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1、1,2012年7月,开凿到达油层的通道-石油钻井,目录,1,2,综合篇-钻井历史,钻井就是人们从地表向下挖掘一个筒形的通道，最初的目的是为了汲取地下水。在人类历史发展的长河中，钻井大体经过了挖掘井技术、顿钻井技术和旋转钻井技术三个发展阶段。在前两个阶段中，我们中华民族都是处在该项技术的最前列。,综合篇-钻井历史,北宋的庆历年间出现了“顿钻”钻井技术“卓筒井”。卓筒井”是一种用直立粗大的竹筒，用竹片当绳索从地下捞取卤水的盐井。“卓筒井”的发明创造堪称中国古代除指南针、火药、印刷术、造纸术之外的又一伟大发明，开创了世界近代“绳式顿钻”钻井技术的先河，掀起了人类历史上一场重大的能源革命。英国著名学者
2、李约瑟在他所著的中国古代科学技术文明史一书中写到：“今天用于开采石油与天然气的深井就是从中国人的这些技术中发展起来的。,综合篇-钻井历史,19世纪末期出现的旋转钻井技术，实际上是在我国顿钻井技术的基础上发展起来的。 1937年10月，四川省巴县的巴1井开钻，1939年11月，在井深1402米的三叠系上部地层中发现了天然气，这是我国利用旋转钻井技术打成的第一口天然气井。 50年代，玉门油矿以钻井为龙头，建成了我国第一个石油基地。,综合篇-钻井历史,新中国成立后，中国石油钻井伴随着石油工业的崛起不断发展壮大。 60年代，大庆油田、胜利油田、大港油田、华北等油田发现后，石油钻井队伍有了更大的发展。
3、70年代初，全国各油田的钻井队已普遍使用了国产石油钻机。 80年代，又陆续从美国引进了二手深井电动钻机、先进的定向井工具仪器和注水泥装备等。 90年代末期，除少量尖端技术的钻井设备仪器外，我国已能自行生产深井电动钻机和绝大部分的钻井装备。目前全国陆地石油钻机总数已超过千台，每年的钻井工作量在18002000万米之间，年钻井进尺已位居世界第三位，仅次于美国和苏联，是世界名副其实的石油钻井大国。,钻井综合篇-钻井过程,钻井前，首先要在地面确定钻井的位置（即钻井井位），然后，在井位处打好安装钻机的基础并安装井架和钻机。钻井作业时，依靠钻机的动力带动钻杆和钻头旋转，钻头逐次向下破碎遇到的岩层，并形成一
4、个井筒（也称井眼），钻井井眼尺寸的大小是由钻头大小来决定的。钻头在破碎岩层的同时，通过空心的钻杆向地下注入钻井液（俗称钻井泥浆），将钻头在破碎地层而产生的大量岩屑由循环的钻井液带到地面。地面的固控装置将钻井液中的岩屑清除后，通过钻井泵再次将钻井液打入井内。钻井液是经过钻杆内孔到达钻头水眼处，再从井壁与钻柱的环形空间返回流至地面的。 钻进的过程即钻头破碎岩石，及钻井液通过循环不断携带出钻屑并形成井筒的过程。,钻井综合篇-钻井过程,钻达设计深度后，要在井筒内下入专用仪器进行测井作业，目的是确定井下地层岩性和各个油、气、水层的位置；然后再下入小于钻井井眼的无缝钢管（又称套管）；并在套管与井壁的环形空
5、间内注入水泥浆将套管固定在井壁上；最后一道工序是对油层位置的套管进行射孔，人为的形成一个井下油气流入套管内的孔道。 总之，石油天然气钻井的目的就是要凿穿岩石，发现和保护好油气层，并形成一个通道确保石油和天然气通畅地流到地面。,钻井综合篇-钻井分类,按钻井深度划分可分为： 浅井（钻井完钻井深小于2000米）； 中深井（钻井完钻井深小于4500米）； 深井（钻井完钻井深小于6000米）； 超深井（钻井完钻井深超过6000米）。 按钻井目的划分可分： 地层探井（又称参数井，主要是了解地层的时代、岩性、厚度的组 合和区域地质构造以及地质剖面）； 预探井（在确定有利找油范围后，以发现和寻找油气藏为目的所
