钻井工艺教学课件PPT

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1、吐哈油田工程技术研究院2008年5月,钻井工艺,一、前言 二、井身结构设计 三、钻头 四、钻柱 五、钻进参数 六、井眼轨迹控制 七、完井 八、其它钻井技术及作业,一、钻井与完井工程在石油工业中的地位 石油工业是从事石油勘探、石油开发和石油加工的能源和化工原料生产部门。钻井是石油勘探、石油开发的一个非常重要的环节和手段。在世界范围内，油田在勘探阶段的总投资中钻井费用达到55%-80%，在石油开发阶段总投资中钻井的费用超过50%。吐哈油田目前钻井成本占到开发投资的55-60%。,二、钻井与完成工程技术的发展 钻井除在石油工业中应用以外，在国民经济建设中也得到广泛应用。如在探矿、水文地质、铁路、水力

2、、各种基本建设等部门，也常利用钻井方法取得有关资料。在远古时代，人类为生存和取得地下资源就开始了掘井工作。钻井技术的发展一般可以分为四个阶段：1.人工掘井；2.人力冲击钻；3.机械顿钻（冲击钻）；4.旋转钻。,据记载，在两千多年前在四川就已经凿了盐井，并创造了冲击钻。在1521年就钻凿了油井和火井（天然气井），1835年在四川钻成深达1200的天然气井，这是当时世界上最深的井。一般认为机械顿钻（1859年）是现代石油钻井的开始。以后再1901年发展了旋转钻井方法，以转盘带动钻柱、钻头破碎井底岩石并循环钻井液以清洁井底。1923年前苏联工程师研究出了涡轮钻具，并在40年代开始得到广泛应用。以后又

3、出现了电动钻具和螺杆钻具，统称为井下动力钻具，它们在钻定向井有其特殊的优越性。,国外将旋转钻井技术的发展又分为四个时期 1.概念时期（1901-1920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封固套管工艺技术。 2.发展时期（1920-1948年），在这个时期内，牙轮钻头、固井工艺、钻井液等得到进一步发展，同时出现大功率钻井设备。 3.科学化钻井时期（1948-1969年），这个时期开展了大量研究工作，是钻井技术飞速发展的一个阶段。其中主要的技术成就有：喷射钻井；镶齿、滑动密封轴承钻头；低固相、无固相不分散钻井液体系以及钻井液固相控制技术；钻井参数优选，井控技术及平

4、衡压力钻井技术。,（4）自动化钻井时期（1969年至今），在这个时期发展了钻井参数自动测量、综合录井、随钻测量技术；计算机在钻井中得到广泛应用。优化钻井、自动化钻井、井口机械自动化工具、井眼轨迹遥控等新技术、新工艺、新设备也应运而生。,早期的钻井技术是靠人们积累下来的经验指导钻井，随着科学技术的发展，钻井技术也步入了科学化发展的阶段。1948年出现了喷射钻井技术，1958年前后出现了平衡钻井与井控技术，1962年又出现了优化钻井技术。20世纪80年代后期水平井钻井技术、保护油气层钻井完井技术有了很大的发展和提高。随着科学技术的介入，钻井技术不仅只有定性概念，而且有了定量概念，钻井技术也从经验钻

5、井阶段发展到了科学钻井的新的发展阶段。,三、钻井类型 石油勘探的方法有很多种，但判断地下是否有油，油层有多厚、圈闭有对大、储量有多少，最终还是需要通过钻井手段来确定。在石油勘探、开发的各个阶段有个共同特点就是都需要钻井。石油钻井类型按照性质和用途一般分为： 地质探井（基准参数井）：是指在了解很少的盆地和凹陷中，为了了解地层的沉积年代、岩性、厚度、生储盖层组合，并为地球物理解释提供各种参数所钻的井。,预探井：在地震详查和地质综合研究基础上所确定的有利圈闭范围内，为了发现油气藏所钻的井；在已知油、气田范围内，已发现未知新油气藏为目的所钻的井。 详探井（评价井）：在已发现的油气圈闭上，以探明含油气边

