为小鼠洞，用来在钻进过程中接单根时存放单根。

·导管在钻表层井眼时以便将钻井液从地表引导到钻井装置平面上来。在坚硬的岩层中仅用10~20米，而在沼泽地区可能上百米。

4·4·2钻进1·

全井钻进过程井身结构：指下入井中的套管层次、尺寸、规格和长度以及各层套管相应的钻头直径。

（1）第一次开钻，下表层套管；（2）第二次开钻，从表层套管内用小一些的钻头钻进，遇复杂地层时下技术套管（中间套管）；（3）第三次开钻，从技术套管内用更小一些的钻头钻进。根据需要可下第二（三、四）层技术套管，直至钻完全井，下油层套管，进行固井完井作业。

2·

钻进作业

(1)下钻----将由钻头、钻铤、钻杆、方钻杆组成的钻杆柱下入井中，使钻头接触井底，准备钻进。 (2)正常钻进(又称纯钻进)----启动转盘(或井底动力钻具)，通过钻杆柱带动井底钻头旋转，借助手刹车，给钻头施加适当的压力(钻压)以破碎岩石。与此同时，开动泥浆泵循环泥浆，冲洗井底，携带岩屑，保护井壁，冷却钻具。

(3)接单根----随着正常钻井的继续进行,井眼不断加深，需不断地接长钻杆柱；每次接入一根钻杆，此作业称为接单根。

(4)起钻----需更换钻头时，将井中全部钻杆柱取出，称为起钻作业。

(5)换钻头----起钻末了，将钻头提出井口，用专用工具卸下旧钻头，换上新钻头。

下钻→正常钻进→接单根→起钻→换钻头→下钻，构成正常钻进作业的大循环。

3·

钻进辅助作业（包括电测井、综合录井、取心、中途测试等）（1）取心

1）目的通过钻井将地下岩石取出地面进行研究分析以了解岩心中的含油气情况、岩性特征及生油层、储油层特征。钻井取心是提供地层剖面原始标本的唯一途径，是获取地下岩层岩性和储存特性的最理想手段。

2）取心方式常规取心：目的在于发现油气藏特殊取心：目的在于评价油气藏二者区别在于对岩心有无特殊要求。对岩心有特殊要求(如要求取出的岩心及所包含流体仍保持其原始状态)的取心称为特殊取心。 3）岩心收获率指实际取出的岩心长度与取心钻进进尺比值的百分数。最理想的岩心收获率应该是100％。（2）中途测试指在钻进过程中遇到油气层时，在裸眼井内下入测试工具所进行的测试过程。因中途测试是用钻杆把地层测试工具下入井内而进行，所以也称为钻杆测试。

中途测试原理：

1）在下钻过程中保持钻杆内是空的（玻璃接头、Jonston测试工具）；

2）利用封隔器将欲测试层位封隔；

3）打开地层测试工具，使地层与钻杆内部连通；

4）在测试工具内部装有井底压力计，以记录井底压力变化情况。4钻井中的几种事故（1）井漏当井眼中泥浆液柱压力大于地层压力时所引起的泥浆漏失。（2）井蹋因井内泥浆的失水进入岩石颗粒之间，降低了岩石的胶结力；有些岩层，如粘土、页岩、泥岩等，经泥浆浸泡后会发生膨胀、剥落块掉，从而导致井壁不稳定而坍塌。

（3）井喷当钻遇高压油、气、水层时，由于油、气、水层的压力大于泥浆液柱压力而使井眼内钻井液或地层流体喷出井口。（4）卡钻 卡钻是井中常发生的事故，依成因不同可分为：沉砂卡钻、落石卡钻、地层膨胀卡钻、泥饼卡钻、键槽卡钻4·4·3固井

固井就是在井眼内下入套管柱，在套管柱与井壁环形空间注入水泥浆进行固封。

1·

固井的目的（1）封隔疏松、易蹋、易漏等地层（2）封隔油、气、水层，防止互相串通，形成油气通道（3）安装井口，控制油气流，以利于钻进和生产

2·

套管层次

（1）表层套管用于防护浅水层污染，封隔浅层流砂、砾石层及浅层气。同时用来安装井口防喷器以便继续钻进，也是井口设备(套管头及采油树)的唯一支撑件及悬挂依次下入的各层套管载荷。

（2）技术套管用于封隔复杂地层，保证顺利地进行钻进（3）油层套管(生产套管)用以将不同压力的油、气、水层与其它地层分隔开来，以形成油气通道，保证长期生产，满足开采和增产措施的要求。