6、钻的井）； 详探井（在已发现油气的圈闭上进一步探明含油气边界和储量，以及了解油气层结构为目的所钻的井）等。 开发井：采油采气井、注水注气井、调整井、加密井和资料井等。,钻井综合篇-钻井分类,按钻井的地区划分可分为： 陆地钻井（包括山地钻井、丘陵钻井） 海上钻井（包括浅海钻井和深海钻井） 沙漠钻井 按旋转钻井的方法又可分为： 转盘钻井（利用安放在钻台上的转盘和带动钻柱钻头旋转的钻井方法） 顶部驱动装置钻井（利用安装在钻杆上方水龙头部位的动力装置带动钻柱旋转的钻井方法） 井底动力钻井（利用井底动力钻具带动钻头的旋转钻井方法，包括涡轮钻具钻井、螺杆钻具钻井和电动钻具钻井）,钻井综合篇-钻井分类,按钻
7、井井型划分又分为： 直井、定向井（按既定的方向偏离井口垂线一定距离钻达目标的井） 丛式井（一个井场或一个钻井平台上，按设计钻出两口或两口以上的定向井） 大位移井（完钻后井底水平位移是垂深两倍以上的定向井） 水平井（井斜角大于或等于86度，并保持这种角度钻完一定长度水平段的定向井） 分支井（一个井口下面有两个或两个以上井底的定向井） 欠平衡压力钻井（井筒的液柱压力低于地层压力的钻井）,钻井综合篇-钻井分类,钻井综合篇-钻井设备井架,钻井井架是石油钻机的主要设备部件 井架主要由井架底座、井架本体、天车台、天车架、二层台（起下钻具操作的工作台）、立管平台（拆装水龙带的操作台）和井架扶梯等组成。 由于
8、钻井井架的底座内要安装井口装置，在实施负压钻井时还要安装旋转控制头，所以，钻井井架的底座一般都是很高的，目前，大中型石油钻机的底座高度一般都在710米左右。,钻井综合篇-钻井设备井架,海上石油钻井平台可分为固定式和移动式两种。固定式钻井平台大都建在浅水中，它是借助导管架固定在海底而高出海面不再移动的装置，平台上面铺设甲板用于放置钻井设备。支撑固定平台的桩腿是直接打入海底的，所以，钻井平台的稳定性好，但因平台不能移动，故钻井的成本较高。 为解决平台的移动性和深海钻井问题，又出现了多种移动式钻井平台，主要包括：坐底式钻井平台、自升式钻井平台、钻井浮船和半潜式钻井平台。,钻井综合篇-钻井设备井架,2
9、0世纪80年代，我国自行设计制造了适合渤海湾浅海海域特点的坐底式钻井平台。该平台是一艘两栖步行坐底式钻井平台，它是由内、外体组成的双体式钻井平台。内、外体之间由平台锁紧装置相联结，脱开内、外体的锁紧装置后，可借助一套步行机构和液压系统实现钻井平台的步行前进。步行时就像人的两只脚走路一样，首先提起外体前进10米后落下，然后再提起内体前进10米，如此往复可完成平台在浅海滩涂的行走。全部钻井设备、作业的井场、生活设施、液压站等都安装在钻井平台内体的甲板上，平台外体安装有步行的轨道和各种船用设备等。,钻井综合篇-钻井设备钻机,石油钻井的专用机械设备称为石油钻机。当今世界各国广泛采用旋转钻井方法，要求钻
10、机有一套可旋转、提升井下钻具，并维持钻井液循环的设备。 现代石油钻机主要包括：提升（绞车）、旋转（转盘）、循环（钻井泵）三个主要系统，此外，还要有动力（大马力柴油机组）、发电（柴油发电机组）、传动（减速箱、变矩器）、控制（空气压缩机、气瓶、气开关等）和油、气、水等辅助设施，以及钻井液循环系统、钻井井控装置和固控装置等。,钻井综合篇-钻井设备钻机,我国自行研制的ZJ-70D型钻机是以柴油发电机组作为动力机，采用可控硅直流电动机驱动的石油钻机，钻井深度（使用114mm钻杆）为7000米，最大提升重量450吨，绞车额定功率1470千瓦，配备两台总功率为2352千瓦的钻井泵，井架底座高度达到9米，钻机
11、井架为低位（地面）安装，利用绞车自身动力整体起立井架，钻机的设计、制造和性能指标均已达到当今的国际水平。,钻井综合篇-钻井设备钻井泵,钻井泵如同人的心脏一样，是钻井液由地面到井底，再由井底返回地面不断循环的源头。钻井泵抽吸循环罐中的钻井液，并以1030兆帕的压力、每秒2060升的输送排量，经过地面的高压管汇、水龙带、钻杆、钻头喷嘴到井底，在流经钻头喷嘴时还会形成高压射流，起到破碎岩石、清洁井底、冷却钻头的作用。 在用井底螺杆或涡轮钻具钻井时，钻井液是动力钻具的动力源。在钻进过程中若钻井泵不能正常工作、钻井液不能维持循环时，就要发生井下钻井工程事故了，就如同人的心脏停止了跳动一样。,钻井综合篇-
