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1、钻井与完井工程,主讲：付 建 红石油工程学院钻井研究室,钻井与完井工程课时安排,概述(2学时)井身结构设计（6学时）钻井液（8学时）钻井工艺（12学时）压力控制(6学时),定向钻井与防斜（10学时）固井完井（6学时）储层保护（6学时）环境保护（2学时）,第一章:绪论,第一章:绪论,第一节：钻井与完井的定义第二节：一口井的钻井过程第三节：钻井与完井工程技术发展,钻井定义、目的,定义利用机械设备，将地层钻成具有一定深度的园柱形孔眼的工程。 钻井目的 确切地了解地下地质情况，正确判断储油构造，为油田开发方案提供第一手资料。钻井过程中，可以通过岩屑录井、取心、电测得到地层分层、岩性、岩石的物理化学性质
2、、含油气情况。开采油气，提高油气采收率形成油气到地面通道。油田开采后期钻注水或注气井。,油气井类型,地质基准井（参考井）为了了解地层的沉积年代、岩性、厚度、生储盖层组合，并为地球物理勘探提供各种参数所钻的井预探井主要上为探明油田面积，油水边界线，为油田计算可靠工业储量提供资料。详探井在已证实有工业开采价值的油田上，为确定油层参数，查明油田地质特性，为油田开发做好准备的井，这种井在油层部位要求全取心。,油气井类型,生产（或开发）井在已探明储量，有开采工业价值的油田构造上钻产油产气井注水（气）井为了提高采收率，达到稳产所钻的井。注水注气的主要目的是为了给地层提供生产油气所必须的能量。,国外钻井水平
3、,世界上最深的直井12260米，原苏联在科拉半岛的井，德国正在施工一口设计14000的井。世界最深的水平井Cliffs油气公司1991.11在 Bagou Jack油田钻成一口水平井，造斜点井深：4446、垂深4672，测深5212创世界水平井最深纪录。,国外钻井水平,世界水平段最长纪录aersk油气公司1991.11在北海、丹麦海域Tvra West Bravo油田钻成一口水平井、测深4768、垂深2266、水平段长2501创当时世界水平段最长纪录。水平位移最大的大位移井Statoil公司在施达福油田钻成一口水平井、测深7028，垂深2681、水平位移6086创世界纪录英国Witch Far
4、m油田，水平位移已经超过10,000m。,钻井工程技术的发展,概念时期（1900-1920）钻井和钻井液配套牙轮钻头使用下套管用水泥封固发展时期（1920-1948）以上概念进一步发展，开始使用大功率钻机。科学化钻井时期（1948-1968）喷射钻井技术（水射流理论）镶齿、滑动密封轴承钻头的使用低固相、无固相不分散钻井液体系和固控技术地层压力检测技术、井控技术、平衡压力钻井技术,钻井工程技术的发展,自动化钻井时期（1968目前）自动化钻机井口自动化工具钻井参数自动测量计算机在钻井工程中应用最优化钻井技术（系统工程分析理论）井下闭环钻井系统随钻地震,一口井钻井过程,钻前工程修井场及公路钻井工程钻
5、机搬安、一开、固表层套管、二开、固技术套管、, 钻至完钻井深、完井电测、固油层套管完井工程,钻井设计,地质设计：构造、井口坐标、目的层、岩性描 述、地质录井要求工程设计：钻井设备、井身结构、钻头设计、钻柱设计、钻井液设计、水力参数设计、套管强度设计、井口装置、钻井施工措施,oil zone,井身结构(Casing Program),与钻进有关的几个基本概念,钻机钻头钻具钻柱钻井液钻压转速排量接单根,旋转钻井钻机,动力系统旋转系统提升系统循环系统井控系统,旋转钻井系统,动力系统(Power system),柴油机 (diesel engine)发电机 (generator)传动机构 (compo
6、und)机械传动 (Mechanical Power Transmission)柴油机-电传动(diesel electric Power Transmission),旋转系统(Rotating system),转盘 (Rotary Table)转盘方补心 （Master Bushing) 方补心 (kelly Bushing)方钻杆 (kelly)钻柱 (drill string)钻头 (bit),转盘(Rotary Table),转盘(Rotary Table),钻 铤Drill Collar,稳定器Stabilizer,接 头(Tool joint),钻 头Rock Bit,接 头sub
7、,钻 杆drill pipe,钻 杆Drill Pipe,方钻 杆Kelley,钻柱组成 Composition of drill string,钻头(Rock Bit),起升系统(Hoisting system),井架（derrick)绞车（draw works)钢丝绳 (wire rope、fast line、dead line)天车（Crown)游动滑车 (traveling Block)大钩 （Hook),循环系统（Circulating System),泥浆泵（pump)立管(standpipe)水龙头(swivel)方钻杆(kelly)钻柱(drill stem)钻头(bit)环空