下套管工序类似下钻，但在井口要使用一些专用工具，在套管柱上要加一些附加装置：引鞋、套管鞋、回压阀、阻流环、扶正器等。

3·

注水泥质量的基本要求 （1）水泥浆返高和套管内水泥塞高度必须符合设计要求，过高过低均不行；

（2）注水泥井段环空的泥浆应全部被水泥浆替走； （3）水泥环与套管和井壁间有足够的连接强度； （4）水泥石能抵抗油、气、水长期的侵蚀和破坏。

4·4·4油井完成

油气井完成简称为完井,是钻井工程的最后一个重要环节,主要包括钻开生产层、确定井底完成方法、安装井口装置和试油。

1·

钻开生产层钻开生产层时，若井内压力大于地层压力，将产生水侵及泥侵，从而对产层产生损害。具体表现在：

(1)使油层中粘土成分膨胀而使油流通道减小，降低出油能力；

(2)破坏孔隙内油流的连续性，增加流动阻力；

(3)产生水锁效应，增加油流阻力；

(4)在孔隙内生成沉淀物；

(5)泥浆中固相颗粒侵入产层，产生泥侵。

若井内压力小于地层压力，地层油气水将侵入泥浆，使泥浆密度降低，从而诱发井涌和井喷。防止和减少生产层损害的措施：

(1)搞好地层孔隙压力的预测和监测工作；

(2)合理选择泥浆密度；

(3)使用和地层配伍的钻井液、完井液、射孔液、水泥浆、隔离液等，以减少对油气层的损害；

(4)钻开油气层时降低固相含量，以减少对油气层的堵塞。

2·

完井方法（1）对完井的基本要求

(1)有效地封隔油气水层，减少油气流入井的阻力；

(2)防止油气层井壁坍塌，保证油气井长期稳定高产；

(3)满足注水、压裂、酸化等特殊作业要求。

（2）完井方法

·完井方法是指油气井井筒与油气层的连通方式，以及为实现特定连通方式所采用的井身结构、井口装置和有关技术措施。

·完井方法的分类：

1）套管完井包括套管射孔完井和尾管射孔完井

套管射孔完井：钻开生产层后，下油层套管至生产层底部进行固井，然后下入专门射孔器在油层部位射孔以射穿套管、水泥环和部分产层，构成产层与井筒的通道。

特点：1)能封隔油、气、水层，防止相互窜扰；

2)有利于分层试油、分层开采、分层酸化、分层压裂、分层注水等；

3)能防止井壁坍塌；

4)除裸眼完井外，比其它各种完井方法都经济；

5)钻井液、水泥浆易损害油气层；

6)油气层与井底连通面积小，入井阻力大。

尾管射孔完井：技术套管下入井内油气层顶部，钻开油气层后下入尾管，并挂在技术套管上，经注水泥和射孔后构成产层与井筒的通道。特点：有利于减少对油气层的损害；节省钢材和水泥。2）裸眼完井法包括裸眼完井、衬管完井、砾石充填完井

· 裸眼完井又分为先期裸眼完井和后期裸眼完井。先期裸眼完井是在先下入油层套管后再钻开生产层；后期裸眼完井是在钻开生产层后再将油层套管下到油气层顶部。

·适用范围：只适用于岩性坚固稳定且无油气水夹层的单一油气层或一些油气层性质相同的多油气层的井。

·特点：成本低；有利于保护油气层；油层阻力小；不能进行酸化压裂；出砂严重。随着高效能、大威力油井射孔技术的出现，其优点已不突出。3）衬管完井：钻开油气层前，将套管下至油气层顶部，然后钻穿油气层，再下入衬管。特点：同裸眼完井相比，防砂效果好，衬管可起出修理和更换。

4）砾石充填完井：在衬管与井壁之间填充砾石。特点：同衬管完井相比，更有利于防砂和支撑生产层井壁。3·

完井井口装置装在地面以悬挂和安装各种井内管柱及控制和导引井内要求流出或地面流体注入的井口设备。套管头：密封各层套管环空，承受部分套管柱重量及安装井口防喷器。油管头：密封油管和油层套管环空、悬挂油管和安装采油树。采油树：用来控制油气井的生产。由各类闸阀、四通(或三通)以及节流阀(或针形阀)等组成。4·

试油完井之后，在降低井内液柱压力的条件下，诱导油、气入井，然后对生产层的油、气、水产量、地层压力及油、气物理化学性质等进行测定的工艺技术。分为诱导油气流和完井测试两部分。

（1）诱导油气流替喷法、抽汲和提捞法、气举法

（2）完井测试主要任务：通过地下资料的收集和分析，确定油气层的工业价值；为油气井的正常生产和制定合理开发方案提供可靠依据。需测取的主要资料： 油、气、水的产量； 原始地层压力； 油气层的温度及温度变化率； 油、气、水样； 油气层渗透率和表皮系数。

4·5钻井技术4·5·1喷射钻井1·钻井参数钻井参数分为机械参数与水力参数两大类。钻井参数机械参数水力参数钻压转速射流水力参数钻头水力参数射流速度射流冲击力射流水功率钻头水功率钻头压降