12、钻井设备钻井液,钻井液是用于钻井的一种循环流体，在钻井过程中有着非常重要的作用。人类最早进行旋转钻井时用的循环流体是清水，钻进时因地层中的泥质成分不断分散在水中而变成混浊的泥水，当时，把它称之为“泥浆”。以后，随着钻井的实践和发展，钻井时用的泥浆还可用油和气体，从而形成了不同类型的钻井液流体，故而称其为钻井液。 钻井液是钻井施工中十分重要的组成部分，钻井液性能的优劣对钻井速度、钻井安全和油井投产后产量的高低有着至关重要的作用。钻井过程中若失去钻井液的循环，钻井工作则无法进行，故人们常用“泥浆是钻井的血液”来形象地比喻钻井液在钻井中的重要地位。,钻井综合篇-钻井设备钻井液,钻井液主要有六项功能：
13、 携带和悬浮井筒中的岩屑。 平衡井下地层压力。 冷却、润滑钻头和钻具。 保护井壁。 保护油气层。 提高钻井速度。,钻井综合篇-钻井设备钻头,石油旋转钻井中，广泛应用的钻头是刮刀钻头、牙轮钻头和金刚石钻头（又称PDC钻头）。 石油钻井中应用最多的还是牙轮钻头。牙轮钻头在旋转时具有冲击、压碎和剪切破碎地层岩石的作用，所以，牙轮钻头能够适应软、中、硬的各种地层。 一只下井新钻头钻井进尺的多少主要取决于钻头的尺寸、类型、地层的软硬和钻进参数的配合。 一般来说，钻头尺寸越大、地层越硬，进尺越少；钻头尺寸越小、地层越软，钻头进尺就越多。,钻井综合篇-钻井设备钻柱,井下钻柱（也称为钻具）是指钻井水龙头以下到
14、钻头以上钻具的总称。它主要由一根四方方钻杆（或六方方钻杆）、若干圆形的钻杆、加重钻杆、钻铤、稳定器、减震器和一系列配合接头组成。 四方方钻杆（或六方方钻杆）位于钻具的最上端，它上部连接水龙头、下部连接钻杆，主要作用是方钻杆卡入转盘上的方形内孔中，让转盘的旋转动力变成钻杆带动钻头的旋转，就像人们用扳手卡住方形的螺帽扭动螺丝一样，四方方钻杆（或六方方钻杆）传递转盘的扭矩并承受钻具的全部重量 按断面形状钻杆可分为四方方钻杆和六方方钻杆，石油钻井的大型钻机多用四方方钻杆，而地质勘探的小型钻机多用六方方钻杆。,钻井综合篇-钻井设备钻柱,钻杆是井下钻柱的基本部分，一根钻杆就像一根圆形空心的钢柱，一般长10
15、米左右，这些钻杆接在方钻杆以下、钻铤之上的位置，主要作用是传递扭矩和输送钻井液，并用不断连接钻杆的办法来达到加深井眼的目的。石油钻杆包括钻杆本体及接头两部分，利用钻杆接头的特殊螺纹把钻杆一根根连接起来。 钻杆的下面是加重钻杆，加重钻杆类似石油钻杆，也是一种空心的钢柱，长度为10米左右。但单根重量比石油钻杆要重，壁厚是钻杆的23倍，加重钻杆接在钻杆和钻铤之间，目的是防止因钻具串截面变化时的疲劳破坏，用它还可代替一部分钻铤的作用，但起下钻操作方便，可节省起下钻时间。,钻井综合篇-钻井设备钻柱,钻铤的位置在钻杆之下、钻头之上，也是空心的，其作用是给钻头提供钻进时的压力（俗称钻压），同时使钻具的下部组
16、合有较大的刚度，保持井底钻头工作时的稳定性，有利于防止和克服钻井井斜。钻铤一般可分为圆钻铤、螺旋钻铤和专供下井磁性仪器使用的无磁性钻铤，钻铤的壁厚一般为钻杆的46倍，两端的螺纹直接在钻铤本体上加工并和钻杆接头相同。 除此之外，钻柱中还有为满足钻井施工需要的稳定器（一种中间局部加大，具有控制稳定钻具轴线作用的下部钻具组合的工具，结构上分直、螺旋和辊子三种形式）、减震器（一种安装在钻柱上的、能吸收井底产生的垂直和旋转振动的工具）、震击器（能产生向上或向下冲击振动的工具）、井眼扩大器（扩大井眼的井下工具）及各种配合接头等。,钻井综合篇-更换钻头,钻头在井下工作一定时间后，刮刀钻头的刀片直径变小、变短、变钝，破碎岩石的能力会变弱，进度减慢；牙轮钻头由于牙齿磨损冲蚀、轴承损坏，会造成牙轮转动不灵活或牙轮卡死，使扭矩增大，若不及时起出还会发生掉牙轮事故；金刚石钻头则因地层的不均质性造成钻头上的金刚石复合片发生裂、断、掉，同样使钻井进尺变慢。 为加快全