8、(annulus),出口管线(discharge line)震动筛shale shaker除气器(degasser)除砂器desander除泥器(desilter)泥浆罐 (mud tank),泥浆泵,钻井泵（Pump),钻井泵（Pump),井控系统（The well Control),球型防喷器（Annular BOP）旋转防喷器（Rotating BOP)闸板防喷器（Ram BOP）方钻杆旋塞（Kelly cock）压井管汇（choke manifold）,球型防喷器（Annular BOP）,闸板防喷器（ Ram BOP ）,旋转防喷器（ RBOP ）,地面节流管汇 choke mani
9、fold,oil zone,井身结构(Casing Program),固井,在钻井到设计套管下入深度后，下入套管在套管和裸眼之间注入满足一定性能要求的水泥浆候凝，使得套管和裸眼之间的水泥石具有一定的强度固井的关键技术下套管工艺水泥浆的配方设计注水泥工艺（浆柱结构、注水泥排量、注水泥过程中的压力控制）固井质量检测,完井方法(Completiom),1、射孔完井,2、裸眼完井,裸眼砾石充填完井,套管砾石充填完井,grabed packed,割缝衬管完井(slotted Liner),钻井新技术,深井超深井技术（Deep well Drilling)水平井钻井技术（Horizontal well D
10、rilling)大位移井 ERD Drilling Tech.(Extended Reach Displacement)欠平衡钻井技术(Underbalanced Drilling)连续油管的应用(Coiled tubing Tech.)保护油气层的钻井完井技术小井眼钻井技术（Slim Hole Drilling）,钻井新技术,深井超深井技术（Deep well Drilling)高温高压的钻井液技术高温高压的固井技术深井钻柱、套管柱强度设计深井提高钻速技术深井井斜控制技术,钻井新技术,水平井钻井技术（Horizontal well)定义长半径（2-6/30m、半径：300m-900m）中半径
11、（8-20/30m、半径：86m-215m）短半径 (5-10/m、半径：10m-20m)关键技术井眼轨迹测量和控制技术地质导向钻井技术井下闭环钻井技术应用是提高开发效益的有效手段。其优点包括提高单井产量，减小水锥和气锥，已经在全国各大油田进行了推广应用。,钻井新技术,大位移井钻井技术（测深/垂深2的井）应用范围：海上钻井平台海边开采近海油藏环境保护要求特别严格的地区设备：顶驱大尺寸钻杆改进钻机，增大钻机负荷可变径稳定器先进的随钻测量系统,大位移井 ERD Drilling Tech.(Extended Reach Displacement)理论问题井身轨迹优化井壁稳定理论摩阻分析扭矩测量及分
12、析环空流体学及环空携岩钻柱强度分析,钻井新技术,钻井新技术,欠平衡钻井技术(Underbalanced Drilling)定义：指钻井过程井内压力小于地层压力一定值的钻井过程设备：旋转防喷器、井内流体的地面多级分离器、惰性气体发生器基本理论：多相流理论优点：适合于在异常低压地区钻井及时发现和保护油气层提高机械钻速，降低钻井成本,钻井新技术,连续油管的应用(Coiled tubing Tech.)应用：钻井完井修井理论：流体力学分析疲劳寿命估计,Coiled Tubing(reeled tubing),Coiled Tubing(reeled tubing),Coiled Tubing(reel
13、ed tubing),ApplicationsThrough-tubing re-entry Conventional re-entry Underbalanced drilling Slimhole explorationOperationUnit is automated and controlled using a PC-based system with a graphical operator interface inside the control cabin.Operated by a multi-task crewOn-line directional drilling process,钻井新技术,保护油气层的钻井完井技术岩性测定及分析技术储层敏感性评价技术油气层损害机理研究油气层损害评价技术保护有气层的钻井液完井液技术保护油气层的固井技术负压射孔技术保护油气层的压裂酸化技术,