6、界和储量，了解油气层结构变化和产能为目的所钻的井。 地质浅井：为配合地面地质和地球物理工作，以了解区域地质构造、地层剖面和局部构造为目的所钻的井。,检查资料井：在已开发油气田内，为了研究开发过程中地下情况变化所钻的井。 生产井：开发油、气田所钻的采油井、采气井。 注水井：为合理开发油气田，保持油气田压力所钻的用于注水的井。 地质探井、预探井、详探井和地质浅井统称为探井；检查资料井、生产井、注水井统称为开发井。,四、钻井建井流程,钻井施工中几个常用概念： 机械速度：每小时纯钻时间内完成的钻井进尺： 机械速度=钻井进尺/纯钻进时间 纯钻进时间是指钻头在井底转动、破碎岩石、形成井眼的钻进时间。包括所

7、有有进尺的工作时间，不包括划眼、扩眼时间和井壁取芯时间。 钻井周期：是指从一开钻井到测完三样所用的时间。 建井周期：是指从搬家安装到测完三样所用的时间。,钻机台月：是反映投入钻井工作的钻机台数和每台钻机工作时间长短的指标。 钻机台月=钻井周期（h）/720(h) 全井平均机械钻速=完钻井深/全井纯钻进时间,一、前言 二、井身结构设计 三、钻头 四、钻柱 五、钻进参数 六、井眼轨迹控制 七、完井 八、其它钻井技术及作业,井身结构设计是整个钻井设计的基础，也是保证一口井顺利钻井的前提，合理的井身结构可以保证顺利的钻达预计井深，也能保证钻井过程中的施工安全，防止钻井施工过程中的产层污染。 井身结构设

8、计主要包括套管层次及每层套管的下深，以及套管与井眼尺寸的配合。井身结构设计的主要依据是地层压力与破裂压力。,井身结构设计是钻井的基础设计，也是钻井工程设计的主要内容。井身机构设计应满足以下主要原则： （1）能有效保护油气层，使不同地层压力的油气层最小程度的受到钻井液的侵害。 （2）避免产生井漏、井喷、井塌、卡钻等井下复杂情况和事故，为安全、优质、高效和经济钻井创造条件。 （3）当实际地层压力超过预测值发生溢流时，在一定范围内，应具有处理溢流的能力。,一、井身结构设计中涉及的压力概念 钻井工程设计、施工中、地层压力、破裂压力、井眼坍塌压力是合理进行钻井液密度设计、井身结构设计、平衡压力钻井机油气

9、井压力控制的基础。 静液柱压力：是由液柱自身重力产生的压力。一般用ph表示。 Ph=0.00981H 地层压力：是指岩石孔隙中流体的压力，也称为地层孔隙压力。一般用 pp表示。,异常低压：异常低压压力梯度小于0.00981MPa/m。一般认为异常低压主要是由于从渗透性储集层中开采石油、天然气和地层水而人为造成的。异常低压在生产中很少遇到。 异常高压：形成异常高压常常是多种因素综合作用的结果，这些因素与地质作用、物理、地球化学和机械过程等有关。,地层压力是钻井过程中一个非常重要的压力，对地层压力的评价方法目前可分为两类：一类是利用地震资料或已钻井资料进行预测，这类方法主要用于钻井工程设计、施工；

10、另一类是钻井过程中的地层压力监测，掌握地层压力的实际变化、确定现行钻井措施及溢流的监控。下面我主要介绍一下第二类中的dc指数法。 dc指数检测是利用泥页岩压实规律和压差理论对机械钻速的影响规律来检测地层压力的一种方法。,检测原理： 机械钻速是钻压、转速、钻头类型及尺寸、水力参数、钻井液性能、地层岩性等因素的函数，当其它因素一定时，只考虑压差对钻速的影响，则机械钻速随压差减小而增加。,为了消除钻井液密度变化对d指数的影响，1971年有关学者提出了修正的d指数法，即dc指数法。,dc指数法检测地层压力步骤： 1.按一定深度取点，一般1.5-3m取一点，如果钻速高也可以5m取一点，重点井段1m取一点