（1）

射流水力参数：射流喷射速度

Q----通过钻头喷嘴的泥浆排量

A0----喷嘴出口截面积射流冲击力：射流在其作用面积上的总的作用力的大小射流水功率：单位时间内射流具有的作功能量（2）钻头水力参数：钻头压力降：泥浆流过钻头喷嘴后泥浆压力降低的值

钻头水功率：泥浆流过钻头所消耗的水功率

C－－钻头喷嘴流量系数循环系统压力降

为

压耗系数泵压

对应地

对于泥浆泵

泥浆泵额定功率，kw

泥浆泵额定压力，ba

泥浆泵额定排量，l/s

（3）提高钻头水力参数的主要途径：

①提高泵压和泵功率

②降低循环系统压耗系数：使用低密度泥浆；减小粘度；适当增大钻具内径③增大钻头压降系数－－适当缩小喷嘴直径④优选排量（4）喷射钻井的工作方式①最大射流喷射速度工作方式

②最大钻头水功率工作方式③最大射流冲击力工作方式④经济钻头水功率工作方式它们都是泵压、排量、喷嘴流量系数、泥浆密度、粘度、井眼及钻具尺寸等的函数。（5）喷射钻井水力设计程序①以保证岩屑能顺利携带至地面确定泥浆泵最低排量②计算各井段循环系统压耗系数③选择缸套直径④选择工作方式，并由此确定排量、喷嘴直径及各项水力参数。即在确定的工作方式下优选泵压、喷嘴、喷速等。2喷射钻井的发展阶段

a喷射钻井的萌芽阶段—1930年～1947年三十年代初，水射流在冲土和水力采煤中首先得到应用而引起钻井界的重视，从而联想到在旋转钻井中把水力破岩与机械破岩作用结合起来。美国于1938年开始研究水力喷射式钻头。

b喷射钻井的发展阶段—1948年～1968年

c 喷射钻井的现代化阶段—1969年以后3我国喷射钻井的发展情况始于60年代，73年开始研究喷射钻井工艺技术，75年在胜利油田组织了第一次喷射钻井综合试验。我国喷射钻井发展可归结为三个阶段：a泵压10～12Mpa为喷射钻井的初级阶段，钻井速度慢，成本高，经济效益低；

b泵压14～15Mpa为喷射钻井的中级阶段，钻井速度中等，经济效益中等；

c泵压18～20Mpa为喷射钻井的高效率阶段，钻井速度快，经济效益高。

4喷射钻井与普通钻井的区别

普通钻井是靠机械作用破岩，钻井液主要起携带岩屑等作用；喷射钻井是靠机械与水力作用联合破岩，钻井液除起携带岩屑等作用外，还传递着水功率。

5喷射钻井对设备及钻井液的要求

a要求配备大功率的泥浆泵，以产生高压高功率射流；

b要求配备寿命长的喷射式钻头；

c要求钻井液除具备携岩好、有利于稳定井壁等功能外，还特别要求钻井液剪切稀释性要好，粘度低，摩阻小。4·5·2优化钻井技术

是喷射钻井技术的继续和发展。喷射钻井能优选泵压、排量、喷嘴、喷速、钻压等，优化钻井是在优选以上参数的基础上，通过建立包括地层可钻性、钻头牙齿磨损速度、钻压、转速、井深、水力参数等在内的钻速方程，选择一定的目标函数，扩大到优选钻头类型、钻具组合及防斜技术、钻井液、环空流变参数等。

优选参数钻井是计算机在钻井工艺技术中应用的最好体现。4·5·3平衡压力钻井与井控技术

平衡压力钻井又称近平衡压力钻井，是指钻井时井筒内液柱压力与地层压力接近平衡，以达到提高钻井速度，减少对油气层损害的目的。平衡压力钻井的优点：提高机械钻速；减少对油气层的损害；有利于发现油气层。搞好平衡压力钻井的条件：a、搞好地层压力预测工作，以确定合理的泥浆密度；b、通过调节泥浆液柱压力、井口装置与防喷设备，搞好井控工作。

4·5·4

定向井1·

基本术语

·

定向井：一口井的设计目标点，按照人为的需要，在一个既定的向方向上与井口垂线偏离一定距离的井。

·

井深(又称测量井深、斜深)：井眼轴线上任一点到井口的长度；米。

·

垂深：井眼轴线上任一点到井口所在水平面的距离；米。

·

水平位移：井眼轨迹上任一点与井口铅直线的距离（也称为该点的闭合距）；米。

·

井斜角：井眼轴线的切线与铅直线之间的夹角；一般用表示。

·最大井斜角：全井井斜角的最大值。

·井斜变化率：单位长度(30m或100m)内井斜角的变化值。

·方位角：井眼轴线的切线在水平面投影的方向与正北方向之间的夹角，一般用表示。方位角以正北方向开始，按顺时针方向计算。

·

方位变化率：单位长度(30m或100m)内方位角的变化率。

·全角变化率(狗腿严重度、井眼曲率)：单位井段内前进的方向在三维空间内的角度变化；º/25m。一般不允许超过5º/30m。

·

造斜点：定向井中开始定向造斜的位置。

·造斜率：表示造斜工具的造斜能力，其值等于用该造斜工具所钻出的井段的井眼曲率。

·

增斜段：井斜角随井深增加而增加的井段。

·

稳斜段：井斜角随井深增加而保持不变的井段。

·

降斜段：井斜角随井深增加而减小的井段。

·目标点：设计规定的必须钻达的地层位置，通常以地面井口为坐标原点的空间坐标系表示。

·靶区半径：允许实钻井眼轨迹偏离设计目标点的水平距离。

·靶区：在目标点所在的水平面上，以目标点为圆心，以靶区半径为半径的一个圆面积。

·靶心距：在靶区平面上，实钻井眼轴线与目标点之间的距离。

2·

定向钻井的用途

(1)海洋钻井

(2)地面条件受限制的地区

(3)油层地质条件不宜于直井开采的地区

(4)用于处理井下事故

3·

定向井井身剖面的类型

定向井井身剖面一般由垂直段、造斜段、稳斜段、降斜段四个基本井段组成，由基本井段可以组成十多种剖面类型。最常用的两种组合形式为：三段制（“J”型）剖面，即直—增—稳；五段制（“

S”型）剖面，即直—增—稳—降—稳（直）。

4·造斜方法与造斜工具

转盘钻井造斜－－槽式变向器、水力冲钻头、射流钻头等；井底动力钻具（涡轮钻具、迪那钻具）－－弯接头、弯钻杆等。

5·丛式井也叫成组井，就是在一个井场上钻多口井，其中一口井为直井，其它井均为定向斜井。防止井眼相碰是丛式井设计和施工的关键，为此设计中需考虑：·井网类型：辐射型、锥型（地面受限只能向同侧钻井）·井身剖面设计：三维空间的井身设计·钻井次序：通常将造斜点深、水平位移小的井安排在中心区优先钻井，然后依次向外扩展，最后钻造斜率高、井斜角大的井。·井口布置：丛式井井场范围有限（尤其是海上平台），井口距一般不超过2·5米。6·水平井

水平井：井斜角大于86º的定向井称为水平井。水平井的优点： （1）经济效益高。由于增大了油气流通面积，其产量一般为直井的4～6倍。 （2）在一些特殊类型的油气藏其勘探开发效果好。

如裂缝性油气藏、低渗透油气藏、薄的或层状油气藏、稠油油藏。（3）有利于减缓水、气锥进，延长生产期。4·5·5井斜控制1·

井斜的原因（1）地质条件（2）下部钻柱弯曲导致井斜2·

井斜的控制（1）钟摆钻具防斜（包括钟摆钻具、偏重钻铤、塔式钻具等）

·

原理：利用斜井内切点以下钻铤重量的横向分力把钻头推向井壁下方，达到逐渐减小井斜的效果。

·

方法：用大尺寸钻铤或加重钻铤；安装稳定器以提高切点位置。最理想的方法是大尺寸钻铤加稳定器。（2）满眼钻具防斜满眼钻具一般由几个外径与钻头直径相近的稳定器与一些外径较大的钻铤组成。

·原理：刚度大，不易被压弯；在地层横向力的作用下，稳定器支撑在井壁上，限制钻头的横向移动。4·5·6保护油气层的钻井完井技术

水敏：指与地层不配伍的外来流体进入地层后引起粘土膨胀、分散、运移，从而导致渗透率下降的现象。速敏：指因流体流动速度增加引起地层中微粒运移，堵塞喉道，造成渗透率下降的现象。盐敏：指地层在浓度递减的系列盐溶液中，由于粘土矿物的水化膨胀而导致的渗透率下降的现象。

4·6海洋钻井

4·6·1

我国海洋石油的勘探开发简况我国海域辽阔，海岸线长达18000公里，其中水深在200米以内的大陆架共130万km²，总面积相当于欧洲北海海域的两倍。海洋石油是从1948年制造出第一座钢制平台并取得成功后才步入现代化生产。我国海洋石油从60年代初开始勘探(64年开始海上钻井)，1966年建造了第一座固定式平台，1972年建造第一座自升式钻井平台，1980年后开始了真正的海洋石油工业。

4·6·2海洋钻井的特殊工作条件

(1)海风

(2)海浪

(3)潮汐

(4)海流

(5)海冰

4·6·3

海上特殊条件对设备的要求

·配备的设备要能力大、体积小、重量轻、效率高

·一个平台要能钻修多口井

·设备要以模块或撬装机组的形式在平台上