11、，同时记录钻速、钻压、转速、地层水和钻井液密度。 2.计算d和dc指数。 3.在半对数坐标上做出dc指数和相应井深所确定的点。 4.做正常压力趋势线 5.计算地层压力。 dc偏离正常趋势线越远。说明地层压力越高。,破裂压力：在井下一定深度出露的地层，承受液体压力的能力是有限的，当液体压力达到某一数值时会使地层破裂，这个压称为力地层破裂压力。一般用pf表示。 对底层破裂压力有很多的预测方法和模型，但我们现场现在常用的还是液压实验法。液压试验也称漏失试验，是在下完一层套管并注完水泥后，再钻穿水泥塞，钻开套管鞋下面第一个砂层之后进行的。,液压试验法的步骤： 1.循环调节钻井液性能，保证钻井液性能稳定

12、，上提钻头至套管鞋内，关闭防喷器； 2.用较小的排量向井内泵入钻井液，并记录各个时间的注入量及立管压力； 3.做立管压力与泵入量（累计）的关系曲线图。如右图。 4.根据右图可以确定各压力值，漏失压力pl，即开始偏离直线点的压力；破裂压力即最高点压力；最大值过后压力下降并趋于平缓，平缓的压力称为传播压力。,5.求破裂压力当量钻井液密度max: max= m+pl/0.00981H6.求破裂压力梯度Gf： Gf=0.00981 m+pl/H 在做地破压力试验时要注意试验压力不能超过地面设备和套管的承载能力。目前液压试验法只适用于砂泥岩为主的地层。,坍塌压力：钻井井眼形成后，打破了地层原有的力学平衡

13、，造成井壁周围岩石应力集中。当井筒内有效液柱压力小于井壁应力时，对于脆性岩层将出现坍塌，对于塑性岩层将出现缩径。坍塌压力和漏失压力之间的差值是我们确定钻井液密度的依据，通常我们成为钻井液密度窗口。,二、套管类型： 根据套管的功用，可以把套管分为（1）表层套管；（2）中间套管，也成为技术套管；（3）生产套管；（4）钻井衬管。 表层套管是下深最浅的一层套管，主要有两种功用：一是在顶部安装套管头，并在套管头上悬挂后续套管；二是封固浅层水及浅层复杂地层，使浅层水免受钻井液污染，同时封固浅层易漏失层，避免后续施工过程中造成套管鞋处漏失。 中间套管（技术套管）可以是一层，也可以是多层，有时也可以省去。中间

14、套管的作用是隔离不同的地层压力体系和封固复杂层段。,生产套管是钻入油层后下入的最后一层套管。其作用是保护油层，并为油气流到地面建立通道。 钻井衬管（尾管）：是一种不延伸到井口的完井管柱，通常与上层套管重叠50-100米。钻井衬管可以是套管，也可以是割缝管或打眼管。,三、套管尺寸与井眼尺寸的配合 套管尺寸及井眼尺寸的选择涉及采油、勘探以及钻井施工的顺利进行以及成本。 1.设计中考虑的因素 （1）生产套管尺寸应满足采油方面的要求。根据生产层的产能、油管大小、增产措施及井下作业等要求来确定。 （2）对于探井，要考虑原设计井深是否要加深，是否要求井眼尺寸上留有余量以便增下中间套管，以及对岩心尺寸的要求。,（3）要考虑到工艺水平，如井眼状况、曲率大小、井斜角以及地质复杂情况带来的问题；并应考虑管材、钻头规格等限制。 2.套管尺寸与井眼尺寸的选择和确定方法 （1）确定井身结构尺寸一般由内向外依次进行。 （2）生产套管根据采油方面要求来定；勘探井则按照勘探要求来定。 （3）套管与井眼之间必须有一定间隙。间隙值一般最小在9.5-12.7mm，最好为19mm。,